物理化學(xué)核心教程課后答案(第二版學(xué)生版)

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.如何使一個尚未破裂而被打癟的兵乓球恢復(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，則溫度才會相等。

3.兩個容積相同的玻璃球內(nèi)充滿氮氣，兩球中間用?玻管相通，管中間有?汞滴將兩邊的氣體分開。當(dāng)左

球的溫度為273K,右球的溫度為293K時，汞滴處在中間達成平衡。試問：

（1）若將左球溫度升高10K,中間汞滴向哪邊移動？

（2）若兩球溫度同時都升高10K.中間汞滴向哪邊移動？

答（1）左球溫度升高，氣體體積膨脹，推動汞滴向右邊移動。

（2）兩球溫度同時都升高10K,汞滴仍向右邊移動。因為左邊起始溫度低，升高10K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。請估計會發(fā)生什么現(xiàn)象？

答：軟木塞會崩出。這是因為保溫瓶中的剩余氣體被熱水加熱后膨脹，當(dāng)與迅速蒸發(fā)的水汽的壓力加

在一起，大于外面壓力時，就會使軟木塞崩出。如果軟木塞蓋得太緊，甚至?xí)贡仄勘ā７乐沟姆椒?/p>

是灌開水時不要太快，且要將保溫瓶灌滿。

5.當(dāng)某個純物質(zhì)的氣、液兩相處于平衡時，不斷升高平衡溫度，這時處于平衡狀態(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，氣體的摩爾體積

會變小。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，這時的溫度就是臨界溫度。

6.Dalton分壓定律的適用條件是什么？Amagat分體積定律的使用前提是什么？

答：實際氣體混合物（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pV—RT+bp(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？將這種氣體進行真空膨脹，氣體的溫度會不會下降？

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，未校

正壓力項。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。所以，將這

種氣體進行真空膨脹時，溫度不會下降。

8.如何定義氣體的臨界溫度和臨界壓力？

答：在真實氣體的p-Vm圖上，當(dāng)氣-液兩相共存的線段縮成一個點時，稱這點為臨界點。這時的溫

度為臨界溫度，這時的壓力為臨界壓力。臨界壓力是指在該臨界溫度時能使氣體液化的最低壓力。

9.vanderWaals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)處于處于臨界點時，它們有哪些共同特性？

答：這時氣-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12345678

選項CABDCCBC

題號9101112

選項CADB

1.在溫度、容積恒定的容器中，含仃A和B兩種理想氣體，這時A的分壓和分體枳分別是「人和匕。若

在容器中再加入定量的理想氣體C,問PA和匕的變化為()。

(A)PA和匕都變大(B)PA和都變小

(C)PA不變，VA變小⑴)PA變小，丫人不變

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

為以，pA,VA和nB，PB，VB容器中的總壓為p。試判斷下列公式中哪個是正確的()。

(A)pAV=nART(B)pVR=(HA+nB)/?T

(C)pAVA=nART(D)外照=叫火7

答：(A)只有(A)符合Dalton分壓定律。

3.已知氫氣的臨界溫度和臨界壓力分別為心=33.3K,Pc=1.297xlO6Pa。有一氫氣鋼瓶，在298

K時瓶內(nèi)壓力為980x1()6pa,這時氫氣的狀態(tài)為()。

(A)液態(tài)(B)氣態(tài)(C)氣-液兩相平衡(D)無法確定

答：(B)仍處在氣態(tài)區(qū)。

4.在一個絕熱的真空容器中，灌滿373K和壓力為101.325kPa的純水，不留一點空隙，這時水的飽和蒸

汽壓為().

(A)等于零(B)大于101.325kPa

(C)小于101.325kPa(D)等于101.325kPa

答：(D)飽和蒸汽壓是物質(zhì)的本性，與是否有空間無關(guān)。

5.真實氣體在如下哪個條件下，可以近似作為理想氣體處理()o

(A)冏溫、局壓(B)低溫、低壓

(C)高溫、低壓(D)低溫、高壓

答(C)這時分子間距離很大，分子間的作用力可以忽略不計。

6.在298K時，地面上有,?個直徑為1m的充了空氣的球，其壓力為lOOkPa,將球帶至高空，溫度降為253K,

球的直徑脹大到3m,此時球內(nèi)的壓力為()。

(A)33.3kPa(B)9.43kPa(C)3.14kPa(D)28.3kPa

'?/z=1（）0x-------

7.真實氣體液化的必要條件是()?

