第二章热力学第一定律

1、第二章热力学第一定律思考题1设有一电炉丝浸于水中，接上电源，通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统，试问AU，Q，W为正为负还是为零？(1) 以电炉丝为系统；(2 )以电炉丝和水为系统；(3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。可缆I,朋2.(52设有一装置如图所示，(1)将隔板抽去以后，以空气为系统时，AJ, Q, W为正为负还是为零？(2)如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有空气为系统时，AU, Q , W为正为负还是为零？作业题1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功，内能增加了 200J，试问系统将吸收或是放出多少热？(2)一系统在膨胀过程

2、中，对环境做了10 540J的功，同时吸收了 27 110J的热，试问系统的内能变化为若干？答案： 吸收 40J; (2)16 570J2在一礼堂中有950人在开会，每个人平均每小时向周围散发出4. 2xl05J的热量，如果以礼堂中的空气和椅子等为系统，则在开会时的开始 20分钟内系统内能增加了多少 ？如果以礼堂中的空气、人和其它 所有的东西为系统，则其 AU = ?答案:1.3 M08J;03 一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时，这时蓄电池的内能减少了 1 265 000J,试 求算此过程中蓄电池将吸收还是放岀多少热？答案：放热401000J4体积为4.10dm3的理想

3、气体作定温膨胀，其压力从106Pa降低到105Pa计算此过程所能作出的最大功为若干？答案：9441J5在25C下，将50gN2作定温可逆压缩，从 10Pa压级到2X106Pa,试计算此过程的功。如果被压缩 了的气体反抗恒定外压 105Pa作定温膨胀到原来的状态，问此膨胀过程的功又为若干？答案：-.33 X04J; 4.20 X03J6计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3;始态及终态温度均为100 Co(1) 向真空膨胀；(2) 在外压恒定为气体终态的压力下膨胀；(3) 先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到5

4、0dm3(此时温度仍为100C)以后，再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀；(4) 定温可逆膨胀。试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题？答案:0; 2326J; 310l J; 4299J 习题10试证明对遵守范德华方程的1mol实际气体来说，其定温可逆膨胀所作的功可用下式求算。(范德华方程为vmvm b =RT )W = RTInVm，2 b +avm,1 b1 1vm,2 vm,1习题11 假设CO2遵守范德华方程，试求算 1mol CO2在27C时由10dm3定温可逆压缩到1dm3所作的 功。(所需范德华常数自己查表)。答案：一5 514J 习题12 1mol液体水

5、在100C和标准压力下蒸发，试计算此过程的体积功。(1) 已知在100 C和标准压力下，水蒸气的比体积(体积除以质量)为1 677cm3 g-1，水的比体积为1.043cm3 g-1。(2) 假设水的体积比之蒸气的体积可略去不计，蒸气作为理想气体。 比较两者所得的结果，说明(2)的省略是否合理。答案：3.057 X 103J； 3.101 X 103J 习题13已知在0C和标准压力下，冰的密度为0.917g -cm-3,水的密度为1.000gcm-3。试计算在0C 及标准压力下，1mol冰熔化成水所需之功。(要注意本题所需之功比之上题的涉及有蒸气的相变化的功是很 小的)答案:-0.165J 习

6、题14在373K和标推压力下，水的蒸发热为4.067 X04J mol-1，1mol液态水体积为18.08cm3，蒸气则为30 200cm3。试计算在该条件下 1mol水蒸发成气的 AU和AH。答案：3.761 X04J; 4.067 X04J 习题15 一理想气体在保持定压 105Pa下，从10dm3膨胀到16dm3,同时吸热1 255J，计算此过程的 AU 和AH。答案：655J; 1 255J 习题16 假设N2为理想气体。在0C和5X105Pa下，用2dm3N2作定温膨胀到压力为 105Pa。(1) 如果是可逆膨胀；(2) 如果膨胀是在外压恒定为105Pa的条件下进行。试计算此两过程的

