第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律
第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律

主要内容

1. 热力理论基础与方法

2. 热力学第一定律

3. 准静态过程与可逆过程

4. 焓(enthalpy)

5. 热容

6. 热力学第一定律对理想气体的应用

7. 实际气体

8. 热化学

9. 盖斯定律

9. 几种热效应

重点

1. 重点掌握下列热力学基本概念:平衡状态、状态函数及可逆过程

2. 重点掌握热力学第一定律的叙述及数学表达式

3. 重点内能、焓、标准生成焓的定义并会应用

4. 重点掌握在物质的P、V、T变化,相变化及化学变化过程中计算热、功和内

能、焓变化值的方法

难点

1. 衡状态、状态函数及可逆过程等热力学基本概念

2. 内能、焓、标准生成焓的定义及其应用

3. 物质在P、V、T变化,相变化及化学变化过程中计算热、功和内能、焓变化

值的方法

教学方式

1. 采用CAI课件与黑板讲授相结合的教学方式

2. 合理运用问题教学或项目教学的教学方法

教学过程

一、热力理论基础与方法

⊙热力学的研究对象

研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律;

研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应;

研究化学变化的方向和限度。

⊙热力学的方法和局限性

热力学方法

研究对象是大数量分子的集合体,研究宏观性质,所得结论具有统计意义。

只考虑变化前后的净结果,不考虑物质的微观结构和反应机理。

能判断变化能否发生以及进行到什么程度,但不考虑变化所需要的时间。局限性

不知道反应的机理、速率和微观性质,只讲可能性,不讲现实性。

几个基本概念:

⊙体系与环境

体系(System)

在科学研究时必须先确定研究对象,把一部分物质与其余分开,这种分离可以是实际的,也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系,亦称为物系或系统。

环境(surroundings)

与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。

⊙体系分类

根据体系与环境之间的关系,把体系分为三类:

(1) 敞开体系(open system)

体系与环境之间既有物质交换,又有能量交换。

(2) 封闭体系(closed system)

体系与环境之间无物质交换,但有能量交换。

(3) 孤立体系(isolated system)

体系与环境之间既无物质交换,又无能量交换,故又称为隔离体系。有时把

封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。

⊙体系的性质

用宏观可测性质来描述体系的热力学状态,故这些性质又称为热力学变量。可分为两类:

广度性质(extensive properties)

又称为容量性质,它的数值与体系的物质的量成正比,如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。

强度性质(intensive properties)

它的数值取决于体系自身的特点,与体系的数量无关,不具有加和性,如温度、压力等。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质,如摩尔热容。

⊙热力学平衡态

当体系的诸性质不随时间而改变,则体系就处于热力学平衡态,它包括下列几个平衡:

热平衡(thermal equilibrium):体系各部分温度相等。

力学平衡(mechanical equilibrium):体系各部的压力都相等,边界不再移动。如

有刚壁存在,虽双方压力不等,但也能保持力学平衡。相平衡(phase equilibrium):多相共存时,各相的组成和数量不随时间而改变。

化学平衡(chemical equilibrium):反应体系中各物的数量不再随时间而改变。

⊙状态函数

体系的一些性质,其数值仅取决于体系所处的状态,而与体系的历史无关;它的变化值仅取决于体系的始态和终态,而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数(state function)。

状态函数的特性可描述为:异途同归,值变相等;周而复始,数值还原。

状态函数在数学上具有全微分的性质。

⊙状态方程

体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程(state equation)。

对于一定量的单组分均匀体系,状态函数T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明,只有两个是独立的,它们的函数关系可表示为:

T=f(p,V)

p=f(T,V)

V=f(p,T)

例如,理想气体的状态方程可表示为:pV=nRT

⊙热和功

热(heat)

体系与环境之间因温差而传递的能量称为热,用符号Q表示。Q的取号:体系吸热,Q>0;体系放热,Q<0 。

功(work)

体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功,用符号W表示。

功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号:

环境对体系作功,W>0;体系对环境作功,W<0 。

Q和W都不是状态函数,其数值与变化途径有关。

二、热力学第一定律

⊙热功当量

焦耳(Joule)和迈耶(Mayer)自1840年起,历经20多年,用各种实验求证热和功的转换关系,得到的结果是一致的。即:1 cal = 4.1840 J。这就是著名的热功当量,为能量守恒原理提供了科学的实验证明。

能量守恒定律

到1850年,科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为:自然界的一切物质都具有能量,能量有各种不同形式,能够从一种形式转化为另一种形式,但在转化过程中,能量的总值不变。

热力学能

热力学能(thermodynamic energy)以前称为内能(internal energy),它是指体系内部能量的总和,包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。

热力学能是状态函数,用符号U表示,它的绝对值无法测定,只能求出它的变化值。

第一定律的文字表述

热力学第一定律(The First Law of Thermodynamics )

是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式,说明热力学能、热和功之间可以相互转化,但总的能量不变。

也可以表述为:第一类永动机是不可能制成的。第一定律是人类经验的总结。 第一定律的数学表达式

?U = Q + W

对微小变化: d U =δQ +δW

因为热力学能是状态函数,数学上具有全微分性质,微小变化可用d U 表示;Q 和W 不是状态函数,微小变化用δ表示,以示区别。

三、准静态过程与可逆过程

⊙ 准静态过程

功不是一个状态函数,即使初末态一定,体系经不同的途径,所做的功是不同的。设一气缸置于温度恒定于298.15K 的恒温大热源中,气缸中有一定量的理想气体,压力为1atm ,体积为24m 3,活塞为一理想活塞,活塞上方施加的外力P 环=1atm(以1个砝码表示),这时体系处在平衡态。现在以不同的方式进行下列过程,求以每种方式进行时,体系所做的功。PV=nRT

压缩过程:

① 一次加上3个砝码,使P 环 一次升到4atm ,则体积减少到6 m 3

W '1 =-4×(6-24)=72×103 (atm·l)

② 第一次加上2个砝码,第二次再加上1个砝码

W '2 =-〔3×(8-24)+4×(6-8)〕=56×103 (atm·l)

③ 共分三次进行,每次均加上1个砝码

W '3 =-〔2×(12-24)+3×(8-12)+4×(6-8)〕=44×103 (atm·l)

④ 设想将砝码换成相同质量的沙子,每次加上一粒,直到活塞上的压力加到4atm 。

在此过程中 P 环-P 系 =dP 或P 环=P 系+dP

每一步膨胀体系所作的功为: δW =-P 环dV =-(P 系+dP)dV

整个过程: W '4 =-?+12()环系p p dV =-?12(系p dV -?12环p dV

忽略二阶无穷小W '4=-?12(系p dV =-?12V nRT dV =-nRTln 2

1V V =33.72×103(atm·l) 膨胀过程:

① 一次移去3个砝码,使P 环 一次降到1atm

W 1 =-1×(24-6)=-18×103 (atm·l)

② 第一次移去2个砝码,第二次再移去1个砝码

W 2 =-〔2×(12-6)+1×(24-12)〕=-24×103(atm·l)

