第 二 章热力学第一定律练习题及解答之欧阳物创编.docx
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第二章热力学第一定律练习题及解答之欧阳物创编
第二章热力学第一定律
时间:
2021.02.07
命题人:
欧阳物
一、思考题
1.判断下列说法是否正确,并简述判断的依据
(1)状态给定后,状态函数就有定值,状态函数固定后,状态也就固定了。
答:
是对的。
因为状态函数是状态的单值函数。
(2)状态改变后,状态函数一定都改变。
答:
是错的。
因为只要有一个状态函数变了,状态也就变了,但并不是所有的状态函数都得变。
(3)因为ΔU=QV,ΔH=Qp,所以QV,Qp是特定条件下的状态函数?
这种说法对吗?
答:
是错的。
DU,DH本身不是状态函数,仅是状态函数的变量,只有在特定条件下与QV,Qp的数值相等,所以QV,Qp不是状态函数。
(4)根据热力学第一定律,因为能量不会无中生有,所以一个系统如要对外做功,必须从外界吸收热量。
答:
是错的。
根据热力学第一定律
,它不仅说明热力学能(ΔU)、热(Q)和功(W)之间可以转化,有表述了它们转化是的定量关系,即能量守恒定律。
所以功的转化形式不仅有热,也可转化为热力学能系。
(5)在等压下,用机械搅拌某绝热容器中的液体,是液体的温度上升,这时ΔH=Qp=0
答:
是错的。
这虽然是一个等压过程,而此过程存在机械功,即Wf≠0,所以ΔH≠Qp。
(6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q1,焓变为ΔH1。
如将化学反应安排成反应相同的可逆电池,使化学反应和电池反应的始态和终态形同,这时热效应为Q2,焓变为ΔH2,则ΔH1=ΔH2。
答:
是对的。
Q是非状态函数,由于经过的途径不同,则Q值不同,焓(H)是状态函数,只要始终态相同,不考虑所经过的过程,则两焓变值DH1和DH2相等。
2.回答下列问题,并说明原因
(1)可逆热机的效率最高,在其它条件相同的前提下,用可逆热机去牵引货车,能否使火车的速度加快?
答?
不能。
热机效率
是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。
但可逆热机循环一周是一个缓慢的过程,所需时间是无限长。
又由
可推出v无限小。
因此用可逆热机牵引火车的做法是不实际的,不能增加火车的速度,只会降低。
(2)Zn与盐酸发生反应,分别在敞口和密闭容器中进行,哪一种情况放热更多?
答:
在密闭容器中进行的反应放热多。
在热化学中有Qp=QV+Δng(RT),而Zn(s)+H2SO4(aq)=ZnSO4(aq)+H2(g)的Δng=1,又因该反应为放热反应Qp、QV的值均为负值,所以∣QV∣>∣Qp∣。
(3)在一个导热材料制成的圆筒中装有压缩气体,圆筒中的温度与环境达成平衡。
如果突然打开圆筒,是气体冲出去,当压力与外界相等时,立即盖上筒盖。
过一段时间,筒中气体的压力有何变化?
答:
筒内压力变化过程:
当压缩气体冲出,在绝热可逆过程有
,当气体的压力与外界相等时,筒中温度降低。
立即盖上筒盖,过一会儿,系统与环境的温度完全相等,筒内温度上升,则压力也升高,即大于环境的标准大气压。
(4)在装有催化剂的合成氨反应室中,N2(g)与H2(g)的物质的量的比为1:
3,反应方程式为,N2(g)+H2(g)
NH3(g)。
在温度为T1和T2的条件下,实验测定放出的热量分别为Qp(T1)和Qp(T2).但是用Kirchhoff定律计算时
计算结果与实验值不符,试解释原因。
答:
Δr
,ΔrHm实际是指按所给反应式,进行
=1mol反应时的焓变,实验测得的数值是反应达到平衡时发出的热量,此时
<1mol,因此经过计算使用Kirchhoff定律计算的结果与实验不符。
3.理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功,都可用公式
计算,那两种过程的功是否一样?
