热力学第一定律习题1

1、.第一章 热力学第一定律一 . 选择题：1. 恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时内能将 ( ) (a) 降低 (b) 增加 (c) 不变 (d) 增加、减少不能确定2. 在一刚性的绝热箱中，隔板两边均充满空气，(视为理想气体)，只是两边压力不等，已知 p右 p左，则将隔板抽去后应有 ( ) (a) q = 0 w = 0 u = 0 (b) q = 0 w 0 (c) q 0 w 0 (d) u = 0 , q w 03. 有一容器四壁导热，上部有一可移动的活塞，在该容器中同时放入锌块和盐酸，发生化学反应后活塞将上移一定距离，若以锌和盐酸为体系则 ( ) (a ) q 0 , w = 0

2、, ru 0 , ru 0 (c) q 0 , ru = 0 (d) q 0 , ru 04. 苯在一个刚性的绝热容器中燃烧，则 c6h6(l) + (15/2)o2(g) = 6co2+ 3h2o(g) ( ) (a ) u = 0 , h 0 , w = 0 (c) q = 0 , u = 0 , h = 0 (d) q = 0 , u 0 , h 05. 1mol，373k，标准压力下的水经下列二个不同过程达到 373k，标准压力下的水气， (1) 等温等压可逆蒸发 (2) 真空蒸发，这二个过程中功和热的关系为( ) (a ) w1 w2 q1 q2 (b) w1 w2 q1 w2 q1

3、 u不可逆 w可逆 w不可逆 q可逆 q不可逆 ( q可逆 - w可逆) ( q不可逆 - w不可逆精品.)正确的是 ( ) (a ) (1),(2) (b) (2),(3) (c) (3),(4) (d) (1),(4). 化学反应在只做体积功的等温等压条件下，若从反应物开始进行反应，则此反应 (a ) 是热力学可逆过程 (b) 是热力学不可逆过程 (c) 是否可逆不能确定 (d) 是不能进行的过程9. 1mol 单原子理想气体从 298k，202.65kpa 经历 等温 绝热 等压三条途径可逆膨胀使体积增加到原来的 2 倍，所作的功分别为 w1,w2,w3，三者的关系是 ( ) (a )

4、w1 w2 w3 (b) w2 w1 w3 (c) w3 w2 w1 (d) w3 w1 w210. 凡是在孤立体系中进行的变化，其 u 和 h 的值一定是 ( ) (a ) u 0 , h 0 (b) u = 0 , h = 0 (c) u 0 , h qv 的反应是 ( ) (a ) (1),(4) (b) (1),(2) (c) (1),(3) (d) (4),(3)21. 当以 5mol h2气与 4mol cl2气混合，最后生成 2mol hcl 气。若以下式为基本单元，则反应进度应是：精品. h2(g) + cl2(g) 2hcl(g) (a) 1 mol (b) 2 mol (c

5、) 4 mol (d) 5 mol二 . 填空题： 1. 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 _ 。 2. 选择“”，“”，“”中的一个填入下列空格： 理想气体恒温可逆压缩 u _ 0， h _ 0 3. 实际气体符合理想气体行为的条件是在 _ 温度时，该气体的 (pv)/ pt , p0 的值应等于 _ 。 4. 在横线上填上 、或？（？代表不能确定）氢气和氯气在绝热刚性容器中反应，则(a) w _ 0 (b) u _ 0 (c) h _ 0 (d) h _ q 5. 在一绝热刚性容器中进行某一化学

6、反应，该体系的内能变化为 _ ，焓变化为 _ 。 6. 300k 时将 2mol zn 片溶于过量的稀硫酸中，若反应在敞口容器中进行时放热qp，在封闭刚性容器中进行时放热 qv，则 qv- qp= _ j。 7. 已知反应 2h2(g) + o2 (g) 2h2o(l) 在 298k 时恒容反应热qv= -564 kj.mol-1，则 h2 (g) 在 298k 时标准摩尔燃烧焓:chm= _ kj.mol-1。 8. 300k 时 0.125 mol 正庚烷（液体）在弹式量热计中完全燃烧，放热 602kj，反应 c7h16 (l) + 11o2 (g) = 7co2 (g) + 8h2 o(

