物理化學(xué)傅獻(xiàn)彩版復(fù)習(xí)題答案第二章熱力學(xué)第一定律

1、第二章熱力學(xué)第一定律X判斷下列說亦是否正確.（1）狀態(tài)給定后狀態(tài)雷數(shù)就有一定的值、反之亦然.（2）狀態(tài)函數(shù)改變后，狀態(tài)一定改變+（的狀態(tài)改變石+狀態(tài)函數(shù)一定都改變.（4）因?yàn)?kQZ=Q、所以QjQ是特定條件F的狀態(tài)函數(shù).（5）恒溫過程一定是可逆過程.汽缸內(nèi)有一定量的理想氣體反抗一定外壓做絕熱膨張.則5H=Qp=0.（門根據(jù)婕力學(xué)第一定律，因?yàn)槟芙莶荒軣o中生有*所以一亍系統(tǒng)若要對外做功，必須從外界吸收熱蜀一系統(tǒng)從狀態(tài)I變化到狀態(tài)U 若AT-O,則Q-0,無熱量交換+輻）在等壓下，機(jī)械攪樣絕熱容器中的液休，使瓦溫侵上升，則（10）理想氣體絕熱變化過程中，評=2話卩Wr =幾曬r = w二gat,

2、所以 1）有一個封閉系統(tǒng)當(dāng)始態(tài)和終態(tài)確定后：3）若經(jīng)歷一個絕熱過程則功有定值*汁）若經(jīng)歷一個等容過程，則Q有定值（設(shè)不作非膨脹功h若經(jīng)歷一亍等溫過程.則熱力學(xué)能有宦值；W）若經(jīng)歷一個多方過程，則熱和功的代數(shù)和有定值.（1右某一化學(xué)反應(yīng)在燒杯中逬行，放熱Q島變?yōu)?，若安排成可逆電池，使始態(tài)和終態(tài)都相同，這時放熱Q 姑變?yōu)锳H2 *則產(chǎn)購答;對*（2）對+ （3）錯+若外界條件不變，即狀態(tài)給定后，所有的狀態(tài)甌數(shù)都有一定的數(shù)值.當(dāng)某一個或某幾個狀態(tài)函數(shù)發(fā)生變 牝時*狀態(tài)一定改變丿反之，當(dāng)狀態(tài)改變'狀態(tài)函數(shù)中-足有某一個或某幾個發(fā)生變化,而不一定是全部的狀 態(tài)函數(shù)都發(fā)生改變*（4）錯.熱力學(xué)離U

3、和熔H是狀態(tài)函數(shù)，它的改變值按定于系統(tǒng)的起始和終了的狀態(tài)，與途徑無關(guān).功 和熱決定于弓|起狀態(tài)發(fā)生變化的方法于途徑有關(guān).在特定殺件下，斷定Qg 就是狀態(tài)函數(shù)是不充分的.（5）對恒溫過程是系統(tǒng)與環(huán)境的溫度隨時相等且恒定，是一個熱平衡的過程當(dāng)系統(tǒng)的諸種性質(zhì)不隨 時間而改變*則系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)満足可逆過程的要求即保持連續(xù)平術(shù)狀態(tài)的過程.錯，等外壓與等壓不是同一概念，勿混淆;絕熱膨脹過程中Q=0,而車是Qpf 熔是狀態(tài)函數(shù)在 絕熱膨脹過程壓力由4至閱，丁1至 （輕V獨(dú)，EVTi）可得出iH<0.胃）錯熱力學(xué)第-淀律說明熱力學(xué)能（口）、熱（Q）和功（附）可以互相轉(zhuǎn)化，又表述了它們轉(zhuǎn)化時的定雖

4、 關(guān)系，所以它乂是-個能量守恒定律因此可知，系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化是M/bQ十W.所以功的轉(zhuǎn)化形式不 僅有熱，也可通過熱力學(xué)能.（8）錯熱（Q）的蠻化值與具體的變化途徑有黃，它不是狀態(tài)函數(shù)*半hT=Q時，只說明初始和贊了的溫 度相同，而不能說明整個過程的變化情況，故Q不一定為零.<9）錯.SH=Qfi是在投有其他功的條件下才存在的等式題日中提及機(jī)械攪拌便液悴升溫則說明存 在機(jī)械功，即3Wf0r所以，上面等式sH=Qfi不成立.仃0）錯”由同一狀態(tài)I出發(fā)*經(jīng)過絕熱可逆過程達(dá)到的狀態(tài)D和經(jīng)過絕熱不可逆過程達(dá)到的狀態(tài)兩狀態(tài)的溫度一定不相同，故 TrH乃R，所以WrHWw.(11) (a)對.絕熱過

