物理化学_精品文档.doc
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第一章热力学第一定律
1.设有一电炉丝浸入水中（见图1.1），接上电源，通以电流一段时间。
分别按下列几种情况作为体系，试问U、Q、W为正、为负，还是为零
2.设有一装置如图1.2所示，一边是水，另一边是浓硫酸，中间以薄膜分开，两边的温度均为T1升到T2，如果以水和浓硫酸为体系，问此体系的U是正、负，还是零。
如果在薄膜破了以后，设法通入冷却水使浓硫酸和水的温仍为T1，仍以原来的水和浓硫酸为体系，问U是正、负，还是零。
3.一个绝热圆筒上有一个无摩擦无重量的绝热活塞，其内有理想气体，圆筒内壁有电炉丝。
当通电时气体慢慢膨胀，这是等压过程。
请分别讨论
（1）选理想气体为体系；
（2）选理想气体和电阻丝为体系；两个过程的Q和体系的H是大于、等于还是小于零？
4.计算1mol理想气体在下列四个过程中所做的体积功。
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）等温可逆膨胀；
（2）向真空膨胀；（3）在外压恒定为气体终态的压力下膨胀；（4）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100dm3时气体的平衡压力下膨胀。
试比较这四个过程的功。
比较的结果说明什么？
5.假定某气体服从于范德华方程式，将1mol此气体在101325Pa及423K时等温压缩到体积等于10dm3，求最少需做功多少？
6.有273.2K、压力为的N22dm3，在外压为101325Pa下等温膨胀，直到N2气的压力也等于101325Pa时为止。
求过程中的W、U、H和Q。
假定气体是理想气体。
7.10dm3氧气由273K、1MPa经过
（1）绝热可逆膨胀；
（2）对抗恒定外压P外＝0.1MPa做绝热不可逆膨胀，使气体最后压力均为0.1MPa。
求两种情况下所做的功。
8.某高压容器中含有未知气体，可能是氮或氩气。
今在298K时取出一些样品，从5dm3绝热膨胀到6dm3，温度降低了21K，问能否判断容器中是何种气体?
假设单原子分子气体的，双原子分子气体的。
9.在p-V图（1.3）中，A→B是等温可逆过程，A→C是绝热可逆过程，若从A点出发：
（1）经绝热不可逆过程同样到达V2,则终点在C点之上还是在C点之下？
见图1.3（a）
（2）经绝热不可逆过程同样到达P2,则终点D在C点之左还是在C点之右？
为什么？
10.如图1.4所示，1mol单原子分子理想气体（）经环程A、B、C三步，从态1经态2、态3又回到态1，假设均为可逆过程。
一直该气体的。
试计算各状态的压力p，并填充下表。
过程
过程名称
Q/kJ
W/kJ
U/kJ
H/kJ
A
B
C
循环过程
11.1molN2在300K,101325Pa下被等温压缩到,计算其∆H的值。
已知气体常数,,焦耳－汤姆逊系数，。
12.一个绝热容器原处于真空状态，用针在容器上刺一微孔，使298.2K、的空气缓缓进入，直至压力达平衡，求此时容器内空气的温度（设空气为理想气体。
始终态如图1.6所示。
13.在298K时，有一定量的单原子理想气体（），从始态及20dm3经下列不同过程膨胀到终态压力为101325Pa,求及W。
（1）等温可逆膨胀；
（2）绝热可逆膨胀；（3）以的多方过程可逆膨胀。
14.证明
（1）
（2）
15.0.500g正庚烷放在弹形量热计中，燃烧后温度升高2.94K。
若量热计本身及附件的热容为8.177KJ.mol-1,计算298K时正庚烷的燃烧焓（量热计的平均温度为298K）。
16.已知在298K及101325Pa下，石墨升华为碳原子的升华热估计为711.1KJ.mol-1，H2=2H（g）的离解热为431.7KJ.mol-1。
CH4的生成焓为－74.78KJ.mol-1。
根据上述数据计算C（g）+4H（g）＝CH4（g）的。
这个数值的称为键的键焓。
17.C（石墨）及H2（g）在298K的标准燃烧热分别为及，又知298K时反应的，求反应的。
1.设有一电炉丝浸入水中（见图1.1），接上电源，通以电流一段时间。
分别按下列几种情况作为体系，试问U、Q、W为正、为负，还是为零？
1 以水和电阻丝为体系；2 以水为体系；3 以电阻丝为体系；
4 以电池为体系；5 以电池、电阻丝为体系；6 以电池、电阻丝、水为体系。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
W
－
0
－
＋
0
0
Q
0
＋
－
0
－
0
U
＋
＋
＋
－
－
0
2.设有一装置如图1.2所示，一边是水，另一边是浓硫酸，中间以薄膜分开，两边的温度均为T1升到T2，如果以水和浓硫酸为体系，问此体系的U是正、负，还是零。
