熱力學(xué)第一定律習(xí)的題目

1、熱力學(xué)第一定律練習(xí)題一、判斷題(說法對否)：1、當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)一定時，所有的狀態(tài)函數(shù)都有一定的數(shù)值。當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，所 有的狀態(tài)函數(shù)的數(shù)值也隨之發(fā)生變化。2 體積是廣度性質(zhì)的狀態(tài)函數(shù)；在有過剩NaCl(s) 存在的飽和水溶液中，當(dāng)溫度、壓力一定時；系統(tǒng)的體積與系統(tǒng)中水和 NaCl 的總量成正比。3 在 101.325kPa 、100 下有 lmol 的水和水蒸氣共存的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的狀態(tài)完全確定。4一定量的理想氣體，當(dāng)熱力學(xué)能與溫度確定之后，則所有的狀態(tài)函數(shù)也完全確定。 5系統(tǒng)溫度升高則一定從環(huán)境吸熱，系統(tǒng)溫度不變就不與環(huán)境換熱。6 從同一始態(tài)經(jīng)不同的過程到達(dá)同一終態(tài)，則Q 和 W 的值一

2、般不同， Q + W 的值一般也不相同。7因 QP = H，QV = U，所以 QP與 Q V都是狀態(tài)函數(shù)。8封閉系統(tǒng)在壓力恒定的過程中吸收的熱等于該系統(tǒng)的焓。9對于一定量的理想氣體，當(dāng)溫度一定時熱力學(xué)能與焓的值一定，其差值也一定。10在 101.325kPa 下， 1mol l00 的水恒溫蒸發(fā)為 100 的水蒸氣。若水蒸氣可視為理 想氣體，那么由于過程等溫，所以該過程U = 0 。11 1mol ，80.1 、 101.325kPa 的液態(tài)苯向真空蒸發(fā)為 80.1 、 101.325kPa 的氣態(tài)苯。 已知該過程的焓變?yōu)?30.87kJ ，所以此過程的 Q = 30.87kJ 。12 1m

3、ol 水在 l01.325kPa 下由 25 升溫至 120 ，其 H = CP,mdT。13 因焓是溫度、 壓力的函數(shù)， 即H = f(T,p)，所以在恒溫、 恒壓下發(fā)生相變時， 由于 dT = 0，dp = 0 ，故可得 H = 0 。14 因 Qp = H，QV = U，所以 Qp - QV = H - U = (pV) = - W 。15 卡諾循環(huán)是可逆循環(huán)，當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)一個卡諾循環(huán)后，不僅系統(tǒng)復(fù)原了，環(huán)境也會復(fù)原。16 一個系統(tǒng)經(jīng)歷了一個無限小的過程，則此過程是可逆過程。17 若一個過程中每一步都無限接近平衡態(tài)，則此過程一定是可逆過程。18 若一個過程是可逆過程，則該過程中的每一步都是可

4、逆的。19 1mol 理想氣體經(jīng)絕熱不可逆過程由 p1、V1 變到 p 2、V2，則系統(tǒng)所做的功為。20 氣體經(jīng)絕熱自由膨脹后，因 Q = 0 ，W = 0 ，所以 U = 0 ，氣體溫度不變。 21(? U/? V)T = 0 的氣體一定是理想氣體。22 因理想氣體的熱力學(xué)能與體積壓力無關(guān)，所以 (? U/? p)V = 0 ，(? U/? V)p = 0 。23 若規(guī)定溫度 T時，處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的穩(wěn)定態(tài)單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零，那么該溫度下穩(wěn) 定態(tài)單質(zhì)的熱力學(xué)能的規(guī)定值也為零。24已知 CO 2在298.15K 時的 fHm和0到 1000 的熱容 Cp,m 則 CO2在1000K 時的 10

