物理化學(xué)核心教程課后答案完整版(第二版學(xué)生版)

1、第 一 章 氣 體 物理化學(xué)核心教程（第二版）參考答案第 一 章 氣 體一、思考題1. 如何使一個(gè)尚未破裂而被打癟的乒乓球恢復(fù)原狀？采用了什么原理？ 答：將打癟的乒乓球浸泡在熱水中，使球壁變軟，球中空氣受熱膨脹，可使其恢復(fù)球狀。采用的是氣體熱脹冷縮的原理。2. 在兩個(gè)密封、絕熱、體積相等的容器中，裝有壓力相等的某種理想氣體。試問，這兩容器中氣體的溫度是否相等？答：不一定相等。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，若物質(zhì)的量相同，則溫度才會(huì)相等。3. 兩個(gè)容積相同的玻璃球內(nèi)充滿氮?dú)?，兩球中間用一玻管相通，管中間有一汞滴將兩邊的氣體分開。當(dāng)左球的溫度為273 K，右球的溫度為293 K時(shí)，汞滴處在中間達(dá)成平衡。試

2、問：（1）若將左球溫度升高10 K，中間汞滴向哪邊移動(dòng)？（2）若兩球溫度同時(shí)都升高10 K, 中間汞滴向哪邊移動(dòng)？答：（1）左球溫度升高，氣體體積膨脹，推動(dòng)汞滴向右邊移動(dòng)。 （2）兩球溫度同時(shí)都升高10 K，汞滴仍向右邊移動(dòng)。因?yàn)樽筮吰鹗紲囟鹊?，升?0 K所占比例比右邊大，283/273大于303/293，所以膨脹的體積（或保持體積不變時(shí)增加的壓力）左邊比右邊大。4. 在大氣壓力下，將沸騰的開水迅速倒入保溫瓶中，達(dá)保溫瓶容積的0.7左右，迅速蓋上軟木塞，防止保溫瓶漏氣，并迅速放開手。請(qǐng)估計(jì)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？答：軟木塞會(huì)崩出。這是因?yàn)楸仄恐械氖Ｓ鄽怏w被熱水加熱后膨脹，當(dāng)與迅速蒸發(fā)的水汽的壓力加

3、在一起，大于外面壓力時(shí)，就會(huì)使軟木塞崩出。如果軟木塞蓋得太緊，甚至?xí)贡仄勘ā７乐沟姆椒ㄊ枪嚅_水時(shí)不要太快，且要將保溫瓶灌滿。5. 當(dāng)某個(gè)純物質(zhì)的氣、液兩相處于平衡時(shí)，不斷升高平衡溫度，這時(shí)處于平衡狀態(tài)的氣-液兩相的摩爾體積將如何變化？答：升高平衡溫度，純物的飽和蒸汽壓也升高。但由于液體的可壓縮性較小，熱膨脹仍占主要地位，所以液體的摩爾體積會(huì)隨著溫度的升高而升高。而蒸汽易被壓縮，當(dāng)飽和蒸汽壓變大時(shí)，氣體的摩爾體積會(huì)變小。隨著平衡溫度的不斷升高，氣體與液體的摩爾體積逐漸接近。當(dāng)氣體的摩爾體積與液體的摩爾體積相等時(shí)，這時(shí)的溫度就是臨界溫度。6. Dalton分壓定律的適用條件是什么？Amaga

4、t分體積定律的使用前提是什么？答：實(shí)際氣體混合物（壓力不太高）和理想氣體混合物。與混合氣體有相同溫度和相同壓力下才能使用，原則是適用理想氣體混合物。7. 有一種氣體的狀態(tài)方程為 （b為大于零的常數(shù)），試分析這種氣體與理想氣體有何不同？將這種氣體進(jìn)行真空膨脹，氣體的溫度會(huì)不會(huì)下降？答：將氣體的狀態(tài)方程改寫為p（Vm-b）= RT，與理想氣體的狀態(tài)方程相比，只校正了體積項(xiàng)，未校正壓力項(xiàng)。說明這種氣體分子自身的體積不能忽略，而分子之間的相互作用力可以忽略不計(jì)。所以，將這種氣體進(jìn)行真空膨脹時(shí)，溫度不會(huì)下降。8. 如何定義氣體的臨界溫度和臨界壓力？答：在真實(shí)氣體的pVm圖上，當(dāng)氣-液兩相共存的線段縮成一

5、個(gè)點(diǎn)時(shí)，稱這點(diǎn)為臨界點(diǎn)。這時(shí)的溫度為臨界溫度，這時(shí)的壓力為臨界壓力。臨界壓力是指在該臨界溫度時(shí)能使氣體液化的最低壓力。9. van der Waals氣體的內(nèi)壓與體積成反比，這一說法是否正確？答：不正確。內(nèi)壓力與氣體摩爾體積的平方成反比。10. 當(dāng)各種物質(zhì)處于處于臨界點(diǎn)時(shí)，它們有哪些共同特性？答：這時(shí)氣-液界面消失，液體和氣體的摩爾體積相等，成為一種既不同于液相、又不同于氣相的特殊流體，稱為超流體。二、概念題題號(hào)12345678選項(xiàng)CABDCCBC題號(hào)9101112選項(xiàng)CADB1. 在溫度、容積恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，這時(shí)A的分壓和分體積分別是和。若在容器中再加入一定量的理想氣體