5、程,W= 峯三嚴(yán) =G(T2 TJ(b) 對.等容過程中(不作非膨脹功)Q=2.(c) 錯.等溫過程,2=0.(d) 對.多方可逆 Q+W= j CvdT.(12) 對.Q是非狀態(tài)函數(shù)，由于經(jīng)過的途徑不同，則Q值將會不同.熔(H)是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相 同,不考慮所經(jīng)過的過程，則兩熔變值厶乩 和AH2相等.2. 回答下列問題.(1) 在盛水槽中放置一個盛水的封閉試管，加熱盛水槽中之水，使其達(dá)到沸點(diǎn)試問試管中的水是非會 沸騰，為什么？(2) 夏天將室內(nèi)電冰箱的門打開,接通電源并緊閉門窗(設(shè)墻壁、門窗均不傳熱)，能否使室內(nèi)溫度降低, 為什么？(3) 可逆熱機(jī)的效率最高，在其他條件都相同的前提下用

6、可逆熱機(jī)去牽引火車,能否使火車的速度加 快，為什么？(4) Zn與稀硫酸作用,(a在敞口的容器中進(jìn)行；(b)在密閉的容器中進(jìn)行.哪一種情況放熱較多，為什 么？(5) 在一鋁制筒中裝有壓縮空氣，溫度與環(huán)境平衡.突然打開筒蓋使氣體沖岀，當(dāng)壓力一外界相等時, 立即蓋上筒蓋，過一會兒,筒中氣體的壓力有何變化？(6) 在2和H2的物質(zhì)的量之比為1 : 3的反應(yīng)條件下合成氨，實(shí)驗(yàn)測得在溫度T.和T2時放出的熱 量分別為Q(TJ和Qp(T2)，用Kirchhoff定律驗(yàn)證時，與下述公式的計算結(jié)果不符，試解釋原因.“凡 (T2)= Hm(石)+ F CpdTJ T1(7) 從同一始態(tài)A岀發(fā)經(jīng)歷三種不同途徑到達(dá)

7、不同的終態(tài)：(1)經(jīng)等溫可逆過程從A-B；(2)經(jīng)絕熱 可逆過程從A-C； (3)經(jīng)絕熱不可逆過程從A-*D.試問：(a) 若使終態(tài)的體積相同，D點(diǎn)應(yīng)位于EC虛線的什么位置，為什么？(b) 若使終態(tài)的壓力相同點(diǎn)應(yīng)位于BC虛線的什么位置為什么,參見圖2-3.(8) 在一個玻璃瓶中發(fā)生如下反應(yīng)：H2(g)+Ck(g)匹 2HCl(g)反應(yīng)前后T.fi.V均未發(fā)生變化設(shè)所有的氣體都可看作是理想氣體因?yàn)槔硐霘怏w的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)U=U(T),所以該反應(yīng)的2=0.這個結(jié)論對不對？為什么？答：(1)不會.由于水槽中的水與水的沸點(diǎn)相同，不滿足只有環(huán)境的溫度高于液體的沸點(diǎn)液體才能沸騰 的條件.所以試管中

8、的水不會沸騰.(2) 不能.由于墻壁、門窗不傳熱則可把整個屋子看作是一個絕熱等容的系統(tǒng)又因?yàn)?=Q +W, 而Q =0(絕熱過程)電冰箱做電功，即環(huán)境對系統(tǒng)做功W>0,所以2>0,溫度升高.(3) 不能.熱機(jī)效率尸g是指從高溫?zé)嵩此臒嶙畲蟮霓D(zhuǎn)換成對環(huán)境所做的功.但是同時可逆熱 機(jī)循環(huán)一周是一個緩慢的過程，所需時間是無限的又由P=W/r=Fp可推出r將無限的小.因此用可逆 熱機(jī)牽到火車的做法是不實(shí)際的，不能增加火車的速度只會降低.(4) 在密閉的容器中進(jìn)行的反應(yīng)放熱較多.這是由于在熱化學(xué)中Q =Q +"(RD而存這個反應(yīng)中Zn+HSU ZnSO< 4-H2. An