(A)壓力大于Pc(B)溫度低于或

(C)體積等于匕￡(D)同時升高溫度和壓力

答(B)七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.在一個恒溫，容積為2dm3的真空容器中，依次充入溫度相同、始態(tài)為100kPa,2dm3的N?(g)和200

kPa,1dm?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)100kPa(B)150kPa(C)200kPa(D)300kPa

答(C)等溫條件下，200kPa,1dnf氣體等于100kPa,2dm3氣體，總壓為0=PA+PB=iookPa+lOO

kPa=200kPa.

9.在298K時，往容積相等的A、B兩個抽空容器中分別灌入100g和200g水，當(dāng)達到平衡時，兩容器中

的水蒸汽壓力分別為PA和PB，則兩者的關(guān)系為（）。

（A）PA〈PB<B）PA>PB（C）PA=PB（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273K,101.325kPa時,摩爾質(zhì)量為154g?mo『的CCL（1）的蒸氣可以近似看作為理想氣體，則

氣體的密度為（）。（單位為g-dm-3）

(A)6.87(B)4.52(C)3.70(D)3.44

154g

答(A)p=—==6.87gdm-3

V22.4dm3

11.某體積恒定的容器中裝有一定量溫度為300K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）350K（B）250K（C）300K（D）360K

答：（D）v,p不變，n2=—n1,T2=—T]=360K

~65

12.實際氣體的壓力（p）和體積（V）與理想氣體相比，分別會發(fā)生的偏差為（）o

（A）p、V都發(fā)生正偏差（B）p、V都發(fā)生負偏差

（C）p正偏差，V負偏差（D）p負偏差，V正偏差

答：（B）內(nèi)壓力和可壓縮性的存在。

三、習(xí)題

1.在兩個容積均為V的燒杯中裝有氮氣，燒瓶之間有細管相通，細管的體積可以忽略不計。若將兩

燒杯均浸入373K的開水中，測得氣體壓力為60kPa。若一只燒瓶浸在273K的冰水中，另外一只仍然浸

在373K的開水中，達到平衡后，求這時氣體的壓力。設(shè)氣體可以視為理想氣體。

解：〃=%+n2根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

82V=P2VlP2V2P]_11、

化簡得:了="2(斤+R

RI]-RT、RT2

T273

=2x60kPax-=---5-0--.-7---k-Pa

,2+273+373

2.將溫度為300K,壓力為1800kPa的鋼瓶中的氮氣，放入體積為20dm的貯氣瓶中，使貯氣瓶壓

力在300K時為100kPa,這時原來鋼瓶中的壓力降為1600kPa（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n

100kPax20x1Q~3m3

=0.80mol

-^F-8.314J-mor'-K'x300K

設(shè)鋼瓶的體積為V,原有氣體為剩余氣體為〃2

P]V=n、RTp.,V=n2RTn,-n2=n

py

n-n.-71,=—!..........-

RTRT

nRT0.80molx8.314Jmor1K-1x300K_,

V=---------=---------------------------------------------------=9.98dm3

P\-p?(1800-1600)kPa

3.用電解水的方法制備氫氣時，氫氣總是被水蒸氣飽和，現(xiàn)在用降溫的方法去除部分水蒸氣?，F(xiàn)將在

298K條件卜制得的飽和了水氣的氫氣通入283K、壓力恒定為128.5kPa的冷凝器中，試計算：冷凝前后

混合氣體中水氣的摩爾分數(shù)。已知在298K和283K時，水的飽和蒸汽壓分別為3.167kPa和1.227kPa。

混合氣體近似作為理想氣體。

解：水氣所占的摩爾分數(shù)近似等于水氣壓力與冷凝操作的總壓之比

在冷凝器進口處，T=298K

p(HO)_3.167kPa

x(HO,g)=2=0.025

2~p--128.5kPa

在冷凝器出口處，T=283K

武凡。介牛=慝罌=。。。9

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=CHC1(g)300m3,壓力為122kPa,溫度為3(X)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(X)0?,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