6、C，問和的變化為（ ）。 （A）和都變大 （B） 和都變?。–） 不變，變小 （D） 變小，不變 答：（C）這種情況符合Dalton分壓定律，而不符合Amagat分體積定律。2. 在溫度T、容積V都恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，它們的物質(zhì)的量、分壓和分體積分別為nA，pA，VA和nB，pB，VB容器中的總壓為p。試判斷下列公式中哪個(gè)是正確的（ ）。 （A） （B）（C） （D） 答：（A）只有（A）符合Dalton分壓定律。3. 已知?dú)錃獾呐R界溫度和臨界壓力分別為。有一氫氣鋼瓶，在298 K時(shí)瓶內(nèi)壓力為，這時(shí)氫氣的狀態(tài)為（ ）。（A）液態(tài) （B）氣態(tài) （C）氣-液兩相平衡 （D）無法確

7、定答：（B） 仍處在氣態(tài)區(qū)。4. 在一個(gè)絕熱的真空容器中，灌滿373 K和壓力為101.325 kPa的純水，不留一點(diǎn)空隙，這時(shí)水的飽和蒸汽壓為（ ）。（A）等于零 （B）大于101.325 kPa（C）小于101.325 kPa （D）等于101.325 kPa答：（D）飽和蒸汽壓是物質(zhì)的本性，與是否有空間無關(guān)。5. 真實(shí)氣體在如下哪個(gè)條件下，可以近似作為理想氣體處理（ ）。（A）高溫、高壓 （B）低溫、低壓（C）高溫、低壓 （D）低溫、高壓答：（C） 這時(shí)分子間距離很大，分子間的作用力可以忽略不計(jì)。6. 在298K時(shí)，地面上有一個(gè)直徑為1m的充了空氣的球，其壓力為100kPa，將球帶至高空

8、，溫度降為253K，球的直徑脹大到3m，此時(shí)球內(nèi)的壓力為（ ）。（A）33.3 kPa （B）9.43 kPa （C）3.14 kPa （D）28.3 kPa答：（C） kPa。7. 真實(shí)氣體液化的必要條件是（ ）。 （A）壓力大于 （B）溫度低于 （C）體積等于 （D）同時(shí)升高溫度和壓力答：（B）是能使氣體液化的最高溫度，溫度再高無論加多大壓力都無法使氣體液化。8. 在一個(gè)恒溫，容積為2dm3的真空容器中，依次充入溫度相同、始態(tài)為100 kPa，2 dm3的N2（g）和200 kPa，1 dm3的Ar（g），設(shè)兩者形成理想氣體混合物，則容器中的總壓力為（ ）。 （A）100 kPa （B）1

9、50 kPa （C）200 kPa （D）300 kPa答：（C）等溫條件下，200 kPa，1 dm3氣體等于100 kPa，2 dm3氣體，總壓為=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。9. 在298 K時(shí)，往容積相等的A、B兩個(gè)抽空容器中分別灌入100g和200g水，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，兩容器中的水蒸汽壓力分別為和，則兩者的關(guān)系為（ ）。 （A）< （B）> （C）= （D）無法確定答：（C）飽和蒸汽壓是物質(zhì)的特性，只與溫度有關(guān)。10. 在273 K，101.325 kPa時(shí)，摩爾質(zhì)量為154的CCl4（l）的蒸氣可以近似看作為理想氣體，則氣體的密度為（ ）。（單位為）

10、 （A）6.87 （B）4.52 （C）3.70 （D）3.44答：（A）11. 某體積恒定的容器中裝有一定量溫度為300 K的氣體，現(xiàn)在保持壓力不變，要將氣體趕出1/6，需要將容器加熱到的溫度為（ ）。 （A）350 K （B）250 K （C）300 K （D）360 K答：（D）V，p不變，12. 實(shí)際氣體的壓力（p）和體積（V）與理想氣體相比，分別會(huì)發(fā)生的偏差為（ ）。（A）p、V都發(fā)生正偏差 （B）p、V都發(fā)生負(fù)偏差（C）p正偏差，V負(fù)偏差 （D）p負(fù)偏差，V正偏差答：（B）內(nèi)壓力和可壓縮性的存在。三、習(xí)題1. 在兩個(gè)容積均為V的燒杯中裝有氮?dú)?，燒瓶之間有細(xì)管相通，細(xì)管的體積可以忽略

11、不計(jì)。若將兩燒杯均浸入373 K的開水中，測(cè)得氣體壓力為60 kPa。若一只燒瓶浸在273 K的冰水中，另外一只仍然浸在373 K的開水中，達(dá)到平衡后，求這時(shí)氣體的壓力。設(shè)氣體可以視為理想氣體。解： 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 化簡得： 2. 將溫度為300 K，壓力為1800 kPa的鋼瓶中的氮?dú)?，放入體積為20的貯氣瓶中，使貯氣瓶壓力在300 K時(shí)為100 kPa，這時(shí)原來鋼瓶中的壓力降為1600 kPa（假設(shè)溫度未變）。試求原鋼瓶的體積。仍假設(shè)氣體可作為理想氣體處理。 解： 放入貯氣瓶中的氣體物質(zhì)的量為 設(shè)鋼瓶的體積為V，原有氣體為，剩余氣體為 3. 用電解水的方法制備氫氣時(shí)，氫氣總是被水蒸氣

12、飽和，現(xiàn)在用降溫的方法去除部分水蒸氣。現(xiàn)將在298 K條件下制得的飽和了水氣的氫氣通入283 K、壓力恒定為128.5 kPa的冷凝器中，試計(jì)算： 冷凝前后混合氣體中水氣的摩爾分?jǐn)?shù)。已知在298 K和283 K時(shí)，水的飽和蒸汽壓分別為3.167 kPa和1.227 kPa?；旌蠚怏w近似作為理想氣體。解：水氣所占的摩爾分?jǐn)?shù)近似等于水氣壓力與冷凝操作的總壓之比 在冷凝器進(jìn)口處，T=298 K 在冷凝器出口處，T=283 K 可見這樣處理以后，含水量下降了很多。4. 某氣柜內(nèi)貯存氯乙烯CH2=CHCl（g）300，壓力為122 kPa，溫度為300 K。求氣柜內(nèi)氯乙烯氣體的密度和質(zhì)量。若提用其中的1

