第二章熱力學(xué)第一定律練習(xí)試題和解答

...wd......wd......wd...第二章熱力學(xué)第一定律一、思考題1.判斷以下說法是否正確，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)?！?〕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?！?〕因為ΔU=QV，ΔH=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：是錯的。U，H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)?！?〕根據(jù)熱力學(xué)第一定律，因為能量不會無中生有，所以一個系統(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，它不僅說明熱力學(xué)能〔ΔU〕、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ΔH=Qp=0答：是錯的。這雖然是一個等壓過程，而此過程存在機械功，即Wf≠0，所以ΔH≠Q(mào)p?！?〕某一化學(xué)反響在燒杯中進展，熱效應(yīng)為Q1，焓變?yōu)棣1。如將化學(xué)反響安排成反響一樣的可逆電池，使化學(xué)反響和電池反響的始態(tài)和終態(tài)形同，這時熱效應(yīng)為Q2，焓變?yōu)棣2，則ΔH1=ΔH2。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，焓〔H〕是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)一樣，不考慮所經(jīng)過的過程，則兩焓變值H1和H2相等。2.答復(fù)以下問題，并說明原因〔1〕可逆熱機的效率最高，在其它條件一樣的前提下，用可逆熱機去牽引貨車，能否使火車的速度加快答不能。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。但可逆熱機循環(huán)一周是一個緩慢的過程，所需時間是無限長。又由可推出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?！?〕Zn與鹽酸發(fā)生反響，分別在敞口和密閉容器中進展，哪一種情況放熱更多答：在密閉容器中進展的反響放熱多。在熱化學(xué)中有Qp=QV+Δng〔RT〕，而Zn〔s〕+H2SO4〔aq〕=ZnSO4〔aq〕+H2〔g〕的Δng=1，又因該反響為放熱反響Qp、QV的值均為負值，所以∣QV∣>∣Qp∣?！?〕在一個導(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。如果突然翻開圓筒，是氣體沖出去，當(dāng)壓力與外界相等時，立即蓋上筒蓋。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，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(biāo)準(zhǔn)大氣壓?！?〕在裝有催化劑的合成氨反響室中，N2〔g〕與H2〔g〕的物質(zhì)的量的比為1:3，反響方程式為，N2〔g〕+H2〔g〕NH3〔g〕。在溫度為T1和T2的條件下，實驗測定放出的熱量分別為Qp〔T1〕和Qp〔T2〕.但是用Kirchhoff定律計算時計算結(jié)果與實驗值不符，試解釋原因。答：Δr，ΔrHm實際是指按所給反響式，進展=1mol反響時的焓變，實驗測得的數(shù)值是反響到達平衡時發(fā)出的熱量，此時<1mol，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，都可用公式計算，那兩種過程的功是否一樣?答：不一樣。過程不同，終態(tài)不一樣，即ΔT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〕答：〔1〕式適用于不作非膨脹功的等壓過程?！?〕式適用于不作非膨脹功的等容過程?！?〕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)概念判斷以下各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律數(shù)學(xué)表示式為ΔU=Q+W。〔1〕理想氣體自由膨脹〔2〕vanderWaals氣體等溫自由膨脹〔3〕Zn〔s〕+2HCl〔l〕=ZnCl2+H2〔g〕進展非絕熱等壓反響〔4〕H2〔g〕+Cl2〔g〕=2HCl〔g〕在絕熱鋼瓶中進展〔5〕常溫、常壓下水結(jié)成冰〔273.15K，101.325kPa〕答：〔1〕W=0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。U=0因為溫度不變，理想氣體的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)。H=0因為溫度不變，理想氣體的焓也僅是溫度的函數(shù)?！?〕W=0因為自由膨脹外壓為零。Q0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。U0因為從環(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加。H0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?！?〕W0放出的氫氣推動活塞，系統(tǒng)抑制外壓對環(huán)境作功。Q0反響是放熱反響。U0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。H0因為這是不做非膨脹功的等壓反響，H=Qp?！?〕W=0在剛性容器中是恒容反響，不作膨脹功。Q=0因為用的是絕熱鋼瓶U=0根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量守恒，熱力學(xué)能不變。