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第二章热力学第一定律练习题及答案

2020-04-02 来源:星星旅游
第一章热力学第一定律练习题

一、判断题(说法对否):

1.当系统的状态一定时,所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生变化时,所有的状态函数的数值也随之发生变化。

2.在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统,该系统的状态完全确定。

3.一定量的理想气体,当热力学能与温度确定之后,则所有的状态函数也完全确定。

4.系统温度升高则一定从环境吸热,系统温度不变就不与环境换热。5.从同一始态经不同的过程到达同一终态,则的值一般也不相同。

PV = ΔUP与QV都是状态函数。6.因Q = ΔH,Q,所以Q

Q和W的值一般不同,Q + W

7.体积是广度性质的状态函数;在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中,

NaCl的总量成正比。

当温度、压力一定时;系统的体积与系统中水和

8.封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。

9.在101.325kPa下,1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气

可视为理想气体,那么由于过程等温,所以该过程

ΔU = 0。

10.一个系统经历了一个无限小的过程,则此过程是可逆过程。

P,mdT。11.1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃,其ΔH= ∑C

12.因焓是温度、压力的函数,即

H = f(T,p),所以在恒温、恒压下发生相

变时,由于dT = 0,dp = 0,故可得ΔH = 0。

13.因Qp = ΔH,QV = ΔU,所以Qp - QV = ΔH - ΔU = Δ(pV) = -W。14.卡诺循环是可逆循环,当系统经一个卡诺循环后,不仅系统复原了,环境

也会复原。

15.若一个过程中每一步都无限接*衡态,则此过程一定是可逆过程。16.(?U/?V)T = 0 的气体一定是理想气体。17.一定量的理想气体由

0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa)

绝热膨胀达平衡,则末态温度不变。

18.当系统向环境传热(Q < 0)时,系统的热力学能一定减少。

19.在等压下,机械搅拌绝热容器中的液体,使其温度上升,则20.气体经绝热自由膨胀后,因

p= 0。ΔH= Q

Q= 0,W= 0,所以ΔU= 0,气体温度不变。

二、单选题:

1.一定量的理想气体,经如图所示的循环过程,

A→B

为等温过程,B→C等压过程,C→A为绝热过程,那么曲边梯形ACca的面积表示的功等于:(A) B→C的内能变化;(C) C→A的内能变化;

(B) A→B的内能变化;(D) C→B的内能变化。

2.体系的下列各组物理量中都是状态函数的是:(A) T,p,V,Q ; (B) (C) T,p,V,n; (D)

m,Vm,Cp,?V;T,p,U,W。

3.x为状态函数,下列表述中不正确的是:(A)

dx为全微分;

(B) 当状态确定,x的值确定;

x的积分与路经无关,只与始终态有关;(C) ?x= ∫d

(D) 当体系状态变化,x值一定变化。

4.对于内能是体系状态的单值函数概念,错误理解是:(A) 体系处于一定的状态,具有一定的内能

(B) 对应于某一状态,内能只能有一数值不能有两个以上的数值(C) 状态发生变化,内能也一定跟着变化(D) 对应于一个内能值,可以有多个状态

;。

5.理想气体向真空膨胀,当一部分气体进入真空容器后,余下的气体继续膨

胀所做的体积功:(A) W > 0 ; (B) (C) W < 0 ; (D)

W = 0 ;无法计算。

6.在一个绝热刚瓶中,发生一个放热的分子数增加的化学反应,那么:(A)(C)

Q > 0,W > 0,?U > 0 ; (B)Q = 0,W = 0,?U = 0 ; (D)

Q = 0,W = 0,?U < 0 ;Q < 0,W > 0,?U < 0 。

7.对于封闭体系来说,当过程的始态与终态确定后,下列各项中哪一个无确

定值:

(A) Q ; (B) (C) W (当Q = 0 时) ; (D) 8.下述说法中,哪一种不正确:

(A) 焓是体系能与环境进行交换的能量

Q + W ;

Q (当W = 0 时) 。

(B) 焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量(C) 焓是体系状态函数

(D) 焓只有在某些特定条件下,才与体系吸热相等9.在等压下,进行一个反应 A + B

?rHm > 0,则该反应一定是:

(A) 吸热反应; (B) 放热反应; (C) 温度升高; (D) 无法确定。10.一定量的单原子理想气体,从

A 态变化到 B 态,变化过程不知道,

但若 A 态与 B 态两点的压强、体积和温度都已确定,那就可以求出:(A) 气体膨胀所做的功(C) 气体分子的质量

; (B) ; (D)

气体内能的变化热容的大小

11.某高压容器中盛有的气体可能是

3

3

O2、Ar、CO2、NH3中一种,在298K时由

5dm绝热可逆膨胀到6dm,温度降低21K,则容器中的气体是:(A) O

2

; (B) CO

2

; (C) NH

3

; (D) Ar 。

12.下述说法中,哪一种正确:(A)(C)