13、00，相當(dāng)于氯乙烯的物質(zhì)的量為多少？已知其摩爾質(zhì)量為62.5，設(shè)氣體為理想氣體。解： 代入，得： （總）=5. 有氮?dú)夂图淄椋ň鶠闅怏w）的氣體混合物100 g，已知含氮?dú)獾馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.31。在420 K和一定壓力下，混合氣體的體積為9.95。求混合氣體的總壓力和各組分的分壓。假定混合氣體遵守Dalton分壓定律。已知氮?dú)夂图淄榈哪栙|(zhì)量分別為28和16。解： 6. 在300 K時(shí)，某一容器中含有H2（g）和N2（g）兩種氣體的混合物，壓力為152 kPa，溫度為。將N2（g）分離后，只留下H2（g），保持溫度不變，壓力降為50.7 kPa，氣體質(zhì)量減少14 g。試計(jì)算：（1）容器的體積；（2

14、）容器中H2（g）的質(zhì)量；（3）容器中最初的氣體混合物中，H2（g）和N2（g）的摩爾分?jǐn)?shù)解：（1） （2） 在T ，V 不變的情況下 （3） 7. 設(shè)某水煤氣中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：， ，。試計(jì)算：（1）混合氣中各氣體的摩爾分?jǐn)?shù)；（2）當(dāng)混合氣在670 K和152 kPa時(shí)的密度；（3）各氣體在上述條件下的分壓。解：設(shè)水煤氣的總質(zhì)量為100g，則各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘以總質(zhì)量即為各物質(zhì)的質(zhì)量，所以： （1）同理有： 則有： （總）= 同理有：， ， （2）因?yàn)?（3）根據(jù)Dalton分壓定律 ，所以 同理 ， 第 137 頁 共 137 頁 2022-03-07（余訓(xùn)爽）第 二 章 熱力學(xué)第一

15、定律第 二 章 熱力學(xué)第一定律一、思考題1. 判斷下列說法是否正確，并簡述判斷的依據(jù)（1）狀態(tài)給定后，狀態(tài)函數(shù)就有定值，狀態(tài)函數(shù)固定后，狀態(tài)也就固定了。答：是對(duì)的。因?yàn)闋顟B(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。（2）狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變。答：是錯(cuò)的。因?yàn)橹灰幸粋€(gè)狀態(tài)函數(shù)變了，狀態(tài)也就變了，但并不是所有的狀態(tài)函數(shù)都得變。（3）因?yàn)閁=QV，H=Qp，所以QV，Qp 是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)? 這種說法對(duì)嗎？答：是對(duì)的。DU，DH 本身不是狀態(tài)函數(shù)，僅是狀態(tài)函數(shù)的變量，只有在特定條件下與QV，Qp的數(shù)值相等，所以QV，Qp不是狀態(tài)函數(shù)。（4）根據(jù)熱力學(xué)第一定律，因?yàn)槟芰坎粫?huì)無中生有，所以一個(gè)系統(tǒng)如要對(duì)外

16、做功，必須從外界吸收熱量。答：是錯(cuò)的。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，它不僅說明熱力學(xué)能（U）、熱（Q）和功（W）之間可以轉(zhuǎn)化，有表述了它們轉(zhuǎn)化是的定量關(guān)系，即能量守恒定律。所以功的轉(zhuǎn)化形式不僅有熱，也可轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)能系。（5）在等壓下，用機(jī)械攪拌某絕熱容器中的液體，是液體的溫度上升，這時(shí)H=Qp=0答：是錯(cuò)的。這雖然是一個(gè)等壓過程，而此過程存在機(jī)械功，即Wf0，所以HQp。（6）某一化學(xué)反應(yīng)在燒杯中進(jìn)行，熱效應(yīng)為Q1，焓變?yōu)镠1。如將化學(xué)反應(yīng)安排成反應(yīng)相同的可逆電池，使化學(xué)反應(yīng)和電池反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)形同，這時(shí)熱效應(yīng)為Q2，焓變?yōu)镠2，則H1=H2。答：是對(duì)的。Q是非狀態(tài)函數(shù)，由于經(jīng)過的途徑不同，則Q值不

17、同，焓（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，則兩焓變值DH1和DH2相等。2 . 回答下列問題，并說明原因（1）可逆熱機(jī)的效率最高，在其它條件相同的前提下，用可逆熱機(jī)去牽引貨車，能否使火車的速度加快？答？不能。熱機(jī)效率是指從高溫?zé)嵩此盏臒嶙畲蟮霓D(zhuǎn)換成對(duì)環(huán)境所做的功。但可逆熱機(jī)循環(huán)一周是一個(gè)緩慢的過程，所需時(shí)間是無限長。又由可推出v無限小。因此用可逆熱機(jī)牽引火車的做法是不實(shí)際的，不能增加火車的速度，只會(huì)降低。（2）Zn與鹽酸發(fā)生反應(yīng)，分別在敞口和密閉容器中進(jìn)行，哪一種情況放熱更多？答：在密閉容器中進(jìn)行的反應(yīng)放熱多。在熱化學(xué)中有Qp = QV+ ng（RT），而Zn（s）+ H

