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1 物化习题练习 选择题 1 对于理想气体的热力学能有如下四种理解 1 状态一定 热力学能也一定 2 对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的 3 对应于某一状态 热力学能只有一个数值 不可能有两个或两个以上的数值 4 状态改变时 热力学能一定跟着改变 答 其中正确的是 1 3 2 物化习题练习 选择题 2 系统的状态改变了 其热力学能值 A 必定改变 B 必定不变 C 不一定改变 D 状态与热力学能无关其中正确的是 答 C 3 物化习题练习 选择题 3 理想气体在恒定外压p下 从10dm3膨胀到16dm3 同时吸热126J 计算此气体的 U A 284J B 842J C 482J D 482J 答 U Q W 126J 608J 482JW 100 103 16 10 10 3 608J 4 物化习题练习 选择题 4 在一绝热箱中装有水 水中通一电阻丝 由蓄电池供电 通电后水及电阻丝的温度均略有升高 今以水和电阻丝为系统 其余为环境 则有 A Q 0 W 0 U 0 B Q 0 W 0 U 0 C Q 0 W 0 U 0 D Q 0 W 0 U 0 答 B绝热箱Q 0 蓄电池对电阻丝作电功W 0 U Q W 0 5 物化习题练习 选择题 5 1mol373K 标准压力下的水 经下列两个不同过程变成373K 标准压力下的水汽 1 等温等压可逆蒸发 2 真空蒸发 这两个过程中功和热的关系为 W1 W2 Q1 Q2 B W1 W2 Q1 Q2 C W1 W2 Q1 Q2 D W1 W2 Q1 Q2 答B W1 p Vg Vl pV RT W2 0 W1 W2 Q1 H汽化 Q2 U H pV H RT Q1 Q2 6 物化习题练习 选择题 6 始态完全相同 p1 V1 T1 的理想气体和另一个范德华气体系统 分别进行绝热等外压膨胀 当膨胀相同体积之后 A 范德华气体的终态温度比理想气体的低 B 范德华气体热力学能减少量比理想气体多 C 范德华气体所做的功比理想气体少 D 范德华气体的焓变与理想气体的焓变相等 答 A 对 B 错 C 错 D 错因为W p V2 V1 与气体无关 Q 0 U相等 H Cp T2 T1 两个气体的T2不等 7 物化习题练习 选择题 7 可逆机的效率为 冷冻机的冷冻系数为 和 的值符合下列何种情况 A 1 1 B 1 1 C 1 1 D 1 可以小于 等于 大于1 答 D 8 物化习题练习 选择题 8 某理想气体的 Cp Cv 1 4 则该气体为几原子气体 A 单原子 B 双原子 C 三原子 D 四原子 答B 对于双原子理想气体 Cp Cv 7 2 R 5 2 R 7 5 1 4 9 物化习题练习 选择题 9 凡是在孤立系统中进行的变化 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不确定 答 D 孤立系统 U 0 H与实际变化过程有关 10 物化习题练习 选择题 10 1摩尔单原子理想气体 从始态p1 2 T1 273K 沿着p V 常数的途径可逆变化到终态为p2 4 则 H为 A 17 02kJ B 10 21kJ C 17 02kJ D 10 21kJ 答 p V 常数 即p1 V1 p2 V2 V2 p2V1 p1T2 p2V2 R p22V1 p1R p22 RT1 p1 p1R p2 p1 2T1 4 2 2 273 4 273 H CPdT Cp 4 273 273 5 2 R 3 273 17023J 17 02kJ 11 物化习题练习 选择题 11 下述说法哪一种不正确 A 理想气体经绝热自由膨胀后 其热力学能变化为零 B 非理想气体经绝热自由膨胀后 其热力学能变化不一定为零 C 非理想气体经绝热自由膨胀后 其温度不一定降低 D 非理想气体经一不可逆循环 其热力学能变化为零 答B绝热自由膨胀Q 0 W 0 U 0 与气体介质无关 12 物化习题练习 选择题 12 苯在一个刚性的绝热容器中燃烧 C6H6 l 15 2 O2 g 6CO2 g 3H2O g A U 0 H 0 Q 0 B U 0 H 0 Q 0 C Q 0 U 0 H 0 D Q 0 U 0 H 0 答B绝热钢瓶中 Q 0 W 0 U 0 H U pV U nRT n 9 7 5 1 5 0 13 物化习题练习 选择题 13 有一高压钢筒 打开活塞后气体喷出筒外 当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞 此时筒内温度将 A 不变 B 升高 C 降低 D 无法判定 答C 相当于绝热膨胀过程 14 物化习题练习 选择题 14 恒压下 无相变的单组分封闭系统的焓值随温度的升高而 