物化題—熱力學(xué)第一定律與熱化學(xué)

1、第一章熱力學(xué)第一定律與熱化學(xué)一、思考題1什么是內(nèi)能？它的基本性質(zhì)是什么？1內(nèi)能是體系內(nèi)部能量的總和。但由于人類(lèi)對(duì)物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還不完全清楚，故內(nèi)能絕對(duì)值是無(wú)法得知的，但體系狀態(tài)一定，內(nèi)能則一定，體系中物質(zhì)的量越多，內(nèi)能也越大，故內(nèi)是體系的性質(zhì)，并且是廣延量。2可逆過(guò)程的特點(diǎn)是什么？為什么要介紹可逆過(guò)程？可逆過(guò)程的特點(diǎn)有三個(gè)：體系從始態(tài)到終態(tài)，過(guò)程是以無(wú)限接近平衡狀態(tài)下進(jìn)行的；循與過(guò)程原來(lái)途徑相反方向進(jìn)行，體系與環(huán)境完全恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)；在可逆過(guò)程中，體系做最大功。指出下列公式適用的條件(1)H=U+pV答：封閉體系，平衡態(tài)。H=Q，U=QpV答：前者：封閉體系，平衡態(tài)，不作非體積功，定壓過(guò)程；后者

2、：封閉體系，平衡態(tài)，不作非體積功的定容過(guò)程。W=nRTlnV2/V1答：封閉體系，平衡態(tài)，不作非體積功，理想氣體的定溫可逆過(guò)程。W=pAV答：封閉體系，平衡態(tài)，不作非體積功，定外壓過(guò)程。PVy=常數(shù)答：封閉體系，平衡態(tài)，不作非體積功，理想氣體的絕熱可逆過(guò)程。W=pV2-pV/Y-1答：封閉體系，平衡態(tài)，不作非體積功，理想氣體的絕熱過(guò)程。3.判斷下列說(shuō)法是否正確：狀態(tài)固定后，狀態(tài)函數(shù)都固定，反之亦然。(對(duì))狀態(tài)函數(shù)改變后，狀態(tài)一定改變。(對(duì))狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變。(錯(cuò))因?yàn)閁=Q，H=Qv，所以Q、Qv是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)。(錯(cuò))pVpV若理想氣體反抗1個(gè)大氣壓作絕熱膨脹，貝仏H=Q

3、p=0。(錯(cuò)，這是一個(gè)定外壓過(guò)程，不是定壓過(guò)程。)理想氣體絕熱變化過(guò)程中，W不可逆=-T，W可逆=-.T，所以W不可逆=W可逆。(錯(cuò)，從同一始態(tài)出發(fā)，經(jīng)絕熱可逆和絕熱不可逆兩條途徑不可能到達(dá)同一終態(tài)?？赡孢^(guò)程因做功多，而溫度下降較大，故T不同；)體系從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，若4T=0，則Q=0無(wú)熱量交換。(錯(cuò)，環(huán)境與體系可以有溫差存在，如液體的氣化過(guò)程；)根據(jù)熱力學(xué)第一定律，因?yàn)槟芰坎荒軣o(wú)中生有，所以一個(gè)體系若要對(duì)外作功，必須自外界吸收熱量。(錯(cuò)，可降低自身內(nèi)能。)回答下列問(wèn)題夏天將室內(nèi)電冰箱門(mén)打開(kāi)，接通電源并緊閉門(mén)窗(設(shè)墻壁門(mén)窗均不傳熱)，能否使室內(nèi)溫度降低？為什么？不能，該情況相當(dāng)于一個(gè)絕熱

4、體系中作電功，電機(jī)發(fā)熱只能使室溫升高。Zn和稀H2SO4作用，(a)在開(kāi)口瓶中進(jìn)行，(b)在閉口瓶中進(jìn)行。何者放熱較多？為什么？閉口瓶放出熱量較多，因?yàn)閆n(s)+H2SO4=ZnSO4+電(g),Qp=QV+AnRT,n=1,Q和QV均為負(fù)值。pV用1:3的N2和H2在反應(yīng)條件下合成氨，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在-和T2時(shí)放出的熱量分別為Q,和Q2，用基爾霍夫定律驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)與公式不符，試解釋原因。p1p2(3)用基爾霍夫公式計(jì)算的反應(yīng)熱是按計(jì)量系數(shù)完全進(jìn)行到底的反應(yīng)熱效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的反應(yīng)熱是反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)放出的熱量，所以二者不符。6什么是熱力學(xué)的平衡態(tài)？在指定條件下，體系內(nèi)各部分的所有狀態(tài)性質(zhì)都不隨時(shí)間而變化

