热力学第一定律习题1.docx
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热力学第一定律习题1
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〈P左,则将隔板抽去后应有()
(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〈W2Q1〈Q2
(C)W1=W2Q1=Q2(D)W1>W2Q1〈Q2
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。
07-0.836⨯103(T/K)+20.1×10-7(T/K)2J.K1。
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,5×103m3的理想气体绝热可逆膨胀到6⨯10-3m3,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500⨯PΘ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]μJ—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)+△νRT=-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=δQ/dT,δW=(nRT/V)dV
dU=δQ-δW,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]μ=(∂T/∂P)H=-(1/CP)(∂H/∂P)T=-(1/CP)[V—T(∂V/∂T)P]
V=(RT/P)+a(∂V/∂T)P=R/P
μ=(∂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