大学物理化学1热力学第一定律课后习题及答案.docx

1、大学物理化学1热力学第一定律课后习题及答案热力学第一定律课后习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确正确的在题后括号内画“ ”，错误的画“ ”。1. 在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。 ( )2. dU = nCV,mdT这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。( )3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。 ( )4. 25时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25时H2O(g)的标准摩尔生成焓。( )5. 稳定态单质的 fH (800 K) = 0。 ( )二、选择题选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：1. 理想气体定温

2、自由膨胀过程为：（ ）。 （A）Q 0； （B） U 0； （C）W 0； （D） H = 0。2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。 ( A ) Q； ( B ) QW； (C ) W( Q = 0 )； ( D ) Q( W = 0 )。3. pV = 常数( = Cp,m/CV,m)适用的条件是：( ) (A)绝热过程； ( B)理想气体绝热过程； ( C )理想气体绝热可逆过程； (D)绝热可逆过程。4. 在隔离系统内：( )。 ( A ) 热力学能守恒，焓守恒； ( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒； (C ) 热力学能守恒，焓不一定守

3、恒； ( D) 热力学能、焓均不一定守恒。5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。 ( A )可以到达同一终态； ( B )不可能到达同一终态； ( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。 ( A )焓总是不变； (B )热力学能总是增加； ( C )焓总是增加； (D )热力学能总是减少。7. 已知反应H2(g) +O2(g) = H2O(g)的标准摩尔反应焓为 rH (T)，下列说法中不正确的是：（ ）。 （A） rH (T)是H2O(g)的标准摩尔生成焓； （B） rH (T)是H2O(g)的标准摩

4、尔燃烧焓； （C） rH (T)是负值； （D） rH (T)与反应的 rU数值不等。三、计算题习题110 mol理想气体由25， MPa膨胀到25， MPa，设过程为：( 1 )自由膨胀；( 2 )对抗恒外压力 MPa膨胀；( 3 )定温可逆膨胀。试计算三种膨胀过程中系统对环境作的功。习题2298 K时，将0.05 kg的N2由 MPa定温可逆压缩到2 MPa，试计算此过程的功。如果被压缩了的气体在反抗外压力为 MPa下做定温膨胀再回到原来状态，问此过程的功又是多少习题3某理想气体，其CV,m = 20 JK 1mol 1，现有该气体10 mol处于283 K，采取下列不同途径升温至566

5、K。试计算各个过程的Q，W， U， H，并比较之。 ( 1 )体积保持不变； ( 2 )系统与环境无热交换； ( 3 )压力保持不变。习题4试求下列过程的 U和 H： 已知液体A的正常沸点为350 K，此时的汽化焓： VapHm = 38 kJmol 1。A蒸气的平均定压摩尔热容Cp,m= 30 JK 1mol 1 。（蒸气视为理想气体） 习题5根据下列数据，求乙烯C2H4(g)的标准摩尔生成焓与标准摩尔燃烧焓： （1）C2H4(g) + H2(g) = C2H6(g) ， rH m , l = 137 kJmol 1 ；（2）C2H6(g) + (7/2)O2(g) = 2CO2(g) +

6、3H2O(l) ， rH m , 2 = 1560 kJmol 1 ；（3）C(石墨) + O2(g) = CO2(g) ， rH m , 3 = kJmol 1 ；（4）H2(g) + （1/2）O2(g) = H2O(l) ， rH m , 4 = kJmol 1 。 习题6求下列反应在393 K 的反应的 rHm (393 K) ：C2H5OH(g) + HCl(g) = C2H5Cl(g) + H2O(g) 已知： 物质 f Hm (298 K) / kJmol 1Cp, m / JK 1mol 1 C2H5Cl(g) +10-3(T / K) H2O(g) +10-3(T / K)

7、C2H5OH(g) +10-3(T / K)HCl(g) +10-3(T / K)习题7已知反应CH3COOH(l)+C2H5OH(l)= CH3COOC2H5(l)+H2O(l) rH m =的 cH m = 的 cH m = CO2(g)的 fH m = 的 fHm = 求算fH m (CH3COOC2H5,l,=热力学第一定律课后习题答案一、是非题1. 2 3. 4 5 二、选择题1.(D) 2.(A) 3.(C) 4.(C) 5.(B) 6.(D) 7(B) 三、计算题习题1题解 体积功的计算公式 W = psudV ( 1 ) W = 0 （psu=0） ( 2 ) W = psu