18、2SO4（aq）= Zn SO4 （aq）+ H2（g）的ng =1，又因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)Qp 、 QV的值均為負(fù)值，所以QV>Qp。（3）在一個(gè)導(dǎo)熱材料制成的圓筒中裝有壓縮氣體，圓筒中的溫度與環(huán)境達(dá)成平衡。如果突然打開圓筒，是氣體沖出去，當(dāng)壓力與外界相等時(shí)，立即蓋上筒蓋。過一段時(shí)間，筒中氣體的壓力有何變化？答：筒內(nèi)壓力變化過程：當(dāng)壓縮氣體沖出，在絕熱可逆過程有，當(dāng)氣體的壓力與外界相等時(shí)，筒中溫度降低。立即蓋上筒蓋，過一會(huì)兒，系統(tǒng)與環(huán)境的溫度完全相等，筒內(nèi)溫度上升，則壓力也升高，即大于環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。（4）在裝有催化劑的合成氨反應(yīng)室中，N2（g）與H2（g）的物質(zhì)的量的比為1:3，反應(yīng)

19、方程式為，N2（g）+ H2（g）N H3（g）。在溫度為T1和T2的條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)定放出的熱量分別為Qp（T1）和Qp（T2）.但是用Kirchhoff定律計(jì)算時(shí)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值不符，試解釋原因。答：r，rHm實(shí)際是指按所給反應(yīng)式，進(jìn)行=1mol反應(yīng)時(shí)的焓變，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值是反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)發(fā)出的熱量，此時(shí)<1mol，因此經(jīng)過計(jì)算使用Kirchhoff定律計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符。3. 理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過程的功，都可用公式計(jì)算，那兩種過程的功是否一樣?答：不一樣。過程不同，終態(tài)不相同，即T不一樣，因此絕熱可逆和絕熱不可逆兩過程所做功不一樣。4. 請(qǐng)指出所列公式的適用條件： （1）

20、 （2） （3）答：（1）式適用于不作非膨脹功的等壓過程。（2）式適用于不作非膨脹功的等容過程。（3）式適用于理想氣體不作非膨脹功的等溫可逆過程。5. 用熱力學(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律數(shù)學(xué)表示式為U = Q + W。（1） 理想氣體自由膨脹（2） van der Waals氣體等溫自由膨脹（3） Zn（s）+ 2HCl（l）= ZnCl2 + H2 （g）進(jìn)行非絕熱等壓反應(yīng)（4） H2（g）+ Cl2（g）= 2HCl（g） 在絕熱鋼瓶中進(jìn)行 （5） 常溫、常壓下水結(jié)成冰（273.15 K，101.325kPa）答：（1）W = 0 因?yàn)樽杂膳蛎浲鈮簽榱恪?Q

21、 = 0 理想氣體分子間沒有引力。體積增大分子間勢(shì)能不增加，保持溫度不變，不必從環(huán)境吸熱。 DU = 0 因?yàn)闇囟炔蛔儯硐霘怏w的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)。 DH = 0 因?yàn)闇囟炔蛔儯硐霘怏w的焓也僅是溫度的函數(shù)。（2）W = 0 因?yàn)樽杂膳蛎浲鈮簽榱恪?Q > 0 范氐氣體分子間有引力。體積增大分子間勢(shì)能增加，為了保持溫度不變，必須從環(huán)境吸熱。 DU > 0 因?yàn)閺沫h(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加。 DH > 0 根據(jù)焓的定義式可判斷，系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加，焓值也增加。（3）W < 0 放出的氫氣推動(dòng)活塞，系統(tǒng)克服外壓對(duì)環(huán)境作功。Q < 0 反應(yīng)是放熱反應(yīng)。DU

22、< 0 系統(tǒng)既放熱又對(duì)外作功，熱力學(xué)能下降。DH < 0 因?yàn)檫@是不做非膨脹功的等壓反應(yīng)，DH = Qp 。（4）W = 0 在剛性容器中是恒容反應(yīng)，不作膨脹功。 Q = 0 因?yàn)橛玫氖墙^熱鋼瓶 DU = 0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量守恒，熱力學(xué)能不變。 DH > 0 因?yàn)槭窃诮^熱剛瓶中發(fā)生的放熱反應(yīng)，氣體分子數(shù)沒有減少， 鋼瓶內(nèi)溫度升高，壓力也增高，根據(jù)焓的定義式可判斷焓值是增加的。（5）W < 0 常溫、常壓下水結(jié)成冰，體積變大，系統(tǒng)克服外壓對(duì)環(huán)境作功。Q < 0 水結(jié)成冰是放熱過程。DU < 0 系統(tǒng)既放熱又對(duì)外作功，熱力學(xué)能下降。DH < 0

23、因?yàn)檫@是等壓相變，DH = Qp 。 6. 在相同的溫度和壓力下，一定量氫氣和氧氣從四種不同的途徑生成水：（1）氫氣在氧氣中燃燒；（2）爆鳴反應(yīng)；（3）氫氧熱爆炸；（4）氫氧燃料電池。在所有反應(yīng)中，保持反應(yīng)始態(tài)和終態(tài)都相同，請(qǐng)問這四種變化途徑的熱力學(xué)能和焓的變化值是否相同?答：應(yīng)該相同。因?yàn)闊崃W(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相同，無論通過什么途徑，其變化值一定相同。這就是：異途同歸，值變相等。7. 一定量的水，從海洋蒸發(fā)變?yōu)樵疲圃诟呱缴献優(yōu)橛?、雪，并凝結(jié)成冰。冰、雪熔化變成水流入江河，最后流入大海，一定量的水又回到始態(tài)。問歷經(jīng)整個(gè)循環(huán)，水的熱力學(xué)能和焓的變化是多少?答：水的熱力學(xué)能和焓的變化

24、值都為零。因?yàn)闊崃W(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，不論經(jīng)過怎樣的循環(huán)，其值都保持不變。這就是：周而復(fù)始，數(shù)值還原。8. 298 K，101.3 kPa壓力下，一杯水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣是不可逆過程，試將它設(shè)計(jì)成可逆過程。答：可逆過程（1）：繞到沸點(diǎn)或可逆過程（2）：繞到飽和蒸氣壓二、概念題題號(hào)12345678選項(xiàng)DCBAADCC題號(hào)910111213141516選項(xiàng)BBABCCDB1. 對(duì)于理想氣體的熱力學(xué)能有下述四種理解：（1）狀態(tài)一定，熱力學(xué)能也一定 （2）對(duì)應(yīng)于某一狀態(tài)的熱力學(xué)能是可以直接測(cè)定的 （3）對(duì)應(yīng)于某一狀態(tài)，熱力學(xué)能只有一個(gè)數(shù)值，不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)值（4）狀態(tài)改變時(shí)，熱力學(xué)能一定跟