5、，因此它包括有熱平衡(體系內(nèi)的各部分溫度相同且不隨時(shí)間而變化)；力平衡(體系各部分之間沒(méi)有不平衡的力存在，當(dāng)不考慮重力場(chǎng)影響的情況下，是指體系內(nèi)各個(gè)部分壓力都相等)；相平衡(多相體系中，各相之間宏觀上沒(méi)有物質(zhì)的轉(zhuǎn)移)；化學(xué)平衡(達(dá)化學(xué)平衡后體系內(nèi)的組成不再隨時(shí)間而變化)。7什么是熱力學(xué)過(guò)程，途徑，我們討論哪些熱力學(xué)過(guò)程。8什么是狀態(tài)函數(shù)，它的特點(diǎn)是什么？二、選擇題TOC o 1-5 h z1熱力學(xué)狀態(tài)和熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)的關(guān)系為(a)狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)就單值的確定(b)狀態(tài)函數(shù)一定，狀態(tài)就單一的確定(c)a、b都對(duì)；(d)a、b都不對(duì) HYPERLINK l bookmark12熱力學(xué)公式U=CV

6、(T2-T1)適用于(d)(a)理想氣體絕熱可逆過(guò)程；(b)理想氣體絕熱不可逆過(guò)程；(c)理想氧化絕熱膨脹；(d)理想氣體絕熱可逆膨脹與絕熱不可逆膨脹。戊烷的燃燒熱是-3520kJmol-i,CO2和氣0(l)的生成焓分別是-395kJmol-i和 HYPERLINK l bookmark14-286kJmol-1，則戊烷的生成焓是(kJmol-1)(c)(a)-1211(b)-2839(c)-171(d)+171(e)2839 HYPERLINK l bookmark16在SI單位中，壓力的單位是(c)(a)atm(b)kg/m2(c)Pa(d)mmHg(e)kgf/cm2理想氣體從同一始態(tài)

7、(p1，V)出發(fā)，經(jīng)定溫可逆壓縮或絕熱可逆壓縮，使其終態(tài)都達(dá)到體積V2，則此二過(guò)程做的功的絕對(duì)值應(yīng)有(a)(a)定溫功大于絕熱功；(b)定溫功等于絕熱功；(c)定溫功小于絕熱功；(d)無(wú)確定關(guān)系；(e)定溫功小于等于絕熱功；化學(xué)反應(yīng)在只做體積功的定溫定壓條件下，若從反應(yīng)物開(kāi)始進(jìn)行反應(yīng)，則此過(guò)程為(c)(a)是熱力學(xué)可逆過(guò)程；(b)是熱力學(xué)不可逆過(guò)程；(c)是否可逆不能確定；(d)是不能進(jìn)行的過(guò)程。下列物理量中哪些強(qiáng)度量？(ad)TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark20(a)U(b)H(c)Q(d)Tm下列物理量中哪些是廣延量？(ab) HYPERLINK l b

8、ookmark22(a)V(b)H(c)W(d)p一摩爾理想氣體經(jīng)過(guò)恒壓過(guò)程，則(a)(a)H=Q(b)HQ(c)H=Q(d)不能確定 HYPERLINK l bookmark24ppp由焦耳實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，理想氣體定義的另一種表述形式是(d)(a)?H0(b)lj!H0TVpT(c)jjUjj0(d)jjUjj0jjVjjjTjTV三、填空題測(cè)定物質(zhì)燃燒熱一般是在氧彈式量熱計(jì)中進(jìn)行，反應(yīng)的熱效應(yīng)為QV，由H(燃燒)=QV+AnRT計(jì)算得來(lái)，其中n為產(chǎn)物與反應(yīng)物中氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量之差，而T應(yīng)取反應(yīng)物溫度。當(dāng)1摩爾理想氣體在一個(gè)封閉容器中進(jìn)行絕熱可逆膨脹時(shí)，體系的溫度下降。體系在定容條件下從環(huán)境中

9、吸收熱量全部用來(lái)增加體系的內(nèi)能。已知反應(yīng)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)在298K時(shí)定容反應(yīng)熱Qv=-564kJ，則的燃燒熱HCo=-285.7kJ/mol。理想氣體定壓膨脹使體積增大，H_0，S_0o理想氣體的定壓熱與定容熱之差為nR。公式H=Q,在應(yīng)用時(shí)必須遵守的條件封閉體系、定壓過(guò)程、不做非體積功。體系的性質(zhì)分為強(qiáng)度性質(zhì)和廣延性質(zhì)。273K，101325Pa下1摩爾固體冰融化為水時(shí)的Q0：WV0：U0。與環(huán)境之間有物質(zhì)和能量交換的體系稱為_(kāi)敝開(kāi)體系_。四、是非題1因?yàn)?而理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)，所以理想氣體的焓與、V均有關(guān)。TOC o 1-5 h z()一切自發(fā)過(guò)程在熱力學(xué)