③ 共分三次进行,每次均移去1个砝码

W 3 =-〔3×(8-6)+2×(12-8)+1×(24-12)〕=-26×103(atm·l)

④ 设想将砝码换成相同质量的沙子,每次去掉一粒,直到活塞上的压力降到1atm 。

在此过程中 P 系-P 环=dP 或P 环=P 系-dP

每一步膨胀体系所作的功为: δW =P 环 dV =(P 系-dP)dV

整个过程: W 4 =-?-21()环系p p dV =-?21系p dV +?21环p dV

忽略二阶无穷小

W 4=-?21系p dV =-?21V

nRT dV =-nRTln 12V V =-33.72×103(atm·l) 讨论:⑴ 膨胀过程中,随膨胀次数增加,环境与体系压差减小,全过程中体系对外做功越多,压缩过程则相反。在极限情况下,体系与环境之间压差趋于无穷小,膨胀过程时体系做最大功,压缩过程环境做最小功;

⑵ 若体系经历一个膨胀-压缩循环过程,分步进行的次数越多,则总功的绝对值越小,至极限情况,总功为零。

由以上讨论可知,途径4是一种非常特殊的途径,因为途径4在进行的时候,由于│P 环-P 系│=dP ,活塞的移动非常慢,慢到以零为极限,这样就有足够的时间使气体的压力由微小的不均匀变为均匀,使体系由不平衡态回到平衡态。因此在途径4进行的每个瞬间,体系都接近于平衡态,以至于在任意选取的时间Δt 内,状态参量在体系各部分有确定的值,整个过程可被看作是由一系列极接近于平衡的状态所构成,这种过程称为准静态过程。

⊙ 可逆过程

在途径4 的循环过程中,W 总=0,由热力学第一定律可证明:

∵ΔU=0 ∴Q=0

说明当体系经历一系列变化(例如膨胀、压缩)而回到原态后(ΔU=0),环境也恢复到原态(Q=0,W=0),比较其他途径,当体系回到原态后,环境不可能回到原态(W=Q≠0)

如果在途径4中没有任何能量耗散,例如:没有因摩擦而造成能量的散失等,途径4称为可逆过程。

可逆过程应有如下特征:

(1)状态变化时推动力与阻力相差无限小,体系与环境始终无限接近于平衡态;

(2)过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方向到达;

(3)体系变化一个循环后,体系和环境均恢复原态,变化过程中无任何耗散效应;

(4)等温可逆过程中,体系对环境作最大功,环境对体系作最小功。

注意准静态过程不等于可逆过程,只有当过程中没有任何能量耗散时,准静态过程才为一种可逆过程。

⊙常见的变化过程

(1) 等温过程(isothermal process)

在变化过程中,体系的始态温度与终态温度相同,并等于环境温度。(2) 等压过程(isobaric process)

在变化过程中,体系的始态压力与终态压力相同,并等于环境压力。

(3) 等容过程(isochoric process)

在变化过程中,体系的容积始终保持不变。

(4) 绝热过程(adiabatic process)

在变化过程中,体系与环境不发生热的传递。对那些变化极快的过程,如爆炸,快速燃烧,体系与环境来不及发生热交换,那个瞬间可近似作为绝热过程处理。

(5) 循环过程(cyclic process)

体系从始态出发,经过一系列变化后又回到了始态的变化过程。在这个过程中,所有态函数的变量等于零。

四、焓(enthalpy)

焓的定义式: H = U + pV

为什么要定义焓?

为了使用方便,因为在等压、不作非膨胀功的条件下,焓变等于等压热效应。容易测定,从而可求其它热力学函数的变化值。

焓是状态函数,定义式中焓由状态函数组成。

焓不是能量,虽然具有能量的单位,但不遵守能量守恒定律。

五、热容 (heat capacity )

定义:一个组成不变、物质的量一定的均相封闭体系,在W '=0的条件下,每升高单位温度所吸收的热称为该物质的热容,以C 表示。

d Q C T

δ= 比热容:

规定物质的数量为1 g (或1 kg )的热容。

⊙ 摩尔热容m C :

规定物质的数量为1 mol 的热容。

等压热容p C

()d p p p Q H C T T

δ?==? d p p H Q C T ?==?

等容热容V C

()d V V V Q U C T T

δ?==? d V V U Q C T ?==?

⊙ 热容与温度的关系

热容与温度的函数关系因物质、物态和温度区间的不同而有不同的形式。例如,气体的等压摩尔热容与T 的关系有如下经验式:

2,m p C a bT cT =+++???

2,m '/p C a bT c T =+++???

式中a ,b ,c ,c’,... 是经验常数,由各种物质本身的特性决定,可从热力学数据表中查找。

六、热力学第一定律对理想气体的应用

⊙ 盖·吕萨克—焦耳实验

盖·

吕萨克1807年,焦耳在1843年分别做了如下实验:

将两个容量相等的容器,放在水浴中,左球充满气体,右球为真空(如上图所示)。

打开活塞,气体由左球冲入右球,达平衡(如上图所示)。

水浴温度没有变化,即Q =0;由于体系的体积取两个球的总和,所以体系没有对外做功,W =0;根据热力学第一定律得该过程的0U ?=。

从盖·

吕萨克—焦耳实验得到理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数,用数学表示为:

()0T U V ?=? ()0 T

U p ?=? ()U U T = ()0T H V ?=? ()0T H p

?=? ()H H T = 即:在恒温时,改变体积或压力,理想气体的热力学能和焓保持不变。还可

以推广为理想气体的V C ,p C 也仅为温度的函数。

⊙ 理想气体的p C 与V C 之差

气体的p C 恒大于V C 。对于理想气体:

p V C C nR -= ,m ,m p V C C R -=

因为等容过程中,升高温度,体系所吸的热全部用来增加热力学能;而等压过程中,所吸的热除增加热力学能外,还要多吸一点热量用来对外做膨胀功,所以气体的p C 恒大于V C 。

⊙ 绝热过程(addiabatic process)

绝热过程的功

在绝热过程中,体系与环境间无热的交换,但可以有功的交换。根据热力学第一定律:

d U Q W W =δ+δ=δ 0Q δ=(因为)

这时,若体系对外作功,热力学能下降,体系温度必然降低,反之,则体系温度升高。因此绝热压缩,使体系温度升高,而绝热膨胀,可获得低温。 绝热过程方程式

理想气体在绝热可逆过程中,,,p V T 三者遵循的关系式称为绝热过程方程式,可表示为:

1pV K γ=

12TV K γ-=

13p T K γγ-=

式中,123,,K K K 均为常数,/p V C C γ=。

在推导这公式的过程中,引进了理想气体、绝热可逆过程和 是与温度无关的常数等限制条件。

七、实际气体

Joule 在1843年所做的气体自由膨胀实验是不够精确的,1852年Joule 和

Thomson 设计了新的实验,称为节流过程。

在这个实验中,使人们对实际气体的U 和H 的性质有所了解,并且在获得低温和气体液化工业中有重要应用。

⊙ 节流过程(throttling proces)