62.5g?mol”,設(shè)氣體為理想氣體。

m

解：p=一,m=nM,代入，得:

V

_的_62.5><10-3kgmo『x122x1()3

=3.06kg-m3=3.06g-dm-3

'一行一—8.314JbmoUx300K

m-p-V-3.06kg-m-3x300m3=918kg

111918kg

n=-n(總)n=-〃(總)=-x------------------------—=4896mol

33362.5x10kgmol

5.有氮氣和甲烷(均為氣體)的氣體混合物100g,已知含氮氣的質(zhì)量分數(shù)為0.31。在420K和一定

壓力下，混合氣體的體積為9.95dn?。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。已知氮氣和甲烷的摩爾質(zhì)量分別為28g-mol'1和16gmor'.

/z\m0.31X100g

解:HN,)=—=-------------Y=1.11mol

-M28g-mol

(1—0.31)x100g

?(CH)=4.31mol

416g-mol-1

〃RT_(1.11+4.31)molx8.314Jmo『K、420K

=1902kPa

▽—9.95x10-3m3

、〃(N,)

P(ZNKT,)=---------------------xp——：-------xl902kPa=389.5kPa

n(N2)+n(CH4)1.11+4.31

p(CH4)=(1902-389.5)kPa=1512.5kPa

6.在300K時，某一容器中含有H?(g)和N2(g)兩種氣體的混合物，壓力為152kPa,溫度為。將

N2(g)分離后，只留下H2(g),保持溫度不變，壓力降為50.7kPa,氣體質(zhì)量減少14g。試計算：

(1)容器的體積；

(2)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)的摩爾分數(shù)

解⑴/7(N2)=P-P(H2)=(152-50.7)kPa=101.3kPa

〃的)=瑞=4

=0.5mol

_n(N)7?r_0.5molx8.314J-mol-1?K-lx300K_

v-2==am3

P(N2)101.3kPa

P

⑵(N2)=101.3kPap(H2)=50.7kPa

在T,V不變的情況下

n(H2)_p(H2)_50.7kPa

W(N2)p(N,)101.3kPa

〃(HJ=0.5/J(N2)=0.5X0.5mol=0.25mol

1

;n(H2)=ZZ(H2)A7(H,)=0.25molx2.0g-moP=0.5g

n(N)0.5mol

(3)NN?)—2=0.67

/I(H2)+?(N2)(0.5+0.25)mol

x(H2)=1-0.67=0.33

7.設(shè)某水煤氣中各組分的質(zhì)量分數(shù)分別為：w(H2)=0.064,w(CO)=0.678,

w(N2)=0.107,W(C02)=0.140,W(CH4)=0.01L試計算：

(1)混合氣中各氣體的摩爾分數(shù)；

(2)當(dāng)混合氣在670K和152kPa時的密度;

(3)各氣體在上述條件卜?的分壓。

解：設(shè)水煤氣的總質(zhì)量為100g,則各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)乘以總質(zhì)量即為各物質(zhì)的質(zhì)量，所以:

_〃?(凡)_6.4g

(1)〃(H?)：=3.20mol

2.0gmoE1

67.8g〃(N,)=27g=o38mol

同理有：”(CO)=-=2.42mol

28g?mol-128gmoE1

14.0g11a

n(CO)=-=0.32moln(CH)=——=o.O7mol

244g-mol-1416gmol-1

則有：〃(總)=〃(總)=Z=(320+2.42+0.38+0.32+0.07)mol=6.39mol

”(CO)2.42mol

x(CO)==0.379

〃(總)6.39mol

同理有：x(H2)=0.500,x(N2)=0.059.x(CO2)=0.050,x(CH4)=0.011

(2)因為pV=〃(總)HT

6.39molx8.314J-moE1?K-1x670K

=234.2dm'

