淮海工学院物理化学习题课第一定律.ppt

第一章 热力学第一定律习题 热力学第一定律习题 选择题 1、 恒（定）压过程是指：（ ） ( 1 )系统的始态和终态压力相同的过程； ( 2 )系统对抗外压力恒定的过程； ( 3 )外压力时刻与系统压力相等的过程； ( 4 )外压力时刻与系统压力相等且等于常数的过程。 2、 下列说法中不正确的是( )。 ( 1 )用热力学方法不能测热力学能的绝对值； ( 2 )理想气体的热力学能只与温度有关，且与气体 物质的量成正比； ( 3 )N种气体混合物的热力学能等于混合前N种气 体的热力学能之和； ( 4 )热力学能是系统状态的单值函数。 4、 1 mol单原子理想气体，由始态p1 = 200 kPa，T1 = 273 K沿着 p/V=常数的途径可逆变化到终态压力为400 kPa，则H为：( )。 ( 1 ) 17.02 kJ； ( 2 ) 10.21 kJ； ( 3 ) 17.02 kJ； ( 4 ) 10.21 kJ。 3、对于一定量的理想气体，下式中： 正确的有（）。 ( 1 )； ( 2 ) ( 3 )； ( 4 ) 5、 一封闭系统，当状态从A到B发生变化时， 经历两条任意的不同途径( 途径1，途径2 )，则 下列四式中，( )是正确的。 ( 1 ) Q1 = Q2； ( 2 ) W1 = W2； ( 3 ) Q1W1 = Q2W2； ( 4 ) U1 = U2。 6、 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确 定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。 ( 1 ) Q； ( 2 ) QW； ( 3 ) W( Q = 0 )； ( 4 ) Q( W = 0 )。 7、 H2和O2以2:1的物质的量比在绝热的钢瓶 中反应生成H2O，在该过程中( )是正确的。 ( 1 ) H = 0； ( 2 ) T = 0； ( 3 ) pV = 常数； ( 4 ) U = 0。 8、下列说法中错误的是：经过一个节流膨胀后 。 （1）理想气体温度不变； （2）实际气体温度一定升高； （3）实际气体温度可能升高，也可能降低； （4）气体节流膨胀焓值不变。 9、下列说法中正确是：( )。 ( 1 )理想气体等温过程，T = 0，故Q = 0； ( 2 )理想气体等压过程， ( 3 )理想气体等容过程， ( 4 )理想气体绝热过程，pV = 常数。 10、 pV = 常数(= Cp,m/CV,m)适用的条件是： ( 1 )绝热过程； ( 2 )理想气体绝热过程； ( 3 )理想气体绝热可逆过程；( 4 )绝热可逆过程 。 是非题 1、理想气体在恒定的外压力下绝热膨胀到终 态。因为是恒压，所以H = Q；又因为是绝 热，Q = 0，故H = 0。对不对？( ) 2、判断下述结论对还是不对，将答案写在其 后的括号中。 ( 1 )化学反应热Qp其大小只取决于系统始终态 ( 2 )凡是化学反应的等压热必大于等容热； ( 3 )理想气体等容过程的焓变为 ( 4 )理想气体等压过程的热力学能变为 计算题 1、 10 mol的理想气体，压力1013 kPa，温度300 K， 分别求出等温时下列过程的功： ( 1 )向真空中膨胀； ( 2 )在外压力101.3 kPa下体积胀大1 dm3； ( 3 )在外压力101.3 kPa下膨胀到该气体压力也是101.3 kPa； ( 4 )等温可逆膨胀至气体的压力为101.3 kPa。 解：( 1 ) W = 0 ( 因p(外) = 0 ) ( 2 ) W = 101.31 J = 101.3 J ( 3 ) W = p(外) nRT( 1 / p21 / p1 ) = 101.3108.314300( 1 / 101.31 / 1013 ) J = 22.45 kJ ( 4 ) W = nRTln( p2 / p1 ) = 108.314300ln( 101.3 / 1013 ) J = 57.43 kJ 2、计算2 mol理想气体在以下过程中所作的功： ( 1 )25时，从10.0 dm3等温可逆膨胀到30.0 dm3； ( 2 )使外压力保持为101.3 kPa，从10.0 dm3等温膨胀到 30.0 dm3； ( 3 )在气体压力与外压力保持恒定并相等的条件下，将 气体加热，温度从T1 = 298 K升到T2，体积从10.0 dm3膨 胀到30.0 dm3。 