5、00K標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為 f Hm 1000K f Hm 298.15KCp,mdT (1000K) 。298. 15K25 一定量的理想氣體由 0 、 200kPa 的始態(tài)反抗恒定外壓 (p 環(huán) = 100kPa) 絕熱膨脹達(dá)平衡，則末態(tài)溫度不變。26 當(dāng)系統(tǒng)向環(huán)境傳熱 (Q 0) 時，系統(tǒng)的熱力學(xué)能一定減少。27 在等壓下，機(jī)械攪拌絕熱容器中的液體，使其溫度上升，則 H = Qp = 0 。28 對于同一始態(tài)出發(fā)的理想氣體的絕熱變化過程，WR= U = n CV,m T，WI = U = n CV,mT，所以 WR= W I二 . 選擇題：1. 恒容下，一定量的理想氣體，當(dāng)溫度升高時內(nèi)能將

6、( )(A) 降低 (B) 增加 (C) 不變 (D) 增加、減少不能確定(視為理想氣體 )，只是兩邊壓力不等， ( )Q = 0 W 0U = 0 , Q W 02. 在一剛性的絕熱箱中，隔板兩邊均充滿空氣， 已知 P 右 0 W 0(D)3. 有一容器四壁導(dǎo)熱，上部有一可移動的活塞，在該容器中同時放入鋅塊和鹽酸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后活塞將上移一定距離，若以鋅和鹽酸為體系則 ( )(A ) Q 0 , W = 0 , rU 0, rU 0(C) Q 0 , rU = 0(D)Q 0 ,W 0, rU 04. 苯在一個剛性的絕熱容器中燃燒，則 C6H6(l) + (15/2)O 2(g) = 6CO

7、 2+ 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 ，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水經(jīng)下列二個不同過程達(dá)到373K ，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水氣，(1) 等溫等壓可逆蒸發(fā) (2) 真空蒸發(fā)，這二個過程中功和熱的關(guān)系為( )(A ) W 1 Q 2(B) W1 W 2Q1 W 2Q1 U 不可逆 W 可逆 Q 不可逆 ( Q 可逆+ W 可逆 ) ( Q 不可逆 + W 不可逆)正確的是 ( )(A ) (1),(2)(B) (2),(3)(C) (3),(4)(D) (1),(4)

8、. 化學(xué)反應(yīng)在只做體積功的等溫等壓條件下，若從反應(yīng)物開始進(jìn)行反應(yīng)，則此反應(yīng)徑可逆膨脹使體積增加到原來的)(A ) W1 W 2 W 3(B)W2 W 1 W 3(C) W 3 W 2 W 110. 凡是在孤立體系中進(jìn)行的變化，(D)其W3 W 1 W 2U 和 H 的值一定是11.(A ) U 0 , H 0(B)U = 0 ,H = 0(C)U 0 , H Qv 的反應(yīng)是 ( )(A ) (1),(4) (B) (1),(2) (C) (1),(3) (D) (4),(3)21. 當(dāng)以 5mol H 2 氣與 4mol Cl 2氣混合，最后生成 2mol HCl 氣。若以下式為基本單元， 則

9、反應(yīng)進(jìn)度 應(yīng)是：H2(g) + Cl 2(g) 2HCl(g)(A) 1 mol(B) 2 mol(C) 4 mol(D) 5 mol. 填空題：1. 對于任何宏觀物質(zhì)，其焓H 一定 內(nèi)能U，(填上、 ) 因為；對于等溫理想氣體反應(yīng)，。分子數(shù)增多的H 一定U，因為2. 選擇“”，“”，“”中的一個填入下列空格：理想氣體恒溫可逆壓縮U _ 0， H _ 03. 實際氣體符合理想氣體行為的條件是在 溫 度時，該氣體的? (PV)/ ? PT , P0 的值應(yīng)等于 。4. 在橫線上填上 、或？(？代表不能確定) 氫氣和氯氣在絕熱剛性容器中反應(yīng)，則(A) W 0 (B) U 0 (C) H 0 (D)

10、 H Q5. 在一絕熱剛性容器中進(jìn)行某一化學(xué)反應(yīng)，該體系的內(nèi)能變化為 ，焓變化為 。6. 300K 時將 2mol Zn 片溶于過量的稀硫酸中，若反應(yīng)在敞口容器中進(jìn)行時放熱Qp，在封閉剛性容器中進(jìn)行時放熱 Qv，則 Qv- Q p= J。7. 已知反應(yīng)2H 2(g) + O 2 (g) 2H 2O(l) 在 298K 時恒容反應(yīng)熱 Qv= -564kJ.mol-1 ，則 H2 (g) 在 298K 時標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓 :cHm= kJ.mol -1。8. 300K 時 0.125 mol 正庚烷(液體)在彈式量熱計中完全燃燒，放熱 602kJ ， 反應(yīng) C7H16 (l) + 11O 2 (g)