在一个圆形绝热筒的中部有一个多孔塞和小孔,使气体不能很快通过,并维持塞两边的压差。

实验装置如图所示。图1是始态,左边有状态为i i i ,,p V T 的气体。

图2是终态,左边气体压缩,通过小孔,向右边膨胀,气体的终态为f f f ,,p V T 。 节流过程是在绝热筒中进行的,Q =0 ,所以:21U U U W -=?= 节流过程是个等焓过程。

J-T ()H T p

μ?=? J-T μ称为焦-汤系数(Joule-Thomson coefficient),它表示经节流过程后,气体温度随压力的变化率。

J-T μ是体系的强度性质。因为节流过程的d 0p <,所以当:

J-T 0μ>经节流膨胀后,气体温度降低。

J-T 0μ<经节流膨胀后,气体温度升高。

J-T 0μ=经节流膨胀后,气体温度不变。

八、热化学

⊙ 反应进度(extent of reaction )

⊙ 等压、等容热效应

体系发生反应之后,使产物的温度回到反应前始态时的温度,体系放出或吸收的热量,称为该反应的热效应。

等压热效应p Q 反应在等压下进行所产生的热效应为p

Q ,如果不作体积功,则r p Q H =?。

等容热效应V Q 反应在等容下进行所产生的热效应为V

Q ,如果不作体积功,r V Q U =?。

⊙ 热化学方程式

表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。因为U ,H 的数值与体系的状态有关,所以方程式中应该注明物态、温度、压力、组成等。对于固态还应注明结晶状态。

例如:298.15K 时,22H (g,)I (g,)2HI(g,)p p p θθθ+= -1r m (298.15 K)-51.8 kJ mol H θ?=?

式中:r m (298.15 K)H θ?表示反应物和生成物都处于标准态时,在298.15 K ,

反应进度为1 mol 时的焓变。p θ代表气体的压力处于标准态。

反应进度为1 mol ,必须与所给反应的计量方程对应。若反应用下式表示,显然焓变值会不同。

反应进度为1 mol ,表示按计量方程反应物应全部作用完。若是一个平衡反应,显然实验所测值会低于计算值。但可以用过量的反应物,测定刚好反应进度为1 mol 时的热效应。

十、盖斯定律

1840年,根据大量的实验事实赫斯提出了一个定律:反应的热效应只与起始和终了状态有关,与变化途径无关。不管反应是一步完成的,还是分几步完成的,其热效应相同,当然要保持反应条件(如温度、压力等)不变。

应用:对于进行得太慢的或反应程度不易控制而无法直接测定反应热的化学反应,可以用赫斯定律,利用容易测定的反应热来计算不容易测定的反应热。

1

122

22H (g,)I (g,)HI(g,)p p p +=$$$

十一、几种热效应

⊙ 标准摩尔生成焓(standard molar enthalpy of formation )

在标准压力下,反应温度时,由最稳定的单质合成标准状态下一摩尔物质的

焓变,称为该物质的标准摩尔生成焓,用下述符号表示:f m H θ?

没有规定温度,一般298.15 K 时的数据有表可查。

生成焓仅是个相对值,相对于稳定单质的焓值等于零。

⊙ 燃烧焓

在标准压力下,反应温度时,物质B 完全氧化成相同温度的指定产物时的焓变称为标准摩尔燃烧焓(Standard molar enthalpy of combustion )。用符号

c m

H θ?(物质、相态、温度)表示。 ⊙ 利用燃烧焓求化学反应的焓变

化学反应的焓变值等于各反应物燃烧焓的总和减去各产物燃烧焓的总和。 用通式表示为:

例如:在298.15 K 和标准压力下,有反应:

(A ) (B ) (C ) (D )

则:

r m B c m B

(298.15 K)-(B,298.15 K)

H H ν?=?∑$$l)

(O 2H s)()(COOCH OH(l)2CH s)(COOH)(22332+=+r m c m c m c m (A)2(B) - (C)H H H H ?=?+??$$$$

第四章 第2节 热力学第一定律

第2节热力学第一定律 一、改变物体内能的两种方式 1.改变内能的两种方式:做功和热传递。 2.做功:外力对物体做功,可以使物体的内能增加。 3.热传递:没有做功而使物体内能改变的物理过程。 4.做功和热传递对物体内能的改变是等效的,但本质不同。 二、热力学第一定律 1.定义:功、热量跟内能改变之间的定量关系。 2.数学表达式:ΔU=Q+W。 1.判断:(1)物体吸收热量,内能一定增大。() (2)物体对外做功,内能一定减小。() (3)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变。() (4)物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变。() 答案:(1)×(2)×(3)√(4)× 2.思考:运用所学物理知识分析古代人“钻木取火”的原理是什么? 提示:“钻木取火”即人对木头做功,使木头的内能增大,温度升高,当温度达到木头的着火点时,木头便开始燃烧,即利用做功的方式改变木头的内能。 1.

内能是由系统的状态决定的,状态确定,系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化,可以通过热传递或做功两种方式来完成。热量是热传递过程中的特征物理量,和功一样,热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量,是用来衡量物体内能变化的。有过程,才有变化,离开过程则毫无意义。就某一状态而言,只有“内能”,不能谈到“热量”或“功”。 (1)内能是状态量,热量、功是过程量。 (2)热量、功、内能本质是不同的。 1.物体的内能增加了20 J,下列说法中正确的是() A.一定是外界对物体做了20 J的功 B.一定是物体吸收了20 J的热量 C.一定是物体分子动能增加了20 J D.物体分子的平均动能可能不变 解析:选D做功和热传递都可以改变物体内能,物体内能改变20 J,其方式是不确定的,因此A、B错误;物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能,内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定,故C错误。 1. (1)对ΔU=Q+W的理解:热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况,既有做功又有热传递的过程,其中ΔU表示内能改变的数量,W表示做功的数量,Q表示外界与物体间传递的热量。 (2)与热力学第一定律相对应的符号法则:

第二章 热力学第一定律

第二章热力学第一定律——习题 一、填空题 1. 理想气体向真空膨胀过程, 下列变量中等于零的有: 。 2. 双原子理想气体经加热内能变化为,则其焓变为。 3. 在以绝热箱中置一绝热隔板,将向分成两部分,分别装有温度,压力都不同的两种气体, 将隔板抽走室气体混合,若以气体为系统,则此过程。 4. 绝热刚壁容器内发生CH4+2O2=CO2+2H2O的燃烧反应,系统的Q ___ 0 ; W ___ 0 ;?U ___ 0 ; ?H ___ 0 5. 某循环过程Q = 5 kJ, 则?U + 2W + 3 ?(pV) = __________. 6. 298K时, S的标准燃烧焓为-296.8 kJ?mol-1, 298K时反应的标准摩尔反应焓?r H m= ________ kJ?mol-1 . 7. 已知的, 则的 。 8. 某均相化学反应在恒压,绝热非体积功为零的条件下进行,系统的温度由 升高到则此过程的;如果此反应是在恒温,恒压,不作非体积功的条件 下进行,则。 9. 25 ℃的液体苯在弹式量热计中完全燃烧, 放热则反应 的 。 10.系统的宏观性质可以分为(),凡与系统物质的量成正比的物理量皆称为()。 11.在300K的常压下,2mol的某固体物质完全升华过程的体积功W=( ).。 12.某化学反应:A(l)+0.5B(g)-- C(g) 在500K恒容条件下进行,反应进度为1mol时放热

