熱力學(xué)第一定律思考題參考資料

1、律思考題螈01薇可逆過(guò)程有哪些特點(diǎn)？羃葿答：可逆過(guò)程應(yīng)具備如下特點(diǎn)：狀態(tài)變化時(shí)推動(dòng)力與阻力相差無(wú)限小，系統(tǒng)與環(huán)境始終無(wú)限接近于平衡態(tài)；可逆過(guò)程是無(wú)限緩慢進(jìn)行的，要可逆地實(shí)現(xiàn)一個(gè)有限的過(guò)程，需要無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間；過(guò)程中的任何一個(gè)中間態(tài)都可以從正、逆兩個(gè)方向到達(dá)；系統(tǒng)變化一個(gè)循環(huán)后， 系統(tǒng)和環(huán)境均恢復(fù)原態(tài)， 變化過(guò)程中無(wú)任何耗散效應(yīng)；等溫可逆過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作最大功，環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作最小功。芅02膀判斷下列八個(gè)過(guò)程中，哪些是可逆過(guò)程？用摩擦的方法生電房間內(nèi)一杯水蒸發(fā)為水蒸氣水在沸點(diǎn)時(shí)變成同溫、同壓的蒸氣用干電池使燈泡發(fā)光對(duì)消法測(cè)電動(dòng)勢(shì)在等溫等壓下混合 N2 (g )和02 (g)恒溫下將1mol水傾入大

2、量溶液中，溶液濃度未變水在冰點(diǎn)時(shí)變成同溫、同壓的冰腿蒄答:只有(3)、(5)、(8)是可逆過(guò)程，其余為不可逆過(guò)程罿蒈狀態(tài)固定后狀態(tài)函數(shù)都固定，反之亦然，這說(shuō)法對(duì)嗎?蝕答：對(duì)，因?yàn)闋顟B(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。襖04螂狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變 ？蒀肅答：不對(duì)，有一個(gè)狀態(tài)函數(shù)變了，狀態(tài)也就變了，但并不是所有的狀態(tài)函數(shù)都得變。賺05莈因?yàn)閁= Q, DH= Q,所以Q、Q是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)。蒞羈答：不對(duì)。 U, H本身僅是狀態(tài)函數(shù)的改變量，在特定條件下與Qv, Qp的數(shù)值相等，所以 Qv、Qp不是狀態(tài)函數(shù),也不是狀態(tài)函數(shù)的改變量。蒄06肀氣缸內(nèi)有一定量理想氣體，反抗一定外壓作絕熱膨脹，則DH=

3、 Qp= 0,對(duì)不對(duì)？蟻祎答：不對(duì)。這是一個(gè)等外壓過(guò)程，而不是等壓過(guò)程，所以？H不等于Qp。絕熱膨脹時(shí)Q = 0,而不是Qp = 0膈07羋在等壓下用攪拌器快速攪拌液體，使其溫度升高，這時(shí)液體的DH= Q ?羄袈不對(duì)，因?yàn)橛袡C(jī)械功，Wf工0，所以H工Qp。肅薂理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過(guò)程的功，都可用公式W= GT計(jì)算，那兩種過(guò)程的功是否一樣？08蚈T不可能相同，所蒅答：當(dāng)然不一樣，因?yàn)閺耐皇紤B(tài)出發(fā)，絕熱可逆過(guò)程與絕熱不可逆過(guò)程不可能到達(dá)同一終態(tài), 以做的功也就不同。荿09膈可逆熱機(jī)效率最高，那將可逆熱機(jī)去開火車一定很快嗎？薃腿答：不，可逆過(guò)程是無(wú)限緩慢的，要可逆地實(shí)現(xiàn)一個(gè)有限的過(guò)程，需要