10、上都是不可逆的。()體系狀態(tài)發(fā)生變化后，至少有一個(gè)狀態(tài)函數(shù)要發(fā)生變化()4任一何循環(huán)過(guò)程必定是可逆過(guò)程。因?yàn)?,而是狀態(tài)函數(shù)，所以熱也是狀態(tài)函數(shù)。一定量的氣體，從始態(tài)變化到終態(tài)，體系吸收的熱量，對(duì)外作功，這不符合熱力學(xué)第一定律()在一個(gè)絕熱剛性容器中進(jìn)行一個(gè)放熱反應(yīng)，則()化學(xué)中的可逆過(guò)程就是熱力學(xué)中的可逆過(guò)程理想氣體的內(nèi)能和焓只是溫度的函數(shù)，與體系的體積、壓力無(wú)關(guān).，因?yàn)槭菭顟B(tài)函數(shù)，所以也是狀態(tài)函數(shù)五、計(jì)算題1.在25C、定容容器中，1mol萘(s)在氧氣中燃燒，已知QV=-5134kJ，Hf0H2O(l)=-285.85kJmol-1，氐Hf0CO2()=-393.5kJmol-1試求:(

11、1)反應(yīng)的H298:(2)萘的fH2O(l)fCO2(g)298標(biāo)準(zhǔn)生成熱。(答：1.H=-5139kJ：H0=60.6kJmol-1)fC10H8(s)2.1mol雙原子理想氣體，分別經(jīng)下列過(guò)程，由298K、2atm變到1atm。請(qǐng)分別求算W、Q、U、Ho(1)絕熱可逆膨脹；(2)對(duì)抗恒外壓(P=1atm)絕熱膨脹；(3)絕熱自外由膨脹。(答:(1)Q=0，-W=AU=-1108(J),H=-1551(J)(2)Q=0，W=893(J):U=-893(J)，H=-1251(J)(3)Q=W=O,U=0,T2=T,H=0摩爾理想氣體，從狀態(tài)(P、V、T1)經(jīng)下列三個(gè)可逆過(guò)程后，恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。

12、壓力保持恒定，使溫度增加1C；然后保持溫度不變，逐漸改變壓力，使體積恢復(fù)到原來(lái)體積；維持原體積，使溫度降低1C。試在p-V圖上畫(huà)出這三個(gè)過(guò)程的示意圖，并求各步的Q、W、U及4H。(答：(a)W=R；U=C；H=Q=C。V，mpp，mU=0；H=0；W=R(T+1)lnTJ(T+1)oV=0；W=0；Q=AU=-C；H=-C)V，mp，m某鋼性容器的容積為20dm3,其中裝有氫氣，在17C時(shí)，壓力為121590Pa，對(duì)該容器加熱使內(nèi)部壓力升高到607950Pa,求對(duì)氫氣供多少熱量。已知?dú)錃獾腃V=20.92JKmol-1,V，m并假定氫氣為理想氣體。(答：提示：本題為一封閉理想氣體體系恒容過(guò)程。

13、QV=24.48kJ)373K,101325Pa，液態(tài)水的氣化熱為40.67kJmol-1，水氣體積為10.32dm3mol-1,求25C、101325Pa的液態(tài)水變?yōu)?00C、101325Pa的水蒸氣的過(guò)程的Q、W、U、H。(答：提示：按題意整個(gè)過(guò)程可分為簡(jiǎn)單的等壓加熱過(guò)程與等溫等壓可逆相變過(guò)程；分別計(jì)算兩過(guò)程的相應(yīng)的量的總和即為所求。H=Q=46.32kJ,W=1.05kJ,U=45.27kJ)已知在18C、101325PaH2(g)+I2(sL2H【(g)H291=49455JI2(s)在熔點(diǎn)113.5C熔化時(shí)吸熱16736Jmol-1,I2(l)在沸點(diǎn)184.3C、101325Pa下蒸

14、發(fā)吸熱42677Jmol-1,打在113.5C-184.3C間Cm=62.76JKmol-1,求在200CH2(g)+I2(s)2HI(g)的反應(yīng)熱。(答：H473=-15.54kJ)25C,1摩爾Zn溶于稀HCl溶液中，放出151.5kJ的熱量，反應(yīng)器中析出1mol氫氣，求反應(yīng)的內(nèi)能變化及對(duì)外作功。(答：Ho=-154.0kJmol-1；W=2.5kJ)rm若在高山上，登山運(yùn)動(dòng)員的衣服潮濕，這是很不妙的，如不及時(shí)補(bǔ)充食物，人會(huì)受不住的。假如體重為63kg的運(yùn)動(dòng)員，穿的衣服吸水1kg，用冷風(fēng)吹干，運(yùn)動(dòng)員將損失多少熱量。此時(shí)體溫要下降幾度？要保持體溫不變應(yīng)補(bǔ)充葡萄糖多少克？設(shè)高山上水的摩爾蒸發(fā)熱為40.67kJmol-1,運(yùn)動(dòng)員的熱容與水一致75.3Jmol-1K-1。(提示運(yùn)動(dòng)員所穿潮衣要吹干所需熱量全部由運(yùn)動(dòng)員本身供給，因此要保持運(yùn)動(dòng)體溫不下降必需食用能供給同樣熱量的葡萄糖c6h12o6)6126在298k、101325Pa下，石墨、一氧化碳燃燒時(shí)分別放出熱量為394.1和283.0kJ