10KJ,若反应在同样温度恒压条件下进行,反应进度为1mol 时放热( )。 13. 已知水在100 o C 的摩尔蒸发焓 l mol kJ H m 1vap 668.40-?=?,1mol 水蒸气在100C o 、 101、325kPa 条件下凝结为液体水,此过程的Q=( );W= ( ); U ?= ( ); H ?= ( )。 14. 一定量单原子理想气体经历某过程的()kJ 20=?pV ,则此过程的=?U ( ); =?H ( )。 15. 一定量理想气体,恒压下体积功随温度的变化率 P T W ??? ??δδ =( ) 。 16. 在一个体积恒定为2m 3, , W =0的绝热反应器中,发生某化学反应使系统温度升高12000C ,压力增加300kPa,此过程的 U ?=( ); H ?=( )。 二、选择题 1. 热力学第一定律中的 W 是指______ A. 体积功 B. 非体积功 C. 各种形式功之和 D. 机械功 2. 热力学第一定律ΔU=Q+W 只适用于 ( ) (A) 单纯状态变化 (B) 相变化 (C) 化学变化 (D) 封闭物系的任何变化 3.关于热和功, 下面的说法中, 不正确的是 ( ) (A) 功和热只出现于系统状态变化的过程中, 只存在于系统和环境间的界面上 (B) 只有在封闭系统发生的过程中, 功和热才有明确的意义 (C) 功和热不是能量, 而是能量传递的两种形式, 可称之为被交换的能量 (D) 在封闭系统中发生的过程中, 如果内能不变, 则功和热对系统的影响必互相抵消 4.关于焓的性质, 下列说法中正确的是 ( ) (A) 焓是系统内含的热能, 所以常称它为热焓 (B) 焓是能量, 它遵守热力学第一定律 (C) 系统的焓值等于内能加体积功 (D) 焓的增量只与系统的始末态有关 5. 涉及焓的下列说法中正确的是 ( ) (A) 单质的焓值均等于零 (B) 在等温过程中焓变为零 (C) 在绝热可逆过程中焓变为零 (D) 化学反应中系统的焓变不一定大于内能变化 6.与物质的生成热有关的下列表述中不正确的是 ( )

第二章热力学第一定律

第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中,接上电源,通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统,试问 A U , Q,W为正为负还是为零? (1) 以电炉丝为系统; (2 )以电炉丝和水为系统; (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示,(1)将隔板抽去以后,以空气为系统时,AJ, Q, W为正为负还是为零?(2) 如右方小室亦有空气,不过压力较左方小,将隔板抽去以后,以所有空气为系统时,A U, Q , W为正为负还是为零? 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功,内能增加了200J,试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中,对环境做了10 540J的功,同时吸收了27 110J的热,试问系统的内能变化为若干? [答案:⑴吸收40J; (2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会,每个人平均每小时向周围散发出4. 2xl05J的热量,如果以礼堂中的 空气和椅子等为系统,则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少?如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统,则其AU = ? [答案:1.3 M08J;0] 3 一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时,这时蓄电池的内能减少了 1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放岀多少热? [答案:放热401000J] 4体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀,其压力从106Pa降低到105Pa计算此过程所能作出的最大 功为若干? [答案:9441J] 5在25C下,将50gN2作定温可逆压缩,从105Pa压级到2X106Pa,试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态,问此膨胀过程的功又为若干? [答案:-.33 X04J; 4.20 X03J] 6计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3; 始态及终态温度均为100 Co (1) 向真空膨胀; (2) 在外压恒定为气体终态的压力下膨胀; (3) 先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50dm3(此时温度仍为100C) 以后,再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀; (4) 定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题? [答案:0; 2326J; 310l J; 4299J] 习

第二章-热力学第一定律

第二章-热力学第一定律

第二章热力学第一定律 思考题 1 设有一电炉丝浸于水中,接上电源,通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统,试问ΔU,Q,W为正为负还是为零? (1)以电炉丝为系统; (2)以电炉丝和水为系统; (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2 设有一装置如图所示,(1)将隔板抽去以后,以空气为系统时,ΔU,Q,W为正为负还是为零?(2)如右方小室亦有空气,不过压力较左方小,将隔板抽去以后,以所有空气为系统时,ΔU,Q,W为正为负还是为零? 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功,内能增加了200J,试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中,对环境做了10 540J的功,同时吸收了27 110J的热,试问系统的内能变化为若干? [答案:(1) 吸收40J;(2) 16 570J] 2 在一礼堂中有950人在开会,每个人平均每小时向周围散发出4.2xl05J的热量,如果以礼堂中的空气和椅子等为系统,则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少?如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统,则其ΔU=? [答案:1.3×l08J;0] 3一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时,这时蓄电池的内能减少了1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放出多少热? [答案:放热401000J] 4 体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀,其压力从106Pa降低到105Pa,计算此过程所能作出的最大功为若干? [答案:9441J] 5 在25℃下,将50gN2作定温可逆压缩,从105Pa压级到2×106Pa,试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态,问此膨胀过程的功又为若干? [答案:–1.33×104J;4.20×103J] 6 计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3;始态及终态温度均为100℃。 (1)向真空膨胀; (2)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀; (3)先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50dm3(此时温度仍为100℃)以后,再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀; (4)定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题?