P152kPa

m_100g

=0.427g-dm-3

7-234.2dm3

(3)根據(jù)Dalton分壓定律PB=PXB，所以

p(H2)=x(H2)p=0.5x152kPa=76.0kPa

同理

p(CO)=57.6kPa,p(N2)=8.97kPa,p(CO2)=7.60kPa

p(CH4)=1.67kPa

第二章熱力學(xué)第一定律

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：是對的。因為狀態(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：是錯的。因為只要有一個狀態(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)因為AU=Qv，AH=QP,所以Qv，Qp是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)？這種說法對嗎？

答：是對的。AU,AH本身不是狀態(tài)函數(shù)，僅是狀態(tài)函數(shù)的變量，只有在特定條件卜與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?定律，因為能量不會無中生有，所以?個系統(tǒng)如要對外做功，必須從外界吸收熱量。

答：是錯的。根據(jù)熱力學(xué)第一定律=。+卬，它不僅說明熱力學(xué)能(AU)、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，用機械攪拌某絕熱容器中的液體，是液體的溫度上升，這時AH=Qp=O

答：是錯的。這雖然是一個等壓過程，而此過程存在機械功，即WE),所以AHRQp。

(6)某一化學(xué)反應(yīng)在燒杯中進行，熱效應(yīng)為Q”熔變?yōu)锳H”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，這時熱效應(yīng)為Q”焙變?yōu)锳H”則AH產(chǎn)AH”

答：是對的。Q是非狀態(tài)函數(shù)，由于經(jīng)過的途徑不同，則Q值不同，焙(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，則兩焙變值A(chǔ)HI和AH?相等。

2.回答卜列問題，并說明原因

(1)可逆熱機的效率最高，在其它條件相同的前提下，用可逆熱機去牽引貨布，能否使火車的速度加快？

W

答？不能。熱機效率〃=-/■-是指從高溫?zé)嵩此盏臒嶙畲蟮霓D(zhuǎn)換成對環(huán)境所做的功。但可逆熱機循

w

環(huán)一周是一個緩慢的過程，所需時間是無限長。又由P=7=Fxv可推出V無限小。因此用可逆熱機牽

引火車的做法是不實際的，不能增加火車的速度，只會降低。

(2)Zn與鹽酸發(fā)生反應(yīng)，分別在敞口和密閉容器中進行，哪一種情況放熱更多？

答：在密閉容器中進行的反應(yīng)放熱多。在熱化學(xué)中有Qp=Qv+A%(RT),而Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4

第二章熱力學(xué)第一定律

(aq)+H2(g)的Ang=l,又因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)Q(,、Qv的值均為負值，所以lQvl>【Qpl。

(3)在?個導(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，M即蓋上筒蓋.過一段時間，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，筒內(nèi)溫度上升，則壓力也

升高，即大于環(huán)境的標準大氣壓。

(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)方程式為，N2(g)

+H2(g)NH3(g).在溫度為T|和T2的條件下，實驗測定放出的熱量分別為Qp(T|)

和Qp<T2).但是用Kirchho是定律計算時

rmy2/rm\1/>rp

計算結(jié)果與實驗值不符，試解釋原因。

答：=今乜，&H,n實際是指按所給反應(yīng)式，進行AJ=lmol反應(yīng)時的焰變，實驗測得的數(shù)值是反

m貼

應(yīng)達到平衡時發(fā)出的熱量，此時AJvlmol,因此經(jīng)過計算使用Kirchhoff定律計算的結(jié)果與實驗不符。

3.理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過程的功，都可用公式W=gAT計算，那兩種過程的功是杳一樣？

答：不一樣。過程不同，終態(tài)不相同，即AT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.請指出所列公式的適用條件：

(1)(2)(3)

^H=Qp\U^QVW=nRT\n^

答：(】)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)能和焰的變化值。

第一定律數(shù)學(xué)表示式為AU=Q+W。

(1)理想氣體自由膨脹

(2)vanderWaals氣體等溫自由膨脹

(3)Zn(s)+2HC1(I)=ZnCI2+H2(g)進行非絕熱等壓反應(yīng)

