物化题—热力学第一定律与热化学.doc

第一章 热力学第一定律与热化学一、思考题1什么是内能？它的基本性质是什么？1内能是体系内部能量的总和。但由于人类对物质的内部结构还不完全清楚，故内能绝对值是无法得知的，但体系状态一定，内能则一定，体系中物质的量越多，内能也越大，故内是体系的性质，并且是广延量。2可逆过程的特点是什么？为什么要介绍可逆过程？2可逆过程的特点有三个：体系从始态到终态，过程是以无限接近平衡状态下进行的；循与过程原来途径相反方向进行，体系与环境完全恢复原来状态；在可逆过程中，体系做最大功。3指出下列公式适用的条件（1） H=U+pV 答：封闭体系，平衡态。（2） H=Qp，U=QV答：前者：封闭体系，平衡态，不作非体积功，定压过程；后者：封闭体系，平衡态，不作非体积功的定容过程。（3） W=nRTlnV2/V1 答：封闭体系，平衡态，不作非体积功，理想气体的定温可逆过程。（4） W=pV 答：封闭体系，平衡态，不作非体积功，定外压过程。（5） PV=常数 答：封闭体系，平衡态，不作非体积功，理想气体的绝热可逆过程。（6） W=pV2-pV1/-1 答：封闭体系，平衡态，不作非体积功，理想气体的绝热过程。3 判断下列说法是否正确：（1） 状态固定后，状态函数都固定，反之亦然。（对）（2）状态函数改变后，状态一定改变。（对）（3）状态改变后，状态函数一定都改变。（错）（4）因为U=Qp，H=QV，所以Qp、QV是特定条件下的状态函数。（错）（5）若理想气体反抗1个大气压作绝热膨胀，则H= Qp =0。（错，这是一个定外压过程，不是定压过程。）（6）理想气体绝热变化过程中，W不可逆=-CVT，W可逆=-CVT，所以W不可逆= W可逆。（错，从同一始态出发，经绝热可逆和绝热不可逆两条途径不可能到达同一终态。可逆过程因做功多，而温度下降较大，故T不同；）（7）体系从状态A变化到状态B，若T=0，则Q=0无热量交换。（错，环境与体系可以有温差存在，如液体的气化过程；）（8）根据热力学第一定律，因为能量不能无中生有，所以一个体系若要对外作功，必须自外界吸收热量。（错，可降低自身内能。）5回答下列问题（1）夏天将室内电冰箱门打开，接通电源并紧闭门窗（设墙壁门窗均不传热），能否使室内温度降低？为什么？（1）不能，该情况相当于一个绝热体系中作电功，电机发热只能使室温升高。（2）Zn和稀H2SO4作用，（a）在开口瓶中进行，（b）在闭口瓶中进行。何者放热较多？为什么？（2）闭口瓶放出热量较多，因为Zn（s）+ H2SO4= ZnSO4 +H2（g），Qp=QV+nRT，n=1，Qp和QV均为负值。（3）用1：3的N2和H2在反应条件下合成氨，实验测得在T1和T2时放出的热量分别为Qp1和Qp2，用基尔霍夫定律验证时发现与公式不符，试解释原因。（3）用基尔霍夫公式计算的反应热是按计量系数完全进行到底的反应热效应，实验测得的反应热是反应达平衡时放出的热量，所以二者不符。6什么是热力学的平衡态？在指定条件下，体系内各部分的所有状态性质都不随时间而变化，因此它包括有热平衡（体系内的各部分温度相同且不随时间而变化）；力平衡（体系各部分之间没有不平衡的力存在，当不考虑重力场影响的情况下，是指体系内各个部分压力都相等）；相平衡（多相体系中，各相之间宏观上没有物质的转移）；化学平衡（达化学平衡后体系内的组成不再随时间而变化）。7什么是热力学过程，途径，我们讨论哪些热力学过程。8什么是状态函数，它的特点是什么？二、选择题1热力学状态和热力学状态函数的关系为 （ a ）(a)状态一定，状态函数就单值的确定 (b)状态函数一定，状态就单一的确定(c) a、b都对； (d) a、b都不对2热力学公式U=CV（T2-T1）适用于 （ d ）(a)理想气体绝热可逆过程； (b)理想气体绝热不可逆过程；(c)理想氧化绝热膨胀； (d)理想气体绝热可逆膨胀与绝热不可逆膨胀。3戊烷的燃烧热是-3520kJmol-1，CO2和H2O（l）的生成焓分别是-395 kJmol-1和-286 kJmol-1，则戊烷的生成焓是（kJmol-1） （ c ）(a)-1211 (b)-2839 (c)-171 (d)+171 (e)28394在SI单位中，压力的单位是 （ c ）(a)atm (b)kg/m2 (c)Pa (d)mmHg (e)kgf/cm25理想气体从同一始态（p1，V1）出发，经定温可逆压缩或绝热可逆压缩，使其终态都达到体积V2，则此二过程做的功的绝对值应有 （ a ）(a)定温功大于绝热功； (b)定温功等于绝热功；(c)定温功小于绝热功； (d)无确定关系；(e) 定温功小于等于绝热功；6化学反应在只做体积功的定温定压条件下，若从反应物开始进行反应，则此过程为 （ c ）(a)是热力学可逆过程； (b)是热力学不可逆过程；(c)是否可逆不能确定； (d)是不能进行的过程。7下列物理量中哪些强度量？ (ad)（a）Um （b）H （c）Q （d）T8下列物理量中哪些是广延量？ (ab)（a）V （b）H （c）W （d）p9一摩尔理想气体经过恒压过程，则(a)（a）H=Qp （b）HQp （c）H=Qp （d）不能确定10由焦耳实验的结果，理想气体定义的另一种表述形式是( d )（a） （b） （c） （d）三、填空题1测定物质燃烧热一般是在氧弹式量热计中进行，反应的热效应为QV，由H（燃烧）=QV+nRT计算得来，其中n为_产物与反应物中气体物质的物质的量之差_，而T应取_反应物_温度。