7、l) 的 rum= _，rhm = _ 。 (rt 2.5 kj) 9. 当一个化学反应的 _ 等于零时，该反应的热效应就不受温度影响。10. 从统计热力学观点看，功的微观本质是 _ 。 热的微观本质是 _ 。精品.三. 问答题：1. 一个爆炸反应体系应看作是绝热体系还是孤立体系？ 2. 凡是体系的温度有变化，则体系一定有吸热或放热现象。凡是温度不变，则体系就没有吸热放热现象。两结论对吗 ? 3. 有人说，因为 u = qv，而内能是个状态函数，所以虽然 q 不是状态函数，但 qv是个状态函数，此话对吗？请阐明理由。 4. 在盛水槽中放入一个盛水的封闭试管，加热盛水槽中的水（做为环境），使其达

8、到沸点，试问试管中的水（体系）会不会沸腾，为什么？ 5. 有人认为封闭体系“不作功也不吸热的过程 u = 0，因而体系的状态未发生变化”，请对此加以评论并举例说明。 6. 热力学的不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。此话对吗？ 7. 理想气体向真空绝热膨胀 du = 0， dt = 0，而实际气体的节流膨胀过程 dh = 0， dt 0。上述二结论对吗? 8. 有人认为孤立体系状态改变时，内能是守恒量，而焓不是守恒量，请对此加以评论并举例说明。 9. 关系式 pv= 常数，适用于理想气体的绝热过程。此话对吗？ 10. 一个外有绝热层的橡皮球内充 101325pa 的理想气体，突然投入真空中

9、球体积增加一倍。指出该过程中 q、w、u 和 h 的值（用正、负号表示）四. 计算题:1. 已知氢的 cp,m= 29.07 - 0.836 10-3(t/k) + 20.110-7(t/k)2 j.k-1.mol-1 (1) 求恒压下 1mol 氢的温度从 300k 上升到 1000k 时需要多少热量？ (2) 若在恒容下需要多少热量？ (3) 求在这个温度范围内氢的平均恒压摩尔热容。精品. 2. 有一绝热真空钢瓶体积为 v0 ，从输气管向它充空气（空气可视为理想气体），输气管中气体的压力为 p0 ，温度为 t0 ，由于气体量很大，且不断提供气体，所以在充气时输入气管中的气体的压力、温度保持

10、不变，当钢瓶中气体压力为 p0 时，问钢瓶中气体温度为多少？3. 1mol 单原子理想气体，初始状态为 25，101325 pa 经历 u = 0 的可逆变化后，体积为初始状态的 2 倍。请计算 q,w 和 h 4. 298k 时，510-3m3 的理想气体绝热可逆膨胀到 610-3 m3，这时温度为 278k。试求该气体的 cv,m和 cp,m 。5. 1mol n2气在 300k，及标准压力下被等温压缩到 500p计算 h 值，已知气体常数 a0 = 135.8 kpa.dm6.mol-2， b0 = 0.039 dm3.mol-1，焦尔汤姆逊系数 j-t = (2a0 /rt) - b0

11、 /cp,m , cp,m = 20.92 j.k -1.mol-16. 称取 0.727克的 d-核糖 c4h9o4cho 放在一量热计中，用过量的 o2燃烧，量热计的温度由 298k 升高 0.910k，用同一仪器再做一次实验，使 0.858克苯甲酸燃烧，升温1.940k，计算该 d-核糖的摩尔燃烧内能、摩尔燃烧焓，及 d-核糖的摩尔生成焓。已知:苯甲酸的摩尔燃烧内能 cum为3251 kj.mol-1，液态水和 co2(g)的摩尔生成焓分别为 -285.8 kj.mol-1和 -393.5 kj.mol-1。7. 某炸弹内盛有 1mol co 和 0.5mol o2，估计完全燃烧后的最高

12、温度和压力各为多少。设起始温度 t1= 300k，压力 p1= 101.325 kpa。300k 时反应： co(g) + (1/2)o2(g) = co2(g)的 qv= -281.58kj，co2的 cv,m /(j.k-1.mol-1) = 20.96 + 0.0293(t/k)，并假定高温气体服从理想气体行为。五.证明题： 1. 单原子理想气体的内能为 (3/2)nrt + c (c 为常数)，请由此导出理想气体的 ( u/v)t和 (h/v)t 。 2.证明对理想气体有： ( cv /v)t = 0 ； (cp /p)t= 0 3.证明范德华气体 (p + a/vm2)(vm-b)