25、著改變其中都正確的是（ ）。（A）（1），（2） （B）（3），（4） （C）（2），（4） （D）（1），（3） 答：（D） 熱力學(xué)能是狀態(tài)的單值函數(shù)，其絕對(duì)值無法測(cè)量。2. 有一高壓鋼筒，打開活塞后氣體噴出筒外，當(dāng)筒內(nèi)壓力與筒外壓力相等時(shí)關(guān)閉活塞，此時(shí)筒內(nèi)溫度將（ ）。（A）不變 （B）升高 （C）降低 （D）無法判定 答：（C）氣體膨脹對(duì)外作功，熱力學(xué)能下降。3. 有一真空鋼筒，將閥門打開時(shí)，大氣（視為理想氣體）沖入瓶內(nèi)，此時(shí)瓶內(nèi)氣體的溫度將（ ）。（A）不變 （B）升高 （C）降低 （D）無法判定 答：（B）大氣對(duì)系統(tǒng)作功，熱力學(xué)能升高。4. 1 mol 373 K、標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水分別

26、經(jīng)歷：（1）等溫、等壓可逆蒸發(fā)；（2）真空蒸發(fā)，變成373 K、標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水氣。這兩個(gè)過程中功和熱的關(guān)系為（ ）。（A）W 1< W 2、Q 1> Q 2 （B） W 1< W 2、Q 1< Q 2 （C）W 1= W 2、Q 1= Q 2 （D） W 1> W 2、Q 1< Q 2 答：（A）過程（1）中，系統(tǒng)要對(duì)外作功，相變所吸的熱較多。5. 在一個(gè)密閉絕熱的房間里放置一臺(tái)電冰箱, 將冰箱門打開, 并接通電源使其工作, 過一段時(shí)間之后, 室內(nèi)的平均氣溫將如何變化（ ）？（A）升高 （B）降低 （C）不變 （D）不一定 答：（A）對(duì)冰箱作的電功全轉(zhuǎn)化為熱

27、了。6. 凡是在孤立系統(tǒng)中進(jìn)行的變化，其U和H的值一定是（ ）。（A）U > 0，H > 0 （B）U = 0 ，H = 0 （C）U < 0，H < 0 （D）U = 0，H不確定答：（D） 熱力學(xué)能是能量的一種，符合能量守衡定律，在孤立系統(tǒng)中熱力學(xué)能保持不變。而焓雖然有能量單位，但它不是能量，不符合能量守衡定律。例如，在絕熱鋼瓶里發(fā)生一個(gè)放熱的氣相反應(yīng)，H可能回大于零。7. 理想氣體向真空絕熱膨脹后，他的溫度將（ ）。（A）升高 （B）降低 （C）不變 （D）不一定 答：（C）對(duì)于理想氣體而言，內(nèi)能僅僅是溫度的單值函數(shù)，經(jīng)真空絕熱膨脹后，內(nèi)能不變，因此體系溫度不變。

28、8. 某氣體的狀態(tài)方程pVm= RT+bp（b是大于零的常數(shù)），此氣體向真空絕熱膨脹，溫度將（ ）。（A）升高 （B）降低 （C）不變 （D）不一定 答：（C）由氣體狀態(tài)方程pVm= RT+bp可知此實(shí)際氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，經(jīng)真空絕熱膨脹后，內(nèi)能不變，因此體系溫度不變（狀態(tài)方程中無壓力校正項(xiàng)，說明該氣體膨脹時(shí)，不需克服分子間引力，所以恒溫膨脹時(shí)，熱力學(xué)能不變）。9. 公式DH = Qp適用于哪個(gè)過程（ ）。（A）理想氣體絕熱等外壓膨脹 （B）H2O（s）H2O（g）（C）Cu2+（aq）+2e- Cu（s） （D）理想氣體等溫可逆膨脹答：（B）式適用于不作非膨脹功的等壓過程。10. 某理

29、想氣體的 =Cp/CV =1.40，則該氣體為幾原子分子（ ）？（A）單原子分子 （B）雙原子分子 （C）三原子分子 （D）四原子分子 （B）1.40=，CV =R Cp=R ，這是雙原子分子的特征。11. 當(dāng)以5 mol H2氣與4 mol Cl2氣混合，最后生成2 mol HCl氣。若以下式為基本單元，H2（g） + Cl（g） 2HC（g）則反應(yīng)進(jìn)度應(yīng)是（ ）。(A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol 答：（A）反應(yīng)進(jìn)度=1 mol12. 欲測(cè)定有機(jī)物燃燒熱Qp，般使反應(yīng)在氧彈中進(jìn)行，實(shí)測(cè)得熱效應(yīng)為QV ，公式 Qp= QV + ngRT 中的n為（

30、 ）。（A）生成物與反應(yīng)物總物質(zhì)的量之差 （B）生成物與反應(yīng)物中氣相物質(zhì)的量之差 （C）生成物與反應(yīng)物中凝聚相物質(zhì)的量之差 （D）生成物與反應(yīng)物的總熱容差 答：（B）ngRT一項(xiàng)來源于（pV）一項(xiàng)，若假定氣體是理想氣體，在溫度不變時(shí)（pV）就等于ngRT。13. 下列等式中正確的是（ ）。（A） （B）（C） （D）答：（C）在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，有穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol物質(zhì)B產(chǎn)生的熱效應(yīng)為該物質(zhì)B的摩爾生成焓；在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，1mol物質(zhì)B完全燃燒產(chǎn)生的熱效應(yīng)為該物質(zhì)B燃燒焓，故有。14. 298 K時(shí)，石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（ ） 。（A）大于零 （B）小于零 （C）等于零 （D）不能確定 答：（C）根據(jù)標(biāo)

