热力学第一定律习题集.docx
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热力学第一定律习题集
第一章热力学第一定律
一.选择题:
1.恒容下,一定量的理想气体,当温度升高时内能将()
(A)降低(B)增加(C)不变(D)增加、减少不能确定
2.在一刚性的绝热箱中,隔板两边均充满空气,(视为理想气体),只是两边压力不等,
已知P右
(A)Q=0W=0△U=0(B)Q=0W<0△U>0
(C)Q>0W<0△U>0(D)△U=0,Q=W≠0
3.有一容器四壁导热,上部有一可移动的活塞,在该容器中同时放入锌块和盐酸,
发生化学反应后活塞将上移一定距离,若以锌和盐酸为体系则()
(A)Q<0,W=0,△rU<0(B)Q=0,W>0,△rU<0
(C)Q<0,W>0,△rU=0(D)Q<0,W>0,△rU<0
4.苯在一个刚性的绝热容器中燃烧,
则C6H6(l)+(15/2)O2(g)=6CO2+3H2O(g)()
(A)△U=0,△H<0,Q=0(B)△U=0,△H>0,W=0
(C)Q=0,△U=0,△H=0(D)Q=0,△U≠0,△H≠0
5.1mol,373K,标准压力下的水经下列二个不同过程达到373K,标准压力下的水气,
(1)等温等压可逆蒸发
(2)真空蒸发,这二个过程中功和热的关系为()
(A)W1>W2Q1>Q2(B)W1 (C)W1=W2Q1=Q2(D)W1>W2Q1 6.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 7.封闭体系从1态变B态,可以沿两条等温途径: (甲)可逆途径(乙)不可逆途径 则下列关系式⑴△U可逆>△U不可逆⑵W可逆>W不可逆 ⑶Q可逆>Q不可逆⑷(Q可逆-W可逆)>(Q不可逆-W不可逆) 正确的是() (A) (1), (2)(B) (2),(3)(C)(3),(4)(D) (1),(4) 8.化学反应在只做体积功的等温等压条件下,若从反应物开始进行反应,则此反应 (A)是热力学可逆过程(B)是热力学不可逆过程 (C)是否可逆不能确定(D)是不能进行的过程 9.1mol单原子理想气体从298K,202.65kPa经历①等温②绝热③等压三条途径可逆膨胀使体积增加到原来的2倍,所作的功分别为W1,W2,W3,三者的关系是() (A)W1>W2>W3(B)W2>W1>W3 (C)W3>W2>W1(D)W3>W1>W2 10.凡是在孤立体系中进行的变化,其△U和△H的值一定是() (A)△U>0,△H>0(B)△U=0,△H=0 (C)△U<0,△H<0(D)△U=0,△H大于、小于或等于零不确定 11.对于下列的四种表述 (1)因为△H=Qp,所以只有等压过程才有△H (2)因为△H=Qp,所以Qp也具有状态焓数的性质 (3)公式△H=Qp只适用于封闭体系 (4)对于封闭体系经历一个不作其它功的等压过程,其热量只决定于体系的始态和终态 上述诸结论中正确的是: () (A) (1)(4)(B)(3)(4)(C) (2)(3)(D) (1) (2) 12.△H=Qp此式适用于下列那个过程() (A)理想气体从1013250Pa反抗恒定的101325Pa膨胀到101325Pa (B)0℃,101325Pa下冰融化成水 (C)电解CuSO4水溶液 (D)气体从(298K,101325Pa)可逆变化到(373K,10132.5Pa) 13.理想气体从同一始态(P1,V1)出发,经等温可逆压缩或绝热可逆压缩,使其终态均达到体积为V2,此二过程做的功的绝对值应是: () (A)恒温功大于绝热功(B)恒温功等于绝热功 (C)恒温功小于绝热功(D)无法确定关系 14.下列诸过程可应用公式dU=(Cp-nR)dT进行计算的是: () (A)实际气体等压可逆冷却(B)恒容搅拌某液体以升高温度 (C)理想气体绝热可逆膨胀(D)量热弹中的燃烧过程 15.1mol理想气体经历可逆绝热过程,功的计算式有下列几种, 其中哪一个是错误的() (A)Cv(T1-T2)(B)Cp(T2-T1) (C)(P1V1-P2V2)/(r-1)(D)R(T1-T2)/(r-1) 16.对于理想气体下述结论中正确的是() (A)(H/T)v=0(H/V)T=0(B)(H/T)p=0(H/P)T=0 (C)(H/T)p=0(H/V)T=0(D)(H/V)T=0(H/P)T=0 17.1mol单原子理想气体,从273K,202.65kPa经PT=常数的可逆途径压缩到 405.3kPa的终态,该气体的△U为() (A)1702J(B)-406.8J(C)406.8J(D)-1702J 18.