【正文】 1 第 二 章 熱力學(xué)第一定律 一 、 填空題 1. ? ? 0TdH dV ? ， 說明焓只能是溫度的函數(shù)，與 _______________________無關(guān)。 2. 理想氣體經(jīng)過節(jié)流膨脹后 ，焓 ____（ 升高 ， 降低 ， 不變 ）。 3. 1molH2（ g） 的燃燒焓等于 1mol_______的生成焓 。 4. 物理量 Q、 T、 V、 W，其中屬于狀態(tài)函數(shù)的是 ；與過程有關(guān)的量是 ；狀態(tài)函數(shù)中屬于廣度量的是 ；屬于強(qiáng)度量的是 。 5. VQU?? 的應(yīng)用條件是 。 6. 焦耳湯姆遜系數(shù) JT? ? ， JT 0? ? 表示節(jié)流膨脹后溫度 節(jié)流膨脹前溫度。 答 案 ： 1. 體積、壓強(qiáng) 2. 不變 3. T、 V； Q、 W； V； T 4. H2O 5. 封閉系統(tǒng)； 0dV? ； 39。0W? 6. ? ?HTp?? ，低于 二、 判斷和改錯(cuò) 1. 內(nèi)能是狀態(tài)的單質(zhì)函數(shù)，所以 兩個(gè)狀態(tài)相同時(shí)，其內(nèi)能值必然相同。 2. 利用 氧 彈式量熱容器測量萘的燃燒熱，這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程是絕熱定容過程。 3. 101325PA． ， 100℃ 1mol 液態(tài)水經(jīng)定溫蒸發(fā)成水蒸氣 （ 若水蒸氣可視為理想氣體 ） ，因溫度不變，所以 ΔU=0， ΔH=0。 4. nmol 理想氣體從同一始態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)一定溫可逆膨脹過程和一絕熱自由膨脹過程，其終態(tài)溫度必定不同。 5. 水可以在定溫定壓條件下電解形成氧氣和氫氣，此過程中 = pHQ? 。 6. 當(dāng)熱量由系統(tǒng)傳給環(huán)境時(shí)，系統(tǒng)的內(nèi)能必定減少。 7. 一定量的氣體，從始態(tài) A 變化到終態(tài) B， 系統(tǒng)吸收 100J 的熱量，對外作功 200J， 這不符合熱力學(xué)第一定律。 2 8. 系統(tǒng)的狀態(tài)一定，所有狀態(tài)函數(shù)值一定，狀態(tài)改變，所有狀態(tài)函數(shù)值必定改變。 9. = pHQ? ， 因?yàn)?H 是狀態(tài)函數(shù)，所以 pQ 也是狀態(tài)函數(shù)。 10. 在一絕熱剛性容器中進(jìn)行一放熱反應(yīng)，則 =0HU? ? ? 。 11. 水的標(biāo)準(zhǔn)生成熱也就是 H2（ g） 的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。 12. 1mol 苯在 298K 時(shí)置于彈式量熱容器中完全燃燒，生成 CO2（ g） 和 H2O（ l） ， 同時(shí)放 熱 3264KJ， 則其定壓燃燒熱 pQ 為 3268KJ。 13. 因焓是溫度與壓力的函數(shù) H=f（ T， P） ， 則p THHd H d T d pTp???????? ?????? ??， 在正常相變時(shí)， dT=0， dP=0， 故此過程 ΔH=0。 14. 一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)無限小的過程，則此過程是可逆過程。 15. 若一個(gè)過程是可逆過程，則該過程中的每一步都是可逆的。 答案： 1. √； 2. √； 3. ； 這是可逆相變過程，系統(tǒng) ΔU＞ 0， ΔH＞ 0。 