31、準(zhǔn)摩爾生成焓定義，規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零。碳的穩(wěn)定單質(zhì)制定為石墨。15. 石墨（C）和金剛石（C）在 298 K ，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓分別為-393.4 kJ·mol-1和-395.3 kJ·mol-1，則金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓（金剛石, 298 K）為（ ）。（A）-393.4 kJ·mol-1 （B） -395.3 kJ·mol-1 （C）-1.9 kJ·mol-1 （D）1.9 kJ·mol-1 答：（D） 石墨（C）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，為-393.4 kJ·mol-1，金剛

32、石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是金剛石（C）燃燒為二氧化碳的摩爾反應(yīng)焓變，等于二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓減去金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，所以金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓就等于-393.4 kJ·mol-1 (-395.3 kJ·mol-1)= 1.9 kJ·mol-1 。16. 某氣體的狀態(tài)方程pVm= RT+bp（b是大于零的常數(shù)），則下列結(jié)論正確的是（ ）。（A）其焓H只是溫度T的函數(shù)（B）其熱力學(xué)能U只是溫度T的函數(shù)（C）其熱力學(xué)能和焓都只是溫度T的函數(shù)（D）其熱力學(xué)能和焓不僅與溫度T有關(guān)，話語氣體的體積Vm或壓力p有關(guān)。答：由氣體狀態(tài)方程pVm= RT+bp可知此實(shí)際氣體的內(nèi)能

33、與壓力和體積無關(guān)，則此實(shí)際氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。三、習(xí)題1. （1）一系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加了100kJ，從環(huán)境吸收了40kJ的熱，計(jì)算系統(tǒng)與環(huán)境的功的交換量；（2）如果該系統(tǒng)在膨脹過程中對(duì)環(huán)境做了20kJ的功，同時(shí)吸收了20kJ的熱，計(jì)算系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化值。解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律：U= W Q，即有：（1）W =UQ = 100 40 = 60kJ（2）U= W Q = -20 20 = 02. 在300 K時(shí)，有 10 mol理想氣體，始態(tài)壓力為 1000 kPa。計(jì)算在等溫下，下列三個(gè)過程做膨脹功：（1）在100 kPa壓力下體積脹大1 dm3 ；（2）在100 kPa壓力下，氣體膨脹

34、到壓力也等于100 kPa ；（3）等溫可逆膨脹到氣體的壓力等于100 kPa 。解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV= nRT，即有：（1） W = -peV= -pe(V2V1) W = -100×103×1×10-3 = -100J（2） W = -peV= -pe(V2V1) = - () = - W = -10×8.314×300×（1-）= -22.45 kJ（3） W = - =-= -= - W = - 10×8.314×300×= -57.43 kJ3. 在373 K恒溫條件下，計(jì)算1 mol理

35、想氣體在下列四個(gè)過程中所做的膨脹功。已知始、終態(tài)體積分別為25 dm3和100 dm3 。（1）向真空膨脹； （2）等溫可逆膨脹；（3）在外壓恒定為氣體終態(tài)壓力下膨脹；（4）先外壓恒定為體積等于50 dm3 時(shí)氣體的平衡壓力下膨脹，當(dāng)膨脹到50 dm3以后，再在外壓等于100 dm3 時(shí)氣體的平衡壓力下膨脹。試比較四個(gè)過程的功，這說明了什么問題？解：（1）向真空膨脹，外壓為零，所以 （2）等溫可逆膨脹 （3）恒外壓膨脹 （4）分兩步恒外壓膨脹 說明作功與過程有關(guān)，系統(tǒng)與環(huán)境壓差越小，膨脹次數(shù)越多，做的功也越大。4. 在一絕熱保溫瓶中，將100 g 0 °C的冰和100 g 50 &#

36、176;C的水混合在一起，試計(jì)算：（1）系統(tǒng)達(dá)平衡時(shí)的溫度；（2）混合物中含水的質(zhì)量。（已知：冰的熔化熱Qp=333.46J·g-1，水的平均比熱Cp=4.184 J·K-1·g-1）解： 設(shè)平衡時(shí)溫度為，有質(zhì)量為的冰變?yōu)樗?100 g 0 °C的冰溶化成水，需吸熱 Q1=33 346 J 100 g 50 °C的水變?yōu)? °C的水，需吸熱 Q2= -20 920 J 由于Q1 > Q2 ，最后溫度只能是0 °C，得到冰水混合物。 得 故最后水的質(zhì)量為： (100+62.74) g = 162.74 g 5. 1mol

37、理想氣體在122K等溫的情況下，反抗恒定外壓10.15kPa，從10dm3膨脹的終態(tài)100 dm3，試計(jì)算Q、W和U、H。解：該過程是理想氣體等溫過程，故 U =H = 0 W = -peV= -pe(V2V1) W = -10.15×103×（100.0-10）×10-3 = -913.5J根據(jù)熱力學(xué)第一定律：U= W Q，即有：Q= UW = 0 -（-913.5）= 913.5J6. 1 mol單原子分子理想氣體，初始狀態(tài)為298 K，100 kPa，經(jīng)歷U = 0的可逆變化后，體積為初始狀態(tài)的2倍。請(qǐng)計(jì)算Q，W和H。 解：因?yàn)閁=0，對(duì)于理想氣體的物理變化

