第一章 熱力學第一定律思考題(答案)

1、第一章熱力學第一定律思考題1. 下列說法中哪些是不正確的？（1）絕熱封閉系統(tǒng)就是孤立系統(tǒng)；（2）不作功的封閉系統(tǒng)未必就是孤立系統(tǒng)；（3）作功又吸熱的系統(tǒng)是封閉系統(tǒng)；（4）與環(huán)境有化學作用的系統(tǒng)是敞開系統(tǒng)?！敬稹浚?）不一定正確。絕熱條件可以保證系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有熱交換，封閉條件可以保證系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有物質交換。但是單單這兩個條件不能保證系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有其他能量交換方式，如作功。當絕熱封閉的系統(tǒng)在重力場中高度發(fā)生大幅度變化時，系統(tǒng)和地球間的作功不能忽略，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。（2）正確。（3）不正確。系統(tǒng)和環(huán)境間發(fā)生物質交換時，可以作功又吸熱，但顯然不是封閉系統(tǒng)。為了防止混淆，一般在討論功和

2、熱的時候，都指定為封閉系統(tǒng)，但這并不意味著發(fā)生物質交換時沒有功和熱的發(fā)生。但至少在這種情況下功和熱的意義是含混的。（4）正確。當發(fā)生化學作用（即系統(tǒng)和環(huán)境間物質交換）時，將同時有熱和功發(fā)生，而且還有物質轉移，因此是敞開系統(tǒng)。2. 一隔板將一剛性容器分為左、右兩室，左室氣體的壓力大于右室氣體的壓力。現(xiàn)將隔板抽去，左、右室氣體的壓力達到平衡。若以全部氣體作為系統(tǒng)，則&、Q、W為正？為負？或為零？【答】因為容器是剛性的，在不考慮存在其它功的情況下，系統(tǒng)對環(huán)境所作的功的W=0；容器又是絕熱的，系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有能量交換，因此Q=0；根據(jù)熱力學第一定律U=Q+w,系統(tǒng)的熱力學能（熱力學能）變化A

3、U=0。3. 若系統(tǒng)經下列變化過程，則Q、W、Q+W和AU各量是否完全確定？為什么？（1）使封閉系統(tǒng)由某一始態(tài)經過不同途徑變到某一終態(tài)；（2）若在絕熱的條件下，使系統(tǒng)從某一始態(tài)變化到某一終態(tài)。【答】（1）對一個物理化學過程的完整描述，包括過程的始態(tài)、終態(tài)和過程所經歷的具體途徑，因此僅僅給定過程的始、終態(tài)不能完整地說明該過程。Q、W都是途徑依賴（path-dependent）量，其數(shù)值依賴于過程的始態(tài)、終態(tài)和具體途徑，只要過程不完全確定，Q、W的數(shù)值就可能不確定。因為Q+W=AU，只要過程始、終態(tài)確定，則AU確定，因此Q+W也確定。（2）在已經給定始、終態(tài)的情況下，又限定過程為絕熱過程，Q=0，

4、Q確定；W=U，W和AU也確定。4. 試根據(jù)可逆過程的特征指出下列過程哪些是可逆過程？（1）在室溫和大氣壓力（101.325kPa）下，水蒸發(fā)為同溫同壓的水蒸氣；（2）在373.15K和大氣壓力（101.325kPa）下，蒸發(fā)為同溫同壓的水蒸氣；（3）摩擦生熱；（4）用干電池使燈泡發(fā)光；（5）水在冰點時凝結成同溫同壓的冰；(6) 在等溫等壓下將氮氣和氧氣混合?！敬稹?1)不是可逆過程。(一級)可逆相變過程應該是在可逆溫度和壓力下的相變過程題設條件與之不符，室溫下的可逆壓力應該小于101.325kPa,當室溫為298K時，水的飽和蒸氣壓為3168Pa。(2) 可能是可逆過程。(3) 不是可逆過程

5、。摩擦生熱是能量耗散過程。(4) 不是可逆過程。無窮小的電流不能將燈泡點亮。(5) 可能是可逆過程。273.15K、101.325kPa下水可以可逆地形成冰。(6) 可能是可逆過程。通過范霍夫平衡箱可以實現(xiàn)可逆混合。5. 判斷下列說法是否正確？(1)狀態(tài)函數(shù)改變后，狀態(tài)一定改變；(2)狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變；(3) 系統(tǒng)的溫度越高，向外傳遞的熱量越多；(4) 一個絕熱的剛性容器一定是一個孤立系統(tǒng)；(5) 系統(tǒng)向外放熱，則其熱力學能必定減少；(6) 孤立系統(tǒng)內發(fā)生的一切變化過程，其AU必定為零；(7) 因為AH=Q，而H是狀態(tài)函數(shù)，所以熱(Q)也是狀態(tài)函數(shù)；pp(8) 因為H=U+pV,