A 增加 B 减少 C 不变 D 不一定 答A 15 物化习题练习 选择题 15 氧气的燃烧焓应为何值 大于零 B 小于零 C 等于零 D 不确定 答C 16 物化习题练习 选择题 16 欲测定有机物燃烧焓Qp 一般使反应在氧弹中进行 实际测得热效应为QV 公式Qp QV nRT中的T为 A 氧弹中的最高燃烧温度 B 氧弹所浸泡的水之温度 C 外水套中之水温 D 298 2K 答C 17 物化习题练习 选择题 17 下述说法判断正确与否 A 水的生成焓即是氧气的燃烧焓 B 水蒸气的生成焓即是氧气的燃烧焓 C 水的生成焓即是氢气的燃烧焓 D 水蒸气的生成焓即是氢气的燃烧焓 答C正确 其它错 18 物化习题练习 选择题 18 石墨的燃烧热 A 等于CO的生成焓 B 等于CO2的生成焓 C 等于金刚石的燃烧焓 D 等于零 答BC 石墨 O2 g CO2 g 19 物化习题练习 选择题 19 关于热容量 判断正确与否 A 对于理想气体 Cpm与CVm之差一定是R B 对于实际气体 若吸收相同的热量 则系统在恒容过程中的温度升高值一定大于恒压过程 C 对于实际气体 若吸收相同的热量 则系统在恒容过程中的热力学能改变一定小于恒压过程 D 对于单原子晶体 当温度足够高时 CVm 3R 答 A 正确 B 正确 Q CpdTP CvdTV Cp CV dTp dTV C 错 Uv CVdTv Up CVdTp D 对 20 物化习题练习 选择题 20 斜方硫的燃烧焓等于 A SO2 g 的生成焓 B SO3 g 的生成焓 C 单斜硫的燃烧焓 D 零 答AS 斜方硫 O2 g SO2 g 斜方硫是稳定单质 21 物化习题练习 选择题 21 下列四种表述 1 等温等压下的可逆相变过程中 系统的熵变 S H相变 T相变 2 系统经历一自发过程总有dS 0 3 自发过程的方向就是混乱度增加的方向 4 在绝热可逆过程中 系统的熵变为零 答 1 对 2 错 3 错 4 对 22 物化习题练习 选择题 22 298K 下 双原子理想气体的体积V1 48 91dm3 经等温自由膨胀到2V1 其过程的 S为 A 11 53J K 1 B 5 763J K 1 C 23 06J K 1 D 0 答 S nRln2 2Rln 2V1 V1 n pV RT 101325 48 91 10 3 8 314 298 2 23 物化习题练习 选择题 23 理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程 A 可以从同一始态出发达到同一终态 B 不可以达到同一终态 C 不能断定 A B 中哪一种正确 D 可以达到同一终态 视绝热膨胀还是绝热压缩而定 答 B 正确 其它错 24 物化习题练习 选择题 24 单原子分子理想气体的Cv m 3 2 R 温度由T1变到T2时 等压过程的系统熵变与等容过程的系统熵变之比是 A 1 1 B 2 1 C 3 5 D 5 3 答 D Sp Cpln T2 T1 Sv Cvln T2 T1 Sp Sv Cp Cv 25 物化习题练习 选择题 25 下列过程均为等温等压过程 根据dG SdT Vdp计算得 G 0 此结论能用于下列何过程 A 5 冰 5 水 B 等温 等压下 Wf 0的化学反应A B C D C 等温等压下食盐溶于水 D 100 水 100 水气 答D等温等压下的可逆相变 G 0 26 物化习题练习 选择题 26 在101 3kPa下 100 的水变为水蒸气 吸热Qp 在该相变过程中下列哪些关系不成立 A S系统 0 B S环境不确定 C S系统 S环境 0 D G系统 0 答B S环境 S系统 T 27 物化习题练习 选择题 27 理想气体与温度为T的大热源接触作等温膨胀 吸热Q 所作的功是变到相同终态的最大功的20 则系统的熵变为 A Q T B 0 C 5Q T D Q T 解 对于i g 等温过程 U 0 则Q实际 W实际 QR WmaxW实际 20 Wmax 即Q实际 20 QR S QR 5Q实际 T 28 物化习题练习 选择题 29 理想气体自状态p1V1T等温膨胀到p2V2T 此过程的 F与 G的关系是 A F G B F G C F G D 无确定关系 答C G H T S F U T S理想气体的等温过程 二者相等 29 物化习题练习 选择题 30 在300K时 2mol某理想气体的吉布斯自由能G与赫姆霍兹自由能F的差值为 A G F 1 247kJ B G F 2 494kJ C G F 4 988kJ D G F 9 977kJ 答G H TSF U TSG F H U pV nRT 2 8 314 300 4988J 30 物化习题练习 选择题 31 热力学第三定律可以表示为 在0 时 任何完整晶体的熵等于零 B 在0K时 任何完整晶体的熵等于零 C 在0 时 