4. ； 終態(tài)溫度相同 。 5. ； 此過程消耗了電功 W39。≠0， ∴ ΔH≠Q(mào)P。 6. ； 不一定，要看 系統(tǒng)與環(huán)境間功的傳遞多少 . 7. ； ΔU=QW， 這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)能降低 100J。 8. ； 系統(tǒng)狀態(tài)改變，狀態(tài)函數(shù)值不一定都改變 。 9. ； Q 是與過程有關(guān)的量，只有當(dāng) W39。=0， 定壓過程時(shí) QP=ΔH。 10. ； ∵ Q=0， ΔV=0， W=0∴ ΔU=0， 但 ΔH=ΔU+Δ（ PV） ≠0。 11. √； 12. ； 13. ； 此公式不適用于相變過程 。 14. ； 無限小過程不是可逆過程的充分條件。 15. √； 三、 選擇題 3 1. H2和 O2 化合生成水的反應(yīng)在絕熱、恒容的反應(yīng)器中進(jìn)行，此過程中，狀態(tài)函數(shù)的變化值為零的是 ： A． ΔU； B． ΔH； C． ΔG。 2. 理想氣體作絕 熱自由膨脹過程， 系統(tǒng) 熵變 Ａ． 0S?? Ｂ． 0S?? Ｃ． 0S?? 3. 系統(tǒng) 的下列各組物理量中都是狀態(tài)函數(shù)的是： A． T、 p、 V、 Q； B． m、 Vm、 C． p、 ?V； C． T、 p、 V、 n； D． T、 p、 U、 W。 4. x 為狀態(tài)函數(shù)，下列表述中不正確的是： A． x 為全微分； B． 當(dāng)狀態(tài)確定， x 的值確定； C． x dx??? 的積 分與路經(jīng)無關(guān)，只與始終態(tài)有關(guān)； D． 當(dāng) 系統(tǒng) 狀態(tài)變化， x 值一定變化。 5. 對于內(nèi)能是 系統(tǒng) 狀態(tài)的單值函數(shù)概念，錯(cuò)誤理解是： A．系統(tǒng) 處于一定的狀態(tài)，具有一定的內(nèi)能； B． 對應(yīng)于某一狀態(tài)，內(nèi)能只能有一數(shù)值不能有兩個(gè)以上的數(shù)值； C． 狀態(tài)發(fā)生變化，內(nèi)能也一定跟著變化； D． 對應(yīng)于一個(gè)內(nèi)能值，可以有多個(gè)狀態(tài)。 6. 理想氣體向真空膨脹，當(dāng)一部分氣體進(jìn)入真空容器后，余下的氣體繼續(xù)膨脹所做的體積功： A． W0； B． W=0； C． W0； D． 無法計(jì)算。 7. 對于封閉 系統(tǒng) 來說，當(dāng)過程的始態(tài)與終態(tài)確定后，下列各項(xiàng)中哪一個(gè)無 確定值： A． Q； B． Q+W； C． W（ 當(dāng) Q=0 時(shí) ） ； D． Q（ 當(dāng) W=0 時(shí) ） 。 8. 在等壓下，進(jìn)行一個(gè)反應(yīng) A+B→ C，若 rm0H? ，則該反應(yīng)一定是： A． 吸熱反應(yīng)； B． 放熱反應(yīng)； C． 溫度升高； D． 無法確定。 9. 一定量的單原子理想氣體，從 A 態(tài)變化到 B 態(tài)，變化過程不知道，但若 A 態(tài)與 B 態(tài)兩點(diǎn)的壓強(qiáng)、體積和溫度都已確定，那就可以求出： A． 氣體膨脹所做的功； B． 氣體內(nèi)能的變化； C． 氣體分子的質(zhì)量； D． 熱容的大小。 4 10. 下述說法中， 哪一種正確： A． 熱容 C 不是狀態(tài)函數(shù)； B． 熱容 C 與途徑無關(guān)； C． 恒壓熱容 Cp不是狀態(tài)函數(shù)； D． 