第二章熱力學(xué)第一定律練習(xí)題及解答

1、第 二 章 熱力學(xué)第一定律一、思考題1. 判斷下列說(shuō)法是否正確，并簡(jiǎn)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(duì)的。因?yàn)闋顟B(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(cuò)的。因?yàn)橹灰幸粋€(gè)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?yàn)閁=QV，H=Qp，所以QV，Qp 是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)? 這種說(shuō)法對(duì)嗎？答：是錯(cuò)的。DU，DH 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?yàn)槟芰坎粫?huì)無(wú)中生有，所以一個(gè)系統(tǒng)如要對(duì)外做功

2、，必須從外界吸收熱量。答：是錯(cuò)的。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，它不僅說(shuō)明熱力學(xué)能（U）、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(jī)械攪拌某絕熱容器中的液體，是液體的溫度上升，這時(shí)H=Qp=0答：是錯(cuò)的。這雖然是一個(gè)等壓過(guò)程，而此過(guò)程存在機(jī)械功，即Wf0，所以HQp。（6）某一化學(xué)反應(yīng)在燒杯中進(jìn)行，熱效應(yīng)為Q1，焓變?yōu)镠1。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(shí)熱效應(yīng)為Q2，焓變?yōu)镠2，則H1=H2。答：是對(duì)的。Q是非狀態(tài)函數(shù)，由于經(jīng)過(guò)的途徑不同，則Q值不同，

3、焓（H）是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相同，不考慮所經(jīng)過(guò)的過(guò)程，則兩焓變值DH1和DH2相等。2 . 回答下列問(wèn)題，并說(shuō)明原因（1）可逆熱機(jī)的效率最高，在其它條件相同的前提下，用可逆熱機(jī)去牽引貨車，能否使火車的速度加快？答？不能。熱機(jī)效率是指從高溫?zé)嵩此盏臒嶙畲蟮霓D(zhuǎn)換成對(duì)環(huán)境所做的功。但可逆熱機(jī)循環(huán)一周是一個(gè)緩慢的過(guò)程，所需時(shí)間是無(wú)限長(zhǎng)。又由可推出v無(wú)限小。因此用可逆熱機(jī)牽引火車的做法是不實(shí)際的，不能增加火車的速度，只會(huì)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(jìn)行，哪一種情況放熱更多？答：在密閉容器中進(jìn)行的反應(yīng)放熱多。在熱化學(xué)中有Qp = QV+ ng（RT），而Zn（s）+ H2S

4、O4（aq）= Zn SO4 （aq）+ H2（g）的ng =1，又因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)Qp 、 QV的值均為負(fù)值，所以QV>Qp。（3）在一個(gè)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(dá)成平衡。如果突然打開(kāi)圓筒，是氣體沖出去，當(dāng)壓力與外界相等時(shí)，立即蓋上筒蓋。過(guò)一段時(shí)間，筒中氣體的壓力有何變化？答：筒內(nèi)壓力變化過(guò)程：當(dāng)壓縮氣體沖出，在絕熱可逆過(guò)程有，當(dāng)氣體的壓力與外界相等時(shí)，筒中溫度降低。立即蓋上筒蓋，過(guò)一會(huì)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)境的標(biāo)準(zhǔn)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

5、式為，N2（g）+ H2（g）N H3（g）。在溫度為T1和T2的條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)定放出的熱量分別為Qp（T1）和Qp（T2）.但是用Kirchhoff定律計(jì)算時(shí)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值不符，試解釋原因。答：r，rHm實(shí)際是指按所給反應(yīng)式，進(jìn)行=1mol反應(yīng)時(shí)的焓變，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值是反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)發(fā)出的熱量，此時(shí)<1mol，因此經(jīng)過(guò)計(jì)算使用Kirchhoff定律計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符。3. 理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過(guò)程的功，都可用公式計(jì)算，那兩種過(guò)程的功是否一樣?答：不一樣。過(guò)程不同，終態(tài)不相同，即T不一樣，因此絕熱可逆和絕熱不可逆兩過(guò)程所做功不一樣。4. 請(qǐng)指出所列公式的適用條件： （1） （

6、2） （3）答：（1）式適用于不作非膨脹功的等壓過(guò)程。（2）式適用于不作非膨脹功的等容過(guò)程。（3）式適用于理想氣體不作非膨脹功的等溫可逆過(guò)程。5. 用熱力學(xué)概念判斷下列各過(guò)程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律數(shù)學(xué)表示式為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）進(jìn)行非絕熱等壓反應(yīng)（4） H2（g）+ Cl2（g）= 2HCl（g） 在絕熱鋼瓶中進(jìn)行 （5） 常溫、常壓下水結(jié)成冰（273.15 K，101.325kPa）答：（1）W = 0 因?yàn)樽杂膳蛎浲鈮簽榱恪?Q =

7、 0 理想氣體分子間沒(méi)有引力。體積增大分子間勢(shì)能不增加，保持溫度不變，不必從環(huán)境吸熱。 DU = 0 因?yàn)闇囟炔蛔儯硐霘怏w的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)。 DH = 0 因?yàn)闇囟炔蛔?，理想氣體的焓也僅是溫度的函數(shù)。（2）W = 0 因?yàn)樽杂膳蛎浲鈮簽榱恪?Q > 0 范氐氣體分子間有引力。體積增大分子間勢(shì)能增加，為了保持溫度不變，必須從環(huán)境吸熱。 DU > 0 因?yàn)閺沫h(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加。 DH > 0 根據(jù)焓的定義式可判斷，系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加，焓值也增加。（3）W < 0 放出的氫氣推動(dòng)活塞，系統(tǒng)克服外壓對(duì)環(huán)境作功。Q < 0 反應(yīng)是放熱反應(yīng)。DU &l