11、 = 7CO 2 (g) + 8H 2 O(l) 的 rUm= ，rHm = 。 (RT 2.5 kJ)9. 當(dāng)一個化學(xué)反應(yīng)的 等于零時，該反應(yīng)的熱效應(yīng)就不受溫度影響。10. 從統(tǒng)計熱力學(xué)觀點(diǎn)看，功的微觀本質(zhì)是 。_熱的微觀本質(zhì)是 。_四. 問答題：1. 一個爆炸反應(yīng)體系應(yīng)看作是絕熱體系還是孤立體系？凡是溫度不變， 則體系就沒有2. 凡是體系的溫度有變化， 則體系一定有吸熱或放熱現(xiàn)象。吸熱放熱現(xiàn)象。兩結(jié)論對嗎3. 有人說，因為 U = Q v，而內(nèi)能是個狀態(tài)函數(shù)，所以雖然Q 不是狀態(tài)函數(shù)，但 Qv是個狀態(tài)函數(shù)，此話對嗎？請闡明理由。4. 在盛水槽中放入一個盛水的封閉試管，加熱盛水槽中的水做為環(huán)

12、境） ，使其達(dá)到沸點(diǎn)，試問試管中的水（體系）會不會沸騰，為什么？5. 有人認(rèn)為封閉體系“不作功也不吸熱的過程U = 0 ，因而體系的狀態(tài)未發(fā)生變化”，請對此加以評論并舉例說明。6. 熱力學(xué)的不可逆過程就是不能向相反方向進(jìn)行的過程。此話對嗎？7. 理想氣體向真空絕熱膨脹 dU = 0 ，dT = 0 ，而實際氣體的節(jié)流膨脹過程dH = 0 ，dT 0 。上述二結(jié)論對嗎 ?8. 有人認(rèn)為孤立體系狀態(tài)改變時， 內(nèi)能是守恒量， 而焓不是守恒量， 請對此加以評論并舉 例說明。10. 一個外有絕熱層的橡皮球內(nèi)充9. 關(guān)系式 PV = 常數(shù)，適用于理想氣體的絕熱過程。此話對嗎？101325Pa 的理想氣體，

13、突然投入真空中球體積增加一倍。指出該過程中Q、W 、U 和 H 的值(用正、負(fù)號表示)五 . 計算題 :1. 已知?dú)涞?Cp,m= 29.07 - 0.83610 -3 (T/K) + 20.1 10 -7(T/K) 2J.K-1 .mol -1(1) 求恒壓下 1mol 氫的溫度從 300K 上升到 1000K 時需要多少熱量？(2) 若在恒容下需要多少熱量？(3) 求在這個溫度范圍內(nèi)氫的平均恒壓摩爾熱容。2. 有一絕熱真空鋼瓶體積為 V0 ，從輸氣管向它充空氣（空氣可視為理想氣體），輸氣管 中氣體的壓力為 P0 ，溫度為 T0 ，由于氣體量很大，且不斷提供氣體，所以在充氣時輸入 氣管中的氣

14、體的壓力、溫度保持不變，當(dāng)鋼瓶中氣體壓力為P0 時，問鋼瓶中氣體溫度為多少？3. 1mol 單原子理想氣體，初始狀態(tài)為25 ， 101325 Pa 經(jīng)歷 U = 0 的可逆變化后，體積為初始狀態(tài)的 2 倍。請計算 Q,W 和 H 298K 時， 5 10 -3 m 3 的理想氣體絕熱可逆膨脹到 6 10-3 m 3，這時溫度為 278K 。試求該氣體的 Cv,m 和 Cp,m 。5. 1mol N 2氣在 300K ，及標(biāo)準(zhǔn)壓力下被等溫壓縮到 500 P計算 H 值，已知?dú)怏w常數(shù) a0 = 135.8 kPa.dm 稱取 0.727 克的 D- 核糖 C4H9O4CHO 放在一量熱計中，用過量

