大學物理化學1-熱力學第一定律課后習題及答案

熱力學第一定律課后習題一、是非題下列各題中的敘述是否正確？正確的在題后括號內(nèi)畫“”，錯誤的畫“”。1.在定溫定壓下，CO2由飽和液體轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡驼魵?，因溫度不變，CO2的熱力學能和焓也不變。()2.dU=nCV,mdT這個公式對一定量的理想氣體的任何pVT過程均適用。()3.一個系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)，只有進行可逆過程才有熵變。()4.25℃時H2(g)的標準摩爾燃燒焓等于25℃時H2O(g)的標準摩爾生成焓。()5.穩(wěn)定態(tài)單質(zhì)的fH(800K)=0。()二、選擇題選擇正確答案的編號，填在各題后的括號內(nèi)：1.理想氣體定溫自由膨脹過程為：（）。（A）Q>0；（B）U0；（C）W0；（D）H=0。2.對封閉系統(tǒng)來說，當過程的始態(tài)和終態(tài)確定后，下列各項中沒有確定的值的是：()。(A)Q；(B)Q＋W；(C)W(Q=0)；(D)Q(W=0)。3.pV=常數(shù)(=Cp,m/CV,m)適用的條件是：()(A)絕熱過程；(B)理想氣體絕熱過程；(C)理想氣體絕熱可逆過程；(D)絕熱可逆過程。4.在隔離系統(tǒng)內(nèi)：()。(A)熱力學能守恒，焓守恒；(B)熱力學能不一定守恒，焓守恒；(C)熱力學能守恒，焓不一定守恒；(D)熱力學能、焓均不一定守恒。5.從同一始態(tài)出發(fā)，理想氣體經(jīng)可逆與不可逆兩種絕熱過程：()。(A)可以到達同一終態(tài)；(B)不可能到達同一終態(tài)；(C)可以到達同一終態(tài)，但給環(huán)境留下不同影響。6.當理想氣體反抗一定的壓力作絕熱膨脹時，則：()。(A)焓總是不變；(C)焓總是增加；(B)熱力學能總是增加；(D)熱力學能總是減少。7.已知反應H2(g)+O2(g)====H2O(g)的標準摩爾反應焓為rH(T)，下列說法中不正確的是：（）。（A）rH(T)是H2O(g)的標準摩爾生成焓；（B）rH(T)是H2O(g)的標準摩爾燃燒焓；（C）rH(T)是負值；（D）rH(T)與反應的rU數(shù)值不等。三、計算題習題110mol理想氣體由25℃，1.0MPa膨脹到25℃，0.1MPa，設過程為：(1)自由膨脹；(2)對抗恒外壓力0.1MPa膨脹；(3)定溫可逆膨脹。試計算三種膨脹過程中系統(tǒng)對環(huán)境作的功。習題2298K時，將0.05kg的N2由0.1MPa定溫可逆壓縮到2MPa，試計算此過程的功。如果被壓縮了的氣體在反抗外壓力為0.1MPa下做定溫膨脹再回到原來狀態(tài)，問此過程的功又是多少？習題3某理想氣體，其CV,m=20J·K1·mol1，現(xiàn)有該氣體10mol處于283K，采取下列不同途徑升溫至566K。試計算各個過程的Q，W，U，H，并比較之。(1)體積保持不變；(2)系統(tǒng)與環(huán)境無熱交換；(3)壓力保持不變。習題4試求下列過程的U和H：已知液體A的正常沸點為350K，此時的汽化焓：VapmH=38kJ·mol1。A蒸氣的平均定壓摩爾熱容Cp,m=30J·K1·mol1。（蒸氣視為理想氣體）習題5根據(jù)下列數(shù)據(jù)，求乙烯C2H4(g)的標準摩爾生成焓與標準摩爾燃燒焓：rm,l=－137kJ·mol1；（1）C2H4(g)+H2(g)==C2H6(g)，Hrm,2=－1560kJ·mol1；（2）C2H6(g)+(7/2)O2(g)==2CO2(g)+3H2O(l)，Hrm,3=－393.5kJ·mol1；（3）C(石墨)+O2(g)==CO2(g)，Hrm,4=－285.8kJ·mol1。（4）H2(g)+（1/2）O2(g)==H2O(l)，H習題6求下列反應在393K的反應的rHm(393K)：C2H5OH(g)+HCl(g)==C2H5Cl(g)+H2O(g)已知：物質(zhì)fHm(298K)/kJ·mol1Cp,m/J·K1·mol1C2H5Cl(g)H2O(g)－105.0－241.8413.07+188.5×10-3(T/K)30.00+10.71×10-3(T/K)19.07+212.7×10-3(T/K)C2H5OH(g)－235.3習題7已知反應CH3COOH(l)+C2H5OH(l)=CH3COOC2H5(l)+H2O(l)rHm(298.15K)=-9.20kJ.mol-1CH3COOH(l)的cHm(298.15K)=-874.54kJ.mol-1C2H5OH(l)的cHm(298.15K)=-1366kJ.mol-1CO2(g)的fHm(298.15K)=-393.51kJ.mol-1H2O(l)的fHm(298.15K)=-285.83kJ.mol-1求算ΔfHm(CH3COOC2H5,l,298.15K)=？熱力學第一定律課后習題答案一、是非題1.23.45二、選擇題1.(D)2.(A)3.(C)4.(C)5.(B)6.