8、t; 0 系統(tǒng)既放熱又對(duì)外作功，熱力學(xué)能下降。DH < 0 因?yàn)檫@是不做非膨脹功的等壓反應(yīng)，DH = Qp 。（4）W = 0 在剛性容器中是恒容反應(yīng)，不作膨脹功。 Q = 0 因?yàn)橛玫氖墙^熱鋼瓶 DU = 0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量守恒，熱力學(xué)能不變。 DH > 0 因?yàn)槭窃诮^熱剛瓶中發(fā)生的放熱反應(yīng)，氣體分子數(shù)沒(méi)有減少， 鋼瓶?jī)?nèi)溫度升高，壓力也增高，根據(jù)焓的定義式可判斷焓值是增加的。（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(duì)環(huán)境作功。Q < 0 水結(jié)成冰是放熱過(guò)程。DU < 0 系統(tǒng)既放熱又對(duì)外作功，熱力學(xué)能下降。DH < 0 因?yàn)?/p>

9、這是等壓相變，DH = 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(qǐng)問(wèn)這四種變化途徑的熱力學(xué)能和焓的變化值是否相同?答：應(yīng)該相同。因?yàn)闊崃W(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相同，無(wú)論通過(guò)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?、雪，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(wèn)歷經(jīng)整個(gè)循環(huán)，水的熱力學(xué)能和焓的變化是多少?答：水的熱力學(xué)能和焓的變化值都

10、為零。因?yàn)闊崃W(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，不論經(jīng)過(guò)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(guò)程，試將它設(shè)計(jì)成可逆過(guò)程。答：可逆過(guò)程（1）：繞到沸點(diǎn)或可逆過(guò)程（2）：繞到飽和蒸氣壓二、概念題題號(hào)12345678選項(xiàng)DCBAADCC題號(hào)910111213141516選項(xiàng)BBABCCDB1. 對(duì)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(duì)應(yīng)于某一狀態(tài)的熱力學(xué)能是可以直接測(cè)定的 （3）對(duì)應(yīng)于某一狀態(tài)，熱力學(xué)能只有一個(gè)數(shù)值，不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)值（4）狀態(tài)改變時(shí)，熱力學(xué)能一定跟著改

11、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(duì)值無(wú)法測(cè)量。2. 有一高壓鋼筒，打開(kāi)活塞后氣體噴出筒外，當(dāng)筒內(nèi)壓力與筒外壓力相等時(shí)關(guān)閉活塞，此時(shí)筒內(nèi)溫度將（ ）。（A）不變 （B）升高 （C）降低 （D）無(wú)法判定 答：（C）氣體膨脹對(duì)外作功，熱力學(xué)能下降。3. 有一真空鋼筒，將閥門打開(kāi)時(shí)，大氣（視為理想氣體）沖入瓶?jī)?nèi)，此時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體的溫度將（ ）。（A）不變 （B）升高 （C）降低 （D）無(wú)法判定 答：（B）大氣對(duì)系統(tǒng)作功，熱力學(xué)能升高。4. 1 mol 373 K、標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水分別經(jīng)歷

12、：（1）等溫、等壓可逆蒸發(fā)；（2）真空蒸發(fā)，變成373 K、標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水氣。這兩個(gè)過(guò)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：（A）過(guò)程（1）中，系統(tǒng)要對(duì)外作功，相變所吸的熱較多。5. 在一個(gè)密閉絕熱的房間里放置一臺(tái)電冰箱, 將冰箱門打開(kāi), 并接通電源使其工作, 過(guò)一段時(shí)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(duì)冰箱作的電功全轉(zhuǎn)化為熱了。

13、6. 凡是在孤立系統(tǒng)中進(jìn)行的變化，其U和H的值一定是（ ）。（A）U > 0，H > 0 （B）U = 0 ，H = 0 （C）U < 0，H < 0 （D）U = 0，H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。而焓雖然有能量單位，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(gè)放熱的氣相反應(yīng)，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(duì)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.

14、 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(shí)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(wú)壓力校正項(xiàng)，說(shuō)明該氣體膨脹時(shí)，不需克服分子間引力，所以恒溫膨脹時(shí)，熱力學(xué)能不變）。9. 公式DH = Qp適用于哪個(gè)過(guò)程（ ）。（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(guò)程。10. 某理想氣

15、體的 =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=，CV =R Cp=R ，這是雙原子分子的特征。11. 當(dāng)以5 mol H2氣與4 mol Cl2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）則反應(yīng)進(jìn)度應(yīng)是（ ）。(A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol 答：（A）反應(yīng)進(jìn)度=1 mol12. 欲測(cè)定有機(jī)物燃燒熱Qp，般使反應(yīng)在氧彈中進(jìn)行，實(shí)測(cè)得熱效應(yīng)為QV ，公式 Qp= QV + ngRT 中的n為（ ）

16、。（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）ngRT一項(xiàng)來(lái)源于（pV）一項(xiàng)，若假定氣體是理想氣體，在溫度不變時(shí)（pV）就等于ngRT。13. 下列等式中正確的是（ ）。（A） （B）（C） （D）答：（C）在標(biāo)準(zhǔn)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的摩爾生成焓；在標(biāo)準(zhǔn)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燃燒焓，故有。14. 298 K時(shí)，石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（ ） 。（A）大于零 （B）小于零 （C）等于零 （D）不能確定 答：（C）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩

17、爾生成焓定義，規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零。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(biāo)準(zhǔn)壓力下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓分別為-393.4 kJ·mol-1和-395.3 kJ·mol-1，則金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（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(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，為-393.4 kJ·mol-1，金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是金剛石（C）燃燒為二氧化碳的摩爾反應(yīng)焓變，等于二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓減去金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