H0因為是在絕熱剛瓶中發(fā)生的放熱反響，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?！?〕W0常溫、常壓下水結(jié)成冰，體積變大，系統(tǒng)抑制外壓對環(huán)境作功。Q0水結(jié)成冰是放熱過程。U0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。H0因為這是等壓相變，H=Qp。6.在一樣的溫度和壓力下，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〕爆鳴反響；〔3〕氫氧熱爆炸；〔4〕氫氧燃料電池。在所有反響中，保持反響始態(tài)和終態(tài)都一樣，請問這四種變化途徑的熱力學(xué)能和焓的變化值是否一樣?答：應(yīng)該一樣。因為熱力學(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)一樣，無論通過什么途徑，其變化值一定一樣。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，一定量的水又回到始態(tài)。問歷經(jīng)整個循環(huán)，水的熱力學(xué)能和焓的變化是多少?答：水的熱力學(xué)能和焓的變化值都為零。因為熱力學(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，不管經(jīng)過若何的循環(huán)，其值都保持不變。這就是：周而復(fù)始，數(shù)值復(fù)原。8.298K，101.3kPa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BBABCCDB1.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選項是〔〕?！睞〕〔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)，其絕對值無法測量。2.有一高壓鋼筒，翻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，將閥門翻開時，大氣〔視為理想氣體〕沖入瓶內(nèi)，此時瓶內(nèi)氣體的溫度將〔〕?！睞〕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。4.1mol373K、標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)壓力下的水氣。這兩個過程中功和熱的關(guān)系為〔〕。 〔A〕W1<W2、Q1>Q2〔B〕W1<W2、Q1<Q2〔C〕W1=W2、Q1=Q2〔D〕W1>W2、Q1<Q2答：〔A〕過程〔1〕中，系統(tǒng)要對外作功，相變所吸的熱較多。5.在一個密閉絕熱的房間里放置一臺電冰箱,將冰箱門翻開,并接通電源使其工作,過一段時間之后,室內(nèi)的平均氣溫將若何變化〔〕〔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.但凡在孤立系統(tǒng)中進展的變化，其ΔU和ΔH的值一定是〔〕。〔A〕ΔU>0，ΔH>0〔B〕ΔU=0，ΔH=0〔C〕ΔU<0，ΔH<0〔D〕ΔU=0，ΔH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)生一個放熱的氣相反響，ΔH可能回大于零。7.理想氣體向真空絕熱膨脹后，他的溫度將〔〕?！睞〕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，不需抑制分子間引力，所以恒溫膨脹時，熱力學(xué)能不變〕。9.公式H=Qp適用于哪個過程〔〕。 〔A〕理想氣體絕熱等外壓膨脹〔B〕H2O〔s〕H2O〔l〕〔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.某理想氣體的γ=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=RCp=R，這是雙原子分子的特征。11.當(dāng)以5molH2氣與4molCl2氣混合，最后生成2molHCl氣。假設(shè)以下式為基本單元，H2〔g〕+Cl〔g〕→2HC〔g〕則反響進度ξ應(yīng)是〔〕。(A)1mol (B)2mol(C)4mol (D)5mol答：〔A〕反響進度ξ===1mol12.欲測定有機物燃燒熱Qp，般使反響在氧彈中進展，實測得熱效應(yīng)為QV，公式Qp=QV+ΔngRT中的Δn為〔〕?！睞〕生成物與反響物總物質(zhì)的量之差〔B〕生成物與反響物中氣相物質(zhì)的量之差〔C〕生成物與反響物中凝聚相物質(zhì)的量之差〔D〕生成物與反響物的總熱容差答：〔B〕ΔngRT一項來源于Δ〔pV〕一項，假設(shè)假定氣體是理想氣體，在溫度不變時Δ〔pV〕就等于ΔngRT。13.以下等式中正確的選項是〔〕。 〔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。14.298K時，石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓〔〕?！睞〕大于零〔B〕小于零〔C〕等于零〔D〕不能確定答：〔C〕根據(jù)標(biāo)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298K，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓分別為-393.4kJ·mol-1和-395.3kJ·mol-1，則金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓〔金剛石,298K〕為〔〕。〔A〕-393.4kJ·mol-1〔B〕-395.3kJ·mol-1〔C〕-1.9kJ·mol-1〔D〕1.9kJ·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-393.4kJ·mol-1，金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是金剛石〔C〕燃燒為