(D)7(B)三、計算題習題1[題解]體積功的計算公式W=－psudV(1)W=0（psu=0）(2)W=－psuV=－psunRT(1/p1－1/p2)=－0.1MPa×10mol×8.314J·mol1·K1×298.15K×(1/0.1MPa－1/1.0MPa)=－22.30kJ(3)W=－nRTln(V2/V1)=nRTln(p2/p1)=－57.05kJ[導引]由計算結(jié)果可知，雖然三個過程的初終態(tài)相同，但不同過程中的功不相等。這是因為Ｗ不是狀態(tài)函數(shù)，其值與過程有關(guān)。習題2[題解]n=50g/28g·mol1=1.79mol定溫可逆壓縮若反抗外壓力0.1Mpa，[導引]封閉系統(tǒng)由一個過程從始態(tài)（A）到達終態(tài)（B），再由另一個過程從終態(tài)（B）回到同一個始態(tài)（A），整個循環(huán)過程狀態(tài)函數(shù)的改變量應為零；本題中，系統(tǒng)經(jīng)歷兩個不同途徑組成的循環(huán)過程由始態(tài)經(jīng)過終態(tài)又回到同一個始態(tài)，功的加和不為零，說明功是過程量，其值與過程有關(guān)。習題3[題解](1)dV=0，W=0。QV=U=nCV,m(T2－T1)=10mol×20J·K1·mol1×（566－283）K=56.6kJH=nCp,m(T2－T1)=10mol×(20＋8.314)J·K1·mol1×（566－283）K=80.129kJ(2)Q=0，U2=U1=56.6kJ，H2=H1=80.129kJW=U2=56.6kJ(3)dp=0，U3=U1=56.6kJQp=H=80.129kJ[導引]熱力學能U和焓H是狀態(tài)函數(shù)，只要系統(tǒng)變化前后的始、終態(tài)一定，則不論經(jīng)歷何種過程，其U和H一定。本題中雖然始終態(tài)不明確，但理想氣體的U和H都只是溫度的函數(shù)，即對理想氣體只要始終態(tài)溫度一定，則不同過程的U和H相同。而W和Q不是狀態(tài)函數(shù)，其值與過程有關(guān)，所以上述三個不同過程的W和Q分別不同。習題4[題解]設計變化途徑如下：H1=nCp,m(T2－T1)=2mol30J·K1·mol1(－50)K=－3.00kJH2=nVapHm=－2mol38kJ·mol1=－76kJH=H1+H2=(－76－3.0)kJ=－79kJU=U1+U2=nCV,m(T2－T1)+H2－(pV)=nCV,m(T2－T1)+H2+nRT22mol(30－8.314)J·K1·mol1(350－400)K－76103J+2mol8.314J·K1·mol1350K=－72.35kJ或U=H－(pV)H－(－pVg,1)=H+nRT1=－79kJ+28.314400103kJ=－72.35kJ[導引]本題的變化過程既包括pVT變化又包括相變化，兩種變化過程交織在一起，難以求出變化過程的U和H。為此將該變化過程分解為兩步，一步為單純的pVT變化，一步為單純的定溫定壓下的可逆相變化，從而利用狀態(tài)函數(shù)的改變量與過程無關(guān)的特性，求得U=U1（pVT變化）+U2（相變化）；H=H1（pVT變化）+H2（相變化）。習題5[題解](3)式×2＋(4)式×3－(1)式－(2)式得2H2(g)＋2C(石墨)C2H4(g)fHm=2rHm,3＋3rHm,4－rHm,1－rHm,2=52.6kJ·mol1；(1)式＋(2)式－(4)式得C2H4(g)＋3O2(g)2CO2＋2H2O(l)rHm=rHm,1＋rHm,2－rHm,4=－1411.2kJ·mol1；[導引]本題為利用蓋斯定律，即方程式的線性組合，求得化學反應的標準摩爾反應焓。習題6[題解]rHm(298K)=－fHm(C2H5OH,g,298K)+4fHm(HCl,g,298K)+fHm(C2H5Cl,g,298K)+fHm(H2O,g,298K)=－19.23kJ·mol1rHm(393K)=rH(298K)+∑νBCp,m(B)=－2.53J·K1·mol1－18.09×103J·K1·mol1(T/K)則rHm(393K)=－19.23kJ·mol1+=－20.06kJ·mol11[－2.53J·K1·mol1－18.09×10-3J·K1·molT(/K)]dT[導引]本題為已知某一溫度時參與反應各物質(zhì)的fHm（或cHm），利用基?；舴蚬角笏闳我鉁囟认禄瘜W反應的rHm。但需注意變溫區(qū)間內(nèi)參與反應各物質(zhì)無相變化，當伴隨有相變化時，還需把相變焓考慮進去。習題7[題解]先由給定的反應及CH3COOH(l),C2H5OH(l)的標準摩爾燃燒焓求出CH3COOC2H5(l)的標準摩爾燃燒焓ΔrHm(CH3COOC2H5,l,298.15K),即ΔcHm(CH3COOC2H5,l,298.15K)=cHm(CHCOOH,l,298.15K)+cHm(CHOH,l,298.15K)-rHm(298.15K)325=－874.54kJ.mol-1－1366.91kJ.mol-1+9.20kJ.mol-1=－2232.22kJ.mol-1即CH3COOC2H5(l)+5O2=4CO2(g)+4H2O(l)rHm(298.15K)=－2232.22kJ.mol-1再由該反應求得fHm(CH3COOC2H5,l,298.15K)：rHm(298.15K)=4fHm(CO,g,298.15K)+4Hfm(CH3COOC2H