13、= rt 的焦耳系数 (t/v)u = - a/v m2 cv,m精品. 4. 1mol 双原子理想气体，沿热容 c = r (气体常数)途径可逆加热，请推导此过程的过程方程式。 5.某气体状态方程式为 pvm= rt +p （为正数）证明该气体经节流膨胀后温度必然上升。第一章 热力学第一定律习题参考答案一 . 选择题 1.答 (b) 2.答(a) 因为整个刚性绝热容器为体系, 与环境无功和热的传递。 3. 答(d) 4. 答(b) 5.答(a ) 6.答(c) 7.答(b) 8.答(b) 9.答(d) 10.答(d) 11.答(b) 12.答(b)13.答(c) 14.答(c) 15.答(b

14、) 16.答(d) 17.答(d)u=cv t=(3/2)r(p1t1/p2)-t1 18.答(b)19.答(d) 20.答(c) 21.答(a )二 . 填空题 1. 答 一定大于 (因为 h = u + pv)；一定大于；因为 h = u + (n)rt， 而 n为正。 2. 答 u = 0 h = 0 3. 答 波义耳 (boyles) 零 4. 答 (a ) = (b) = (c) (d) 5. 答 0； p2v2- p1v1 6. 答 qv- qp = nrt = -4988 j 7. 答 rhm = qp= qv + nrt chm = (1/2)rhm= -285.7 kj.mo

15、l-1 精品. 8. 答 rum = -4816 kj.mol-1 rhm = -4826 kj.mol-1 9. 答 cp= (cp,b)(生成物) - (cp,b)(反应物)10. 答 改变分子的能级；改变在分子能级上分布的分子数三 . 问答题： 1. 答 只能看作绝热体系 2. 答 前句不对。 (例：绝热膨胀，温度有变化但不吸热) 后句也不对。(例：相变过程，温度可以不变，但有热量变化) 3. 答 错。因为： (1) qv为恒容条件下传递的能量，总是与过程伴随着的物理量。 (2) 当存在非体积功时，u = qv- wf，uqv 4. 答 不会沸腾。因为体系与环境间无温差。 5. 答 封闭

16、体系不作功也不吸热的过程 u = 0，这是正确的，体系的状态未发生变化是不正确的。例如，在绝热钢瓶内由 h2(g) 和 o2(g) 反应生成水便是。 6. 答 错 7. 答 对8. 答 q = w = 0 u = 0 内能是守恒量 h = u + (pv) = (pv) 0 焓不是守恒量 例如：在绝热钢瓶内由 h2 (g) 和 o2 (g) 反应生成水。 9. 答 错。应是理想气体的可逆绝热过程10. 答 q = 0 w = 0 u = 0 h = 0四. 计算题 1. 答 (1) qp = h = cp,dt = 20620 j.mol-1精品. (2) qv= u = h - rt = 1

17、4800 j.mol-1 (3) cp,m= h/(t2- t1) = 29.45 j.k-1.mol-1 2. 答 设进入钢瓶中 n mol 空气为体系始态 p0 t0 v 终态 p0 t v 均视为理想气体 w = -p0 v0= -nrt0 u = -w ncv,m(t - t) = nrt cp,m = cv,m+ r cp,m /cv,m= t = (cp,m / cv,m ) t0=t0 3. 答 u = 0 t = 0 w = nrt ln(v2/v1)=1718 j q = w = 1718 j h = 0 4.答(t2 /t1) = (v2/v1)1- ln(t2/t1) =

18、 (-1)ln(v1/v2) = 1.381 cp,m = r/(-1) = 30.1 j.k-1.mol-1 cv,m = cp,m- r = 21.8 j.k-1.mol-1 5.答 m j-t = (t/p)h= -(1/cp)( h/p)t= n(2a0 /rt b0 )/cp h =( h/p)tdp= -n(2a0 /rt b0 )(p2- p1) = -3534 j 6.答 cum（苯甲酸）= qv = -3251 kj.mol-1 量热计热容 cv = qv /t . n(苯甲酸) = -11.78 kj.k-1 c4h9o4cho(s) + 5o2(g) 5co2(g) +

19、5h2o(l) rum(d) = cvt/nd = -2212 kj.mol-1 rhm(d) = rum(d) + nrt = -2212 kj.mol-1 fhm(d) = 5fhm(co2) + 5fhm(h2o) - rhm(d)= -1184 kj.mol-1 7.答 最高温度为 tm ，则 (20.96 + 0.0293(t/k)(j/k) dt = 281580 j (式中, 积分限 t1= 300k, t2= tm ) tm = 3785 k 最终压力 p2 = n2 rtm /v2 = 852.3 kpa五. 证明题： 1. 答 (u/v)t = (3/2)nrt + c/ v t = 0 h = u + pv