热力学第一定律思考题参考资料

1、律思考题螈01薇可逆过程有哪些特点？羃葿答：可逆过程应具备如下特点：状态变化时推动力与阻力相差无限小，系统与环境始终无限接近于平衡态；可逆过程是无限缓慢进行的，要可逆地实现一个有限的过程，需要无限长的时间；过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达；系统变化一个循环后， 系统和环境均恢复原态， 变化过程中无任何耗散效应；等温可逆过程中，系统对环境作最大功，环境对系统作最小功。芅02膀判断下列八个过程中，哪些是可逆过程？用摩擦的方法生电房间内一杯水蒸发为水蒸气水在沸点时变成同温、同压的蒸气用干电池使灯泡发光对消法测电动势在等温等压下混合 N2 (g )和02 (g)恒温下将1mol水倾入大

2、量溶液中，溶液浓度未变水在冰点时变成同温、同压的冰腿蒄答:只有(3)、(5)、(8)是可逆过程，其余为不可逆过程罿蒈状态固定后状态函数都固定，反之亦然，这说法对吗?蚀答：对，因为状态函数是状态的单值函数。袄04螂状态改变后，状态函数一定都改变 ？蒀肃答：不对，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。賺05莈因为U= Q, DH= Q,所以Q、Q是特定条件下的状态函数。莅羁答：不对。 U, H本身仅是状态函数的改变量，在特定条件下与Qv, Qp的数值相等，所以 Qv、Qp不是状态函数,也不是状态函数的改变量。蒄06肀气缸内有一定量理想气体，反抗一定外压作绝热膨胀，则DH=

3、 Qp= 0,对不对？蚁祎答：不对。这是一个等外压过程，而不是等压过程，所以？H不等于Qp。绝热膨胀时Q = 0,而不是Qp = 0膈07芈在等压下用搅拌器快速搅拌液体，使其温度升高，这时液体的DH= Q ?羄袈不对，因为有机械功，Wf工0，所以H工Qp。肃薂理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式W= GT计算，那两种过程的功是否一样？08蚈T不可能相同，所蒅答：当然不一样，因为从同一始态出发，绝热可逆过程与绝热不可逆过程不可能到达同一终态, 以做的功也就不同。荿09膈可逆热机效率最高，那将可逆热机去开火车一定很快吗？薃腿答：不，可逆过程是无限缓慢的，要可逆地实现一个有限的过程，需要

4、无限长的时间，故可逆热机没有实用价值。实 际过程中用的都是不可逆热机，不可逆热机的效率很低。羆10袀在合成氨3H2+ N2 = 2NH反应中，实验测得*和T?温度下的热效应为 H和f,但用基尔霍夫定律计算所得的热效 应却与实验值不符，为什么 ？衿肄答:因为基尔霍夫定律计算的是反应进度为1 mol时的热效应，而实验测的是反应达平衡时的热效应，两者发生反应物质的量不同，所以热效应也不同。11在一个绝热真空箱上刺一个小洞，让空气很快进入，当两边压力相等时，两边温度是否相同？如不同，是不是与 焦耳实验矛盾了 ？答：不同，内部温度比外面高。这与焦耳实验不矛盾，因为两个实验所取的系统及其占有的体积不同。在

5、焦耳实验中，系统是全部气体，体积是两个球的空间，系统与环境没有功的交换，故最终系统温度不变。本实验中，系统是冲入箱内的气体，体积是这些气体原来占有的体积和真空箱的体积。气体冲入瓶内，体积缩小，环境对系统作了功，故系统温 度升高。12水蒸气的生成焓等于氢气的燃烧焓还是氧气的燃烧焓?答：该题目本身就有错误：氧气是助燃剂，本身无燃烧焓。按照定义，氢气燃烧的最终产物是水而不是水蒸气。所以，水蒸气的生成焓应该等于液态水的生成焓加上水的气化焓,即氢气的燃烧焓加上水的气化焓。13使用基尔霍夫定律计算公式应满足什么条件？答：(1)按反应计量方程式，反应进度为1 mol。参加反应物质的种类和相态在该温度区间内不