8、V = psunRT (1/p1 1/p2)= MPa10 mol Jmol 1K 1 K(1/1/ = kJ ( 3 ) W = nRTln( V2 / V1 ) = nRT ln(p2 / p1) = kJ导引由计算结果可知，虽然三个过程的初终态相同，但不同过程中的功不相等。这是因为不是状态函数，其值与过程有关。 习题2题解 n = 50 g / 28 gmol 1 = mol定温可逆压缩若反抗外压力 Mpa， 导引封闭系统由一个过程从始态（A）到达终态（B），再由另一个过程从终态（B）回到同一个始态（A），整个循环过程状态函数的改变量应为零；本题中，系统经历两个不同途径组成的循环过程由始

9、态经过终态又回到同一个始态，功的加和不为零，说明功是过程量，其值与过程有关。习题3题解 ( 1 )dV = 0，W = 0。QV = U = nCV,m ( T2T1 ) = 10mol20 JK 1mol 1（566283 ） K = kJ H = nCp,m ( T2T1 )= 10mol(20 JK 1mol 1（566283）K = kJ ( 2 )Q = 0， U2 = U1 = kJ， H2 = H1 = kJW = U2 = kJ ( 3 )dp = 0， U3 = U1 = kJQp = H = kJ 导引热力学能U和焓H是状态函数，只要系统变化前后的始、终态一定，则不论经历何

10、种过程，其 U和 H一定。本题中虽然始终态不明确，但理想气体的U和H都只是温度的函数，即对理想气体只要始终态温度一定，则不同过程的 U和 H相同。而W和Q不是状态函数，其值与过程有关，所以上述三个不同过程的W和Q分别不同。习题4 题解 设计变化途径如下： H1 = nCp,m( T2T1 ) = 2 mol 30 JK 1mol 1 ( 50 ) K = kJ H2 = n VapHm =2 mol 38 kJmol 1 =76 kJ H = H1 + H2 = (76 ) kJ =79 kJ U = U 1+ U 2= nCV,m( T2T1 )+ H2 ( pV ) = nCV,m( T2

11、T1 )+ H2+ nRT 2 2 mol (30 JK 1mol 1 ( 350400 ) K76 103J +2 mol K 1mol 1 350 K= kJ 或 U = H ( pV ) H(pVg,1 )= H + nRT1 =79 kJ + 2 400 10 3 kJ= kJ 导引本题的变化过程既包括pVT变化又包括相变化，两种变化过程交织在一起，难以求出变化过程的 U和 H。为此将该变化过程分解为两步，一步为单纯的pVT变化，一步为单纯的定温定压下的可逆相变化，从而利用状态函数的改变量与过程无关的特性，求得 U = U 1（pVT变化）+ U 2（相变化）； H = H 1（pVT

12、变化）+ H 2（相变化）。习题5 题解 (3)式2(4)式3 (1)式 (2)式 得2H2(g) 2C(石墨)C2H4(g) fH m = 2 rH m ,33 rH m ,4 rH m ,1 rH m ,2 = kJmol 1； (1)式(2)式 (4)式 得 C2H4(g) 3O2 (g)2CO2 2H2O(l) rH m = rH m ,1 rH m ,2 rH m ,4 = 1 kJmol 1；导引 本题为利用盖斯定律，即方程式的线性组合，求得化学反应的标准摩尔反应焓。 习题6题解 r Hm (298K) = f Hm (C2H5OH , g , 298K) + 4 f Hm (HC

13、l , g , 298K) + f Hm (C2H5Cl , g , 298K) + f Hm (H2O , g , 298K)= kJmol 1 rH m (393 K) = rH (298K) + BCp, m(B) = JK 1mol 110 3 JK 1mol 1(T/K) 则 rH m (393 K) = kJ mol 1 + JK 1mol 1 10-3 JK 1mol 1(T/K)dT = kJmol 1 导引本题为已知某一温度时参与反应各物质的 fH m （或 cH m ），利用基希霍夫公式求算任意温度下化学反应的 rH m 。但需注意变温区间内参与反应各物质无相变化，当伴随有

14、相变化时，还需把相变焓考虑进去。习题7题解 先由给定的反应及 CH3COOH(l),C2H5OH(l)的标准摩尔燃烧焓求出CH3COOC2H5(l)的标准摩尔燃烧焓rH m (CH3COOC2H5,l,即cH m (CH3COOC2H5,l,= cH m (CH3COOH,l, + cH m (C2H5OH,l, - rH m = + = 即 CH3COOC2H5(l)+5O2=4CO2(g)+4H2O(l) rH m = 再由该反应求得 fH m (CH3COOC2H5,l, ： rH m =4 fH m (CO2, g, +4 fH m (H2O,l, fH m (CH3COOC2H5,l,得 fH m (CH3COOC2H5,l, = 4 fH m (CO2,+4 fH m (H2O,l, rH m =4(+4( ( = 导引注意掌握物质的 cH m 、 fH m 的定义，并能利用 cH m 及 fH m 求取反应的 rH m 。