9、= 1.又因?yàn)?該反應(yīng)為放熱反應(yīng)Qp、Q的值均為負(fù)數(shù)，IQ l>lQp I.(5) 簡內(nèi)的壓力變化過程：當(dāng)壓縮空氣氣體沖出，在絕熱可逆過程有p-T =常數(shù)，當(dāng)氣體的壓力與外 界相等時，筒中溫度降低.立即蓋上筒蓋，過一會兒,系統(tǒng)與環(huán)境的溫度完全相等溫度升高則壓力也升高, 即大于環(huán)境中的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓.=實(shí)際上是指按所給反應(yīng)式，進(jìn)行丄為lmol反應(yīng)時的熔變，實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)值是反應(yīng)達(dá)到平衡時放出的熱量此時氏Vlmol,因此經(jīng)過計算使用Kirchhoff定律計算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符.(a)(b)圖2-4由各種過程的膨脹功計算中，我們可知絕熱可逆膨脹的功最大絕熱過程中 由于是 膨脹過程，所以WV0.又因W

10、R>WK,所以T2W>T.又根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT,當(dāng)匕相同時P2IR>P2R.當(dāng) />2相同時,匕尺>“2/?*絕熱膨脹在實(shí)際過程中是一個降溫過程，與等溫可逆相比,t2W<t2W,同理，當(dāng)匕相同時、曲>怏叭 當(dāng)pz相同時，匕尊 >匕0?(8)47=0這個結(jié)論不正確.根據(jù)熱力學(xué)第一定律2=Q+W,由于反應(yīng)前后的丁未變,Q=0,4J= W.雖然整個反應(yīng)中V未變，但此化學(xué)反應(yīng)由于光照而引發(fā)，以這種的形式對反應(yīng)做功所以 WHO.3. 可逆過程有哪些基本特征？請識別下列過程中哪些是可逆過程.(1) 摩擦生熱；(2) 室溫和大氣壓力(101. 3

11、 kPa)下,水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣；(3) 373 K和大氣壓力(101. 3 kPa)下,水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣；(4)用干電池使燈泡發(fā)光;(5) 用對消法測可逆電池的電動勢；(6) N2(g),Q(g)在等溫、等壓條件下溫合；(7) 恒溫下將1 mol水傾入大量溶液中，溶液濃度未變；(8) 水在冰點(diǎn)時變成同溫、同壓的冰.答:可逆過程基本特征： 過程中的每一步都可向相反的方向逬行，而且，系統(tǒng)復(fù)原后在環(huán)境中并不引起其他變化. 經(jīng)過無限慢的膨脹與壓縮. 在可逆膨脹中系統(tǒng)做的功最大,在系統(tǒng)復(fù)原可逆壓縮過程中對環(huán)境做的功最小.(3).(5)和(8)的過程為可逆過程,其余均不是.4. 試將如下的兩個

12、不可逆過程設(shè)計成可逆過程：(1)在298 K.101. 3 kPa壓力下水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣; 在268 KJ01. 3 kPa壓力下水凝結(jié)為同溫.同壓的冰.答：(l)H2O(l,298KJ01. 3kPa) H2O(g,298KJOI. 3kPa)H2O(l,373KJ01.3kPa)等溫等壓可逆蒸發(fā)H2O(g>373KJ01. 3kPa).等壓可逆降溫H2O(L273K,101.3kPa)等溫等壓可逆凝結(jié)H2O(s,273KJ01.3kPa).(2) H2O(h268K,101. 3kPa) H2O(s,268Ka01. 3kPa)等壓可逆降溫等壓可逆升溫/yQOQOOQOQOQO