(4)H2(g)+C12(g)=2HC1(g)在絕熱鋼瓶中進行

(5)常溫、常壓下水結(jié)成冰(273.15K,101.325kPa)

第二章熱力學(xué)第一定律

答：（1〉w=o因為自由膨脹外壓為零。

Q=0理想氣體分子間沒有引力。體積增大分子間勢能不增加，保持溫度不變，不必從環(huán)境吸熱。

AU=O因為溫度不變，理想氣體的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)。

AH=O因為溫度不變，理想氣體的焰也僅是溫度的函數(shù)。

（2）W=0因為自由膨脹外壓為零。

Q>0范氐氣體分子間有引力。體積增大分子間勢能增加，為了保持溫度不變，必須從環(huán)境吸

熱。

AU>0因為從環(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加。

AH>0根據(jù)焰的定義式可判斷，系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加，焙值也增加。

（3）W<0放出的氫氣推動活塞，系統(tǒng)克服外壓對環(huán)境作功。

Q<0反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

AU<0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。

AH<0因為這是不做非膨脹功的等壓反應(yīng)，AH=Qp。

（4）W=0在剛性容器中是恒容反應(yīng)，不作膨脹功。

Q=0因為用的是絕熱鋼瓶

AU=O根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量守恒，熱力學(xué)能不變。

AH>0因為是在絕熱剛瓶中發(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)熔的定義式可判斷焰值是增加的。

（5）W<0常溫、常壓下水結(jié)成冰，體積變大，系統(tǒng)克服外壓對環(huán)境作功。

Q<0水結(jié)成冰是放熱過程。

AU<0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。

AH<0因為這是等壓相變，AH=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，請問這四種

變化途徑的熱力學(xué)能和焰的變化值是否相同？

答：應(yīng)該相同。因為熱力學(xué)能和熔是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相同，無論通過什么途徑，其變化值?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?，云在高山上變?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，?定量的水乂回到始態(tài)。問歷經(jīng)整個循環(huán)，水的熱力學(xué)能和焰的變化是多少？

答：水的熱力學(xué)能和熔的變化值都為零。因為熱力學(xué)能和熔是狀態(tài)函數(shù)，不論經(jīng)過怎樣的循環(huán)，其值都保

第二章熱力學(xué)第一定律

持不變。這就是：周而復(fù)始，數(shù)值還原。

8.298K,101.3kPa壓力下，?杯水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣是不可逆過程，試將它設(shè)計成可逆過程。

答：可逆過程(1)：繞到沸點

或可逆過程(2)：繞到飽和蒸氣壓

二、概念題

題號12345678

選項DCBAADCC

題號910111213141516

選項BBABCCDB

1.對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)對應(yīng)于某一狀態(tài)的熱力學(xué)能是可以直接測定的

(3)對應(yīng)于某一狀態(tài)，熱力學(xué)能只有一個數(shù)值，不可能有兩個或兩個以上的數(shù)值

(4)狀態(tài)改變時，熱力學(xué)能一定跟著改變

其中都正確的是()。

(A)(1),⑵(B)(3),(4)(C)(2),(4)(D)(I),⑶

答：(D)熱力學(xué)能是狀態(tài)的單值函數(shù)，其絕對值無法測量。

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關(guān)閉活塞，此時筒內(nèi)溫度將

()。

(A)不變(B)升高(C)降低(D〉無法判定

答：(C)氣體膨脹對外作功，熱力學(xué)能下降。

3.有一真空鋼筒，將閥門打開時，大氣(視為理想氣體)沖入瓶內(nèi)，此時瓶內(nèi)氣體的溫度將(

(A)不變(B)升高(C)降低(D)無法判定

答：(B)大氣對系統(tǒng)作功，熱力學(xué)能升高。

4.1mol373Ks標準壓力下的水分別經(jīng)歷：(1)等溫、等壓可逆蒸發(fā)：(2)真空蒸發(fā)，

變成373K、標準壓力卜?的水氣。這兩個過程中功和熱的關(guān)系為()?