6、而理想氣體的熱力學能僅是溫度的函數(shù)，所以理想氣體的焓與p、V、T都有關；(9) 一定量的理想氣體反抗101.325kPa作絕熱膨脹，則AH=Q=0；p(10) 系統(tǒng)經一循環(huán)過程對環(huán)境作1kJ的功，他必然從環(huán)境吸熱1kJ；(11) 理想氣體絕熱變化過程中W可逆=CvAT，W不可逆=CvAT,所以W可逆=W不可逆；可逆V不可逆V可逆不可逆(12) 化學中的可逆過程就是熱力學中的可逆過程。【答】(1)正確。狀態(tài)是各種狀態(tài)性質的綜合表現(xiàn)，狀態(tài)性質改變，狀態(tài)一定改變。(2) 不正確。比如理想氣體的等溫過程中，狀態(tài)改變但是熱力學能不變。(3) 不正確。溫度是熱運動的“強度”，熱是熱運動的“數(shù)量”，兩者沒有

7、必然練習。(4) 不正確。絕熱和剛性只意味著沒有熱交換和體積功，不能排除其他作功方式的存在。(5) 不正確。理想氣體可逆等溫壓縮時，向外放熱，熱力學能不減少。(6) 正確。(7) 不正確。H是狀態(tài)函數(shù)，但是Q卻是依賴于過程的物理量，因此熱(Q)不是狀態(tài)函數(shù),ppra(u+pv)+8(nRT)8VJT3丿'r8VJ(8)不正確。鴛他依賴于過程。=0+0=0，理想氣體的焓僅與溫度有關。T(9) 不正確。不滿足公式AH=Q成立的條件，下標p在此指p=pf=p，本例中pf=ppifextfextHp。i(10) 正確。Q=-W+AU=-(-1kJ)+0=1kJo(11) 不正確。前一個AT與后

8、一個AT不同。(12) 不正確。化學中的可逆過程也可以指可逆反應，顯然可逆反應和熱力學可逆過程是兩碼事。6. 在101.325kPa、373K下向真空蒸發(fā)成101.325kPa、373K的水蒸氣(此過程環(huán)境溫度保持不變)。下述兩個結論是否正確？(1)設水蒸氣可以視為理想氣體，因為此過程為等溫過程，所以AU=0o（2）此過程AH=AU+pAV,由于向真空氣化，W=-pV=0，所以此過程的AH=U。【答】（1）不正確。理想氣體在等溫變化中，AJ=0o水蒸可視為理想氣體，但水不可以。而且理想氣體也不能有相變過程，理想氣體永遠都是氣體，既不能發(fā)生相變化也不能發(fā)生化學變化。（2）不正確。AH=AU+pA

9、V中的p指系統(tǒng)的壓力，pAV不表示所作的體積功；W=-pAV中原始含義是指p，不是系統(tǒng)的壓力p，因此推導完全錯誤。ext7. 夏天打開室內正在運行中的電冰箱的門，若緊密門窗（設門窗及墻壁均不傳熱），能否使室內溫度降低？為什么？【答】不能。電冰箱屬于熱機，當電冰箱正常工作時，通過消耗電功，Q的熱量從冰箱內被取出排放到室內，其值為Q2。根據(jù)能量守恒，有q2=qi+w2當打開電冰箱的門，兩個熱源（室內空氣和冰箱內空氣）聯(lián)為一體，稱為單一熱源。以室內空氣為體系其熱力學能變化：AU=-Q+Q=-Q+（Q+W）=W1211上式表示室內空氣的熱力學能變化等于電源的電功值，因此空氣的溫度升高。&在373K和101.325kPa下，1mol水等溫蒸發(fā)為水蒸氣（假設水蒸氣為理想氣體）。因為此過程中系統(tǒng)的溫度不變，所以AU=0，QpCpdT=0。這一結論是否正確？為什么？【答】不正確。其一AU=0的結論是錯誤的，其理由是基于理想氣體的熱力學能僅為溫度的函數(shù)，但是水不是理想氣體，所以不成立。其二QpCpdT=0也是錯誤的，因為QpCpdT僅適用與純狀態(tài)變化，即p-V-T變化。9. C（石墨）和屯（g）的標準燃燒焓分別與物質的標準摩爾生成焓相等？