熱力學(xué)第一定律練習(xí)題及解答---精品管理資料

1、、思考題第二章 熱力學(xué)第一定律1.判斷下列說法是否正確，并簡述判斷的依據(jù)(1)狀態(tài)給定后，狀態(tài)函數(shù)就有定值 ，狀態(tài)函數(shù)固定后，狀態(tài)也就固定了.答：是對的。因為狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)(2)狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變。答:是錯的.因為只要有一個狀態(tài)函數(shù)變了，狀態(tài)也就變了，但并不是所有的狀態(tài)函數(shù)都得變 .(3)因為AU=Qv, A H=Q,所以Qv, Qp是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)？這種說法對嗎？答：是錯的。U, H本身不是狀態(tài)函數(shù)，僅是狀態(tài)函數(shù)的變量，只有在特定條件下與 Qv, Qp的數(shù)值相等，所以Qv, Qp不是狀態(tài)函數(shù)。(4)根據(jù)熱力學(xué)第一定律，因為能量不會無中生有，所以一個系統(tǒng)如要對外做功

2、，必須從外界吸收熱量。答：是錯的。根據(jù)熱力學(xué)第一定律U Q W,它不僅說明熱力學(xué)能(AU)、熱(Q)和功(W)之間可以轉(zhuǎn)化，有表述了它們轉(zhuǎn)化是的定量關(guān)系，即能量守恒定律。所以功的轉(zhuǎn)化形式不僅有熱，也可轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)能系.(5)在等壓下，用機械攪拌某絕熱容器中的液體，是液體的溫度上升，這時AH=Q=0答：是錯的。這雖然是一個等壓過程，而此過程存在機械功，即 WfWQ所以AHW(6)某一化學(xué)反應(yīng)在燒杯中進行，熱效應(yīng)為Qi,焰變?yōu)锳 Hi。如將化學(xué)反應(yīng)安排成反應(yīng)相同的可逆電池，使化學(xué)反應(yīng)和電池反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)形同，這時熱效應(yīng)為Q2,始變?yōu)?AH2,則A Hi= A H20答：是又的。Q是非狀態(tài)函數(shù)，由

3、于經(jīng)過的途徑不同，則 Q值不同，始(H)是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相同，不考慮所經(jīng)過的過程，則兩烙變值Hi和H2相等。2 .回答下歹I問題，并說明原因(1)可逆熱機的效率最高，在其它條件相同的前提下，用可逆熱機去牽引貨車，能否使火車的速度加快？答？不能.熱機效率W是指從高溫?zé)嵩此盏臒嶙畲蟮霓D(zhuǎn)換成對環(huán)境所做的功。但Qh可逆熱機循環(huán)一周是一個緩慢的過程，所需時間是無限長。又由P W F v可推出v無t限小.因此用可逆熱機牽引火車的做法是不實際的，不能增加火車的速度，只會降低。(2) Zn與鹽酸發(fā)生反應(yīng)，分別在敞口和密閉容器中進行，哪一種情況放熱更多？答：在密閉容器中進行的反應(yīng)放熱多。在熱化學(xué)中有Q

4、p = Qv+ Adu (RT),而Zn (s)+ H2SO4(aq) = Zn SO4 (aq) + H2 ( g)的A電=1 ,又因該反應(yīng)為放熱反應(yīng) Qp、Qv的值均為負值，所以 I Qv I > I Qp I o(3)在一個導(dǎo)熱材料制成的圓筒中裝有壓縮氣體，圓筒中的溫度與環(huán)境達成平衡。如果突然打開圓筒，是氣體沖出去，當壓力與外界相等時，立即蓋上筒蓋。過一段時間，筒中氣體的壓力有何變化？答：筒內(nèi)壓力變化過程：當壓縮氣體沖出，在絕熱可逆過程有p1 T常數(shù)，當氣體的壓力 與外界相等時，筒中溫度降低。立即蓋上筒蓋，過一會兒，系統(tǒng)與環(huán)境的溫度完全相等，筒內(nèi)溫度上升，則壓力也升高，即大于環(huán)境的

