熱力學(xué)第一定律練習(xí)題及解答

1、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?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：是錯的。因?yàn)橹灰幸粋€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)锳U=Q,AH=Q,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。AU,川本身不是狀態(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o中生有，所以一個系統(tǒng)如要對外做功，必須從外界吸

2、收熱量。答：是錯的。根據(jù)熱力學(xué)第一定律AU=Q+W,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(jī)械攪拌某絕熱容器中的液體，是液體的溫度上升，這時AH=Q=0答：是錯的。這雖然是一個等壓過程，而此過程存在機(jī)械功，即W產(chǎn)Q所以AHwQ。(6)某一化學(xué)反應(yīng)在燒杯中進(jìn)行，熱效應(yīng)為Qi,焰變?yōu)锳Hio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Q2,始變?yōu)锳H2,則AH1=AH2。答：是又的。Q是非狀態(tài)函數(shù)，由于經(jīng)過的途徑不同，則Q

3、值不同，始(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，則兩烙變值A(chǔ)Hi和陰2相等。2 .回答下歹I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W=-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。Qh但可逆熱機(jī)循環(huán)一周是一個緩慢的過程，所需時間是無限長。又由P=W=FMV可推出vt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+(RT),

4、而Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)的電=1,又因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)Qp、Qv的值均為負(fù)值，所以IQvI>IQpIo(3)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(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，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，在絕熱可逆過程有式比¥=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(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

5、)的物質(zhì)的量的比為1:3,反應(yīng)方程式為，N2(g)+H2(g)rrNH3(g)。在溫度為和T2的條件下，實(shí)驗(yàn)測定放出的熱量分別為Qp(Ti)和Qp(T2).但是用Kirchhoff定律計(jì)算時T2rHm(T2)=AHm(T廣ArCpdTT1計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值不符，試解釋原因。答：4H=&H,4Hm實(shí)際是指按所給反應(yīng)式，進(jìn)行A£=1mol反應(yīng)時的燃變，實(shí)驗(yàn)測得m的數(shù)值是反應(yīng)達(dá)到平衡時發(fā)出的熱量，此時<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W=CvT計(jì)算，那兩種過程的功是否一樣？答：不一樣。過

6、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) AH=Qp(2)AU=QV(3)W=nRTlnV1(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)能和燃的變化值。第一定律數(shù)學(xué)表示式為AU=Q+Wo(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(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(273.1

7、5K,101.325kPa)答：(1)W=0因?yàn)樽杂膳蛎浲鈮簽榱?。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。UJ=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)。陰=0因?yàn)闇囟炔蛔?，理想氣體的焰也僅是溫度的函數(shù)。(2) W=0因?yàn)樽杂膳蛎浲鈮簽榱?。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。%>0因?yàn)閺沫h(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加。4>0根據(jù)始的定義式可判斷，系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加，始值也增加。(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)。4&

8、lt;0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。型<0因?yàn)檫@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?yàn)橛玫氖墙^熱鋼瓶忱=0根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量守恒，熱力學(xué)能不變。曲>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)始的定義式可判斷始值是增加的。(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。加<0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。川<0因?yàn)檫@是等壓相變，川=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

9、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)能和始的變化值是否相同？答：應(yīng)該相同。因?yàn)闊崃W(xué)能和烙是狀態(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?，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)能和始的變化是多少？答：水的熱力學(xué)能和燃的變化值都為零。因?yàn)闊崃W(xué)能和始是狀態(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. 298K,10

10、1.3kPa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(jì)成可逆過程。IJO5298K.10L3kPGH2OU.373KJ0l.3kPa)答：可逆過程（1）：繞到沸點(diǎn)II2O（298KJ01.3kPa）,I力101-3kPu）或可逆過程（2）:繞到飽和蒸氣壓Jrl2()(/t29WK,lO1.3kPa)aH2O0fF298KJOI3kPa)、概念題題號12345678選項(xiàng)DCBAADCC題號910111213141516選項(xiàng)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

11、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）,（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，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

12、 .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，將冰箱門打開，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(jìn)行的變化，其A

13、U和AH的值一定是（）。（A）AU>0,AH>0（B）AU=0,AH=0（C）AU<0,AH<0（D）AU=0,AH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。而始雖然有能量單位，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

14、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，不需克服分子間引力，所以恒溫膨脹時，熱力學(xué)能不變)。9 .公式iH=Qp適用于哪個過程()。27X,10CkPa(A)理想氣體絕熱等外壓膨脹(B)H2O(s)二二二-H2O(1)(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t=Cp/Cv=1.40,則該氣體為幾原子分子()？(A)單

15、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=7,Cv=5RCp=7R,這是雙原子分子的特征。52211.當(dāng)以5molH2氣與4molCl2氣混合，最后生成2molHCl氣。若以下式為基本單元，H2(g)+Cl(g)-2HC(g)則反應(yīng)進(jìn)度E應(yīng)是()。(A)1mol(B)2mol(C) 4mol(D)5mol答：(A)反應(yīng)進(jìn)度=n=2mol=1molv212 .欲測定有機(jī)物燃燒熱Qp,般使反應(yīng)在氧彈中進(jìn)行，實(shí)測得熱效應(yīng)為Qv,公式Qp=Qv+小gRT中的"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

16、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)AigRT一項(xiàng)來源于A(pV)一項(xiàng)，若假定氣體是理想氣體，在溫度不變時A(pV)就等于AigRTo13 .下列等式中正確的是(A)AfH(H2O,l)=AcHm(O2,g)(B)AfHm(H2O,g)=AcHm(O2,g)(C)AH3H2O,l)=AcH*(H2,g)(D)&Hm(H2。，gF&HH?,g)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的摩爾生成崎；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燃燒燃，故有4H(H2O,l)=AHf(H2,g)。14 .298K時，石墨

17、的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成始4Hm()。(A)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)摩爾生成烙定義，規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成始為零。碳的穩(wěn)定單質(zhì)制定為石墨。115 .石墨(C)和金剛石(C)在298K,標(biāo)準(zhǔn)壓力下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒烙分別為-393.4kJmol和-395.3kJmol-1,則金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成烙以屈(金剛石,298K)為()。(A)-393.4kJmol-1(B)-395.3kJmol-1(C)-1.9kJmol-1(D)1.9kJmol-1答：(D)石墨(C)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒始就是二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成崎，為-393.4kJmol-1,金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒始就是金剛石(C)燃燒為二氧化碳的摩爾反應(yīng)始