第二章熱力學(xué)第一定律

（A）W）<W2>Q1>Q2（B）W|<W2^QI<Q2

（C）W尸W2、QI=Q2（D）Wj>W2>Q）<Q2

答：（A）過程（1）中，系統(tǒng)要對外作功，相變所吸的熱較多。

5.在個密閉絕熱的房間里放置?臺電冰箱，將冰箱門打開，并接通電源使其工作，過?段時間之后，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）對冰箱作的電功全轉(zhuǎn)化為熱了。

6.凡是在孤立系統(tǒng)中進行的變化，其AU和AH的值一定是（）o

（A）AU>0,AH>0（B）AU=O,AH=0

（C）AU<0,AH<0（D）AU=O,AH不確定

答：（D）熱力學(xué)能是能量的?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。而蠟雖然有能

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)生一個放熱的氣相反應(yīng)，AH可能問

大于零。

7.理想氣體向真空絕熱膨脹后，他的溫度將（）o

（A）升高（B）降低（C）不變（D）不一定

答：（C）對于理想氣體而言，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。

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，說明該氣體膨脹時，不需克服分子間弓I力，所以恒

溫膨脹時，熱力學(xué)能不變）。

9.公式AH二Qp適用于哪個過程（)o

,、，、273K,10l.3kPa-,、

（A）理想氣體絕熱等外壓膨脹(B)H2O(s)H2O(g)

（C）Cu2+（叫）+2eCu（s）(D)

答：（B）式適用于不作非膨脹功的等壓過程。

10.某理想氣體的y=CJCv=L40,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

757

（B）1.40=-,C=-RC=-R,這是雙原子分子的特征。

5v2p2

第二章熱力學(xué)第一定律

11.當(dāng)以5molH?氣與4molcb氣混合，最后生成2moiHC1氣。若以下式為基本單元，

Hi(g)+。(g)-2HC(g)則反應(yīng)進度自應(yīng)是(),,

(A)Imol(B)2mol

(C)4mol(D)5mol

答：(A)反應(yīng)進度?包-卷如曰mol

12.欲測定有機物燃燒熱Qp,般使反應(yīng)在氧彈中進行，實測得熱效應(yīng)為Qv，公^Q產(chǎn)Qv+A為RT中的An

為()。

(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)物中凝聚和物質(zhì)的量之差

(D)生成物與反應(yīng)物的總熱容差

答：(B)AngRT一項來源于△(pV)一項，若假定氣體是理想氣體，在溫度不變時△(pV)就等于A&RT。

13.下列等式中正確的是().

(A)Af//?(H2O,l)=g\c/7?(O2)(B)AfH,?(H2O,g)?AcJff?(O2)

(C)△用？(HQ,1)&/￡(凡)(D)Af//?(H2O,g)=AcH?(H2g)

答：(C)在標準態(tài)下，有穩(wěn)定單質(zhì)生成Imol物質(zhì)B產(chǎn)生的熱效應(yīng)為該物質(zhì)B的摩爾生成雄：在標準態(tài)下,

Imol物質(zhì)B完全燃燒產(chǎn)生的熱效應(yīng)為該物質(zhì)B燃燒焙，故有△f"F(H2。，l)^Ac//?(H2)。

14.298K時，石墨的標準摩爾生成焰Af"，().

(A)大于零(B)小于零(C)等于零(D)不能確定

答：(C)根據(jù)標準摩爾生成熔定義，規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的標準摩爾生成焰為零。碳的穩(wěn)定單質(zhì)制定為石墨。

15.禳(C)和金剛石(C)在298K，標準壓力下的標準摩爾燃燒焙分別為-393.4kJ.mo「和-395.3kJ-mo「,

則金剛石的標準摩爾生成焰(金剛石,298K)為()。

(A)-393.4kJ-mol-1(B)-395.3kj-mol-1(C)-1.9kJmor'(D)1.9kJmor'

答：(D)石婚(C)的標準摩爾燃燒焙就是二氧化碳的標準摩爾生成熔，為-393.4kJ.mol」，金剛石的標準

摩爾燃燒焰就是金剛行(C)燃燒為二氧化碳的摩爾反應(yīng)焰變，等于二氧化碳的標準摩爾生成烯減去金剛

石的標準摩爾生成焰，所以金剛石的標準摩爾生成焰就等于-393.4kJmor'-(-395.3kJmor')=1.9kJmo「。

16.某氣體的狀態(tài)方程pV0,=RT+bp(b是大于零的常數(shù))，則下列結(jié)論正確的是().