5、標準大氣壓(4)在裝有催化劑的合成氨反應(yīng)室中，N2 (g)與H2 (g)的物質(zhì)的量的比為 1 ： 3,反應(yīng)方程式為 N(g) + H2 (g)N H3 (g)。在溫度為Ti和T2的條件下，實驗測定放出的熱量分別為Qp (Ti)和Qp (T2).但是用Kirchhoff定律計算時f T T rCpdTT1計算結(jié)果與實驗值不符，試解釋原因。H答：AHm r, ArHm實際是指按所給反應(yīng)式，進行=1mol反應(yīng)時的燃變，實驗測得的數(shù)值是反應(yīng)達到平衡時發(fā)出的熱量，此時<1mol,因此經(jīng)過計算使用Kirchhoff定律計算的結(jié)果與實驗不符.3.理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過程的功，都可用公式W Cv

6、 T計算，那兩種過程的功是否一樣？答：不一樣.過程不同，終態(tài)不相同， 即AT不一樣，因此絕熱可逆和絕熱不可逆兩過程所做 功不一樣。4。請指出所列公式的適用條件：(1) H Qp (2) U QV(3) W nRTlnVpV2答：(1)式適用于不作非膨脹功的等壓過程(2)式適用于不作非膨脹功的等容過程。(3)式適用于理想氣體不作非膨脹功的等溫可逆過程。5。用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和始的變化值第一定律數(shù)學(xué)表示式為 A U = Q + W.(1)理想氣體自由膨脹(2) van der Waals氣體等溫自由膨脹(3) Zn (s) + 2HCl(l) = ZnCl2 + H2(g

7、)進行非絕熱等壓反應(yīng)(4) h2 (g) + Cl2(g)= 2HCl(g ) 在絕熱鋼瓶中進行(5) 常溫、常壓下水結(jié)成冰 (273.15 K, 101.325kPa)(1) 1)W = 0 因為自由膨脹外壓為零。Q = 0理想氣體分子間沒有引力。體積增大分子間勢能不增加，保持溫度不變， 不必從環(huán)境吸熱。U = 0 因為溫度不變，理想氣體的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)。H = 0 因為溫度不變，理想氣體的焰也僅是溫度的函數(shù)。(2) W = 0 因為自由膨脹外壓為零。Q > 0范氐氣體分子間有引力。體積增大分子間勢能增加，為了保持溫度不變, 必須從環(huán)境吸熱。U 0因為從環(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力

8、學(xué)能增加。H 0根據(jù)始的定義式可判斷，系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加，始值也增加。(3) W 0放出的氫氣推動活塞，系統(tǒng)克服外壓對環(huán)境作功.Q 0 反應(yīng)是放熱反應(yīng)。U 0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。H 0因為這是不做非膨脹功的等壓反應(yīng)，H = Qp .(4) W = 0 在剛性容器中是恒容反應(yīng)，不作膨脹功。Q=0因為用的是絕熱鋼瓶U = 0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量守恒，熱力學(xué)能不變.H >0 因為是在絕熱剛瓶中發(fā)生的放熱反應(yīng)，氣體分子數(shù)沒有減少，鋼瓶內(nèi)溫度升高，壓力也增高，根據(jù)始的定義式可判斷始值是增加的。(5)W 0 常溫、常壓下水結(jié)成冰，體積變大，系統(tǒng)克服外壓對環(huán)境作功。Q 0 水結(jié)成

9、冰是放熱過程。U 0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降H 0因為這是等壓相變，H = Qp .6.在相同的溫度和壓力下，一定量氫氣和氧氣從四種不同的途徑生成水:(1)氫氣在氧氣中燃燒；(2)爆鳴反應(yīng)；(3)氫氧熱爆炸；(4)氫氧燃料電池.在所有反 應(yīng)中，保持反應(yīng)始態(tài)和終態(tài)都相同，請問這四種變化途徑的熱力學(xué)能和始的變 化值是否相同？答：應(yīng)該相同。因為熱力學(xué)能和烙是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相同，無論通過什么途徑，其變化值一定相同。這就是：異途同歸，值變相等。7。一定量的水，從海洋蒸發(fā)變?yōu)樵?，云在高山上變?yōu)橛辍⒀?，并凝結(jié)成冰。冰、雪熔化變成水流入江河，最后流入大海，一定量的水又回到始態(tài)。問歷經(jīng)整個 循環(huán)