第一章热力学第一定律练习题

第一章 热力学第一定律练习题 一、判断题(说法对否): 1.道尔顿分压定律,对理想气体和实际混合气体来说关系式PB=Nb(RT/V)都成立。 2.在两个封闭的容器中,装有同一种理想气体,压力、体积相同,那么温度也相同。 3.物质的温度越高,则热量越多;天气预报:今天很热。其热的概念与热力学相同。 4.恒压过程也就是恒外压过程,恒外压过程也就是恒过程。 5.实际气体在恒温膨胀时所做的功等于所吸收的热。 6.凡是温度升高的过程体系一定吸热;而恒温过程体系不吸热也不放热。 7.当系统的状态一定时,所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生变化时, 所有的状态函数的数值也随之发生变化。 8.体积是广度性质的状态函数;在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中,当温度、压力 一定时;系统的体积与系统中水和NaCl 的总量成正比。 9.在101.325kPa 、100℃下有lmol 的水和水蒸气共存的系统,该系统的状态完全确定。 10.一定量的理想气体,当热力学能与温度确定之后,则所有的状态函数也完全确定。 11.系统温度升高则一定从环境吸热,系统温度不变就不与环境换热。 12.从同一始态经不同的过程到达同一终态,则Q 和W 的值一般不同,Q + W 的值一般也 不相同。 13.因Q P = ΔH ,Q V = ΔU ,所以Q P 与Q V 都是状态函数。 14.封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 15.对于一定量的理想气体,当温度一定时热力学能与焓的值一定,其差值也一定。 16.在101.325kPa 下,1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想 气体,那么由于过程等温,所以该过程ΔU = 0。 17.1mol ,80.1℃、101.325kPa 的液态苯向真空蒸发为80.1℃、101.325kPa 的气态苯。已 知该过程的焓变为30.87kJ ,所以此过程的Q = 30.87kJ 。 18.1mol 水在l01.325kPa 下由25℃升温至120℃,其ΔH = ∑C P ,m d T 。 19.因焓是温度、压力的函数,即H = f (T ,p ),所以在恒温、恒压下发生相变时,由于 d T = 0,d p = 0,故可得ΔH = 0。 20.因Q p = ΔH ,Q V = ΔU ,所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W 。 21.卡诺循环是可逆循环,当系统经一个卡诺循环后,不仅系统复原了,环境也会复原。 22.一个系统经历了一个无限小的过程,则此过程是可逆过程。 23.若一个过程中每一步都无限接近平衡态,则此过程一定是可逆过程。 24.若一个过程是可逆过程,则该过程中的每一步都是可逆的。 25.1mol 理想气体经绝热不可逆过程由p 1、V 1变到p 2、V 2, 则系统所做的功为 V p C C V p V p W =--=γγ,11122。 26.气体经绝热自由膨胀后,因Q = 0,W = 0,所以ΔU = 0,气体温度不变。 27.(?U /?V )T = 0 的气体一定是理想气体。 28.因理想气体的热力学能与体积压力无关,所以(?U /?p )V = 0,(?U /?V )p = 0。 29.若规定温度T 时,处于标准态的稳定态单质的标准摩尔生成焓为零,那么该温度下

第一章 热力学第一定律

第一章热力学第一定律 一、单选题 1) 如图,在绝热盛水容器中,浸入电阻丝,通电一段时间,通电后水及电阻丝的温度均略有升高,今以电阻丝为体系有:( ) A.W =0,Q <0,?U <0 B.W <0,Q<0,?U >0 C.W<0,Q<0,?U >0 D.W<0,Q=0,?U>0 2) 如图,用隔板将刚性绝热壁容器分成两半,两边充入压力不等的空气(视为理想气体),已 知p 右> p 左, 将隔板抽去后: ( ) A.Q=0, W=0, ?U=0 B.Q=0, W <0, ?U >0 C.Q >0, W <0, ?U >0 D.?U=0, Q=W≠0 3)对于理想气体,下列关系中哪个是不正确的:( ) A. (?U/?T)V=0 B. (?U/?V)T=0 C. (?H/?p)T=0 D. (?U/?p)T=0 4)凡是在孤立孤体系中进行的变化,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、小于或等于零不能确定。 5)在实际气体的节流膨胀过程中,哪一组描述是正确的: ( ) A.Q >0, ?H=0, ?p < 0 B.Q=0, ?H <0, ?p >0 C.Q=0, ?H=0, ?p <0 D.Q <0, ?H=0, ?p <0 6)如图,叙述不正确的是:( ) A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小 B.?H1表示无限稀释积分溶解热 C.?H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热 D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热 7)?H=Q p此式适用于哪一个过程: ( ) A.理想气体从101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨胀到10132.5sPa B.在0℃、101325Pa下,冰融化成水 C.电解CuSO4的水溶液 D.气体从(298K,101325Pa)可逆变化到(373K,10132.5Pa ) 8) 一定量的理想气体,从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态,终态体积分别为V1、V2。( ) A.V1 < V2 B.V1 = V2 C.V1> V2 D.无法确定 9) 某化学反应在恒压、绝热和只作体积功的条件下进行,体系温度由T1升高到T2,则此过程的焓变?H:( )

第二章热力学第一定律练习题及答案

第一章热力学第一定律练习题 一、判断题(说法对否): 1.当系统的状态一定时,所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生 变化时,所有的状态函数的数值也随之发生变化。 2.在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统,该系统的状态 完全确定。 3.一定量的理想气体,当热力学能与温度确定之后,则所有的状态函数也完 全确定。 4.系统温度升高则一定从环境吸热,系统温度不变就不与环境换热。 5.从同一始态经不同的过程到达同一终态,则Q和W的值一般不同,Q + W 的值一般也不相同。 6.因Q P = ΔH,Q V = ΔU,所以Q P与Q V都是状态函数。 7.体积是广度性质的状态函数;在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中,当温度、压力一定时;系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。8.封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 9.在101.325kPa下,1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体,那么由于过程等温,所以该过程ΔU = 0。 10.一个系统经历了一个无限小的过程,则此过程是可逆过程。 11.1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃,其ΔH= ∑C P,m d T。12.因焓是温度、压力的函数,即H = f(T,p),所以在恒温、恒压下发生相变时,由于d T = 0,d p = 0,故可得ΔH = 0。 13.因Q p = ΔH,Q V = ΔU,所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W。14.卡诺循环是可逆循环,当系统经一个卡诺循环后,不仅系统复原了,环境也会复原。 15.若一个过程中每一步都无限接近平衡态,则此过程一定是可逆过程。16.(?U/?V)T = 0 的气体一定是理想气体。 17.一定量的理想气体由0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa) 绝热膨胀达平衡,则末态温度不变。 18.当系统向环境传热(Q < 0)时,系统的热力学能一定减少。

工程热力学第四章思考题答案

第四章思考题 4-1 容器被闸板分割为A、B两部分。A中气体参数为P A、T A,B为真空。现将隔板抽去,气体作绝热自由膨胀,终压将为P2,试问终了温 度T2是否可用下式计算?为什么? 1 2 2 () k k A A p T T p -= 答:气体作绝热自由膨胀是不可逆绝热过程,因此终了温度T2不可用上式计算。 4-2 今有任意两过程a-b,b-c,b、c两点在同一定熵线上,如图所示。试问:Δuab、Δuac哪个大?再设b、c 两点在同一条定温线上,结果又如何? 答:由题可知,因b、c两点在同一定熵 线上T b>T c, ub>uc. Δuab>Δuac。若b、 c两点在同一条定温线上,T b=T c, ub=u c. Δuab=Δuac。 4-3将满足下列要求的多变过程表示在p-v图和T-s图上(工质为空气)。

(1)工质又升压、又升温、又放热;(2)工质又膨胀、又降温、又放热; (3)n=1.6的膨胀过程,判 断q,w,Δu的正负; 答:n=1.6的压缩过程在p-v 图和T-s图上表示为1→2 过程。在此过程中q>0, w<0,Δu>0 (4)n=1.3的压缩过程,判断q,w,Δu的正负。