对于一定量的理想气体,下列过程不可能发生的是: () (A)恒温下绝热膨胀(B)恒压下绝热膨胀 (C)吸热而温度不变(D)吸热,同时体积又缩小 19.理想气体经历绝热不可逆过程从状态1(P1,V1,T1)变化到状态 2(P2,V2,T2),所做的功为() (A)P2V2-P1V1(B)P2(V2-V1) (C)[P2V2γ/(1-γ)](1/V2γ-1)-(1/V1γ-1)(D)(P2V2-P1V1)/(1-γ) 20.反应 (1)C1CO3(s)→C1O(s)+CO2(g);△rHm=179.5kJ.mol-1 反应 (2)C2H2(g)+H2O(l)→CH3CHO(g);△rHm=-107.2kJ.mol-1 反应(3)C2H4(g)+H2O(l)→C2H5OH(l);△rHm=-44.08kJ.mol-1 反应(4)CS2(l)+3O2(g)→CO2(g)+2SO2(g);△rHm=-897.6kJ.mol-1 其中热效应│Qp│>│Qv│的反应是() (A) (1),(4)(B) (1), (2)(C) (1),(3)(D)(4),(3) 21.当以5molH2气与4molCl2气混合,最后生成2molHCl气。 若以下式为基本单元,则反应进度ξ应是: H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g) (A)1mol(B)2mol(C)4mol(D)5mol 二.填空题: 1.对于任何宏观物质,其焓H一定_______内能U,(填上>、<、=)因为 _________;对于等温理想气体反应,分子数增多的△H一定_________△U,因为 ____________。 2.选择“>”,“<”,“=”中的一个填入下列空格: 理想气体恒温可逆压缩△U______0,△H______0 3.实际气体符合理想气体行为的条件是在__________________温度时,该气体的 [(PV)/P]T,P→0的值应等于________________。 4.在横线上填上>、<、=或? (? 代表不能确定) 氢气和氯气在绝热刚性容器中反应,则 (A)W____0(B)△U____0(C)△H____0(D)△H____Q 5.在一绝热刚性容器中进行某一化学反应,该体系的内能变化为______,焓变化 为_______。 6.300K时将2molZn片溶于过量的稀硫酸中,若反应在敞口容器中进行时放热Qp,在封闭刚性容器中进行时放热Qv,则Qv-Qp=_______J。 7.已知反应2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)在298K时恒容反应热Qv=-564kJ.mol-1,则H2(g)在298K时标准摩尔燃烧焓: △cHm=_______kJ.mol-1。 8.300K时0.125mol正庚烷(液体)在弹式量热计中完全燃烧,放热602kJ, 反应C7H16(l)+11O2(g)=7CO2(g)+8H2O(l)的△rUm=_____________, △rHm=_____________。 (RT≈2.5kJ) 9.当一个化学反应的____________等于零时,该反应的热效应就不受温度影响。 10.从统计热力学观点看,功的微观本质是_________________________________。 热的微观本质是_________________________________。 三.问答题: 1.一个爆炸反应体系应看作是绝热体系还是孤立体系? 2.凡是体系的温度有变化,则体系一定有吸热或放热现象。 凡是温度不变,则体系就没有吸热放热现象。 两结论对吗? 3.有人说,因为△U=Qv,而内能是个状态函数,所以虽然Q不是状态函数,但Qv是个状态函数,此话对吗? 请阐明理由。 4.在盛水槽中放入一个盛水的封闭试管,加热盛水槽中的水(做为环境),使其达到沸点,试问试管中的水(体系)会不会沸腾,为什么? 5.有人认为封闭体系“不作功也不吸热的过程△U=0,因而体系的状态未发生变化”,请对此加以评论并举例说明。 6.热力学的不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。 