任何晶体的熵等于零 D 在0K时 任何晶体的熵等于零 答B 31 物化习题练习 填空题 1 下列物理量Um H Q V T p Vm W Hm U Cp Cv Cp m Cv m 哪些具有强度性质 具容量性质 不是状态函数 32 物化习题练习 填空题 2 1mol单原子理想气体的 H T V J K 1 答 33 物化习题练习 填空题 3 在自发过程中 体系的热力学概率W和体系的熵S的变化方向 同时它们又都是 函数 两者之间的具体函数关系式是 该式称为 它是联系 和 的重要桥梁 答 一致状态S klnW玻兹曼公式宏观世界微观世界 34 物化习题练习 填空题 4 下列偏微分 其中为偏摩尔数的有1 4 9 为化学势的有3 6 8 10 35 物化习题练习 填空题 5 理想气体向真空膨胀 体积由V1变到V2 其 U S 答0nRln V2 V1 36 物化习题练习 填空题 6 反应C s O2 g CO2 g 的 298 0 若此反应在恒容绝热容器中进行 则该系统的 T于零 U于零 H于零 答大 大 37 物化习题练习 填空题 7 反应分子数只能是 一般不会大于 答 正整数 3 38 物化习题练习 填空题 9 对于任何宏观物质 其焓H一定内能U 填上 因为 对于等温理想气体反应 分子数增多的 H一定 U 因为 答 H U pV H U nRT 39 物化习题练习 填空题 10 氢气可以看作理想气体 设H2为刚性分子 电子处于基态 其Cvm Cpm 以气体常数表示 Cvm 5 2 RCpm 7 2 R 40 物化习题练习 填空题 11 分别写出三个判据指出各自条件 孤立系统 等V等U 自发变化熵增加 等温 等容 Wf 0 自发变化A减少 等温 等压 Wf 0 自发变化G减少 41 计算题 2 已知水在50下沸点为265 在下沸点为100 a 试比较在下和在50下工作于水的沸点的蒸气机的理论效率 假定低温热源温度均为40 b 在题1中 若两种情况下都要对外做功1000J 则必须从高温热源各吸热多少 C 欲提高卡诺热机效率 是保持T1不变 升高T2好 还是保持T2不变 降低T1好 说明理由 42 解题 2 0794 1 在下 1 T2 T1 T2 0 161在50下 2 T2 T1 T2 0 418 2 Q1 W 1 6212J Q2 W 2 2392J 3 T2 T1 T2 增加T2温度 T2 T1 T1 T22降低T1温度 T1 T2 1 T2 T2 T22 T2 T1 T1 T2 降低T1为好 43 计算题 3 使1kg273K的水在制冷机中变成水 已知室温298K 冰的溶化热为6000J mol 试计算 1 至少需要做多少功 2 制冷机对环境放热若干 解 系统从低温热源吸收的热量Qc 6000J mol 1000 18 mol 333kJ1 QC W Tc Th Tc 273 298 273 10 92最少需做功W 3 33 105J 10 92 30 5kJ2 制冷机对环境放热 环境对系统做功全部用于吸收热量 Q W QC 30 5kJ 333kJ 302 5kJ 44 计算题 4 1摩尔单原子理想气体始态为273K 分别经下列可逆变化 a 恒温下压力加倍 b 恒压下体积加倍 c 恒容下压力加倍 计算各过程的Q W U S G F 已知273K 下该气体的摩尔熵为100J K mol 1 45 计算 4 A 恒温下压力加倍 U H 0W Q nRTlnV2 V1 nRTlnp1 p2 nRTln2 1mol 8 314J K 1 mol 1 273K ln2 1573J S nRlnp1 p2 5 763J K F WR 1573J G F 1573J B 恒压下体积加倍p nRT V V1 2V1 T1 2T2W p V p1 2V1 V1 p1V1 nRT 1mol 8 314J K 1 mol 1 273K 2270J U nCvm T2 T1 3 2 R 2T1 T1 1mol 3 2 8 314J K 1 mol 1 273K 3405JQ U W 5675J H Cp T2 T1 5 2 RT1 5674J Qp S CplnT2 T1 5 2 8 314ln2 14 41J K F U TS U T2S2 T1S1 3405J 2 273 114 41 273 100 31760J 已知S1 100J K S2 S1 S 100 14 41 114 41J K G H TS 5674 2 273 114 41 273 100 29490J 46 计算 4续前 C 恒容下压力加倍V nRT pp1 p2T1 2T1W 0 U Cv T2 T1 3 2 RT1 2270J Qv H Cp T2 T1 5 2 273 5674J S Cvln T2 T1 3 2 Rln2 8 644J KS2 S1 S 100 8 6 108 6J K F U TS 2270 