2当1摩尔理想气体在一个封闭容器中进行绝热可逆膨胀时，体系的温度_下降_。3体系在定容条件下从环境中吸收热量全部用来_增加体系的内能_。4已知反应2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）在298K时定容反应热QV=-564kJ，则的燃烧热HC0=_-285.7kJ/mol _。5理想气体定压膨胀使体积增大，H_0，S_0。6理想气体的定压热与定容热之差为_nR _。7公式H=QP在应用时必须遵守的条件_封闭体系_、_定压过程_、_不做非体积功_。8体系的性质分为_强度性质_和_广延性质_。9273K，101325Pa下1摩尔固体冰融化为水时的Q_0；W_0；U_0。10与环境之间有物质和能量交换的体系称为_敝开体系_。四、是非题1因为HU+pV而理想气体的内能仅是温度的函数，所以理想气体的焓与p、V、T均有关。 （ _ ）2.一切自发过程在热力学上都是不可逆的。 （ + ）3.体系状态发生变化后，至少有一个状态函数要发生变化 （ + ）4.任何循环过程必定是可逆过程。 ( _ )5.因为HQP，而H是状态函数，所以热也是状态函数。 ( _ )6.一定量的气体，从始态A变化到终态B，体系吸收100J的热量，对外作功200J，这不符合热力学第一定律 （ _ ）7.在一个绝热刚性容器中进行一个放热反应，则U=H=0 （ _ ）8化学中的可逆过程就是热力学中的可逆过程 ( _ )9理想气体的内能和焓只是温度的函数，与体系的体积、压力无关 ( + )10H=Qp，因为H是状态函数，所以Qp也是状态函数 ( _ )五、计算题1在25、定容容器中，1mol萘（s）在氧气中燃烧，已知QV=-5134kJ，Hf0H2O(l)=-285.85kJmol-1，Hf0CO2(g)=-393.5kJmol-1试求：（1）反应的H298；（2）萘的标准生成热。(答：1. H= -5139kJ；Hf0C10H8(s)=60.6 kJmol-1 )21mol双原子理想气体，分别经下列过程，由298K、2atm变到1atm。请分别求算W、Q、U、H。（1）绝热可逆膨胀；（2）对抗恒外压（P外=1atm）绝热膨胀；（3）绝热自由膨胀。(答：（1）Q=0，-W=U=-1108(J)，H= -1551(J)（2）Q=0，W=893(J)；U=-893(J)， H=-1251(J)（3）Q=W=0，U=0， T2=T1，H=03一摩尔理想气体，从状态（p1、V1、T1）经下列三个可逆过程后，恢复到原来状态。（a）压力保持恒定，使温度增加1；（b）然后保持温度不变，逐渐改变压力，使体积恢复到原来体积；（c）维持原体积，使温度降低1。试在p-V图上画出这三个过程的示意图，并求各步的Q、W、U及H。(答：（a）W= R；U= CV，m；H= Qp= Cp，m。（b）U=0；H=0；W=R（T1+1）lnT1/（T1+1）。（c）V=0；W=0；Q=U= - CV，m ；H= -Cp，m)4某钢性容器的容积为20dm3，其中装有氢气，在17时，压力为121590Pa，对该容器加热使内部压力升高到607950Pa，求对氢气供多少热量。已知氢气的CV，m=20.92JKmol-1，并假定氢气为理想气体。(答：提示：本题为一封闭理想气体体系恒容过程。QV=24.48 kJ)5373K，101325Pa，液态水的气化热为40.67kJmol-1，水气体积为10.32dm3mol-1，求25、101325 Pa的液态水变为100、101325 Pa的水蒸气的过程的Q、W、U、H。(答：提示：按题意整个过程可分为简单的等压加热过程与等温等压可逆相变过程；分别计算两过程的相应的量的总和即为所求。H=Qp=46.32 kJ，W=1.05 kJ，U=45.27 kJ)6已知在18、101325 Pa H2(g)+I2(s)2HI(g) H291=49455J，I2(s)在熔点113.5熔化时吸热16736Jmol-1，I2(l)在沸点184.3、101325 Pa下蒸发吸热42677 Jmol-1，I2(l)在113.5-184.3间Cp，m=62.76 JKmol-1，求在200 H2(g)+I2(s)2HI(g)的反应热。 (答：H473=-15.54kJ)725，1摩尔Zn溶于稀HCl溶液中，放出151.5kJ的热量，反应器中析出1mol氢气，求反应的内能变化及对外作功。(答：rHm0=-154.0kJmol-1；W=2.5kJ)8若在高山上，登山运动员的衣服潮湿，这是很不妙的，如不及时补充食物，人会受不住的。假如体重为63kg的运动员，穿的衣服吸水1kg，用冷风吹干，运动员将损失多少热量。此时体温要下降几度？要保持体温不变应补充葡萄糖多少克？设高山上水的摩尔蒸发热为40.67kJmol-1，运动员的热容与水一致75.3 Jmol-1 K-1。(提示 运动员所穿潮衣要吹干所需热量全部由运动员本身供给，因此要保持运动体温不下降必需食用能供给同样热量的葡萄糖C6H12O6)9在 298k、101325Pa下，石墨、一氧化碳燃烧时分别放出热量为394.1和283.0