热容C不是状态函数; (B)恒压热容Cp不是状态函数; (D)

热容C与途径无关;恒容热容CV不是状态函数。

13.热力学第一定律仅适用于什么途径:(A)(C)

同一过程的任何途径同一过程的不可逆途径

; (B) ; (D)

同一过程的可逆途径不同过程的任何途径

;。

14.如图所示,QA→B→C =a (J)、WA→B→C = b (J)、QC→A = c (J) ,那么WA→C等于多少:(A)(C)

a - b + c ; (B)a + b - c ; (D)

-(a + b + c) ;a + b + c 。

15.如图所示,理想气体由状态(A)(C)

1变化到状态2,则该过程的:

T2 > T1,W < 0,Q > 0 ;T2 > T1,W > 0,Q > 0 。

T2 < T1,W < 0,Q < 0 ; (B)T2 < T1,W > 0,Q < 0 ; (D)

16.非理想气体的节流膨胀过程中,下列哪一种描述是正确的:(A)(C)

Q = 0,?H = 0,?p < 0 ; (B)Q > 0,?H = 0,?p < 0 ; (D)

Q = 0,?H < 0,?p < 0 ;Q < 0,?H = 0,?p < 0 。

为:

17.某气体的状态方程服从(A) 大于零; (B) (C) 等于零; (D)

218.反应 C(石墨) + ?O

p(Vm- b) = RT,其中b为常数,则小于零;不能确定。

CO(g),?H(298K) < 0,若将此反应放于一个

恒容绝热容器中进行,则体系:(A)(C)

?T < 0,?U < 0,?H < 0 ; (B)?T > 0,?U > 0,?H > 0 ; (D)

?T > 0,?U = 0,?H > 0 ;?T > 0,?U = 0,?H = 0 。

19.已知反应B → A,B → C的等压反应热分别为?H1与?H2,那么A

的?H3与它们的关系是:

(A) ?H3 = ?H1 + ?H2; (B) (C) ?H3 = ?H2 - ?H1; (D)

?H3 = ?H1 - ?H2;?H3 = 2?H1 - ?H2。

20.下列各式中,不能称为基尔霍夫定律公式的是:(A) ?rHm(T2)=?rHm(T1)+∫?rCp; (B) (C) (?H/?T)p = Cp

; (D) (

?rUm(T2)=?rUm(T1)+∫?rCv ;??rHm/?T)p = ?rCp。

21.计算“反应热效应”时,为了简化运算,常假定反应热效应与温度无关,

其实质是:(A)(C)

状态函数之值与历史无关物质的热容与温度无关

; (B); (D)

物质的热容与状态无关反应前后体系的热容不变

;。

22.如图某循环过程:A→B是绝热不可逆过程;B→C是绝热可逆过程;C→A

是恒温可逆过程,问在

C→A过程中体系与环境交换的热

QC-A:

(A) QC-A > 0 ; (B) QC-A < 0 ;(C) QC-A = 0 ;

(D) 不能确定。

三、填空题

1.反应C(石墨) + O2(g)

2

(g) 的热效应为?rH,问此值为:

?m

2.范德华气体绝热向真空膨胀后,气体的温度将3.一种实际气体,其状态为度

5dm,那么终态

3

pVm = RT + αp(α < 0),该气体经节流膨胀后温

4.1 mol H2(为理想气体)由始态298K、p温度T2 与内能变化?U分别是

5.nmol理想气体由同一始态出发,分别经程压缩到达相同压力的终态,以H1与H2的关系为

(1)等温可逆;(2)绝热可逆两个过

H1和H2分别表示(1)和(2)过程终态的焓值,则。

6.如图,A→B和A→C均为理想气体变化过程,若

AB与?UAC的关系是B、C在同一条绝热线上,那么?U

7.理想气体从同一始态(p1,V1,T1)出发,分别经恒温可逆压缩(T)、

绝热可逆压缩(i)到终态体积为V2时,环境对体系所做功的绝对值比较为:

8.如图,将CuSO4水溶液置于绝热箱中,插入两个铜电极,以蓄电池为电源进行电解,可以看作封闭体系的是

四、计算与证明

1、1 mol 水蒸气(H2O,g)在100℃,101.325kPa下全部凝结成液态水。求过程的功。

2、系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径Wa=-4.157kJ;而途径b的Qb=-0.692kJ。求Wb。