2 273 108 273 100 29730J G H TS 5674 2 273 108 273 100 26320J 47 计算题 5 在标准压力和373 2K时 把1摩尔水蒸气可逆压缩为液体 计算Q W Um Hm Fm Gm Sm 已知在373 2K和标准压力p 下 水的摩尔蒸发热为40 691kJ mol 1 解 W p Vm p Vm l Vm g pVm g RT 3 101kJ mol 1Qp Hm vapHm 40 691kJ mol 1 Um Hm p Vm 37 588kJ mol 1 Gm 0 Fm WR 3 101kJ mol 1 Sm QR T 109 1J mol 1 K 1 48 计算 6 已知298K时 CH4 g CO2 g H2O l 的标准生成焓分别为 74 8 393 5 285 8kJ mol 1 求算298K时CH4 g 的标准燃烧焓 解 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l 该反应的热效应就是甲烷的燃烧焓 rHm 393 5 2 285 8 74 8 890 3kJ mol 1 49 计算题 7 298K及1大气压时 已知环丙烷 石墨及氢的燃烧焓分别为 2092 393 8及 285 84千焦 摩尔 1 求环丙烷的生成焓 解 3C 石墨 3H2 g C3H6 g Hf 环 rHm 3 cHm 石 3 cHm 氢 cHm 环 3 393 8 3 285 84 2092 kJ 53 08kJ mol 50 某化学反应在等温 等压下 298K p 进行 放热40 00kJ 若使该反应通过可逆电池来完成 则吸热4 00kJ 1 计算该化学反应的 rSm 2 当该反应自发进行时 即不做电功时 求环境的熵变及总熵变 即 rSm 体 Sm 环 3 计算系统可能做的最大电功为若干 解 1 2 系统的不可逆放热 环境可以按可逆的方式接收 所以 3 51 计算题 9 在298 15K时 有0 01kg的N2O4 g 压力为2p 现把它全转变成NO2 g 压力为0 3p 求过程中的 rG 解 这是一个假设 不能直接用化学反应等温式 必须根据状态函数的性质 设计一个中间过程 N2O4 2p 2NO2 0 3p N2O4 p 2NO2 p 52 计算题 10 某地下水含可溶性盐 以NaCl为主 用冰点下降法测出地下水的冰点为 0 65 问如果在27 进行反渗透淡化 至少需要加多大压力 已知水的Kf 1 86 解 先通过冰点下降公式 Tf Kfm 计算出质量摩尔浓度m 0 65 1 86 0 3495mol Kg CBRT mRT 0 3495mol 10 3m3 8 314 300K 8 72 105Pa需加压力p2 p0 9 73 105Pa 53 计算题11 298K时 500克水中溶有甘露糖醇25 97克 该溶液的蒸气压为0 0229atm 已知该温度时纯水的蒸气压为0 02340atm 求甘露糖醇的分子量 解 解得MB 182 54 1mol 10 的过冷水 在大气压力下凝固成 10 的冰 请用化学势计算水的 fusGm 已知水 冰在 10 时饱和蒸气压分别为p1 287Pa p2 259Pa 解 这题有多种解法 可以设计可逆过程 分五步进行 第1 2 4 5步的Gibbs自由能的变化值都可以不计 只计算第三步的Gibbs自由能的变化 现在题目要求用化学势计算 其实更简单 纯组分的化学势就等于摩尔Gibbs自由能 所以 55 反应CO g H2O g H2 g CO2 g 的标准平衡常数与温度的关系为lg 2150K T 2 216 当CO H2O H2 CO2的起初组成的摩尔分数分别为0 30 0 30 0 20 0 20 总压为101 3kPa时 问在什么温度以下 或以上 反应才能向生成产物的方向进行 解 要使反应向生成产物的方向进行 必须使 rGm 0 即 56 银可能受到H2S气体的腐蚀而发生反应H2S g 2Ag s Ag2S s H2 g 298KAg2S s 和H2S g 的标准摩尔生成Gibbs自由能分别为 40 25和 32 93kJ mol 1 求298K p 下 H2S和H2的混合气中 H2S的摩尔分数低于多少时 不使Ag发生腐蚀 解 设H2S的物质的摩尔分数为x 则H2 g 的摩尔分数为 1 x 57 在合成甲醇过程中有一个水煤气变换工段 即把氢气变换成原料气CO 现有一混合气体 H2 CO2 CO和H2O的分压分别为20kPa 20kPa 50 7kPa 和10kPa 1 问在1093K时反应能否发生 2 如果把CO2的分压提高到405kPa 而CO提高到304kPa 其余不变 问情况又怎样 已知1093K时反应的 1 解 1 压力较低 可视为理想气体反应 rGm RTlnK RTlnQp RTlnQp 因为 rGm 0 故该条件下反