(A)其焰H只是溫度T的函數(shù)

第二章熱力學(xué)第一定律

(B)其熱力學(xué)能U只是溫度T的函數(shù)

(C)其熱力學(xué)能和焰都只是溫度T的函數(shù)

(D)其熱力學(xué)能和焰不僅與溫度T有關(guān)，話語氣體的體積V,“或壓力p有關(guān)。

答：由氣體狀態(tài)方程pVm=RT+bp可知此實際氣體的內(nèi)能與壓力和體積無關(guān)，則此實際氣體的內(nèi)能只是溫

度的函數(shù)。

■:、習(xí)題

1.(1)一系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加了lOOkJ,從環(huán)境吸收了40kJ的熱，計算系統(tǒng)與環(huán)境的功的交換量:

(2)如果該系統(tǒng)在膨脹過程中對環(huán)境做了20U的功，同時吸收了20kJ的熱，計算系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化值。

解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律：AU=W+Q,即有：

(1)W=AU-Q=100-40=60kJ

(2)AU=W+Q=-20+20=0

2.在30()K時，有10mol理想氣體，始態(tài)壓力為1000kPa。計算在等溫卜―卜列三個過程做膨脹功:

(1)在100kPa壓力下體積脹大1dn?；

(2)在100kPa壓力下，氣體膨脹到壓力也等于100kPa；

(3)等溫可逆膨脹到氣體的壓力等于100kPa。

解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT,即有：〃二一廠

(1)VW=-pcAV=-pc(V2-V|)

/.W=-100xl03xlxl03=-100J

/、nRTnRT(t

(2),:w=-pcAV=-pc(v2-V|)=-p2(--------------)=-nRT\1"-

PiPiIP\)

/100、

???W=-10x8.314x300x(1---------)=-22.45kJ

1000

(3),:W二?fpdV=-p^^-dV=-nRTln—=-nRTln—

JV匕p2

,I1000

/.W=-10x8.314x300xIn-------=-57.43kJ

100

3.在373K恒溫條件下，計算1mol理想氣體在下列四個過程中所做的膨脹功。已知始、終態(tài)體積分

別為25dm3和100dm3。

(1)向真空膨脹；

(2)等溫可逆膨脹;

第二章熱力學(xué)第一定律

（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50dm，時氣體的平衡壓力下膨脹，當(dāng)膨脹到50dm3以后，再在外壓等

于100dm③時氣體的平衡壓力下膨脹。

試比較四個過程的功，這說明了什么問題？

解（1）向真空膨脹，外壓為零，所以

%=0

（2）等溫可逆膨脹

%=〃HTln乜=1molx8.314J.mol，KTx373Kxln—=-4299J

V2100

（3）恒外壓膨脹

嗎=-Pe（匕-匕）=-P2（匕-K）=-*（匕-匕）

y2

1molx8.314Jmor'K-lx373K小，…廣、?…

=-------------------------------x（0.1-0.025）m3=-2326J

0.1m3

（4）分兩步恒外壓膨脹

%=-P“（匕-匕）一Pe.2（匕一匕）=一聯(lián)（匕一匕）一學(xué)（匕一匕）

Vv255（）

=〃RT（二一1+二-1）=nRT（—+-——2）=-nRT

V2匕50100

=-1molx8.314JmoUx373K=-3101J

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?絕熱保溫瓶中，將100g0°C的冰和100g50°C的水混合在?起，試計算：（1）系統(tǒng)達平衡