解：( 1 )等温可逆过程，p(外) = p， W1 = 28.314298 ln(30.0 / 10.0) J = 5.44 kJ ( 2 )恒外压力过程，p(外) = 101.3 kPa W2 = -p(外)( V2-V1 ) = -101.3( 30.0-10.0 )10-3 kJ = -2.03 kJ ( 3 )恒压过程，p = p(外) = C， p1 = nRT / V = (28.314298 ) / ( 10.010-3 ) Pa = 4.96105 Pa W2 = -p(外)( V2-V1 ) = -4.96105 ( 30.0-10.0 )10-3 kJ = -9.91 kJ 3、 1 mol气体于27，5 dm3等温可逆膨胀到24.6 dm3， 求膨胀功？ ( 1 )设气体服从理想气体方程式； ( 2 )若气体服从van der Waals方程式。 ( 已知该气体的van der Waals常数a = 556.274 kPadm6mol-2，b = 0.064 dm3mol-1。) 解：( 1 ) W = -nRTln( V2 / V1 ) = -18.314300ln( 24.6 / 5 ) J = -3974 J ( 2 ) van der Waals方程式( pa/V )(Vm-b)=RT 代入 得： = -8.314300ln ( 24.6-0.064 ) / ( 5-0.064 ) -556.274( 1 / 24.6-1/5 ) J = ( -400088 ) J = -3912 J 4、 1 mol理想气体，其 开始处于p1 = 200 kPa，T1 = 273 K。沿p / V = 常数的 途径可逆变化至p2 = 400 kPa。试求： （1）终态温度T2； （2）计算此过程的Q，W和H及U。 解：（1）p2 =2 p1 5、一圆筒置于一绝热包壳中，圆筒的中部有一无摩擦 的绝热活塞，在初态时活塞的上、下部分均为25， 101.3 kPa的理想气体，体积均为20 dm3。然后在筒的 下端缓慢加热，当下部气体膨胀时，上部的气体便发 生绝热压缩。当上部气体压缩到202.6 kPa时,试计算： （1）上部气体的最终温度？ （2）下部气体对上部气体做多少功？ （3）下部气体的最终温度？ （4）对气体需供给多少热量？ （已知 。） 解:（1） 对上部气体来说，为绝热可逆过程。 (2) (3)上部气体体积V = 12.19 dm3 下部气体体积V = 20 +(20-12.19) dm3 = 27.81dm3 下部气体温度 （4）下部气体 6、 5 mol某理想气体从25，100 kPa等温可逆膨胀到 10 kPa，计算该过程的Q，W，U，H。 解：U = 0，H = 0 = 5 mol8.314 Jmol-1K-1298 Kln( 10 / 100 ) = 28.54 kJ Q = UW = W = 28.54 kJ 7、 303 kPa，25的H2(g)1.43 dm3，绝热可逆膨胀到 最终体积为2.86 dm3，试求：( 1 ) H2(g)的最终压力与 温度；( 2 )过程的U，H，W。H2(g) 按理想气体处 理，Cp,m = 7R / 2 。 解：( 1 ) = ( 7 / 2R ) / ( 5 / 2R ) = 7 / 5， p2 = p1 = 303( 1.43 / 2.86)7/5 Pa = 115 kPa T2 = p2V2T1 / p1V1 = 1152.86298 / ( 3031.43 ) K = 226 K = 3031031.4310-3 / ( 8.314298 ) (5/2)8.314( 226-298 ) J = -262 J H = nCp,mT U = CV,mT = n(7/2)RT = 367 J ， W = U = 262 J 8、 试计算100，101.3 kPa下，水( H2O )蒸发为 水蒸气时的vapUm。已知在此温度、压力下，水 的摩尔汽化焓为40.66 kJmol-1，水和水蒸气的质量 体积（密度）分别为0.9591 gcm-3和0.5963 gdm-3 解：VapHm = 40.66 kJmol-1 1 mol水蒸发时体积变化： = 3.06 kJmol-1 vapUm = VapHmpVapVm = 40.66 kJmol-13.06 kJmol-1 = 37.60 kJmol-1 9. 在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板， 隔板的两侧分别为2mol，0的单原子理想气体 A及5mol，100的双原子理想气体B，两气体的 压力均为100kPa。活塞外的压力维持100kPa不 变。今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气体混