10、，水的熱力學(xué)能和始的變化是多少 ？答：水的熱力學(xué)能和燃的變化值都為零。因為熱力學(xué)能和始是狀態(tài)函數(shù)，不論經(jīng)過怎樣的循環(huán)，其值都保持不變。這就是：周而復(fù)始，數(shù)值還原。8。298 K,101.3 kPa壓力下，一杯水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣是不可逆過程，試 將它設(shè)計成可逆過程。H?_O(298K.101.3kPa)t3373K,10L3kPg答：可逆過程(1)：繞到沸點H2O(A298KJ01.3kPa)早Tl2O(Z,373KJ()1.3kPa)a29KKfOLSkPu)或可逆過程(2):繞到飽和蒸氣壓H2O(A29SKJ 0 L3kIJa)VH2O(/t29XKB) H2O(j?,29SKvj4)、

11、概念題題號12345678選項DCBAADCC題號910111213141516選項BBABCCDB1。對于理想氣體的熱力學(xué)能有下述四種理解(1)狀態(tài)一定，熱力學(xué)能也一定(2)對應(yīng)于某一狀態(tài)的熱力學(xué)能是可以直接測定的(3)對應(yīng)于某一狀態(tài)，熱力學(xué)能只有一個數(shù)值，不可能有兩個或兩個以上的數(shù)值(4)狀態(tài)改變時，熱力學(xué)能一定跟著改變其中都正確的是().(A) (1), (2)(B) (3), (4) (C) (2), (4)(D) (1), (3)答：(D)熱力學(xué)能是狀態(tài)的單值函數(shù)，其絕對值無法測量。2.有一高壓鋼筒，打開活塞后氣體噴出筒外，當筒內(nèi)壓力與筒外壓力相等時關(guān)閉活塞，此 時筒內(nèi)溫度將()。(

12、A)不變(B)升高(C)降低(D)無法判定答：(C)氣體膨脹對外作功，熱力學(xué)能下降。3。有一真空鋼筒，將閥門打開時，大氣(視為理想氣體)沖入瓶內(nèi)，此時瓶內(nèi)氣體的溫度 將()。(A)不變(B)升高(C)降低(D)無法判定答：(B)大氣對系統(tǒng)作功，熱力學(xué)能升高。4. 1 mol 373 K、標準壓力下的水分別經(jīng)歷：(1)等溫、等壓可逆蒸發(fā)；(2)真空蒸發(fā)，變成373 K、標準壓力下的水氣。這兩個過程中功和熱的關(guān)系為()。(A)W 1 W 2、Q 1> Q 2(B) W 1< W 2、Q 1 Q 2(C)W 1= W 2、Q 1= Q 2(D) W 1> W 2、Q 1 Q 2答：

13、(A)過程(1)中，系統(tǒng)要對外作功，相變所吸的熱較多5.在一個密閉絕熱的房間里放置一臺電冰箱,將冰箱門打開， 并接通電源使其工作，過段時間之后，室內(nèi)的平均氣溫將如何變化(A)升高(B)降低(C)不變(D)不一定答:(A)對冰箱作的電功全轉(zhuǎn)化為熱了。6。凡是在孤立系統(tǒng)中進行的變化，其AU和AH的值一定是(A) AU0, AH > 0(C) AU < 0 , AH < 0(D)AU = 0 , AH 不確定答:(D)熱力學(xué)能是能量的一種，符合能量守衡定律，在孤立系統(tǒng)中熱力學(xué)能保持不變。而始雖然有能量單位，但它不是能量，不符合能量守衡定律。例如，在絕熱鋼瓶里發(fā)生一個放熱的氣相反應(yīng)，