恒容熱容 CV不是狀態(tài)函數(shù)。 11. 非理想氣體的節(jié)流膨脹過程中，下列哪一種描述是正確的： A． Q=0， ?H=0， ?p0； B． Q=0， ?H0， ?p0； C． Q0， ?H=0， ?p0； D． Q0， ?H=0， ?p0。 12. 1molH2（ 為理想氣體 ） 由始態(tài) 298K、 p 被絕熱可逆地壓縮 5dm3，那么終態(tài)溫度 T2與內(nèi)能變化 ?U 分別是： A． 562K， 0kJ； B． 275K， ； C． 275K， ； D． 562K， 。 13. 理想氣體從同一始態(tài)（ p1， V1， T1）出發(fā)，分別經(jīng)恒溫可逆壓縮 （ T） 、絕熱可逆壓縮（ i） 到終態(tài)體積為 V2 時(shí)，環(huán)境對 系統(tǒng) 所做功的絕對值比較： A． WTWi； B． WTWi； C． WT=Wi； D． 無確定關(guān)系。 14. 反應(yīng) 1 22C ( ) + O ( g) C O ( g)?石 墨 ， ?H（ 298K） 0，若將此反應(yīng)放于一個(gè)恒容絕熱容器中進(jìn)行，則 系統(tǒng) ： A． ?T0， ?U0， ?H0； B． ?T0， ?U=0， ?H0； C． ?T0， ?U0， ?H0； D． ?T0， ?U=0， ?H=0。 15. 反應(yīng) 1 22C( ) + O ( g ) CO ( g )?金 剛 石 的熱效應(yīng)為 rmH? ，問此 rmH? 值為： A． CO（ g） 的生成熱； B． C（ 金鋼石 ） 的燃燒熱； C． 碳的燃燒熱； D． 全不是。 答 案： ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ；； 四、 計(jì)算題 1. 水在 kPa， 100℃ 時(shí)， ?vapHm = kJmol1。求 10 mol 水蒸氣與水的熱力學(xué)能之 5 差。（設(shè)水蒸氣為理想氣體，液態(tài)水的體積可忽略不計(jì)。） 2. 蔗糖 C12H22O11(s) g 在 氧 彈式量熱計(jì)中燃燒，開始時(shí)溫度為 25℃ ，燃燒后溫度升高了。為了要升高同樣的溫度要消耗電能 2 J。 1）計(jì)算蔗糖的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓； 2）計(jì)算它的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓； 3）若實(shí)驗(yàn)中溫度升高為 K，問量熱計(jì)和 內(nèi)含物質(zhì)的熱容是多少？ （ 已知 fmH? （ CO2 ,g ） =－ kJmol1， fmH? （ H2O, l ） =－ kJmol1，C12H22O11 的摩爾質(zhì)量為 gmol1 。 ） 3. 1 mol 理想氣體 （ Cp,m = 5R / 2） 從 MPa， 5 dm3 等溫 （ T1） 可逆壓縮到 1 dm3；再等壓膨脹到原來的體積 （ 即 5 dm3） ，同時(shí)溫度從 T1變?yōu)?T2，最后在等容下 冷卻，使系統(tǒng)回到始態(tài)的溫度 T1 和壓力。 1） 在 pV 圖上繪出上述過程的示意圖； 2） 計(jì)算 T1和 T2； 3） 計(jì)算每一步的 Q， W， ?U 和 ?H。 4. 將 2 mol H2（ g） 置于帶活塞的氣缸中，若活塞上的外壓力很緩慢地減小，使 H2（ g）在 25℃ 時(shí)從 15 dm3 等溫膨脹到 50 dm3，試求在過程的 Q， W， ?U， ?H。假設(shè) H2（ g）服從理想氣體行為。 5. 、 1013250Pa 的 雙原子理想氣體，分別經(jīng)過下列過程，到達(dá)終態(tài)壓力為 101325Pa。 