38、過程，熱力學(xué)能不變，則溫度也不變，所以T=0，H=0 7. 判斷以下各過程中Q，W，U，H是否為零？若不為零，能否判斷是大于零還是小于零？ （1）理想氣體恒溫可逆膨脹 （2）理想氣體節(jié)流（絕熱等壓）膨脹 （3）理想氣體絕熱、反抗恒外壓膨脹 （4）1mol 實(shí)際氣體恒容升溫 （5）在絕熱恒容容器中，H2（g）與 Cl2（g）生成 HCl（g）理想氣體反應(yīng) 解：（1）理想氣體恒溫可逆膨脹， （2）理想氣體節(jié)流膨脹，因?yàn)闇囟炔蛔儯?所以 。節(jié)流過程是絕熱過程， ，故 。 （3）絕熱、恒外壓膨脹，系統(tǒng)對(duì)外作功 ，（4）恒容升溫，溫度升高，熱力學(xué)能也增加，故。溫度升高，壓力也升高， 。 （5）絕熱恒容的

39、容器，。這是個(gè)氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，放熱反應(yīng)，溫度升高。8. 設(shè)有300 K的1 mol理想氣體作等溫膨脹，起始?jí)毫?500kPa ，終態(tài)體積為10 dm3。試計(jì)算該過程的Q，W，DU和 DH。 解：該過程是理想氣體等溫過程，故 U =H = 0 始態(tài)體積 V1為： 9. 在300 K時(shí)，4 g Ar（g）（可視為理想氣體，其摩爾質(zhì)量MAr=39.95 g·mol-1），壓力為506.6 kPa。今在等溫下分別按如下兩過程：反抗202.6 kPa的恒定外壓進(jìn)行膨脹。（1）等溫為可逆過程；（2）等溫、等外壓膨脹，膨脹至終態(tài)壓力為202.6 kPa。試分別計(jì)算兩種過程的Q，W，U和H。

40、 解：（1）理想氣體的可逆過程， ，4 g Ar的物質(zhì)的量為： （2）雖為不可逆過程，但狀態(tài)函數(shù)的變化應(yīng)與（1）相同，即 10. 在573 K時(shí)，將1 mol Ne（可視為理想氣體）從1000 KPa經(jīng)絕熱可逆膨脹到100 kPa。求Q、W、U和H。解法1： 因該過程為絕熱可逆過程，故Q=0。 ，則又 ，則 = = 228K 解法2： 可得： 11. 有1 m3的單原子分子的理想氣體，始態(tài)為273 K，1000kPa?，F(xiàn)分別經(jīng)（1）等溫可逆膨脹；（2）絕熱可逆膨脹；（3）絕熱等外壓膨脹，到達(dá)相同的終態(tài)壓力100 kPa。請(qǐng)分別計(jì)算終態(tài)溫度T2、終態(tài)體積V2和所做的功。解：（1）理想氣體的等溫可

41、逆膨脹過程，pV=常數(shù)，則有：T2=T1=273K W = -= - W = -440.58×8.314×273×= -2302.6kJ（2）絕熱可逆膨脹， Q=0，則有U= W。，則又 ，則 = = 108.6KW =U = nCV,m( T2 T1) = 440.58××8.314×( 108.6 273) = -903.3 kJ（3）絕熱恒外壓膨脹， Q=0，則有U= W。即 -pe(V2V1) = nCV,m( T2 T1) - () = nCV,m( T2 T1) 則有：- () = ×( T2 T1)- () =

42、 ×( T2 273) T2 =174.7KW =U = nCV,m( T2 T1) = 440.58××8.314×( 174.7 273) = -540.1 kJ 12.在373K和101.325kPa時(shí)，有1molH2O（l）可逆蒸發(fā)成同溫、同壓的H2O（g），已知H2O（l）的摩爾氣化焓vapHm=40.66kJ·mol-1。（1）試計(jì)算該過程的Q、W、vapUm，可以忽略液態(tài)水的體積；（2）比較vapHm與vapUm的大小，并說明原因解：H2O（373K，101.325kPa，l） H2O（373K，101.325kPa，g）（1）由

43、于是同溫同壓下的可逆向變化，則有：Q p=H = nvapHm = 1×40.66 = 40.66kJW = -pe(V2V1) = -p(VgV1) -pVg = -ngRT = -1×8.314×373 = -3.10 kJ Hm =Um + ng（RT） vapUm = vapHm vg（RT）= 40.66 3.10= 37.56 kJ ·mol-1（2）vapHm > vapUm 等溫等壓條件下系統(tǒng)膨脹導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做功。13. 300 K時(shí)，將1.53 mol Zn溶于過量稀鹽酸中。反應(yīng)若分別在開口燒杯和密封容器中進(jìn)行。哪種情況放熱較多

44、？多出多少? 解：在開口燒杯中進(jìn)行時(shí)熱效應(yīng)為Qp。在密封容器中進(jìn)行時(shí)熱效應(yīng)為QV。后者因不做膨脹功故放熱較多。 多出的部分為：14. 在373K和101.325kPa時(shí)，有1glH2O經(jīng)（l）等溫、等壓可逆氣化；（2）在恒溫373K的真空箱中突然氣化，都變?yōu)橥瑴?、同壓的H2O（g）。分別計(jì)算兩個(gè)過程的Q、W、U和H的值。已知水的氣化熱2259J·g-1，可以忽略液態(tài)水的體積。解：（1）水在同溫同壓條件下的蒸發(fā)Q p=H = mvapHm = 1×2259 = 2.26kJW = -pVg = -ngRT = =-×8.314×373 = -172.3JU

