第二章热力学第一定律练习题及解答

1、第二章 热力学第一定律一、思考题1. 判断下列说法是否正确，并简述判断的依据(1) 状态给定后，状态函数就有定值，状态函数固定后，状态也就固定了。答：是对的。因为状态函数是状态的单值函数。(2) 状态改变后，状态函数一定都改变。答：是错的。因为只要有一个状态函数变了，状态也就变了，但并不是所有的状态函数都得变。(3) 因为 U=Qv， H=Q，所以Qv，Qp是特定条件下的状态函数 ？这种说法对吗？ 答：是错的。AU，JH本身不是状态函数，仅是状态函数的变量，只有在特定条件下与 Qv， Qp的数值相等，所以 Qv，Qp不是状态函数。(4) 根据热力学第一定律，因为能量不会无中生有，所以一个系统如

2、要对外做功，必须从 外界吸收热量。答：是错的。根据热力学第一定律AU =Q +W，它不仅说明热力学能(、热(Q)和功(W、之间可以转化，有表述了它们转化是的定量关系，即能量守恒定律。所以功的转化 形式不仅有热，也可转化为热力学能系。(5、在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，是液体的温度上升，这时 H=q=O答：是错的。这虽然是一个等压过程，而此过程存在机械功，即WfMQ所以 HMQ。(6、某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Qi,焓变为AH。如将化学反应安排成反应相同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态形同，这时热效应为Q2,焓变为AH，则 AH|= AH2答：是对的。Q是非状态函数

3、，由于经过的途径不同，则Q值不同，焓(H、是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两焓变值：Hi和汨2相等。2. 回答下列问题，并说明原因(1、可逆热机的效率最高，在其它条件相同的前提下，用可逆热机去牵引货车，能否使火 车的速度加快？答？不能。热机效率W是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。Qh但可逆热机循环一周是一个缓慢的过程，所需时间是无限长。又由P=聖=F v可推出vt无限小。因此用可逆热机牵引火车的做法是不实际的，不能增加火车的速度，只会降低。(2) Zn与盐酸发生反应，分别在敞口和密闭容器中进行，哪一种情况放热更多？答：在密闭容器中进行的反应放热多。在热化学中

4、有 Qp = Qv+ An( RT),而Zn (s) + H2SO4(aq) = Zn SO4 (aq) + H 2 ( g)的An=1 ,又因该反应为放热反应 Qp、qv的值均为负值， 所以 I Qv I I Qp I。(3 )在一个导热材料制成的圆筒中装有压缩气体，圆筒中的温度与环境达成平衡。如果突 然打开圆筒，是气体冲出去，当压力与外界相等时，立即盖上筒盖。过一段时间，筒中气体 的压力有何变化？答：筒内压力变化过程：当压缩气体冲出，在绝热可逆过程有p1 T二常数，当气体的压力与外界相等时，筒中温度降低。立即盖上筒盖，过一会儿，系统与环境的温度完全相等， 筒内温度上升，则压力也升高，即大于

5、环境的标准大气压。(4)在装有催化剂的合成氨反应室中， N2 (g)与H2 (g)的物质的量的比为 1:3,反应方 程式为，N2 (g) + H2 (g)二 N H3 (g)。在温度为 T1和T2的条件下，实验测定放出的热量分别为 Qp (T1 )和Qp (T2).但是用Kirchhoff定律计算时T2rHm T2 - rHm T1T rCpdTT1计算结果与实验值不符，试解释原因。答：AH =色旦,ArHm实际是指按所给反应式，进行 心=1mol反应时的焓变，实验测得 m 丛的数值是反应达到平衡时发出的热量，此时l 7 0范氐气体分子间有引力。体积增大分子间势能增加，为了保持温度不变，必须从

6、环境吸热。U 0因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。H 0根据焓的定义式可判断，系统的热力学能增加，焓值也增加。(3) W :：: 0放出的氢气推动活塞，系统克服外压对环境作功。Q : 0 反应是放热反应。U : 0系统既放热又对外作功，热力学能下降。H : 0因为这是不做非膨胀功的等压反应，H = Qp。(4) W = 0 在刚性容器中是恒容反应，不作膨胀功。Q=0因为用的是绝热钢瓶U = 0 根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。汨 0 因为是在绝热刚瓶中发生的放热反应，气体分子数没有减少，钢瓶内温度升高，压力也增高，根据焓的定义式可判断焓值是增加的。(5) W : 0常温、常压

7、下水结成冰，体积变大，系统克服外压对环境作功。Q : 0 水结成冰是放热过程。.U :：: 0系统既放热又对外作功，热力学能下降。.H :：: 0因为这是等压相变，AH = Qp 。6. 在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水：（1）氢气在氧气中燃烧；（2）爆鸣反应；（3）氢氧热爆炸；（4）氢氧燃料电池。在 所有反应中，保持反应始态和终态都相同，请问这四种变化途径的热力学能和 焓的变化值是否相同？答：应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始终态相同，无论通过什么途径，其变 化值一定相同。这就是：异途同归，值变相等。7. 一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、

8、雪，并凝结成冰。冰、 雪熔化变成水流入江河，最后流入大海，一定量的水又回到始态。问历经整个 循环，水的热力学能和焓的变化是多少 ？答：水的热力学能和焓的变化值都为零。因为热力学能和焓是状态函数，不论经过怎样的循环，其值都保持不变。这就是：周而复始，数值还原。& 298 K，101.3 kPa压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是不可逆过程，试将 它设计成可逆过程。答：可逆过程（1）:绕到沸点13kPa） H2O(jf298KJ0I 3kPa)或可逆过程（2）：绕到饱和蒸气压H2O（A29NKJ 01.3kPa）1H2O（A29XKh） H2O（f,298K1）、概念题题号12345678选项DC