試計(jì)算系統(tǒng)經(jīng)過每種過程后的終態(tài)溫度 和 W、 Q、Δ U 和Δ H 。 1） 等溫可逆膨脹； 2） 絕熱可逆膨脹； 3） 反抗恒定外壓 p（ 外 ） ＝ 101325Pa，恒溫膨脹； 4） 反抗恒定外壓 p（ 外 ） ＝ 101325Pa，絕熱膨脹。 6. 若將 2mol、 300K、 1013250Pa 的理想氣體，先等容冷卻到壓力為 101325Pa，再等壓加熱到 300K。 試求該過程總的 W、 Q、Δ U 和Δ H 。 7. 1mol 單原子理想氣體始態(tài)為 、 ，經(jīng) pT ＝常數(shù)的可逆過程，壓縮到終態(tài)為 。 試計(jì)算： 1） 終態(tài)的體積和溫度； 2） W、Δ U 和Δ H 。 8. 已知冰在 0℃及 時(shí)的熔化熱是 ，水在 100℃和 時(shí)的蒸發(fā) 6 熱為 2255J/g，在 0100℃之間水的比熱平均值為 K1 g1，在 100200℃之間水蒸氣的恒壓比熱為 K1 g1 。今在 下，若將 、 0℃的 1mol 冰轉(zhuǎn)變成 200℃的水蒸氣。試計(jì)算該過程的 Δ U 和Δ H 。 9. 已知甲醛 （ g） 的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱 1cm ( 29 8. 15 K ) = 56 3. 5 kJ m olH??，甲醇 （ g） 的1fm ( 29 8. 15 K ) = 20 1. 2k J m olH??，氫氣和 C（ 石墨 ） 的 cm()H? 分別為－ 286 及－ 394kJ mol1 。 試計(jì)算反應(yīng) CH3OH(g)→ HCHO(g) + H2 (g) 的 rm(29 8. 15 K )=H? ? 10. 25℃時(shí)， 1mol 氫氣在 10mol 氧氣中燃燒： H2 (g) + 10O2 (g)→ H2O(g) + O2 (g)， 已知水蒸氣的 1fm ( 29 5K ) = 24 kJ m olH? ? ?，氫氣、氧氣和水蒸氣的標(biāo)準(zhǔn)摩爾恒壓熱容分別為 、 和 mol1 K1。試計(jì)算： 1） 25℃時(shí)燃燒反應(yīng)的 rm()U? ； 2） 225℃時(shí)燃燒反應(yīng)的 rm()H? 3） 若反應(yīng)物起始溫度為 25℃，求在一個(gè)密封氧彈中絕熱爆炸后的最高溫度。 11. 20℃、 的某實(shí)際氣體，經(jīng)絕熱壓縮至 ，溫度升高到 150℃，壓縮過程消耗外功 100kJ。 20℃、 的該氣體，經(jīng)恒容升溫至 150℃，需吸熱 95kJ?，F(xiàn) 150℃、 的該氣體， 壓縮 至 ，壓縮過程中放熱 185kJ。求該過程中氣體內(nèi)能的變化值 Δ U 和壓縮功 W。 答案： 1. ?U = kJ 2. 1） 1cm =5635 kJ m olH?? 2） 1fm = 2231kJ m olH?? 3） 總熱容 C =1 195 J K1 3. 1）圖從略。 2） T1 = K； T2 = K 3） A ? B： ?H = 0， ?U = 0， W =， Q = － kJ。 B ? C： Qp = ?H= kJ， ?U = kJ， W =－ kJ C ? A： ?H = kJ， Q = ?U = － kJ， W = 0 4. ?U = 0， ?H = 0， Q = － W = kJ 5. 1） ?H = 0， ?U = 0， W =－ ， Q = 7 2） Q＝ 0，Δ U＝ W＝－ ， ?H =－ 3） ?H = 0， ?U = 0， W =－ ， Q = 4） Q＝ 0，Δ U＝ W＝ － ， ?H =－ 6. ?U = 0， ?H = 0， Q = － W = 4490J 7.