7、 Q、W、AU和少。答案：(1)1 609J ; 0; (2)800 J; 0习题17UHUH试由0及0证明理想气体的0及0。V TV Tp Tp T习题18有3mol双原子分子理想气体由 25 C加热列150C，试计算此过程的 U和厶H。答案：7.79X 103J； 1.09 X 104J习题19有1mol单原子分子理想气体在 0C，105Pa时经一变化过程，体积增大一倍，H = 2 092J，Q=1 674J。(1)试求算终态的温度、压力及此过程的U和W;如果该气体经定温和定容两步可逆过程到达上述终态，试计算 Q、W、A U和厶H。答案:(1)373.7K，6.84X 104 Pa, 12

8、55J，419J，(2)2828 J，1573J，1255J,2092J习题20已知 300K 时 NH3 的 Um=840 J - m-3 mol-1, CV,m=37.3J k mol-1。当 1mol NH3V T气经一压缩过程其体积减少 10 cm 3而温度上升2度时，试计算此过程的 U答案：74.6J习题21试证明对任何物质来说V1CPCVVppCV习题22 计算1gN2在常压下由600C冷却到20C时所放出的热，所需数据自己查找。答案：629JU和厶H。设4 0670J mol-1。习题23试求算2mol100 C, 4 X 104Pa的水蒸气变成lOOC及标准压力的水时，此过程的

9、 水蒸气可视为理想气体，液体水的体积可忽略不计。已知水的摩尔气化热为答案：一75 138J; 81 340JCPCV2 TV其中a为膨胀系数，B为压缩系数。X 104K1, B =4.44X 1O10Par，而水的 Vm现已查得25C时液体水的定容热容Cv，m=75.2J K1 mo，a =2.118X 106m3 mol-1。试计算液体水在 25C时的Cp,m=?答案：75.7J K1 mol习题25 一物质在一定范围内的平均定压摩尔热容可定义为 QpCP,mn T2其中n为物质的量。已知 NH3的C33.64 2.93 10 辽 2.13 10p,mK5lK2JgA U,哪个反应的 HA

10、Uo（1）蔗糖（C12H22O11）的完全燃烧；（2）萘被氧气完全氧化成苯二甲酸 C6H4（COOH）2；（3）乙醇的完全燃烧；PbS与02完全氧化成PbO 和 S02o习题39已知下列反应在25 C时的热效应为1Na s12Cl2 gNaCI sHr m411.0kJgmoI-12H2 gS s +2O2 gH2SO4 Ir Hm800.8kJgmoI-13 2Na s S s +20 gNaSO, s2 241 14 尹2 g 尹2 g HCI g1382.8kJgmol92.30kJgmol-1-1计算反应2NaCI(s)+H2SO4(l)=Na2SO4(s)+2HCI(g)在 25 C

11、 时的rHm和rUm答案：55.4;50.4 kJ mol-1习题40已知反应1h2 g +2O2 g=H2O IrHm298K285.9kJgmoI-1水的气化热为2.445kJ g-1，计算反应H2g冷。2 g =H2O g的 H 298K 。 r m答案：-242kJ-1mol 习题41已知反应（1）C （金刚石）+O2(g)=CO2(g)rHm298K395.4kJ gmol-1C （石墨）+O2(g)=CO2(g)298K393.5kJgmoI-1求C （石墨）=C （金刚石）的rHm298K答案：1.9 kJ-1-mol 习题42利用下列数据计算 HCI （g）的生成热。NH3 a

12、q, +HCI aq, =NH4CI aq,298K50.21kJgmoI-1NH 3 g + 水=NH 3 aq,33298K35.56 kJ gmol -1HClg + 水=HCI aq,298K73.22 kJ gmol -1NH4Cls + 水=NH4CI aq.r H m 298K16.32 kJ gmol -1!n 22+2H 2 g2CI2 gNH 4CI sr H m 298K313.8 kJ gmol -12+1 1h 2 gNH 3 gr H m 298K46.02 kJ gmol -1答案：-92.5kJ -1mol 习题43利用生成热数据，计算下列反应的rHm 298K