4、無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間，故可逆熱機(jī)沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。實(shí) 際過(guò)程中用的都是不可逆熱機(jī)，不可逆熱機(jī)的效率很低。羆10袀在合成氨3H2+ N2 = 2NH反應(yīng)中，實(shí)驗(yàn)測(cè)得*和T?溫度下的熱效應(yīng)為 H和f,但用基爾霍夫定律計(jì)算所得的熱效 應(yīng)卻與實(shí)驗(yàn)值不符，為什么 ？衿肄答:因?yàn)榛鶢柣舴蚨捎?jì)算的是反應(yīng)進(jìn)度為1 mol時(shí)的熱效應(yīng)，而實(shí)驗(yàn)測(cè)的是反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)的熱效應(yīng)，兩者發(fā)生反應(yīng)物質(zhì)的量不同，所以熱效應(yīng)也不同。11在一個(gè)絕熱真空箱上刺一個(gè)小洞，讓空氣很快進(jìn)入，當(dāng)兩邊壓力相等時(shí)，兩邊溫度是否相同？如不同，是不是與 焦耳實(shí)驗(yàn)矛盾了 ？答：不同，內(nèi)部溫度比外面高。這與焦耳實(shí)驗(yàn)不矛盾，因?yàn)閮蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)所取的系統(tǒng)及其占有的體積不同。在

5、焦耳實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)是全部氣體，體積是兩個(gè)球的空間，系統(tǒng)與環(huán)境沒(méi)有功的交換，故最終系統(tǒng)溫度不變。本實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)是沖入箱內(nèi)的氣體，體積是這些氣體原來(lái)占有的體積和真空箱的體積。氣體沖入瓶?jī)?nèi)，體積縮小，環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作了功，故系統(tǒng)溫 度升高。12水蒸氣的生成焓等于氫氣的燃燒焓還是氧氣的燃燒焓?答：該題目本身就有錯(cuò)誤：氧氣是助燃劑，本身無(wú)燃燒焓。按照定義，氫氣燃燒的最終產(chǎn)物是水而不是水蒸氣。所以，水蒸氣的生成焓應(yīng)該等于液態(tài)水的生成焓加上水的氣化焓,即氫氣的燃燒焓加上水的氣化焓。13使用基爾霍夫定律計(jì)算公式應(yīng)滿足什么條件？答：(1)按反應(yīng)計(jì)量方程式，反應(yīng)進(jìn)度為1 mol。參加反應(yīng)物質(zhì)的種類和相態(tài)在該溫度區(qū)間內(nèi)不

6、發(fā)生變化。如果有相態(tài)變化，則積分不連續(xù)，要分步計(jì)算。14請(qǐng)指出所列公式的適用條件：(1) H = U + pV(2)H = QpU = QvH = CpdTW =nRTln( V2/V)W =p V答：熱力學(xué)中公式較多，但都有適用條件，不能隨便使用，否則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論。上述所列公式只適用于封閉系統(tǒng)和熱 力學(xué)平衡態(tài)。(1) H=U+pV是定義式，適用于任何處于熱力學(xué)平衡態(tài)的封閉系統(tǒng)。(2)適用于不作非膨脹功的等壓過(guò)程。(5)適用于不作非膨脹功、適用于不作非膨脹功的等容過(guò)程。(4)適用于不作非膨脹功、狀態(tài)連續(xù)變化的等壓過(guò)程。理想氣體的等溫可逆過(guò)程。(6 )適用于不作非膨脹功的等外壓過(guò)程。用熱力學(xué)概

7、念判斷下列各過(guò)程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。van der Waals氣體等溫自由膨脹15a+2HClZn(s)+ 2HCI(I)= ZnCI2 + H 2(g)進(jìn)行非絕熱等壓反應(yīng)。H 2(g)+ Cl 2(g)= 2HCI(g)在絕熱鋼瓶中進(jìn)行。fc= = = =:非絕熱一1 * 3 4 (4)H 2(g)+ Cl 2(g)= 2HCI(g)在非絕熱鋼瓶中進(jìn)行。(5)理想氣體經(jīng)Joule-Thomson節(jié)流實(shí)驗(yàn)。(6) 273.15K、標(biāo)準(zhǔn)壓力下水結(jié)成冰。(7)氫氣和氧氣在絕熱鋼瓶中爆鳴生成水，電火花能量不計(jì)。(1)答：W= 0，因?yàn)樽杂膳蛎浲鈮簽榱?。Q 0，van der Waals氣