答:n=1.3的压缩过程在p-v图和T-s图上表示为1→2过程。在此过程中q<0,w<0,Δu>0 4-4将p-v图表示的循环,如图所示,表示在T-s图上。图中:2-3,5-1,为定容过程;1-2,4-5为定熵过程;3-4为定压过程。 答:T-s图如图 所示

4-5 以空气为工质进行的某过程中,加热量的一半转变为功,试问过程的多变指数n 为多少?试在p-v 图和T-s 图上画出该过程的大概位置(比热容比可视为定值)。 答:多变过程中,遵循热力学第一定律q u w =?+,由题可知12q u =?,由于v 21()1n -k q c T T n =--,所以() v 21v 21()()21n -k c T T c T T n -=--即: () 121n -k n =-,0.6n = 4-6如果采用了有效的冷却方法后,使气体在压气机汽缸中实现了定温压缩,这时是否还需要采用多级压缩?为什么?(6分) 答:还需要采用多级压缩,由余隙效率可知, 12111n v p c p λ??????=-- ????????? ,余隙使一部分气缸容积不能被有效利用,压力比越大越不利。因此,当需要获得较高压力时,必须采用多级压缩。

第一章热力学第一定律答案

第一章 热力学练习题参考答案 一、判断题解答: 1.错。对实际气体不适应。 2.错。数量不同,温度可能不同。 3.错。没有与环境交换能量,无热可言;天气预报的“热”不是热力学概念,它是指温度,天气很热,指气温很高。 4.错。恒压(等压)过程是体系压力不变并与外压相等,恒外压过程是指外压不变化,体系压力并不一定与外压相等。 5.错。一般吸收的热大于功的绝对值,多出部分增加分子势能(内能)。 6.错。例如理想气体绝热压缩,升温但不吸热;理想气体恒温膨胀,温度不变但吸热。 7.第一句话对,第二句话错,如理想气体的等温过程ΔU = 0,ΔH = 0,U 、H 不变。 8.错,两个独立变数可确定系统的状态只对组成一定的均相组成不变系统才成立。 9.错,理想气体U = f (T ),U 与T 不是独立的。描述一定量理想气体要两个独立变量。 10.第一个结论正确,第二个结论错,因Q+W =ΔU ,与途径无关。 11.错,Q V 、Q p 是过程变化的量、不是由状态决定的量,该式仅是数值相关而已。在一定条件下,可以利用ΔU ,ΔH 来计算Q V 、Q p ,但不能改变其本性。 12.错,(1)未说明该过程的非体积功W '是否为零; (2)若W ' = 0,该过程的热也只等于系统的焓变,而不是体系的焓。 13.对。因为理想气体热力学能、焓是温度的单值函数。 14.错,这是水的相变过程,不是理想气体的单纯状态变化,ΔU > 0。 15.错,该过程的p 环 = 0,不是恒压过程,也不是可逆相变,吸的热,增加体系的热力学能。吸的热少于30.87 kJ 。 16.错,在25℃到120℃中间,水发生相变,不能直接计算。 17.错,H = f (T ,p )只对组成不变的均相封闭系统成立,该题有相变。 18.错,Δ(pV )是状态函数的增量,与途径无关,不一定等于功。 19.错,环境并没有复原,卡诺循环不是原途径逆向返回的。 20.错,无限小过程不是可逆过程的充分条件。如有摩擦的谆静态过程。 21.错,若有摩擦力(广义)存在,有能量消耗则不可逆过程,只是准静态过程。 22.对。只有每一步都是可逆的才组成可逆过程。 23.对。() ()()12m ,121122n n 1T T C C C C T T R V p V p W V V V p -=--=--= γ。该公式对理想气体可逆、 不可逆过程都适用。 24.错,若是非理想气体的温度会变化的,如范德华气体。 25.错,该条件对服从pV m = RT + bp 的气体(钢球模型气体)也成立。 26.错,(?U /?V )p ≠(?U/?V )T ;(?U /?P )V ≠(?U/?V )T ,因此不等于零。 27.错,U = H -pV 。PV 不可能为零的。 28.错。CO 2在1000K 的标准摩尔生成焓可以由298K 标准摩尔生成焓计算出:由基尔霍夫定律得出的计算公式:

第3章 热力学第一定律

第3章 热力学第一定律 3.1 基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念,深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀(压缩)功、轴功、技术功、流动功的联系与区别 熟练应用热力学第一定律解决具体问题 3.2 本章重点 1.必须学会并掌握应用热力学第一定律进行解题的方法,步骤如下: 1)根据需要求解的问题,选取热力系统。 2)列出相应系统的能量方程 3)利用已知条件简化方程并求解 4)判断结果的正确性 2.深入理解热力学第一定律的实质,并掌握其各种表达式(能量方程)的使用对象和应用条件。 3.切实理解热力学中功的定义,掌握各种功量的含义和计算,以及它们之间的区别和联系,切实理解热力系能量的概念,掌握各种系统中系统能量增量的具体含义。 4.在本章学习中,要更多注意在稳态稳定流动情况下,适用于理想气体和可逆过程的各种公式的理解与应用。 3.3 例 题 例1.门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗? 解:按题意,以门窗禁闭的房间为分析对象,可看成绝热的闭口系统,与外界无热量交换,Q =0,如图3.1所示,当安置在系统内部的电冰箱运转时,将有电功输入系统,根据热力学规定:W <0,由热力学第一定律W U Q +?=可知, 0>?U ,即系统的内能增加,也就是房间内空气的内能增加。由于空气可视为理 想气体,其内能是温度的单值函数。内能增加温度也增加,可见此种想法不但不能达到降温目的,反而使室内温度有所升高。 若以电冰箱为系统进行分析,其工作原理如图3.1所示。耗功W 后连同从冰室内取出的冷量0Q 一同通过散热片排放到室内,使室内温度升高。

第五章热力学第一定律

第四章热力学第一定律 4-1 0.020Kg的氦气温度由升为,若在升温过程中:(1)体积保持不变;(2)压强保持不变;(3)不与外界交换热量,试分别求出气体内能的改 变,吸收的热量,外界对气体所作的功,设氦气可看作理想气体,且, 解:理想气体内能是温度的单值函数,一过程中气体温度的改变相同,所以内能的改变也相同,为: 热量和功因过程而异,分别求之如下: (1)等容过程: V=常量A=0 由热力学第一定律, (2)等压过程: 由热力学第一定律, 负号表示气体对外作功, (3)绝热过程 Q=0 由热力学第一定律 4-2分别通过下列过程把标准状态下的0.014Kg氮气压缩为原体积的一半;(1)等温过程;(2)绝热过程;(3)等压过程,试分别求出在这些过程中气体内能的改变,传递的热量和外界对气体所作的功,设氮气可看作理想气体,且 ,

解:把上述三过程分别表示在P-V图上, (1)等温过程 理想气体内能是温度的单值函数,过程中温度不变,故 由热一、 负号表示系统向外界放热 (2)绝热过程 由或 得 由热力学第一定律 另外,也可以由 及 先求得A