時的溫度；⑵混合物中含水的質(zhì)量。（已知：冰的熔化熱Qp=333.46J-g1水的平均比熱Cp=4.184JKLg」）

解：設(shè)平衡時溫度為T,有質(zhì)量為X的冰變?yōu)樗?/p>

100g0。（2的冰溶化成水，需吸熱Q|=33346J

100g5（TC的水變?yōu)?。（3的水，需吸熱Q2=-20920J

由于QI>QZ，最后溫度只能是0℃,得到冰水混合物。

xx333.46J-g-1=100gx50Kx4.184JK1-g-|得x=62.74g

故最后水的質(zhì)量為：（l（X）+62.74）g=162.74g

第二章熱力學(xué)第一定律

5.Imol理想氣體在122K等溫的情況下,反抗恒定外壓10.15kPa,從10dn『膨脹的終態(tài)100dm\試

計算Q、W和AU、AH.

解：該過程是理想氣體等溫過程，故AU=AH=O

W=-pcAV=-pc(V2-V,)

...W=-10.15x10、(100.0-10)X1O-3=-913.5J

根據(jù)熱力學(xué)第一定律：AU=W+Q,即有：

Q=AU-W=0-(-913.5)=913.5J

6.Imol單原子分子理想氣體，初始狀態(tài)為298K,100kPa,經(jīng)歷AU=0的可逆變化后，體積為初始

狀態(tài)的2倍。請計算Q,W和AH。

解：因為對于理想氣體的物理變化過程，熱力學(xué)能不變，則溫度也不變，所以AT=O,AH=O

V,,1

W==1molx8.314Jmor1-K-lx298Kxln-=-1717J

V22

Q=_W=1717J

7.判斷以下各過程中Q,W,AU,AH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)hnol實際氣體恒容升溫

(5)在絕熱恒容容器中，H2(g)與Cl2(g)生成HC1(g)［理想氣體反應(yīng)］

解(1)理想氣體恒溫可逆膨脹，AC/=0,AH=0,W<0,。>0

(2)理想氣體節(jié)流膨脹，=0,因為溫度不變，所以AU=0。節(jié)流過程是絕熱過程，。=0,

故w=o。

(3)絕熱、恒外壓膨脹，。=0,系統(tǒng)對外作功W=-p^V<0,At/<0,

AH=AU+pAV=0

(4)恒容升溫，卬=0,溫度升高，熱力學(xué)能也增加，△〃>(),故。>0。

溫度升高，壓力也升高，A//=△(7+!/△〃>0。

(5)絕熱恒容的容器，。=0,W=Q,=0。這是個氣體分子數(shù)不變的反應(yīng),

第二章熱力學(xué)第一定律

A/7=At/+A(pV)=AC/+A(n/?T)=At/+n/?AT>0>放熱反應(yīng)，溫度升高。

8.設(shè)有300K的1mol理想氣體作等溫膨脹，起始壓力為1500kPa,終態(tài)體積為10dn?。試計算該過

程的Q,W,AU和AH.

解：該過程是理想氣體等溫過程，故AU=AH=O

始態(tài)體積V1為：

nRT.1molx8.314J-moE1-K-1x300K

V.=-----L=---------------------------------------------=1.66dm3

Pi15x100kPa

W=In匕=1molx8.314J.mof1-K-'x300KxIn里-=-4.48kJ

匕10

。=_卬=4.48kJ

9.在300K時,4gAr（g）（可視為理想氣體,其摩爾質(zhì)量乂用=39.95壓力為506.6kPa。今

在等溫下分別按如下兩過程：反抗202.6kPa的恒定外壓進行膨脹。（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202.6kPa。試分別計算兩種過程的Q,W,AU和AH。

解（1）理想氣體的可逆過程，AU=△"=0,4gAr的物質(zhì)的量為：

4g

=0.10mol

39.95gmoE1

n=-IV?=/?/?nn-^=0.10molx8.314Jmor'-K-'x300Kxln^^-=228.6J

RRp2202.6

（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△（/=△"=（）

=0.10molX8.314J-mol-1-K-1x300Kx(l-^^-)=149.7J

506.6

10.在573K時，將1mol