15、的 O 2燃燒，量熱計的 溫度由 298K 升高 0.910K ，用同一儀器再做一次實驗，使 0.858 克苯甲酸燃燒，升溫 1.940K ，計算該 D- 核糖的摩爾燃燒內(nèi)能、摩爾燃燒焓，及 D- 核糖的摩爾生成焓。已知 : 苯甲酸的摩爾燃燒內(nèi)能 cUm為 3251 kJ.mol -1 ，液態(tài)水和 CO 2(g)的摩爾生成焓分別為 -285.8 kJ.mol -1和 -393.5 kJ.mol -1。.mol -2， b0 = 0.039 dm 3.mol -1 ，焦?fàn)枩愤d系數(shù) J-T = (2a 0 /RT) - b 0 /C p,m , Cp,m = 20.92 J.K -1 .mol

16、-17. 某炸彈內(nèi)盛有 1mol CO 和 0.5mol O 2，估計完全燃燒后的最高溫度和壓力各為多少。 設(shè)起始溫度 T1= 300K ，壓力 P1= 101.325 kPa 。300K 時反應(yīng)：CO(g) + (1/2)O 2(g) = CO 2(g)的 Qv= -281.58kJ ，CO2的 Cv,m /(J.K -1.mol -1) = 20.96 + 0.0293(T/K) ，并假定高溫氣體 服從理想氣體行為。六.證明題：1. 單原子理想氣體的內(nèi)能為 (3/2)nRT + C (C 為常數(shù))，請由此導(dǎo)出理想氣體的 (? U/ ? V) T和 (? H/ ? V)T 。2. 證明對理想

17、氣體有： (? Cv /? V)T = 0； (? Cp /? P)T= 03. 證明范德華氣體 (P + a/V m2)(V m-b) = RT 的焦耳系數(shù) (? T/? V)U = - a/V m2 Cv,m4. 1mol 雙原子理想氣體，沿?zé)崛?C = R （ 氣體常數(shù) ）途徑可逆加熱，請推導(dǎo)此過程的過 程方程式。5. 某氣體狀態(tài)方程式為 PVm= RT + P ( 為正數(shù))證明該氣體經(jīng)節(jié)流膨脹后溫度必 然上升。熱力學(xué)第一定律習(xí)題參考答案一、判斷題解答：1 第一句話對，第二句話錯，如理想氣體的等溫過程U = 0 ， H = 0 。2錯，均相系統(tǒng)的 V 才與總物質(zhì)的量成正比。3錯，兩個獨(dú)立

18、變數(shù)可確定系統(tǒng)的狀態(tài)只對組成一定的均相封閉系統(tǒng)才成立。 4錯，理想氣體的 U = f(T)，U 與 T 不是獨(dú)立變量。5錯，絕熱壓縮溫度升高；理想氣體恒溫可逆膨脹，吸熱。 6第一個結(jié)論正確，第二個結(jié)論錯。7錯， QV、Qp 是狀態(tài)變化的量、不是由狀態(tài)決定的量。8錯，(1)未說明該過程的 W 是否為零； (2)若W = 0 ，該過程的熱也只等于系統(tǒng)的焓變。 9對。10 錯，這不是理想氣體的單純 pVT 變化。11 錯，該過程的 p 環(huán) = 0 ，不是恒壓過程。12 錯，在升溫過程中有相變化。13 錯， H = f(T,p)只對組成不變的均相封閉系統(tǒng)成立。14 錯， (pV )是狀態(tài)函數(shù)的增量，與

19、途徑無關(guān)，也不等于功。15 錯，環(huán)境并沒有復(fù)原。16 錯，無限小過程不是可逆過程的充分條件。17 錯，若有外摩擦力 (廣義 )存在，則不可逆。18 對。19 對， 。20 錯，一般的非理想氣體的熱力學(xué)能不僅只是溫度的函數(shù)。21 錯，該條件對服從 pVm = RT + bp 的氣體也成立。22錯， (? U/? V)p(? U/? V)T 。23 錯， U = H - pV。24 錯，標(biāo)準(zhǔn)生成焓沒有規(guī)定溫度的值。25 錯，該過程不是可逆過程。26 錯，理想氣體等溫可逆壓縮時向環(huán)境傳熱溫度不變。27 錯，機(jī)械攪拌時 W 0 ；28錯，兩個過程的 T 不同。二 . 選擇題1.答 (B)2. 答(A)

