熱力學(xué)第一定律思考題參考資料

1、律思考題螈01薇可逆過程有哪些特點？羃葿答：可逆過程應(yīng)具備如下特點：狀態(tài)變化時推動力與阻力相差無限小，系統(tǒng)與環(huán)境始終無限接近于平衡態(tài)；可逆過程是無限緩慢進行的，要可逆地實現(xiàn)一個有限的過程，需要無限長的時間；過程中的任何一個中間態(tài)都可以從正、逆兩個方向到達；系統(tǒng)變化一個循環(huán)后， 系統(tǒng)和環(huán)境均恢復(fù)原態(tài)， 變化過程中無任何耗散效應(yīng)；等溫可逆過程中，系統(tǒng)對環(huán)境作最大功，環(huán)境對系統(tǒng)作最小功。芅02膀判斷下列八個過程中，哪些是可逆過程？用摩擦的方法生電房間內(nèi)一杯水蒸發(fā)為水蒸氣水在沸點時變成同溫、同壓的蒸氣用干電池使燈泡發(fā)光對消法測電動勢在等溫等壓下混合 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時變成同溫、同壓的冰腿蒄答:只有(3)、(5)、(8)是可逆過程，其余為不可逆過程罿蒈狀態(tài)固定后狀態(tài)函數(shù)都固定，反之亦然，這說法對嗎?蝕答：對，因為狀態(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，有一個狀態(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莈因為U= 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。 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,對不對？蟻祎答：不對。這是一個等外壓過程，而不是等壓過程，所以？H不等于Qp。絕熱膨脹時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，這時液體的DH= Q ?羄袈不對，因為有機械功，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程的功，都可用公式W= GT計算，那兩種過程的功是否一樣？08蚈T不可能相同，所蒅答：當(dāng)然不一樣，因為從同一始態(tài)出發(fā)，絕熱可逆過程與絕熱不可逆過程不可能到達同一終態(tài), 以做的功也就不同。荿09膈可逆熱機效率最高，那將可逆熱機去開火車一定很快嗎？薃腿答：不，可逆過程是無限緩慢的，要可逆地實現(xiàn)一個有限的過程，需要

4、無限長的時間，故可逆熱機沒有實用價值。實 際過程中用的都是不可逆熱機，不可逆熱機的效率很低。羆10袀在合成氨3H2+ N2 = 2NH反應(yīng)中，實驗測得*和T?溫度下的熱效應(yīng)為 H和f,但用基爾霍夫定律計算所得的熱效 應(yīng)卻與實驗值不符，為什么 ？衿肄答:因為基爾霍夫定律計算的是反應(yīng)進度為1 mol時的熱效應(yīng)，而實驗測的是反應(yīng)達平衡時的熱效應(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在一個絕熱真空箱上刺一個小洞，讓空氣很快進入，當(dāng)兩邊壓力相等時，兩邊溫度是否相同？如不同，是不是與 焦耳實驗矛盾了 ？答：不同，內(nèi)部溫度比外面高。這與焦耳實驗不矛盾，因為兩個實驗所取的系統(tǒng)及其占有的體積不同。在

5、焦耳實驗中，系統(tǒng)是全部氣體，體積是兩個球的空間，系統(tǒng)與環(huán)境沒有功的交換，故最終系統(tǒng)溫度不變。本實驗中，系統(tǒng)是沖入箱內(nèi)的氣體，體積是這些氣體原來占有的體積和真空箱的體積。氣體沖入瓶內(nèi)，體積縮小，環(huán)境對系統(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：該題目本身就有錯誤：氧氣是助燃劑，本身無燃燒焓。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算公式應(yīng)滿足什么條件？答：(1)按反應(yīng)計量方程式，反應(yīng)進度為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)，要分步計算。14請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，否則會導(dǎo)致錯誤結(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程。(5)適用于不作非膨脹功、適用于不作非膨脹功的等容過程。(4)適用于不作非膨脹功、狀態(tài)連續(xù)變化的等壓過程。理想氣體的等溫可逆過程。(6 )適用于不作非膨脹功的等外壓過程。用熱力學(xué)概

7、念判斷下列各過程中功、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)進行非絕熱等壓反應(yīng)。H 2(g)+ Cl 2(g)= 2HCI(g)在絕熱鋼瓶中進行。fc= = = =:非絕熱一1 * 3 4 (4)H 2(g)+ Cl 2(g)= 2HCI(g)在非絕熱鋼瓶中進行。(5)理想氣體經(jīng)Joule-Thomson節(jié)流實驗。(6) 273.15K、標準壓力下水結(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。(1)答：W= 0，因為自由膨脹外壓為零。Q 0，van der Waals氣

8、體分子間有引力。體積增大分子間勢能增加，為了保持溫度不變，必須從環(huán)境吸熱。U0，因為從環(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，放出的氫氣推動活塞，系統(tǒng)反抗外壓對環(huán)境做功。Q 0,反應(yīng)是放熱反應(yīng)。U0，系統(tǒng)既放熱又對外做功，熱力學(xué)能下降。 DH0，因為是在絕熱鋼瓶中發(fā)生的放熱反應(yīng)，氣體分子數(shù)沒有減少，鋼瓶內(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)流過程是一個等焓過程。U= 0，理想氣體的分子間無作

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)流過程是在絕熱管中進行的。W = 0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律,因為Q, 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)對外做功。Q 0，水結(jié)冰的過程是放熱過程，放出凝聚熱。U 0，系統(tǒng)既放熱又對外做功，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,因為是絕熱容器。U = 0，根據(jù)能量守恒定律，因為功、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是強度性質(zhì)。在一定條件下廣度性質(zhì)和強度性質(zhì)可以轉(zhuǎn)化。答：其變化值都為零。因為熱力學(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，不論經(jīng)過怎樣的循環(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)不同過程中 W Q DU和DH的計算。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-