6、发生变化。如果有相态变化，则积分不连续，要分步计算。14请指出所列公式的适用条件：(1) H = U + pV(2)H = QpU = QvH = CpdTW =nRTln( V2/V)W =p V答：热力学中公式较多，但都有适用条件，不能随便使用，否则会导致错误结论。上述所列公式只适用于封闭系统和热 力学平衡态。(1) H=U+pV是定义式，适用于任何处于热力学平衡态的封闭系统。(2)适用于不作非膨胀功的等压过程。(5)适用于不作非膨胀功、适用于不作非膨胀功的等容过程。(4)适用于不作非膨胀功、状态连续变化的等压过程。理想气体的等温可逆过程。(6 )适用于不作非膨胀功的等外压过程。用热力学概

7、念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。van der Waals气体等温自由膨胀15a+2HClZn(s)+ 2HCI(I)= ZnCI2 + H 2(g)进行非绝热等压反应。H 2(g)+ Cl 2(g)= 2HCI(g)在绝热钢瓶中进行。fc= = = =:非绝热一1 * 3 4 (4)H 2(g)+ Cl 2(g)= 2HCI(g)在非绝热钢瓶中进行。(5)理想气体经Joule-Thomson节流实验。(6) 273.15K、标准压力下水结成冰。(7)氢气和氧气在绝热钢瓶中爆鸣生成水，电火花能量不计。(1)答：W= 0，因为自由膨胀外压为零。Q 0，van der Waals气

8、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，必须从环境吸热。U0，因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。，根据焓的定义式可判断焓值是增加的答：W 0，放出的氢气推动活塞，系统反抗外压对环境做功。Q 0,反应是放热反应。U0，系统既放热又对外做功，热力学能下降。 DH0，因为是在绝热钢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。答：W=0,刚性容器中的反应是恒容反应，膨胀功为零。Q 0，该反应是放热反应，而钢瓶又不绝热。U0，系统放热后热力学能下降。H0,反应前后气体分子数相同，H= U。答：H = 0，节流过程是一个等焓过程。U= 0，理想气体的分子间无作

9、用力，节流膨胀后温度不变，而理想气体的热力学能只是温度的函数，所以热力学能不变。Q = 0，节流过程是在绝热管中进行的。W = 0，根据热力学第一定律,因为Q, U都等于零，所以 W也等于零。答：W 0，水结成冰，体积增大，系统对外做功。Q 0，水结冰的过程是放热过程，放出凝聚热。U 0，系统既放热又对外做功，热力学能下降。H0，焓变等于相变热，水结冰是放热的。答：W = 0，在刚性容器中是恒容反应，膨胀功为零。Q = 0,因为是绝热容器。U = 0，根据能量守恒定律，因为功、热都等于零，所以热力学能保持不变。H 下列状态函数中，哪些是广度性质？哪些是强度性质?压力、温度、体积、热力学能、焓、

10、Gibbs自由能、熵、Helmholtz自由能、粘度、密度、质量、等压热容、等容热容、摩尔热力学能、摩尔焓、摩尔熵、摩尔Gibbs自由能、摩尔 Helmholtz自由能等。答： V、U、H、S、G、A、m、Cp、17CV是广度性质；p、T、？、Um、Hm、Sm、Gm、Am是强度性质。在一定条件下广度性质和强度性质可以转化。答：其变化值都为零。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。19总结不同过程中 W Q DU和DH的计算。第一定律为 DU = Q + W，设不作非膨胀功。(1)理想气体自由膨胀，理想气体等温可逆，理想气体等容可逆，理想气体绝热可逆，等温等压可逆相变。答:WQUH0000n RTI n(V2/Vi)=W000Cv dT=QCpdTCv(T2-