(3)等压过程,有 或 而 所以= = = 由热力学第一定律, 求之 也可以由 另外,由计算结果可见,等压压缩过程,外界作功,系统放热,内能减少,数量关系为,系统放的热等于其内能的减少和外界作的功。 4-3 在标准状态下的0.016Kg的氧气,分别经过下列过程从外界吸收了80cal 的热量。(1)若为等温过程,求终态体积。(2)若为等容过程,求终态压强。 (3)若为等压过程,求气体内能的变化。设氧气可看作理想气体,且 解:(1)等温过程

(完整word版)第二章热力学第一定律复习题

热力学第一定律 一、选择题 1、有理想气体,温度由T 1变到T 2,压力由P 1变到P 2,则:( ) a.T nC H m p ?=?,; b.T nC Q m p ?=,; c.T nC Q m V ?=,; d.T nC T nC W m V m p ?-?=,, 2、W Q U +=?,式中W 代表:( ) a.体积功; b.非体积功 c.体积功和非体积功的和; d.体积功和非体积功的差。 3、对W 的规定是:( ) a.环境对体系做功W 为正; b. 环境对体系做功W 为负 c. 体系对环境做功W 为正; d. W 总为正 4、焓的定义式是:( ) a.pV U H +=?; b. pV U H -= c. pV U H +=; d. pV U H ?+?=? 5、反应 H 2(g) + 1/2O 2(g) = H 2O(l) 的 θm r H ?是:( ) a.H 2O(l)的标准生成焓; b.H 2(g)的标准燃烧焓; c.既是H 2O(l)的标准生成焓又是H 2(g)的标准燃烧焓; d.以上三种说法都对。 6、理想气体的 ,,/p m V m C C ( ) a.大于1; b.小于1; c.等于1; d.以上三者皆有可能。 7、某化学反应的0=?p r C ,该化学反应的反应热:( ) a.不随温度而变; b.随温度升高而增大; c.随温度升高而减小; d.随温度降低而降低。 8、封闭物系 ( ) a.不与环境交换功; b.不与环境交换热;

c.不与环境交换物质; d.物系内物质种类不改变 9、用公式??+?=?T p dT C H T H 298)298()( 计算某反应在温度T 的反应焓变,要求:( ) a.反应恒容; b.T >298K ; c.△C P ≠0; d. 298~T 间反应物和产物无相变 10、气体标准态规定为 ( ) a.298.15K ,100KPa 状态; b.100KPa ,298.15K 纯理想气体状态; c.100KPa 纯理想气体状态; d.298.15K ,101.325KPa 理想气体状态。 11、一恒压反应体系,若产物与反应物的ΔC p >0,则此反应: ( ) (A)吸热 (B)放热 (C)无热效应 (D)吸放热不能肯定 12、关于热力学可逆过程,下面的说法中不正确的是( ) (A) 可逆过程不一定是循环过程 (B) 在等温可逆过程中,系统做功时,系统损失的能量最小 (C) 在等温可逆过程中,环境做功时,系统得到的功最小 (D) 可逆过程中的任何一个中间态都可从正逆两个方向到达 13、第一类永动机不能制造成功的原因是( ) (A) 能量不能创造也不能消灭 (B) 实际过程中功的损失无法避免 (C) 能量传递的形式只有热和功 (D) 热不能全部转换成功 14、与物质的生成热有关的下列表述中不正确的是( ) (A) 标准状态下单质的生成热都规定为零 (B) 化合物的生成热一定不为零 (C) 很多物质的生成热都不能用实验直接测量 (D) 通常所使用的物质的标准生成热数据实际上都是相对值 15. 热力学第一定律ΔU=Q+W 只适用于( ) (A) 单纯状态变化 (B) 相变化 (C) 化学变化 (D) 封闭物系的任何变化 16、在一个绝热的刚壁容器中,发生化学反应使系统的温度和压力都升高,则(B )

热学(秦允豪编)习题解答第四章-热力学第一定律

普通物理学教程《热学》(秦允豪编) 习题解答 第四章 热力学第一定律 4.2.1 解: ?-=21V V PdV W C T = (1)()RT b v P =- b v RT P -= ???? ??---=--=?b v b v dv b v RT W i f v v f i ln (2) ??? ??-=v B RT Pv 1 ??? ??-=v B RT P 1 ???? ??-+-=??? ??--=? i f i f v v v v BRT v v RT dv v B RT W f i 11ln 1 4.2.2 应用(4.3)式 ?-=21V V PdV W 且 k PiV PV i ==γγ γγ-=V V P P i i 故有:f i f v v i i V Vi i i V V P dV V V P W γ γ γγγ----=-=? 111 () ()i i f f i f i i V P V P V V V P --=--=--111 111γγγγγ (应用了γγf f i i V P V P =) 4.4.2 (1) 2v a b v RT P --= ???+--=-=dv v a dv b v RT Pdv W 2 a V V b V b V RT ???? ??--???? ??---=121211ln (2)d v a cT u +-=2当C V =时, V V V dt du dT dQ C ??? ??=??? ??= ∴C C V = T C CdT Q T T ?==?21 4.4.3 水蒸气的凝结热即为定压状况下单位质量物质相变时吸收(或释放)的热量,在等压下此值即为比焓变化,即: ()kJ h m H l V 4.244459.1000.2545-=--=?-=?= (系统放热)

第二章 热力学第一定律

物理化学练习题 第二章热力学第一定律 一、选择题 1、下列叙述中不具状态函数特征的是:() (A)系统状态确定后,状态函数的值也确定 (B)系统变化时,状态函数的改变值只由系统的初终态决定 (C)经循环过程,状态函数的值不变 (D)状态函数均有加和性 2、下列叙述中,不具可逆过程特征的是:() (A)过程的每一步都接近平衡态,故进行得无限缓慢 (B)沿原途径反向进行时,每一小步系统与环境均能复原 (C)过程的初态与终态必定相同 (D)过程中,若做功则做最大功,若耗功则耗最小功 3、如图,将CuSO4水溶液置于绝热箱中,插入两个铜电极,以蓄电池为电源进行电解,可以看作封闭体系的是:() (A)绝热箱中所有物质(B)两个铜电极 (C)蓄电池和铜电极(D) CuSO4水溶液 4、在一个绝热刚瓶中,发生一个放热的分子数增加的化学反应,那么:() (A) Q > 0,W > 0,?U > 0 (B) Q = 0,W = 0,?U < 0 (C) Q = 0,W = 0,?U = 0 (D) Q < 0,W > 0,?U < 0 5、在下列关于焓的描述中,正确的是() (A)因为ΔH=QP,所以焓是恒压热 (B)气体的焓只是温度的函数 (C)气体在节流膨胀中,它的焓不改变 (D)因为ΔH=ΔU+Δ(PV),所以任何过程都有ΔH>0的结论 6、在标准压力下,1mol石墨与氧气反应生成1mol二氧化碳的反应热为Δr H ,下列哪种说法 是错误的? () (A) ΔH 是CO2(g)的标准生成热(B) ΔH =ΔU