13、。(1) Cl2(g)+2KI(s)=2KCI+l 2(s)(2) CO(g)+H 2O(g)=CO 2(g)+H 2(g)(3) SO2(g)+1/2O2(g)+H2O(l)=H 2SO4(4) CaC0 3(s)=CaO(s)+CO(g)(5) CaO(s)+3C(石墨)=CaC2(s)+C0(g)(6) Fe2O3(s)+CO(g)=CO2(g)+2FeO(s)(7) 2H 2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H 20(g)(8) 2Fe2O3(s)+3C(石墨)=4Fe(s)+3CO 2(g)答案:-216.5; -41.2; -218.0; 177.8; 462.3; 6.1 ;

14、 -146.5; 463.7kJ mol 习题44利用附录中的数据，计算下列反应的H(298K)。r m(1) C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)(2) 3C2H2(g)=C6H6(|)(3) C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)(4) C4H 叫g)=C 4H 6(g)+2H 2(g)答案：-36.9; -631.2; 125.9; 236.6kJ mol-1 习题45已知C2H5OH(l)在25C时的燃烧热为一1367kJ mol-1，试用CO2(g)和H2O(l)在25C时的生 成热，计算 C2H5OH (I)在25C时的生成热。答案：一277.4kJ mol-1 习题

15、46 已知 PbO(s)在 18C的生成热为-219.5 kJ -mol-1,在 18C至 200C之间，Pb(s),O2(g)及 PbO(s) 的平均热容各为 0.134、0.900和0.218J K-1 g-1。试计算PbO(s)在200C时的生成热。答案：一217kJ mol-1习题 47 已知反应 CO2(g)+ C(石墨)-2CO(g)在 20 C时的定压反应热51H 293K1.732 105 Jgmol-1。求该反应的H f T的关系式。所需热容数据自亍查表。rmrm答案:81。5 7.呎佃10-27.87 1吟习题48反应C(s)+1/2O2(g)=CO(g)是放热反应，反应C

16、(s)+H2O(g)=CO(g)+H 2(g)是吸热反应，所以只要H2O(g)和O2(g)的比例恰当，则将 H2O和O2的气体混合物通过赤热的焦碳时，可以保持温度恒定。假定上述反应是完全的，进入反应的气体已经预热到1000C，出来的气体亦是1000C。试求算欲使焦碳保持1000 C时H2O(g)和O2(g)的比例。其它所需数据可查表。答案：1.0: 1.7习题49试计算在25C及标准压力下，1mol液态水蒸发成水蒸气的气化热。已知100C及标准压力下液态水的气化热为2259J -g1，在此温度区间内，水和水蒸气的平均定压摩尔热容分别为75.3及33.2J K-1 mol-1。答案：43.8kJ

17、 mo1习题 50 已知 H2(g)+I 2(s)=2HI(g)在 18C时的 小口 49.45kJgmol-1 ; I2(s)的熔点是 113.5C， 其熔化热为 1.674 X104J mol-1; I2(l)的沸点是 184.3 C，其气化热为 4.268 X104j mol-1 ；l2(s)、l2(l)及 l%g) 的平均定压摩尔热容分别为 55.65、62.67及36.86J K-1 mol-1。试计算反应H2(g)+l 2(s)=2HI(g)在200 C 是的定压反应热。(其他所需数据可查附录)答案：-.49 X J mol-1习题51 25C时，甲烷的燃烧热为-890.4kJ m

18、o,液态水的气化热为 44.02 kJ- moL。设空气中氧气 与氮气的物质的量之比为1： 4。试计算甲烷与理论量的空气混合燃烧时所能达到的最高温度。所需热容数据自行查找。计算时，假设燃烧所放岀的热全部用于提高产物的温度；不考虑产物的离解。答案：2186K习题52在25C时，将含有等物质的量 H2和CO的水煤气与二倍于可供完全燃烧的空气在一起燃烧， 问可能达到的最高温度为多少？答案：1622K习题53某工厂中生产氯气的方法如下：将比例为1 : 2的18 C的氧气和氯化氢混合物连续地通过一个386C的催化塔。如果气体混合物通得很慢，在塔中几乎可达成平衡，即有80%勺HCl转化成CS和H20(g)。试求算欲使催化塔温度保持不变，则每通过ImolHCI时，需从系统取出多少热？答案：约7kJ习题54某工厂用接触法制备发烟硫酸时，将二氧化硫和空气的混合物通入一盛有铂催化剂的反应室。进入反应室的混合气体的温