物化題—熱力學第一定律與熱化學

1、第一章熱力學第一定律與熱化學一、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。但由于人類對物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還不完全清楚，故內(nèi)能絕對值是無法得知的，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可逆過程的特點是什么？為什么要介紹可逆過程？可逆過程的特點有三個：體系從始態(tài)到終態(tài)，過程是以無限接近平衡狀態(tài)下進行的；循與過程原來途徑相反方向進行，體系與環(huán)境完全恢復(fù)原來狀態(tài)；在可逆過程中，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，定壓過程；后者

2、：封閉體系，平衡態(tài)，不作非體積功的定容過程。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程。W=pAV答：封閉體系，平衡態(tài)，不作非體積功，定外壓過程。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，理想氣體的絕熱過程。3.判斷下列說法是否正確：狀態(tài)固定后，狀態(tài)函數(shù)都固定，反之亦然。(對)狀態(tài)函數(shù)改變后，狀態(tài)一定改變。(對)狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變。(錯)因為U=Q，H=Qv，所以Q、Qv是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)。(錯)pVpV若理想氣體反抗1個大氣壓作絕熱膨脹，貝仏H=Q

3、p=0。(錯，這是一個定外壓過程，不是定壓過程。)理想氣體絕熱變化過程中，W不可逆=-T，W可逆=-.T，所以W不可逆=W可逆。(錯，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同一終態(tài)?？赡孢^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無熱量交換。(錯，環(huán)境與體系可以有溫差存在，如液體的氣化過程；)根據(jù)熱力學第一定律，因為能量不能無中生有，所以一個體系若要對外作功，必須自外界吸收熱量。(錯，可降低自身內(nèi)能。)回答下列問題夏天將室內(nèi)電冰箱門打開，接通電源并緊閉門窗(設(shè)墻壁門窗均不傳熱)，能否使室內(nèi)溫度降低？為什么？不能，該情況相當于一個絕熱

4、體系中作電功，電機發(fā)熱只能使室溫升高。Zn和稀H2SO4作用，(a)在開口瓶中進行，(b)在閉口瓶中進行。何者放熱較多？為什么？閉口瓶放出熱量較多，因為Zn(s)+H2SO4=ZnSO4+電(g),Qp=QV+AnRT,n=1,Q和QV均為負值。pV用1:3的N2和H2在反應(yīng)條件下合成氨，實驗測得在-和T2時放出的熱量分別為Q,和Q2，用基爾霍夫定律驗證時發(fā)現(xiàn)與公式不符，試解釋原因。p1p2(3)用基爾霍夫公式計算的反應(yīng)熱是按計量系數(shù)完全進行到底的反應(yīng)熱效應(yīng)，實驗測得的反應(yīng)熱是反應(yīng)達平衡時放出的熱量，所以二者不符。6什么是熱力學的平衡態(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間而變化)；力平衡(體系各部分之間沒有不平衡的力存在，當不考慮重力場影響的情況下，是指體系內(nèi)各個部分壓力都相等)；相平衡(多相體系中，各相之間宏觀上沒有物質(zhì)的轉(zhuǎn)移)；化學平衡(達化學平衡后體系內(nèi)的組成不再隨時間而變化)。7什么是熱力學過程，途徑，我們討論哪些熱力學過程。8什么是狀態(tài)函數(shù)，它的特點是什么？二、選擇題TOC o 1-5 h z1熱力學狀態(tài)和熱力學狀態(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；(d)a、b都不對 HYPERLINK l bookmark12熱力學公式U=CV

6、(T2-T1)適用于(d)(a)理想氣體絕熱可逆過程；(b)理想氣體絕熱不可逆過程；(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)都達到體積V2，則此二過程做的功的絕對值應(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)無確定關(guān)系；(e)定溫功小于等于絕熱功；化學反應(yīng)在只做體積功的定溫定壓條件下，若從反應(yīng)物開始進行反應(yīng)，則此過程為(c)(a)是熱力學可逆過程；(b)是熱力學不可逆過程；(c)是否可逆不能確定；(d)是不能進行的過程。下列物理量中哪些強度量？(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)過恒壓過程，則(a)(a)H=Q(b)HQ(c)H=Q(d)不能確定 HYPERLINK l bookmark24ppp由焦耳實驗的結(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、填空題測定物質(zhì)燃燒熱一般是在氧彈式量熱計中進行，反應(yīng)的熱效應(yīng)為QV，由H(燃燒)=QV+AnRT計算得來，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1摩爾理想氣體在一個封閉容器中進行絕熱可逆膨脹時，體系的溫度下降。體系在定容條件下從環(huán)境中

9、吸收熱量全部用來增加體系的內(nèi)能。已知反應(yīng)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)在298K時定容反應(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)用時必須遵守的條件封閉體系、定壓過程、不做非體積功。體系的性質(zhì)分為強度性質(zhì)和廣延性質(zhì)。273K，101325Pa下1摩爾固體冰融化為水時的Q0：WV0：U0。與環(huán)境之間有物質(zhì)和能量交換的體系稱為_敝開體系_。四、是非題1因為=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)過程在熱力學

10、上都是不可逆的。()體系狀態(tài)發(fā)生變化后，至少有一個狀態(tài)函數(shù)要發(fā)生變化()4任一何循環(huán)過程必定是可逆過程。因為=,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，對外作功，這不符合熱力學第一定律()在一個絕熱剛性容器中進行一個放熱反應(yīng)，則()化學中的可逆過程就是熱力學中的可逆過程理想氣體的內(nèi)能和焓只是溫度的函數(shù)，與體系的體積、壓力無關(guān).，因為是狀態(tài)函數(shù)，所以也是狀態(tài)函數(shù)五、計算題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標準生成熱。(答：1.H=-5139kJ：H0=60.6kJmol-1)fC10H8(s)2.1mol雙原子理想氣體，分別經(jīng)下列過程，由298K、2atm變到1atm。請分別求算W、Q、U、Ho(1)絕熱可逆膨脹；(2)對抗恒外壓(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)下列三個可逆過程后，恢復(fù)到原來狀態(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)到原來體積；維持原體積，使溫度降低1C。試在p-V圖上畫出這三個過程的示意圖，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，壓力為121590Pa，對該容器加熱使內(nèi)部壓力升高到607950Pa,求對氫氣供多少熱量。已知氫氣的CV=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的水蒸氣的過程的Q、W、U、H。(答：提示：按題意整個過程可分為簡單的等壓加熱過程與等溫等壓可逆相變過程；分別計算兩過程的相應(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113.5C熔化時吸熱16736Jmol-1,I2(l)在沸點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)能變化及對外作功。(答：Ho=-154.0kJmol-1；W=2.5kJ)rm若在高山上，登山運動員的衣服潮濕，這是很不妙的，如不及時補充食物，人會受不住的。假如體重為63kg的運動員，穿的衣服吸水1kg，用冷風吹干，運動員將損失多少熱量。此時體溫要下降幾度？要保持體溫不變應(yīng)補充葡萄糖多少克？設(shè)高山上水的摩爾蒸發(fā)熱為40.67kJmol-1,運動員的熱容與水一致75.3Jmol-1K-1。(提示運動員所穿潮衣要吹干所需熱量全部由運動員本身供給，因此要保持運動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、一氧化碳燃燒時分別放出熱量為394.1和283.0kJ