14、A H可能回大于零。7。理想氣體向真空絕熱膨脹后，他的溫度將()。(A)升高(B)降低(C)不變(D)不一定答：(C)對于理想氣體而言，內(nèi)能僅僅是溫度的單值函數(shù)，經(jīng)真空絕熱膨脹后，內(nèi)能不變,因此體系溫度不變。8 .某氣體的狀態(tài)方程 pVm= RT+bp (b是大于零的常數(shù))，此氣體向真空絕熱膨脹，溫度將()。(A)升高(B)降低(C)不變(D)不一定答：(C)由氣體狀態(tài)方程 pVm= RT+bp可知此實際氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，經(jīng)真空絕熱膨脹后，內(nèi)能不變，因此體系溫度不變(狀態(tài)方程中無壓力校正項，說明該氣體膨脹時，不需克服分子間引力，所以恒溫膨脹時，熱力學(xué)能不變)。9 。 公式H = Qp適

15、用于哪個過程()。273K,10CkPa(A)理想氣體絕熱等外壓膨脹(B) H2O (s)H2O(l)(C) Cu2+ (aq)+2e- Cu ( s)(D)理想氣體等溫可逆膨脹答：(B)式適用于不作非膨脹功的等壓過程.10.某理想氣體的 T=Cp/Cv =1.40,則該氣體為幾原子分子()?(A)單原子分子(B)雙原子分子(C)三原子分子(D)四原子分子(B) 1。40=7, Cv = -RCp=7R ,這是雙原子分子的特征。52211。當以5 mol H2氣與4 mol Cl 2氣混合，最后生成 2 mol HCl氣。若以下式為基本單元，H2 (g) + Cl (g) - 2HC (g)則

16、反應(yīng)進度 E應(yīng)是()。(A)1 mol(B) 2 mol(C) 4 mol(D) 5 mol答：(A)反應(yīng)進度衛(wèi)=型5=1 mol v 212 .欲測定有機物燃燒熱 Qp,般使反應(yīng)在氧彈中進行，實測得熱效應(yīng)為Qv ,公式 Qp= Qv+小gRT中的"為()。(A)生成物與反應(yīng)物總物質(zhì)的量之差(B)生成物與反應(yīng)物中氣相物質(zhì)的量之差(C)生成物與反應(yīng)物中凝聚相物質(zhì)的量之差(D)生成物與反應(yīng)物的總熱容差答：(B)A%RT一項來源于 A(pV 一項，若假定氣體是理想氣體，在溫度不變時A (pV)就等于AigRTo13 .下列等式中正確的是()(A)fH(H2O, l)= cHm(O2, g)

17、 (B)fHm(H2O, g)= cHm(O2, g)(C)出裊出。，l)= cHf(H2, g) (D) fHHzO, g)=白茂小，g)答：(C)在標準態(tài)下，有穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol物質(zhì)B產(chǎn)生的熱效應(yīng)為該物質(zhì)B的摩爾生成始;在標準態(tài)下，1mol物質(zhì)B完全燃燒產(chǎn)生的熱效應(yīng)為該物質(zhì)B燃燒烙，故有fHmH2。, l)= cH(H2, g)。a14 。 298 K時，石墨的標準摩爾生成始fHm ()。(A)大于零 (B)小于零 (C)等于零 (D)不能確定答：(C)根據(jù)標準摩爾生成始定義，規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的標準摩爾生成始為零.碳的穩(wěn)定單質(zhì)制定 為石墨。15 .石墨(C)和金剛石(C)在298 K，標準壓力下的標準摩爾燃燒烙分別為-393.4 kJ mol 1和-395.3 kJ m ol-1,則金剛石的標準摩爾生成始(金剛石，298 K)為()。(A) 393.4 kJ mol 1(B) 395。3 kJ mol 1(C)1.9 kJ mol-1(D) 1.9 kJ mol-1答：(D)石墨(C)的標準摩爾燃燒始就是二氧化碳的標準摩爾生成崎，為一393。4 kJ mol-1,金剛石的標準摩爾燃燒始就是金剛石(C)燃燒為二氧化碳的摩爾反應(yīng)始變，等于二