9、BAADCC题号910111213141516选项BBABCCDB1.对于理想气体的热力学能有下述四种理解:（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 其中都正确的是（ ）。（A）（1），（2） （B）（3），（4） （ C）（ 2），（4） （D）（ 1），（3） 答：（ D） 热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。2. 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

10、）降低（D ）无法判定答：（C）气体膨胀对外作功，热力学能下降。3. 有一真空钢筒，将阀门打开时，大气（视为理想气体）冲入瓶内，此时瓶内气体的温度将（ ）。（A）不变（B）升高答：（B ）大气对系统作功，热力学能升高。4. 1 mol 373 K 、标准压力下的水分别经历：（C）降低（D ）无法判定1）等温、等压可逆蒸发； （ 2）真空蒸发，变成373 K、标准压力下的水气。这两个过程中功和热的关系为（）。（A）W 1 Q 2（B）W 1 W 2、Q 1 W 2、Q 1 0 , AH 0（C） AU 0 , AH 0将冰箱门打开 , 并接通电源使其工作 , 过一段 ）？（C）不变（D）不一定A

11、H 的值一定是（）。B） AU = 0 ， AH = 0D） AU = 0， AH 不确定例如，在绝热钢瓶里发生一个（D）不一定答：（ D） 热力学能是能量的一种，符合能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。而焓虽然有能量单位，但它不是能量，不符合能量守衡定律。放热的气相反应， AH可能回大于零。7. 理想气体向真空绝热膨胀后，他的温度将（）。（A）升高（B）降低（C）不变 答：(C)对于理想气体而言，内能仅仅是温度的单值函数，经真空绝热膨胀后，内能不变，因此体系温度不变。8. 某气体的状态方程 pVm= RT+bp( b是大于零的常数)，此气体向真空绝热膨胀，温度将( )。(A)升高(B

12、)降低(C)不变(D)不一定答:( C)由气体状态方程pVm= RT+bp可知此实际气体的内能只是温度的函数，经真空绝热膨胀后，内能不变，因此体系温度不变(状态方程中无压力校正项，说明该气体膨胀时，不 需克服分子间引力，所以恒温膨胀时，热力学能不变)。9. 公式.H = Qp适用于哪个过程()。_273K,10CkPa(A)理想气体绝热等外压膨胀(B) H2O( s)厂二二二 H2O (I)(C) Cu2+ (aq) +2e- t Cu (s)( D )理想气体等温可逆膨胀答：(B )式适用于不作非膨胀功的等压过程。10. 某理想气体的 y=Cp/Cv =1.40 ,则该气体为几原子分子()？

13、(A)单原子分子(B)双原子分子(C)三原子分子(D)四原子分子757(B) 1.40= , cv = RCp= R，这是双原子分子的特征。52 p 211. 当以5 mol H2气与4 mol Cl 2气混合，最后生成 2 mol HCl气。若以下式为基本单元，H2 (g)+ Cl ( g) t 2HC (g)则反应进度 E应是()。(A) 1 mol(B) 2 mol(C) 4 mol(D) 5 mol答：(A)反应进度 E=n = 2mol =1 molv 212. 欲测定有机物燃烧热 Qp，般使反应在氧弹中进行，实测得热效应为Qv，公式Qp= Qv+血gRT中的3为( )。(A) 生成

14、物与反应物总物质的量之差(B) 生成物与反应物中气相物质的量之差(C) 生成物与反应物中凝聚相物质的量之差(D) 生成物与反应物的总热容差答：(B) AigRT 一项来源于 (pV ) 项，若假定气体是理想气体，在温度不变时 ( pV)就等于AgRT。13. 下列等式中正确的是（）。（a）：fHm（H2。，I）二札Hm（O2,g）（b）.：fHm（H2。,g）=.Hm（O2,g）（C）：fHm（H2。，l）=.jm（H2,g）（D）：fHm（H2。,g）=jm（H2,g）答：（C）在标准态下，有稳定单质生成1mol物质B产生的热效应为该物质B的摩尔生成焓；在标准态下，1mol物质B完全燃烧产生

15、的热效应为该物质B燃烧焓，故有：fHm（H2。，i）= ：cHm（H2, g）。14. 298 K时，石墨的标准摩尔生成焓.-：fHm （）。（A）大于零（B）小于零（C）等于零 （D ）不能确定答：（C）根据标准摩尔生成焓定义，规定稳定单质的标准摩尔生成焓为零。碳的稳定单质制定为石墨。115. 石墨（C）和金刚石（C）在298 K ,标准压力下的标准摩尔燃烧焓分别为-393.4 kJ mol-和-395.3 kJ mol1，则金刚石的标准摩尔生成焓.*Hm （金刚石,298 K）为（）。（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）的标准摩尔燃烧焓就是二氧化碳的标准摩尔生成焓，为-393.4 kJ mol-1,金刚石的标准摩尔燃烧焓就是金刚石（C）燃烧为二氧化碳的摩尔反应焓变，等于二氧化碳的标准摩尔生成焓减去金刚石的标准摩尔生成焓，所以金刚石的标准摩尔生成焓就等于