答:
不一样。
过程不同,终态不相同,即ΔT不一样,因此绝热可逆和绝热不可逆两过程所做功不一样。
4.请指出所列公式的适用条件:
(1)
(2)
(3)
答:
(1)式适用于不作非膨胀功的等压过程。
(2)式适用于不作非膨胀功的等容过程。
(3)式适用于理想气体不作非膨胀功的等温可逆过程。
5.用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。
第一定律数学表示式为ΔU=Q+W。
(1)理想气体自由膨胀
(2)vanderWaals气体等温自由膨胀
(3)Zn(s)+2HCl(l)=ZnCl2+H2(g)进行非绝热等压反应
(4)H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在绝热钢瓶中进行
(5)常温、常压下水结成冰(273.15K,101.325kPa)
答:
(1)W=0因为自由膨胀外压为零。
Q=0理想气体分子间没有引力。
体积增大分子间势能不增加,保持温度不变,不必从环境吸热。
DU=0因为温度不变,理想气体的热力学能仅是温度的函数。
DH=0因为温度不变,理想气体的焓也仅是温度的函数。
(2)W=0因为自由膨胀外压为零。
Q>0范氐气体分子间有引力。
体积增大分子间势能增加,为了保持温度不变,必须从环境吸热。
DU>0因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。
DH>0根据焓的定义式可判断,系统的热力学能增加,焓值也增加。
(3)W<0放出的氢气推动活塞,系统克服外压对环境作功。
Q<0反应是放热反应。
DU<0系统既放热又对外作功,热力学能下降。
DH<0因为这是不做非膨胀功的等压反应,DH=Qp。
(4)W=0在刚性容器中是恒容反应,不作膨胀功。
Q=0因为用的是绝热钢瓶
DU=0根据热力学第一定律,能量守恒,热力学能不变。
DH>0因为是在绝热刚瓶中发生的放热反应,气体分子数没有减少,钢瓶内温度升高,压力也增高,根据焓的定义式可判断焓值是增加的。
(5)W<0常温、常压下水结成冰,体积变大,系统克服外压对环境作功。
Q<0水结成冰是放热过程。
DU<0系统既放热又对外作功,热力学能下降。
DH<0因为这是等压相变,DH=Qp。
6.在相同的温度和压力下,一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水:
(1)氢气在氧气中燃烧;
(2)爆鸣反应;(3)氢氧热爆炸;(4)氢氧燃料电池。
在所有反应中,保持反应始态和终态都相同,请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?
答:
应该相同。
因为热力学能和焓是状态函数,只要始终态相同,无论通过什么途径,其变化值一定相同。
这就是:
异途同归,值变相等。
7.一定量的水,从海洋蒸发变为云,云在高山上变为雨、雪,并凝结成冰。
冰、雪熔化变成水流入江河,最后流入大海,一定量的水又回到始态。
问历经整个循环,水的热力学能和焓的变化是多少?
答:
水的热力学能和焓的变化值都为零。
因为热力学能和焓是状态函数,不论经过怎样的循环,其值都保持不变。
这就是:
周而复始,数值还原。
8.298K,101.3kPa压力下,一杯水蒸发为同温、同压的气是不可逆过程,试将它设计成可逆过程。
答:
可逆过程
(1):
绕到沸点
或可逆过程
(2):
绕到饱和蒸气压
二、概念题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
选项
D
C
B
A
A
D
C
C
题号
9
10
11
12
13
14
15
16
选项
B
B
A
B
C
C
D
B
1.对于理想气体的热力学能有下述四种理解:
(1)状态一定,热力学能也一定
(2)对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的
(3)对应于某一状态,热力学能只有一个数值,不可能有两个或两个以上的数值
(4)状态改变时,热力学能一定跟着改变
其中都正确的是()。
(A)
(1),
(2)(B)(3),(4)(C)
(2),(4)(D)
(1),(3)
答:
(D)热力学能是状态的单值函数,其绝对值无法测量。
2.有一高压钢筒,打开活塞后气体喷出筒外,当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞,此时筒内温度将()。
(A)不变(B)升高(C)降低(D)无法判定
答:
(C)气体膨胀对外作功,热力学能下降。
3.有一真空钢筒,将阀门打开时,大气(视为理想气体)冲入瓶内,此时瓶内气体的温度将()。
(A)不变(B)升高(C)降低(D)无法判定
答:
(B)大气对系统作功,热力学能升高。