(C) ΔH 是石墨的燃烧热(D) ΔU <ΔH 7、在标准状态下,反应C2H5OH(l)+3O2(g) →2CO2(g)+3H2O(g)的反应焓为Δr H mθ, ΔC p>0, 下 列说法中正确的是() (A)Δr H mθ是C2H5OH(l)的标准摩尔燃烧焓 (B)Δr H mθ〈0 (C)Δr H mθ=ΔrUmθ (D)Δr H mθ不随温度变化而变化 8、下面关于标准摩尔生成焓的描述中,不正确的是() (A)生成反应中的单质必须是稳定的相态单质 (B)稳态单质的标准摩尔生成焓被定为零 (C)生成反应的温度必须是298.15K (D)生成反应中各物质所达到的压力必须是100KPa 9、在一个绝热钢瓶中,发生一个放热的分子数增加的化学反应,那么:() (A) Q > 0,W > 0,?U > 0 (B)Q = 0,W = 0,?U < 0 (C) Q = 0,W = 0,?U = 0 (D) Q < 0,W > 0,?U < 0 10、非理想气体进行绝热自由膨胀时,下述答案中哪一个是错误的? ( ) (A) Q=0 (B) W=0 (C) ΔU=0 (D) ΔH=0 11、下列表示式中正确的是( ) (A)恒压过程ΔH=ΔU+pΔV (B)恒压过程ΔH=0 (C)恒压过程ΔH=ΔU+VΔp (D)恒容过程ΔH=0 12、理想气体等温反抗恒外压膨胀,则( ) (A)Q>W (B)Q△H2 W1W2 (C)△H1=△H2 W1W2 14、当理想气体从298K,2×105Pa 经历(1)绝热可逆膨胀和(2)等温可逆膨胀到1×105Pa时,则 ( )

第一章热力学第一定律

第一章 热力学第一定律 一、选择题 1.下述说法中,哪一种正确( ) (A)热容C 不是状态函数; (B)热容C 与途径无关; (C)恒压热容C p 不是状态函数;(D)恒容热容C V 不是状态函数。 2.对于内能是体系状态的单值函数概念,错误理解是( ) (A) 体系处于一定的状态,具有一定的内能; (B) 对应于某一状态,内能只能有一数值不能有两个以上的数值; (C) 状态发生变化,内能也一定跟着变化; (D) 对应于一个内能值,可以有多个状态。 3.某高压容器中盛有可能的气体是O 2 ,Ar, CO 2, NH 3中的一种,在298K 时由5dm3绝热可逆膨胀到6dm3,温度降低21K ,则容器中的气体( ) (A) O 2 (B) Ar (C) CO 2 (D) NH 3 4.戊烷的标准摩尔燃烧焓为-3520kJ·mol -1,CO 2(g)和H 2O(l)标准摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol -1和-286 kJ·mol -1,则戊烷的标准摩尔生成焓为( ) (A) 2839 kJ·mol -1 (B) -2839 kJ·mol -1 (C) 171 kJ·mol -1 (D) -171 kJ·mol -1 5.已知反应)()(2 1)(222g O H g O g H =+的标准摩尔反应焓为)(T H m r θ ?,下列说法中不正确的是( )。 (A). )(T H m r θ?是H 2O(g)的标准摩尔生成焓 (B). )(T H m r θ ?是H 2O(g)的标准摩尔燃烧焓 (C). )(T H m r θ?是负值 (D). )(T H m r θ?与反应的θ m r U ?数值相等 6.在指定的条件下与物质数量无关的一组物理量是( ) (A) T , P, n (B) U m , C p, C V (C) ΔH, ΔU, Δξ (D) V m , ΔH f,m (B), ΔH c,m (B) 7.实际气体的节流膨胀过程中,下列那一组的描述是正确的( ) (A) Q=0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 (B) Q=0 ΔH<0 ΔP> 0 ΔT>0 (C) Q>0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT<0 (D) Q<0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 8.已知反应 H 2(g) + 1/2O 2(g) →H 2O(l)的热效应为ΔH ,下面说法中不正确的是( ) (A) ΔH 是H 2O(l)的生成热 (B) ΔH 是H 2(g)的燃烧热 (C) ΔH 与反应 的ΔU 的数量不等 (D) ΔH 与ΔH θ数值相等 9.为判断某气体能否液化,需考察在该条件下的( ) (A) μJ-T > 0 (B) μJ-T < 0 (C) μJ-T = 0 (D) 不必考虑μJ-T 的数值

第1章热力学第一定律

一、选择题 1.体系的下列各组物理量中都是状态函数的是: C A .T ,p ,V ,Q ; B .m ,V m , C p ,?V ;C .T ,p ,V ,n ; D .T ,p ,U ,W 。 2.对实际气体的节流膨胀过程有:A A .ΔH =0 B.ΔU =0 C.ΔH >0 D.ΔU <0 3.对于理想气体,下列关系中哪个是不正确的? ?A A.0=??? ????V T U B. 0=??? ????T V U C. 0=??? ????T P H D. 0=??? ????T P U 4.在一个绝热的刚壁容器中,发生一个化学反应,使体系的温度从T 1升高到T 2,压力从P 1升高到P 2,则:D A. Q >0,W>0, ?U >0 B. Q >0,W=0, ?U >0 C. Q =0,W>0, ?U <0 D. Q =0,W=0, ?U =0 5.理想气体在常温恒定外压p ?下从10dm 3膨胀到17dm 3, 同时吸热235J 。计算此气体的 ?U : D A. 485J B. -482J C. 474J D. -474J 6. 对于热力学能是体系状态的单值函数概念,错误理解是:D*C A. 体系处于一定的状态,具有一定的热力学能 B. 对应于某一状态,热力学能只能有一数值不能有两个以上的数值 C. 状态发生变化,热力学能也一定跟着变化 D. 对应于一个热力学能值,可以有多个状态 7.戊烷的燃烧热是-3530kJ.mol -1,CO 2(g)和H 2O(l)的生成焓分别是-396kJ.mol -1和-288kJ.mol -1,则戊烷的生成焓是(D )kJ.mol -1: A .171 B .-171 C .178 D .-178 8.1mol 单原子理想气体,在300K 时绝热压缩到500K ,则其焓变?H 约为:A A .4157J B .596J C .1255J D .994J 9.下述说法中,哪一种不正确: B*A A .焓是体系能与环境进行交换的能量 ; B. 焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量 ;

(完整word版)第 二 章 热力学第一定律练习题及解答

第 二 章 热力学第一定律 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=Q V ,ΔH=Q p ,所以Q V ,Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗? 答:是错的。?U ,?H 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Q V ,Q p 的数值相等,所以Q V ,Q p 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U Q W ?=+,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=Q p =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W f ≠0,所以ΔH≠Q p 。 (6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q 1,焓变为ΔH 1。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Q 2,焓变为ΔH 2,则ΔH 1=ΔH 2。 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?H 1和?H 2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h Q W -=η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。

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