20、 因為整個剛性絕熱容器為體系 ,與環(huán)境無功和熱的傳遞。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)16. 答 (D)17. 答(D) U=Cv T=(3/2)R(P1T1/P 2)-T118. 答(B)19.答(D)20.答(C)21.答(A )三 . 填空題1. 答 一定大于 (因為 H = U + PV) ；一定大于；因為 H = U + ( n)RT ， 而 n 為正。2. 答 U = 0H = 03. 答 波義耳 (Boyles) 零4.

21、 答 (A ) = (b) = (c) (d) 5. 答 0； P2V2- P1V16. 答 Qv- Qp = nRT = -4988 J7. 答 rHm = Q p= Q v + nRT cHm = (1/2) rHm= -285.7 kJ.mol -18. 答 rUm = -4816 kJ.mol -1rHm = -4826 kJ.mol -19. 答 Cp= ( CP,B)(生成物 ) - ( CP,B)(反應(yīng)物 )10. 答 改變分子的能級；改變在分子能級上分布的分子數(shù)四 . 問答題：1. 答 只能看作絕熱體系2. 答 前句不對。 (例：絕熱膨脹，溫度有變化但不吸熱 ) 后句也不對。

22、(例：相變過程，溫度可以不變，但有熱量變化)3. 答 錯。因為：(1) Q V為恒容條件下傳遞的能量，總是與過程伴隨著的物理量。(2) 當(dāng)存在非體積功時， U = Q V- W f，UQV4. 答 不會沸騰。因為體系與環(huán)境間無溫差。5. 答 封閉體系不作功也不吸熱的過程U = 0 ，這是正確的， 體系的狀態(tài)未發(fā)生變化是不正確的。例如，在絕熱鋼瓶內(nèi)由H2(g) 和 O2(g) 反應(yīng)生成水便是。6. 答 錯7. 答 對8. 答 Q = W = 0U = 0 內(nèi)能是守恒量H = U + (PV) = (PV) 0 焓不是守恒量 例如：在絕熱鋼瓶內(nèi)由 H 2 (g) 和 O2 (g) 反應(yīng)生成水。9.

23、 答 錯。應(yīng)是理想氣體的可逆絕熱過程10. 答 Q = 0 W = 0U = 0H = 0五. 計算題1. 答 (1) Q P = H =TT2 Cp,dT = 20620 J.mol -1(2) Q V= U = H - R T = 14800 J.mol -1(3) CP,m= H/(T 2- T1) = 29.45 J.K -1 .mol -12. 答 設(shè)進(jìn)入鋼瓶中 n mol 空氣為體系始態(tài)P0 T0 V 終態(tài) P0 T V 均視為理想氣體W = -P 0 V0 = -nRT 0U = -WNC V,m (T - T ) = nRTCP,m = C V,m+ RCP,m /C V,m

24、= T = (C P,m / C V,m ) T= T3. 答 U = 0 T = 0W = nRT ln(V 2/V 1)=1718 JQ = W = 1718 JH = 04. 答(T2 /T1) = (V 2/V1)1- ln(T 2/T 1) = ( -1)ln(V 1/V 2) = 1.381CP,m = R/(-1) = 30.1 J.K -1 .mol -1 CV,m = CP,m- R = 21.8 J.K -1 .mol -15. 答J-T = ( T/ P)H= -(1/C P)( H/ P)T= n(2a 0 /RT b0 )/C PH =TT2 ( H/ P)TdP= -n(2a 0 /RT b0 )(P2- P1) = -3534 J6. 答 CU m (苯甲酸) = Q V = -3251 kJ.mol -1量熱計熱容 CV = Q V / T . n( 苯甲酸 ) = -11.78 kJ.K -1 C4H9O4CHO(s) + 5O 2(g) 5CO 2(g) + 5H 2O(l) rUm(D) = C VT/n D = -2212 kJ.mol -1rHm(D) = rUm(D) + RT = -2212 kJ.mol -17. 答 最高溫度為 Tm ，則fHm(D) = 5