第一章熱力學(xué)第一定律思考題(答案)

1、WOR/式可以任意編輯專業(yè)資料整理分享第一章熱力學(xué)第一定律思考題1.下列說法中哪些是不正確的？(1)絕熱封閉系統(tǒng)就是孤立系統(tǒng)；(2)不作功的封閉系統(tǒng)未必就是孤立系統(tǒng)；(3)作功又吸熱的系統(tǒng)是封閉系統(tǒng)；(4)與環(huán)境有化學(xué)作用的系統(tǒng)是敞開系統(tǒng)?！敬稹?1)不一定正確。絕熱條件可以保證系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有熱交換，封閉條件可以 保證系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有物質(zhì)交換。但是單單這兩個條件不能保證系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有 其他能量交換方式，如作功。當(dāng)絕熱封閉的系統(tǒng)在重力場中高度發(fā)生大幅度變化時，系統(tǒng)和地球間的 作功不能忽略，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。(2)正確。(3)不正確。系統(tǒng)和環(huán)境間發(fā)生物質(zhì)交換時，可以作功又吸熱，但顯然

2、不是封閉系統(tǒng)。為了防止混淆，一般在討論功和熱的時候，都指定為封閉系統(tǒng)，但這并不意味著發(fā)生物質(zhì)交換 時沒有功和熱的發(fā)生。但至少在這種情況下功和熱的意義是含混的。(4)正確。當(dāng)發(fā)生化學(xué)作用(即系統(tǒng)和環(huán)境間物質(zhì)交換)時，將同時有熱和功發(fā)生， 而且還有物質(zhì)轉(zhuǎn)移，因此是敞開系統(tǒng)。2 . 一隔板將一剛性容器分為左、右兩室，左室氣體的壓力大于右室氣體的壓力?，F(xiàn)將隔板抽去，左、右室氣體的壓力達到平衡。若以全部氣體作為系統(tǒng)，則UK Q W?正？為負(fù)?W=0U=Q或為零？【答】因為容器是剛性的，在不考慮存在其它功的情況下，系統(tǒng)對環(huán)境所作的功的容器又是絕熱的，系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有能量交換，因此Q=0根據(jù)熱力學(xué)第一定律

3、,系統(tǒng)的熱力學(xué)能(熱力學(xué)能)變化+=0。WU3 .若系統(tǒng)經(jīng)下列變化過程，則 、+ 和4 各量是否完全確定？為什么?QWQ W U(1)使封閉系統(tǒng)由某一始態(tài)經(jīng)過不同途徑變到某一終態(tài)；(2)若在絕熱的條件下，使系統(tǒng)從某一始態(tài)變化到某一終態(tài)?！敬稹?1)對一個物理化學(xué)過程的完整描述，包括過程的始態(tài)、終態(tài)和過程所經(jīng)歷的具體途徑，因此僅僅給定過程的始、終態(tài)不能完整地說明該過程。Q W都是途徑依賴(path-dependent )量，其數(shù)值依賴于過程的始態(tài)、終態(tài)和具體途徑，只要過程不完全確定，Q W的數(shù)值就可能不確定。因 Q+ WR U,只要過程始、終態(tài)確為定，則4 U確定，因此 Q+W也確定。(2)在已

4、經(jīng)給定始、終態(tài)的情況下，又限定過程為絕熱過程，Q =0 , Q確定；W= U, WO AU也確定。4.試根據(jù)可逆過程的特征指由下列過程哪些是可逆過程？(1)在室溫和大氣壓力(101.325kPa)下，水蒸發(fā)為同溫同壓的水蒸氣；(2)在373.15K和大氣壓力(101.325kPa)下，蒸發(fā)為同溫同壓的水蒸氣;(3)摩擦生熱；(4)用干電池使燈泡發(fā)光；(5)水在冰點時凝結(jié)成同溫同壓的冰;(6)在等溫等壓下將氮氣和氧氣混合。【答】(1)不是可逆過程。(一級)可逆相變過程應(yīng)該是在可逆溫度和壓力下的相變過程，題設(shè)條件與之不符，室溫下的可逆壓力應(yīng)該小于101.325kPa,當(dāng)室溫為298K時，水的飽和蒸

5、氣壓為3168Pa。(2)可能是可逆過程。(3)不是可逆過程。摩擦生熱是能量耗散過程。(4)不是可逆過程。無窮小的電流不能將燈泡點亮。(5)可能是可逆過程。273.15K、101.325kPa下水可以可逆地形成冰。(6)可能是可逆過程。通過范霍夫平衡箱可以實現(xiàn)可逆混合。5.判斷下列說法是否正確？(1)狀態(tài)函數(shù)改變后，狀態(tài)一定改變；(2)狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變；(3)系統(tǒng)的溫度越高，向外傳遞的熱量越多；(4) 一個絕熱的剛性容器一定是一個孤立系統(tǒng)；(5)系統(tǒng)向外放熱，則其熱力學(xué)能必定減少；(6)孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的一切變化過程，具U必定為零；(7)因為 H=Qp而H是狀態(tài)函數(shù)，所以熱(Qp)

