2025年大学《化学》专业题库- 化学热力学的基本原理

2025年大学《化学》专业题库——化学热力学的基本原理考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项前的字母填在题后括号内）1.下列过程一定能自发进行的是（）。A.焓减少的过程B.熵增加的过程C.吉布斯自由能减少的过程D.放热且熵增加的过程2.对于一个由气态物质变成液态物质的过程，下列物理量总是负值的是（）。A.焓变（ΔH）B.熵变（ΔS）C.吉布斯自由能变（ΔG）D.内能变（ΔU）3.在恒定压力下，系统吸收热量，则系统的（）。A.内能一定增加B.焓一定增加C.熵一定增加D.吉布斯自由能一定增加4.下列哪个物理量是状态函数？（）A.热量（Q）B.功（W）C.焓（H）D.熵（S）5.根据克劳修斯不等式（ΔS孤立>0或ΔS孤立=0），可以判断（）。A.任何自发过程都是熵增加的过程B.任何可逆过程都是熵不变的过程C.孤立系统的熵永不减少D.系统的熵变等于系统和环境的熵变之和6.热力学第一定律的数学表达式ΔU=Q+W中，对于理想气体的等温膨胀过程，ΔU和Q的值分别是（）。A.ΔU=0,Q=0B.ΔU=0,Q>0C.ΔU=0,Q<0D.ΔU≠0,Q=07.在恒定温度和压力下，判断一个化学反应能否自发进行的主要依据是（）。A.焓变（ΔH）B.熵变（ΔS）C.吉布斯自由能变（ΔG）D.反应速率8.下列过程熵变（ΔS）小于零的是（）。A.理想气体自由膨胀B.理想气体等温可逆压缩C.水在100℃下蒸发成水蒸气D.氦气在恒容条件下加热升温9.已知某反应的标准摩尔焓变（ΔH°）为负值，标准摩尔熵变（ΔS°）为正值，根据吉布斯自由能变的计算公式ΔG°=ΔH°-TΔS°，可以判断该反应在（）。A.任何温度下都能自发进行B.任何温度下都不能自发进行C.高温下能自发进行，低温下不能自发进行D.低温下能自发进行，高温下不能自发进行10.根据热力学第三定律，绝对零度（0K）时，理想晶体的熵值为（）。A.一个很大的正数B.零C.一个很小的负数D.无法确定二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题中横线上）1.热力学第一定律的实质是______，它指出能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持______。2.系统在状态变化过程中，其内能的改变量只取决于系统的______，而与变化过程是否可逆无关。3.熵是______的度量，它表示了系统______的程度。4.在恒定温度和压力下，吉布斯自由能减少的过程是______的过程。当ΔG=0时，系统处于______状态。5.某反应在标准状态下进行，ΔH°=-90kJ/mol，ΔS°=150J/(mol·K)。若该反应在298K下进行，则ΔG°=______kJ/mol。若ΔG°=0，则该反应发生的温度T=______K。三、计算题（共60分）1.（10分）将4.0mol理想气体在恒压下从10L压缩到5L，压强为1.0atm。气体放热500J。计算该过程的焓变（ΔH）和内能变（ΔU）。[已知理想气体Cv,m=12.5J/(mol·K),R=8.31J/(mol·K)]2.（15分）在298K时，将1molO₂（g）从10L等温可逆压缩到1L。计算该过程的熵变（ΔS）和吉布斯自由能变（ΔG）。[已知298K时，O₂（g）的Cp,m=29.36J/(mol·K)，S°=205.0J/(mol·K)，P₁=1.0atm，理想气体常数R=8.31J/(mol·K)]3.（15分）在标准状态下（298K,1atm），水的汽化热为40.7kJ/mol。计算水在标准状态下的汽化过程的熵变（ΔS）和吉布斯自由能变（ΔG）。[假设水蒸气可视为理想气体，R=8.31J/(mol·K)]4.（20分）已知在标准状态下（298K,1atm），反应2H₂（g）+O₂（g）⇌2H₂O（l）的标准摩尔焓变ΔH°=-571.6kJ/mol，标准摩尔熵变ΔS°=-89.0J/(mol·K)。计算该反应在298K时的标准摩尔吉布斯自由能变ΔG°。若该反应在298K时的平衡常数K=5.6×10³²，根据ΔG°与K的关系，说明该反应在该温度下自发进行的程度。试卷答案一、选择题1.C2.B3.B4.C5.C6.C7.C8.B9.A10.B二、填空题1.能量守恒；守恒2.初态与末态；状态变化3.无序度；混乱4.自发；平衡5.-83.1；717三、计算题1.解析：恒压过程，ΔH=Qp。ΔH=Qp=-500J=-0.5kJ。恒压过程做功W=-PΔV=-1.0atm×(5L-10L)×(101.325J/L·atm)=506.625J=0.507kJ。ΔU=Qp+W=-0.5kJ+0.507kJ=0.007kJ。答案：ΔH=-0.5kJ，ΔU=0.007kJ。2.解析：等温可逆压缩，ΔU=0，ΔH=0。对于理想气体等温可逆过程，ΔS=nRln(V₂/V₁)=1mol×8.31J/(mol·K)×ln(1L/10L)=-19.14J/K。理想气体等温可逆压缩，Q=-W=nRTln(V₂/V₁)=1mol×8.31J/(mol·K)×298K×ln(1/10)=1914J=1.914kJ。注意符号，W为正值（外界对系统做功），Q为负值（系统对外界放热）。ΔG=nRTln(P₂/P₁)=1mol×8.31J/(mol·K)×298K×ln(1atm/0.1atm)=1mol×8.31J/(mol·K)×298K×ln(10)≈5708J=5.71kJ。答案：ΔS=-19.14J/K，ΔG=5.71kJ。3.解析：恒压过程，ΔH=汽化热=40.7kJ/mol。汽化过程吸热Qp=40.7kJ/mol。恒温恒压可逆过程，ΔG=0。水的汽化是液态到气态，混乱度增加，ΔS>0。ΔS=(Qp)/T=(40.7×10³J/mol)/(298K)≈137.0J/(mol·K)。答案：ΔS=137.0J/(mol·K)，ΔG=0。4.解析：标准状态下，ΔG°=ΔH°-TΔS°。ΔG°=(-571.6×10³J/mol)-(298K×-89.0J/(mol·K))=-571600J/mol+26462J/mol=-507038J/mol=-507.0