13、才5.判斷下列各過程中的QW.2和可能知道的AH值用>0.V0或=0表示.(1)如圖2-5所示，當(dāng)電池放電后，選擇不同的對象為研究系統(tǒng)， 以水和電阻絲為系統(tǒng)_ 以水為系統(tǒng) 以電阻絲為系統(tǒng) 以電池和電阻絲為系統(tǒng) 以水、電池和電阻絲為系統(tǒng)；(2) van der Walls氣體等溫自由膨脹；(3) 密閉非絕熱容器中盛有鋅粒和鹽酸，容器上部有可移動的活(4) C6H6(s,1O1.3 kPa.h) QFUhlOlkPa.7)；(5) 恒容絕熱容器中發(fā)生如下反應(yīng)H2(g)+C12(g) 一 2HCl(g(6) 恒容非絕熱容器中發(fā)生與(5)相同的反應(yīng)反應(yīng)前后溫度相同;(7) 在大量的水中有一個含有

14、H2(g).Q(g)的氣泡通一電火花使其化合變?yōu)樗訦2(g)Q(g)混 合氣為系統(tǒng)，忽略電火花能量；(8) 理想氣體Joule-Thomson的節(jié)流過程.答:(1)W>0,水和電阻絲為一整體看待Q=0,2=Q+W>0 以水為系統(tǒng)對外不做功.W=0系統(tǒng)吸熱Q>0,故AU=W4Q>0. 以電阻絲為系統(tǒng)，電阻絲的狀態(tài)未發(fā)生改變，所以2=0.系統(tǒng)放熱QV0所以W>0. 以電池電阻絲為系統(tǒng)，不存在對外做功，w=o.系統(tǒng)為放熱反應(yīng),Q<0,W=Q+W<0. 以電池水和電阻絲為系統(tǒng)，該系統(tǒng)成為孤立系統(tǒng),2=0,<2=0,可=0.(2)外壓為零的膨脹過程為自由

15、膨脹,W=0.膨脹后體積增加溫度升高，是吸熱反應(yīng),Q>0.所以可知，少=Q+W>0.由于Zn+2HC1一=ZnCl2 + H2 f體積增加，活塞移動，對外做功,WVO.此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以 Q<0.同理,如=Q+WVO.*(4) 由固體變?yōu)橐后w，在凝固點(diǎn)和等壓條件下,吸熱.Q=QP = AH>O.W=-A(pV) = -p(V/-V,)< 0,2=Q-W>0.(5) 恒容絕熱的容器中發(fā)生反應(yīng),Q=Q，=OW=0故少=0；因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)后溫度升 高由理想氣體狀態(tài)方程可知“=尊:V不變"隨丁增加而增加.又因H=MJ+M/)V)=V(Z)&

16、gt;0.(6) 恒容容器內(nèi)W=0；由于是非絕熱容器，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故Q=Q，<0；同理2V0.0(由于系統(tǒng)最終能恢復(fù)原狀態(tài)(pV)=0).(7) 2H2+O2 2H2O,W=-p(S匕)反應(yīng)后氣體體積減小(以H2、Q為系統(tǒng))所以W>Q,該反 應(yīng)為吸熱反應(yīng),Q<0熱力學(xué)能減少,AUVO.(8) 節(jié)流過程的特點(diǎn)是:絕熱過程前后焙值相等.故Q=O.AH=O.又因?yàn)槔硐霘怏w節(jié)流前后溫度未發(fā)生改變,如=0；同理由3=Q+W,可知W=06. 請列舉4個不同類型的等熔過程.答:幾種不同類型的等熔過程分別為：自由膨脹;等溫可逆膨脹；等溫可逆壓縮；Joule-Thomson節(jié)流 過程.7

17、. 在下列關(guān)系式中，請指岀哪幾個是準(zhǔn)確的，哪幾個是不準(zhǔn)確的，并簡單說明理由.(1) 4(石墨，s) = AH：(CQ,g),(2) H-(H2,g) = H-(H2O,g),(3) H-(N2,g) = fH-(2NO2,g),AcH軋(SO2 ,g)=0,(5) H*(H2O,g)=H*(H2O,l)+pH-(H2OJ),(6) 厶 H陰(02，0)=厶比(已(),1).答:根茅標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熔和標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒的定義可知均指生成1 mol純物質(zhì)的熔變.由此可知(1)和 (2)正確；(3)錯誤.(4) 由于SQ+*QSQ SO在Q中可以完全燃燒生成SCA，所以H：(SO2 ,g)H0.(5) H2O(1) H2O(g)辟(373 K) = .P=(H2OJ)結(jié)果正確.(6