此话对吗? 7.理想气体向真空绝热膨胀dU=0,dT=0,而实际气体的节流膨胀过程dH=0,dT≠0。 上述二结论对吗? 8.有人认为孤立体系状态改变时,内能是守恒量,而焓不是守恒量,请对此加以评论并举例说明。 9.关系式PVγ=常数,适用于理想气体的绝热过程。 此话对吗? 10.一个外有绝热层的橡皮球内充101325Pa的理想气体,突然投入真空中球体积增 加一倍。 指出该过程中Q、W、△U和△H的值(用正、负号表示) 四.计算题: 1.已知氢的 Cp,m={29.07-0.83610-3(T/K)+20.1×10-7(T/K)2J.K-1.mol-1 (1)求恒压下1mol氢的温度从300K上升到1000K时需要多少热量? (2)若在恒容下需要多少热量? (3)求在这个温度范围内氢的平均恒压摩尔热容。 2.有一绝热真空钢瓶体积为V0,从输气管向它充空气(空气可视为理想气体),输气管中气体的压力为P0,温度为T0,由于气体量很大,且不断提供气体,所以在充气时输入气管中的气体的压力、温度保持不变,当钢瓶中气体压力为P0时,问钢瓶中气体温度为多少? 3.1mol单原子理想气体,初始状态为25℃,101325Pa经历△U=0的可逆变化后,体积为初始状态的2倍。 请计算Q,W和△H 4.298K时,5×10-3m3的理想气体绝热可逆膨胀到610-3m3,这时温度为278K。 试求该气体的Cv,m和Cp,m。 5.1molN2气在300K,及标准压力下被等温压缩到500PΘ计算△H值,已知气体常数a0=135.8kPa.dm6.mol-2,b0=0.039dm3.mol-1,焦尔-汤姆逊系数μJ-T=[(2a0/RT)-b0]/Cp,m,Cp,m=20.92J.K-1.mol-1 6.称取0.727克的D-核糖C4H9O4CHO放在一量热计中,用过量的O2燃烧,量热计的温度由298K升高0.910K,用同一仪器再做一次实验,使0.858克苯甲酸燃烧,升温1.940K,计算该D-核糖的摩尔燃烧内能、摩尔燃烧焓,及D-核糖的摩尔生成焓。 已知: 苯甲酸的摩尔燃烧内能△cUm为-3251kJ.mol-1,液态水和CO2(g)的摩尔生成焓分别为-285.8kJ.mol-1和-393.5kJ.mol-1。 7.某炸弹内盛有1molCO和0.5molO2,估计完全燃烧后的最高温度和压力各为多少。 设起始温度T1=300K,压力P1=101.325kPa。 300K时反应: CO(g)+(1/2)O2(g)=CO2(g) 的Qv=-281.58kJ,CO2的Cv,m/(J.K-1.mol-1)=20.96+0.0293(T/K),并假定高温气体服从理想气体行为。 五.证明题: 1.单原子理想气体的内能为(3/2)nRT+C(C为常数),请由此导出理想气体的(U/V)T和(H/V)T。 2.证明对理想气体有: (Cv/V)T=0;(Cp/P)T=0 3.证明范德华气体(P+a/Vm2)(Vm-b)=RT的焦耳系数(T/V)U=-a/Vm2Cv,m 4.1mol双原子理想气体,沿热容C=R(气体常数)途径可逆加热,请推导此过程的过程方程式。 5.某气体状态方程式为PVm=RT+аP(а为正数)证明该气体经节流膨胀后温度必然上升。 第一章热力学第一定律 习题参考答案 一.选择题 1.[答](B)2.[答](A)因为整个刚性绝热容器为体系,与环境无功和热的传递。 3.[答(D)4.[答](B)5.[答](A)6.[答](C)7.[答](B) 8.[答](B)9.[答](D)10.[答](D)11.[答](B)12.[答](B) 13.[答](C)14.[答](C)15.[答](B)16.[答](D) 17.[答](D)△U=Cv△T=(3/2)R{(P1T1/P2)-T118.[答](B) 19.[答](D)20.[答](C)21.[答](A) 二.填空题 1.[答]一定大于(因为H=U+PV);一定大于;因为△H=△U+(△n)RT, 而△n为正。 2.[答]△U=0△H=0 3.[答]波义耳(Boyle's)零 4.[答](A)=(b)=(c)>(d)> 5.[答]0;P2V2-P1V1 6.[答]Qv-Qp=△nRT=-4988J 7.[答]△rHm=Qp=Qv+△nRT △cHm=(1/2)△rHm=-285.7kJ.mol-1 8.