45、 = Q + W = 2259 172.3 = 2.09 kJ（2）在真空箱中，pe = 0，故W = 0U、H 為狀態(tài)函數(shù)，即只要最終狀態(tài)相同，則數(shù)值相等，即有：H = 2.26kJ U = Q =2.09 kJ15. 在298K時(shí)，有酯化反應(yīng)，計(jì)算酯化反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變。已知，。解： =16. 已知下列反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)壓力和298 K時(shí)的反應(yīng)焓為： （1）CH3COOH（l）+2O2（g）=2CO2（g）+2H2O（l） rHm（1）= - 870.3 kJ·mol-1（2）C（s）+O2（g）=CO2（g） rHm（2）= - 393.5 kJ·mol-1（3）H2（g

46、）+O2（g）= H2O（l） rHm（3）= - 285.8 kJ·mol-1 試計(jì)算反應(yīng)：（4）2C（s）+2H2（g）+O2（g）=CH3COOH（l）的。 解：反應(yīng) （4） = 2 ×（2）+ 2×（3）-（1） 17. 298 K時(shí)，C2H5OH （l）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓為 -1367 kJ·mol-1，CO2（g）和H2O（l） 的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓分別為-393.5 kJ·mol-1和 -285.8 kJ·mol-1，求 298 K 時(shí)，C2H5OH（l）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。 解： =2(393.5)+3(285.8)(1367

47、) =277.4 18. 已知 298 K 時(shí)，CH4（g），CO2（g），H2O（l）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓分別為 -74.8 kJ·mol-1，-393.5 kJ·mol-1和-285.8 kJ·mol-1，請(qǐng)求算298 K時(shí)CH4（g）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓。 解： (,g)=2(,l)+(,g)(,g) =2(285.8)+(393.5)(74.8) =890.3 19. 0.50 g 正庚烷在彈式量熱計(jì)中燃燒，溫度上升2.94 K。若彈式量熱計(jì)本身及附件的熱容為8.177kJ·K-1，請(qǐng)計(jì)算298 K 時(shí)正庚烷的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓。設(shè)量熱計(jì)的平均溫度為298

48、K，已知正庚烷的摩爾質(zhì)量為 100.2 g·mol-1。解： 0.5 g正庚烷燃燒后放出的恒容熱為：=8.177 2.94 K=24.04 1 mol正庚烷燃燒的等容熱為： 24.04 =4818 正庚烷的燃燒反應(yīng)為： (l)+11(g)=7(g)+8(l) =4848 =+=4818 +(711) 8.314 J298 K=4828 20. 在標(biāo)準(zhǔn)壓力和298K時(shí)，H2（g）與O2（g）的反應(yīng)為：H2（g）+ O2（g）= H2O（g）。設(shè)參與反應(yīng)的物質(zhì)均可作為理想氣體處理，已知，它們的標(biāo)準(zhǔn)等壓摩爾熱容（設(shè)與溫度無關(guān)）分別為，。試計(jì)算：298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變和熱力學(xué)能變化；（

49、2）498K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變。解：（1） = -240.58（2） = = -241.82 + （33.58-28.82-0.5×29.36）×（498-298）×10-3= 243.80第 三 章 熱力學(xué)第二定律第三章 熱力學(xué)第二定律一、思考題1. 自發(fā)過程一定是不可逆的，所以不可逆過程一定是自發(fā)的。這說法對(duì)嗎？答： 前半句是對(duì)的，后半句卻錯(cuò)了。因?yàn)椴豢赡孢^程不一定是自發(fā)的，如不可逆壓縮過程。2. 空調(diào)、冰箱不是可以把熱從低溫?zé)嵩次?、放給高溫?zé)嵩磫?，這是否與第二定律矛盾呢？答： 不矛盾。Claususe說的是“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他

50、變化”。而冷凍機(jī)系列，環(huán)境作了電功，卻得到了熱。熱變?yōu)楣κ莻€(gè)不可逆過程，所以環(huán)境發(fā)生了變化。3. 能否說系統(tǒng)達(dá)平衡時(shí)熵值最大，Gibbs自由能最??？答：不能一概而論，這樣說要有前提，即：絕熱系統(tǒng)或隔離系統(tǒng)達(dá)平衡時(shí)，熵值最大。等溫、等壓、不作非膨脹功，系統(tǒng)達(dá)平衡時(shí)，Gibbs自由能最小。4. 某系統(tǒng)從始態(tài)出發(fā)，經(jīng)一個(gè)絕熱不可逆過程到達(dá)終態(tài)。為了計(jì)算熵值，能否設(shè)計(jì)一個(gè)絕熱可逆過程來計(jì)算？答：不可能。若從同一始態(tài)出發(fā)，絕熱可逆和絕熱不可逆兩個(gè)過程的終態(tài)絕不會(huì)相同。反之，若有相同的終態(tài)，兩個(gè)過程絕不會(huì)有相同的始態(tài)，所以只有設(shè)計(jì)除絕熱以外的其他可逆過程，才能有相同的始、終態(tài)。5. 對(duì)處于絕熱瓶中的氣體進(jìn)行不可逆壓縮，過程的熵變一定大于零，這種說法對(duì)嗎？ 答： 說法正確。根據(jù)Claususe不等式，絕熱鋼瓶發(fā)生不可逆壓縮過程，則。6. 相變過程的熵變可以用公式來計(jì)算，這種說法對(duì)嗎？答：說法不正確，只有在等溫等壓的可逆相變且非體積功等于零的條件，相變過程的熵變可以用公式來計(jì)算。7. 是否恒大于 ?答：對(duì)氣體和絕大部分物質(zhì)是如此。但有例外，4攝氏度時(shí)的水，它的等于。8. 將壓力為101.3 kPa，溫度為268.2 K的過冷液體苯，凝固成同溫、同壓的固體苯。已知苯的凝固點(diǎn)溫度為278.7 K，如何設(shè)計(jì)可逆過程？答：可以將苯等壓可逆變溫到苯的凝固點(diǎn)2