6、也是狀態(tài)函數(shù)；(8)因為H=U+pV而理想氣體的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)，所以理想氣體的給與P、V、T都有關(guān)；(9) 一定量的理想氣體反抗101.325kPa 作絕熱膨脹，則 H=Qp=0;(10)系統(tǒng)經(jīng)一循環(huán)過程對環(huán)境作1kJ 的功，他必然從環(huán)境吸熱1kJ;(11)理想氣體絕熱變化過程中 WM逆=CAT, 9可逆"CST,所以 WM逆二W可逆;(12)化學(xué)中的可逆過程就是熱力學(xué)中的可逆過程?！敬稹?1)正確。狀態(tài)是各種狀態(tài)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，狀態(tài)性質(zhì)改變，狀態(tài)一定改變。(2)不正確。比如理想氣體的等溫過程中，狀態(tài)改變但是熱力學(xué)能不變。(3)不正確。溫度是熱運動的“強度”，熱是熱運動的“數(shù)

7、量”，兩者沒有必然練習(xí)。(4)不正確。絕熱和剛性只意味著沒有熱交換和體積功，不能排除其他作功方式的存在。(5)不正確。理想氣體可逆等溫壓縮時，向外放熱，熱力學(xué)能不減少。(6)正確。(7)不正確。是狀態(tài)函數(shù)，但是 p卻是依賴于過程的物理量，因此熱(p)不是狀態(tài)函數(shù),Q半000,理想氣體的始僅與溫度有關(guān)。p在止匕指 pi=pf=pext , 本例中 pf=pext顯然可逆反應(yīng)和熱力學(xué)可逆過程是兩HQ他依賴于過程。 隹 |_：=但 )JjX(8)不正 冷(UC pV) U ，；- (nRT)確。VtV TVtVt(9)不正確。不滿足公式H=QfM立的條件，下標(biāo)wpi。(10)正確。Q=-WS U=-

8、(-1kJ)+0=1kJ)不正確。前一個(11 T與后一個 T不同。)不正確?；瘜W(xué)中的可逆過程也可以指可逆反(12 應(yīng), 碼事。6.在101.325kPa、373K下向真空蒸發(fā)成 101.325kPa、373K的水蒸氣(此過程環(huán)境溫度保 持不變)。下述兩個結(jié)論是否正確？(1)設(shè)水蒸氣可以視為理想氣體，因為此過程為等溫過程，所以U = 0o(2)此過程=+ ,由于向真空氣化，=- =0,所以此過程的HUpVW p VH U?！敬稹?1)不正確。理想氣體在等溫變化中， U=Q水蒸可視為理想氣體，但水不可以。而且理想氣體也不能有相變過理想氣體永遠(yuǎn)都是氣既不能發(fā)生相變化也不能發(fā)生程，體，化學(xué)變化。(2

9、)不正確。= + 中的 指系統(tǒng)的壓力， 不表示所作的體積功；pV中原始含義是指 pext,不是系統(tǒng)的壓力 p,因此推導(dǎo)完全P昔誤。7.夏天打開室內(nèi)正在運行中的電冰箱的門，若緊密門窗(設(shè)門窗及墻壁均不傳熱)，能否使室內(nèi)溫度降低？為什么？【答】不能。電冰箱屬于熱機，當(dāng)電冰箱正常工作時，通過消耗電功，Q1的熱量從冰箱內(nèi)被取由排放到室內(nèi)，具值為 Q2根據(jù)能量守恒，有 Q2=Q1+W當(dāng)打開電冰箱的門，兩個熱源(室內(nèi)空氣和冰箱內(nèi)空氣)聯(lián)為一體，稱為單一熱源。以室內(nèi)空氣為體系其熱力學(xué)能變化： U=-Q1+Q2=-Q1+(Q1+W)=W上式表示室內(nèi)空氣的熱力學(xué)能變化等于電源的電功值，因此空 氣的溫度升高。8.在373K和101.325kPa下，1mol水筮溫蒸:發(fā)為水蒸假設(shè)水蒸氣為理想氣體)因為此過程中系統(tǒng)的溫度不變，所以U 0, QpCpdT0。這一結(jié)論是否正確？為什/A 二么？【答】不正確。其一U 0的結(jié)論是錯誤的，其理由是基豐里想氣體的熱力學(xué)能僅為溫度QpCpdT0也是錯誤的，因為的函數(shù)，但是水不是理想氣體，所以不成立H /、'QpCpdT僅適用與純狀態(tài)變化，即p-V-T變化9 . C (石墨)和H2 (g)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