[答]△rUm=-4816kJ.mol-1△rHm=-4826kJ.mol-1 9.[答]△Cp=(∑CP,B)(生成物)-(∑CP,B)(反应物) 10.[答]改变分子的能级;改变在分子能级上分布的分子数 三.问答题: 1.[答]只能看作绝热体系 2.[答]前句不对。 (例: 绝热膨胀,温度有变化但不吸热) 后句也不对。 (例: 相变过程,温度可以不变,但有热量变化) 3.[答]错。 因为: (1)QV为恒容条件下传递的能量,总是与过程伴随着的物理量。 (2)当存在非体积功时,△U=QV-Wf,△U≠QV 4.[答]不会沸腾。 因为体系与环境间无温差。 5.[答]封闭体系不作功也不吸热的过程△U=0,这是正确的,体系的状态未发生变化是不正确的。 例如,在绝热钢瓶内由H2(g)和O2(g)反应生成水便是。 6.[答]错 7.[答]对 8.[答]Q=W=0∴△U=0内能是守恒量 △H=△U+△(PV)=△(PV)≠0焓不是守恒量 例如: 在绝热钢瓶内由H2(g)和O2(g)反应生成水。 9.[答]错。 应是理想气体的可逆绝热过程 10.[答]Q=0W=0△U=0△H=0 四.计算题 1.[答] (1)QP=△H= Cp,dT=20620J.mol-1 (2)QV=△U=△H-R△T=14800J.mol-1 (3)CP,m=△H/(T2-T1)=29.45J.K-1.mol-1 2.[答]设进入钢瓶中nmol空气为体系始态P0T0V终态P0TV均视为理想气体 W=-P0V0=-nRT0△U=-W NCV,m(T-T)=nRTCP,m=CV,m+RCP,m/CV,m=γ T=(CP,m/CV,m)ΧT=γT 3.[答]△U=0∴△T=0W=nRTln(V2/V1)=1718JQ=W=1718J△H=0 4.[答](T2/T1)=(V2/V1)1-γln(T2/T1)=(γ-1)ln(V1/V2)γ=1.381 CP,m=Rγ/(γ-1)=30.1J.K-1.mol-1CV,m=CP,m-R=21.8J.K-1.mol-1 5.[答]J-T=(T/P)H=-(1/CP)(H/P)T=n[(2a0/RT–b0)]/CP △H= (H/P)TdP=-n[(2a0/RT–b0)(P2-P1)=-3534J 6.[答]△CUm(苯甲酸)=QV=-3251kJ.mol-1 量热计热容CV=QV/[△T.n(苯甲酸)]=-11.78kJ.K-1 C4H9O4CHO(s)+5O2(g)─→5CO2(g)+5H2O(l) △rUm(D)=CV△T/nD=-2212kJ.mol-1 △rHm(D)=△rUm(D)+△RT=-2212kJ.mol-1 △fHm(D)=5△fHm(CO2)+5△fHm(H2O)-△rHm(D)=-1184kJ.mol-1 7.[答]最高温度为Tm,则 (20.96+0.0293(T/K)(J/K)dT=281580J (式中,积分限T1=300K,T2=Tm) Tm=3785K最终压力P2=n2RTm/V2=852.3kPa 五.证明题: 1.[答](U/V)T=[[(3/2)nRT+C]/V]T=0 H=U+PV=U+nRT (H/V)T=(U/V)T+[(nRT)/V]T=0 2.[答]对理想气体U=f(T)PV=nRT∴(U/V)T=0,(H/P)T=0 (CV/V)T=[(U/T)V/V]T=[(U/V)T/T]V=0 (Cг/P)T=[(H/T)г/P]T=[(H/P)T/T]P ={[(U/P)T+((PV)/P)T]/T}P=0 3.[答](T/Vm)u×(Um/T)V×(Vm/Um)T=-1 (T/Vm)u=(-1/CV,m)[RT/(Vm-b)-RT/(Vm-b)+a/Vm2] =-a/(CV,mVm2) 4.[答]C=Q/dT,W=(nRT/V)dV dU=Q-W,CVdT=CdT-PdV积分 [R–CV,m]lnT+常数=RlnVT3/2V=常数或T5/2P-1=常数 P3/2V5/2=常数P3V5=常数 **5.[答]=(T/P)H=-(1/CP)(H/P)T=-(1/CP)[V-T(V/T)P] V=(RT/P)+a(V/T)P=R/P =(T/P)H=-(1/CP)[V-(RT/P)]=-(1/CP)[RT/P+a-RT/P]=-a/CP<0 即节流膨胀后dP<0,dT>0温度必上升
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