8、體分子間有引力。體積增大分子間勢(shì)能增加，為了保持溫度不變，必須從環(huán)境吸熱。U0，因?yàn)閺沫h(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加。，根據(jù)焓的定義式可判斷焓值是增加的答：W 0，放出的氫氣推動(dòng)活塞，系統(tǒng)反抗外壓對(duì)環(huán)境做功。Q 0,反應(yīng)是放熱反應(yīng)。U0，系統(tǒng)既放熱又對(duì)外做功，熱力學(xué)能下降。 DH0，因?yàn)槭窃诮^熱鋼瓶中發(fā)生的放熱反應(yīng)，氣體分子數(shù)沒(méi)有減少，鋼瓶?jī)?nèi)溫度升高壓力也增高。答：W=0,剛性容器中的反應(yīng)是恒容反應(yīng)，膨脹功為零。Q 0，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而鋼瓶又不絕熱。U0，系統(tǒng)放熱后熱力學(xué)能下降。H0,反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相同，H= U。答：H = 0，節(jié)流過(guò)程是一個(gè)等焓過(guò)程。U= 0，理想氣體的分子間無(wú)作

9、用力，節(jié)流膨脹后溫度不變，而理想氣體的熱力學(xué)能只是溫度的函數(shù)，所以熱力學(xué)能不變。Q = 0，節(jié)流過(guò)程是在絕熱管中進(jìn)行的。W = 0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律,因?yàn)镼, U都等于零，所以 W也等于零。答：W 0，水結(jié)成冰，體積增大，系統(tǒng)對(duì)外做功。Q 0，水結(jié)冰的過(guò)程是放熱過(guò)程，放出凝聚熱。U 0，系統(tǒng)既放熱又對(duì)外做功，熱力學(xué)能下降。H0，焓變等于相變熱，水結(jié)冰是放熱的。答：W = 0，在剛性容器中是恒容反應(yīng)，膨脹功為零。Q = 0,因?yàn)槭墙^熱容器。U = 0，根據(jù)能量守恒定律，因?yàn)楣?、熱都等于零，所以熱力學(xué)能保持不變。H 下列狀態(tài)函數(shù)中，哪些是廣度性質(zhì)？哪些是強(qiáng)度性質(zhì)?壓力、溫度、體積、熱力學(xué)能、焓、

10、Gibbs自由能、熵、Helmholtz自由能、粘度、密度、質(zhì)量、等壓熱容、等容熱容、摩爾熱力學(xué)能、摩爾焓、摩爾熵、摩爾Gibbs自由能、摩爾 Helmholtz自由能等。答： V、U、H、S、G、A、m、Cp、17CV是廣度性質(zhì)；p、T、？、Um、Hm、Sm、Gm、Am是強(qiáng)度性質(zhì)。在一定條件下廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)可以轉(zhuǎn)化。答：其變化值都為零。因?yàn)闊崃W(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，不論經(jīng)過(guò)怎樣的循環(huán)，其值都保持不變。這就是：周而復(fù)始，數(shù) 值還原。19總結(jié)不同過(guò)程中 W Q DU和DH的計(jì)算。第一定律為 DU = Q + W，設(shè)不作非膨脹功。(1)理想氣體自由膨脹，理想氣體等溫可逆，理想氣體等容可逆，理想氣體絕熱可逆，等溫等壓可逆相變。答:WQUH0000n RTI n(V2/Vi)=W000Cv dT=QCpdTCv(T2-