3、始态为25℃,200kPa的5mol某理想气体,经a,b两不同途径到达相同的末态。途径a先经绝热膨胀到-28.57℃,100kPa,步骤的功Wa=-5.57kJ;再恒容加热到压力200kPa的末态,步骤的热Qa=25.42kJ。途径b为恒压加热过程。求途径b的Wb及Qb。

a的Qa=2.078kJ,

4、某理想气体

CV,m

32

R

。今有该气体5mol在恒容下温度升高50℃。求过程

的W,Q,△U和△H。

Cv,m

52R

5、某理想气体

。今有该气体5mol在恒压下温度降低50℃。求过程

的W,Q,△U和△H。

6、2mol某理想气体的Cp = 7R/2。由始态100kPa,50dm,先恒容加热使压力升至200kPa,再恒压冷却使体积缩小至

25dm。求整个过程的W,Q,△U和△H。

3

3

3

7、4mol某理想气体,Cp,m = 5R/2。由始态100kPa,100dm,先恒压加热使体积增大到150dm,再恒容加热使体积增大到△H。

8、已知CO2(g)的Cp,m = [26.75+42.258×10(T/K)-14.25×10(T/K)] J.mol.K求:(1)300K至于800K间CO2(g)的Cp,m;

(2)1kg常压下的CO2(g)从300K恒压加热到800K时所需的Q。

9、单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5 mol,摩尔分数yB=0.4,始态温度T1=400K,压力p1=200kPa。今该混合气体绝热反抗恒外压膨胀到平衡态。求末态温度

T2及过程的W,△U和△H。

2mol,0℃的单

p=100kPa

-3

-6

2

-1

-1

3

150kPa。求过程的W,Q,△U和

10、在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板,隔板的两侧分别为

原子理想气体A及5mol,100℃的双原子理想气体B,两气体的压力均为100kPa。活塞外的压力维持100kPa不变。今将容器内的绝热隔板撤去,使两种气体混合达到平衡态。求末态的温度11、某双原子理想气体

T及过程的W,△U。

1mol从始态350K,200kPa经过如下四个不同过程达到

W。

各自的平衡态,求各过程的功(1)恒温可逆膨胀到50kPa;

(2)恒温反抗50kPa恒外压不可逆膨胀;(3)绝热可逆膨胀到50kPa;

(4)绝热反抗50kPa恒外压不可逆膨胀;

12、5mol双原子理想气体从始态300K,200kPa,先恒温可逆膨胀到压力为50 kPa,再绝热可逆压缩到末态压力

200kPa。求末态温度T及整个过程的Q,W,△U

和△H。

13、已知水(H2O,1)在100℃的饱和蒸气压p=101.325kPa,在此温度、压力下水的摩尔蒸发焓

vap

s

Hm

40.668kJ·mol-1。求在100℃,101.325kPa下使1kgQ,W,△U,△H。设水蒸气适用理想气体状态

水蒸气全部凝结成液体水时的方程式。

14、100kPa下,冰(H2O,s)的熔点为

fus

0℃。在此条件下冰的摩尔熔化焓

Hm

6.012

kJ·mol。已知在-10~0℃范围内过冷水(H2O,1)和冰的摩

Cp,m(H2O,1)=76.28J·mol-1·K-1和Cp,m(H2O,s)

-1

-1

尔定压热容分别为

-1

=37.20J·mol·K。求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。15、已知水(H2O,1)在100℃的摩尔蒸发焓

vap

Hm

40.668kJ·mol-1。水和

水蒸气在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cp,m(H2O,1)=75.75J·mol·K摩尔蒸发焓。

16、应用物理化学手册中有关物质的热化学数据,计算

2CH3OH1

的标准摩尔反应焓,要求:

(1)应用25℃的标准摩尔生成焓数据;(2)应用25℃的标准摩尔生成焓数据。

17、已知25℃甲酸甲酯(HCOOCH3,1)的标准摩尔燃烧焓

c

f

-1-1

-1-1p,mC和(H2O,g)=33.76J·mol·K。求在25℃时水的

25℃时反应2H2O1

O2gHCOOCH31

HmHCOOCH3,1

-1379.07kJ·

mol。

-1Hm为-979.5kJ·mol,

甲酸(HCOOH,1)、甲醇(CH3OH,l)、水(H2O,1)及二氧化碳(CO2,g)的标准摩尔生成焓

f

-1-1-1Hm分别为-424.72kJ·mol,-238.66kJ·mol,-285.83kJ·mol

-1

及-393.509kJ·mol。应用这些数据求25℃时下列反应的标准摩尔反应焓。

HCOOH1

18、已知

CH3OH1

HCOOCH31

H2O1

Cp,m分别为

CH3COOH(g),CH4(g)和CO2(g)的平均摩尔定压热容

-1

-1

-1

-1

-1

-1

52.3J·mol·K,37.7J·mol·K和31.4J·mol·K。试由物理化学手册中

三化合物的标准摩尔生成焓计算1000K时下列反应的

CH4gCOg

CO2g3H2g

r

Hm。

CH3COOHg

19、对于化学反应应用物理化学手册中温度的函数关系:(1)将

r

CH4gH2Og

4种物质在25℃时标准摩尔生成焓数据及摩尔定压热容与

Hm(T)表示成温度的函数关系式;

r

(2)求该反应在1000K时的

Hm。

20. 求证:对理想气体Cp,m – Cv, m = R

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