4.1mol373K、标准压力下的水分别经历:
(1)等温、等压可逆蒸发;
(2)真空蒸发,
变成373K、标准压力下的水气。
这两个过程中功和热的关系为()。
(A)W1 (C)W1=W2、Q1=Q2(D)W1>W2、Q1 答: (A)过程 (1)中,系统要对外作功,相变所吸的热较多。 5.在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱,将冰箱门打开,并接通电源使其工作,过一段时间之后,室内的平均气温将如何变化()? (A)升高(B)降低(C)不变(D)不一定 答: (A)对冰箱作的电功全转化为热了。 6.凡是在孤立系统中进行的变化,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不确定 答: (D)热力学能是能量的一种,符合能量守衡定律,在孤立系统中热力学能保持不变。 而焓虽然有能量单位,但它不是能量,不符合能量守衡定律。 例如,在绝热钢瓶里发生一个放热的气相反应,ΔH可能回大于零。 7.理想气体向真空绝热膨胀后,他的温度将()。 (A)升高(B)降低(C)不变(D)不一定 答: (C)对于理想气体而言,内能仅仅是温度的单值函数,经真空绝热膨胀后,内能不变,因此体系温度不变。 8.某气体的状态方程pVm=RT+bp(b是大于零的常数),此气体向真空绝热膨胀,温度将()。 (A)升高(B)降低(C)不变(D)不一定 答: (C)由气体状态方程pVm=RT+bp可知此实际气体的内能只是温度的函数,经真空绝热膨胀后,内能不变,因此体系温度不变(状态方程中无压力校正项,说明该气体膨胀时,不需克服分子间引力,所以恒温膨胀时,热力学能不变)。 9.公式DH=Qp适用于哪个过程()。 (A)理想气体绝热等外压膨胀(B)H2O(s) H2O(l) (C)Cu2+(aq)+2e-→Cu(s)(D)理想气体等温可逆膨胀 答: (B)式适用于不作非膨胀功的等压过程。 10.某理想气体的γ=Cp/CV=1.40,则该气体为几原子分子()? (A)单原子分子(B)双原子分子(C)三原子分子(D)四原子分子 (B)1.40= ,CV= RCp= R,这是双原子分子的特征。 11.当以5molH2气与4molCl2气混合,最后生成2molHCl气。 若以下式为基本单元, H2(g)+Cl(g)→2HC(g)则反应进度ξ应是()。 (A)1mol(B)2mol (C)4mol(D)5mol 答: (A)反应进度ξ= = =1mol 12.欲测定有机物燃烧热Qp,般使反应在氧弹中进行,实测得热效应为QV,公式Qp=QV+ΔngRT中的Δn为()。 (A)生成物与反应物总物质的量之差 (B)生成物与反应物中气相物质的量之差 (C)生成物与反应物中凝聚相物质的量之差 (D)生成物与反应物的总热容差 答: (B)ΔngRT一项来源于Δ(pV)一项,若假定气体是理想气体,在温度不变时Δ(pV)就等于ΔngRT。 13.下列等式中正确的是()。 (A) (B) (C) (D) 答: (C)在标准态下,有稳定单质生成1mol物质B产生的热效应为该物质B的摩尔生成焓;在标准态下,1mol物质B完全燃烧产生的热效应为该物质B燃烧焓,故有 。 14.298K时,石墨的标准摩尔生成焓 ()。 (A)大于零(B)小于零(C)等于零(D)不能确定 答: (C)根据标准摩尔生成焓定义,规定稳定单质的标准摩尔生成焓为零。 碳的稳定单质制定为石墨。 15.石墨(C)和金刚石(C)在298K,标准压力下的标准摩尔燃烧焓分别为-393.4kJ·mol-1和-395.3kJ·mol-1,则金刚石的标准摩尔生成焓 (金刚石,298K)为()。 (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)的标准摩尔燃烧焓就是二氧化碳的标准摩尔生成焓,为-393.4kJ·mol-1,金刚石的标准摩尔燃烧焓就是金刚石(C)燃烧为二氧化碳的摩尔反应焓变,等于二氧化碳的标准摩尔生成焓减去金刚石的标准摩尔生成焓,所以金刚石的标准摩尔生成焓就等于-393.4kJ·mol-1–(-395.3kJ·mol-1)=1.9kJ·mol-1。 16.某气体的状态方程pVm=RT+bp(b是大于零的常数),则下列结论正确的是()。 (A)其焓H只是温度T的函数 (B)其热力学能U只是温度T的函数 (C)其热力学能和焓都只是温度T的函数 (D)其热力学能和焓不仅与温度T有关,话语气体的体积Vm或压力p有关。 答: 由气体状态方程pVm=RT+bp可知此实际气体的内能与压力和体积无关,则此实际气体的内能只是温度的函数。 时间: 2021.02.07 命题人: 欧阳物
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