如果在薄膜破了以后，设法通入冷却水使浓硫酸和水的温度
仍为T1，仍以原来的水和浓硫酸为体系，问U是正、
负，还是零。
解：
当将薄膜弄破以后温度由T1升到T2，
因水和浓硫酸为体系，虽然体系的温度升高了，
但无热量传给环境，所以Q＝0，又W＝0，根
据第一定律U＝Q－W，则U＝0。
3.一个绝热圆筒上有一个无摩擦无重量的绝热活塞，其内有理想气体，圆筒内壁有电炉丝。
当通电时气体慢慢膨胀，这是等压过程。
请分别讨论
（1）选理想气体为体系；
（2）选理想气体和电阻丝为体系；两个过程的Q和体系的H是大于、等于还是小于零？
解：
（1）Q＝H>0；
（2）Q＝0，H＝－W电功>0。
4.计算1mol理想气体在下列四个过程中所做的体积功。
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）等温可逆膨胀；
（2）向真空膨胀；（3）在外压恒定为气体终态的压力下膨胀；4）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100dm3时气体的平衡压力下膨胀。
试比较这四个过程的功。
比较的结果说明什么？
解：
（1）等温可逆膨胀
（2）向真空膨胀
（3）恒外压膨胀
J
（4）二步恒外压膨胀
J
由于W1>W4>W3>W2，说明膨胀次数愈多，即体系与环境的压力差愈小，做的功愈大。
5.假定某气体服从于范德华方程式，将1mol此气体在101325Pa及423K时等温压缩到体积等于10dm3，求最少需做功多少？
范氏方程为，其中，
解：
首先计算此气体初态的体积V1,根据范氏方程：
解此方程得Vm=0.0346m3即Vm=V1。
6.有273.2K、压力为的N22dm3，在外压为101325Pa下等温膨胀，直到N2气的压力也等于101325Pa时为止。
求过程中的W、U、H和Q。
假定气体是理想气体。
解：
＝0.01m3
=810.5J
U=H=0 Q=W=810.6J
7.10dm3氧气由273K、1MPa经过
（1）绝热可逆膨胀；
（2）对抗恒定外压P外＝0.1MPa做绝热不可逆膨胀，使气体最后压力均为0.1MPa。
求两种情况下所做的功。
（氧的Cp,m=）
解：
（1）绝热可逆膨胀
先求T2，根据绝热过程方程式
又
解出T2=143K
由始态得,绝热过程Q=0
所以
（2）恒外压绝热不可逆过程
因为是绝热不可逆过程，不能用绝热过程方程式求T2'。
根据如下关系计算T2'：
解方程得
=6452J
8.某高压容器中含有未知气体，可能是氮或氩气。
今在298K时取出一些样品，从5dm3绝热膨胀到6dm3，温度降低了21K，问能否判断容器中是何种气体?
假设单原子分子气体的，双原子分子气体的。
解：
由此判断是N2
9.在p-V图（1.3）中，A→B是等温可逆过程，A→C是绝热可逆过程，若从A点出发：
（1）经绝热不可逆过程同样到达V2,则终点在C点之上还是在C点之下？
见图1.3（a）
（2）经绝热不可逆过程同样到达P2,则终点D在C点之左还是在C点之右？
为什么？
解：
从同一始态A点出发，A→B是等温可逆过程，则TA=TB。
A→C是绝热可逆过程，
即TCA→D是绝热不可逆过程，W不可逆TC，TD对同一个体系，可看作为理想气体，
对
（1）来说：
VB=VD=VC=V2
因为 VB>VD>VC，所以pB>pD>pC
所以D点在C点之上。
对
（2）来说 pB＝pD＝pC＝p2
因为 TB>TD>TC 所以VB>VD>VC
所以D点在C点之右。
10.如图1.4所示，1mol单原子分子理想气体（）经环程A、B、C三步，从态1经态2、态3又回到态1，假设均为可逆过程。
一直该气体的。
试计算各状态的压力p，并填充下表。
过程
过程名称
Q/kJ
W/kJ
U/kJ
H/kJ
A
B
C
循环过程
解：
A是等容过程
W=pV=0
B是循环过程
U=0 H=O
C是等压过程
循环过程
H=O U=0
11.1molN2在300K,101325Pa下被等温压缩到,计算其∆H的值。
已知气体常数,,焦耳－汤姆逊系数，。
解：
因为又知，,n=1
则Cp=Cp,m,
于是
12.一个绝热容器原处于真空状态，用针在容器上刺一微孔，使298.2K、的空气缓缓进入，直至压力达平衡，求此时容器内空气的温度（设空气为理想气体。
始终态如图1.6所示。
解：
设终态时绝热容器内所含的空气为体系，始态与环境间有一设想的界面，始终态见图1.5。
在绝热箱上刺一小孔后，n摩尔空气进入箱内，在此过程中环境对体系做功为零。
体系做净功为－p1V1,绝热过程Q＝0
又
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