1 练习题 热力学第一定律(2)

2021-09-24 17:31

2、公式H=U+PV中H > U,发生一状态变化后有ΔH =ΔU +Δ(PV),此时ΔH >ΔU吗?为

什么? 答:不一定。因为Δ(PV)可以为零、正数和负数。

3、ΔH = Qp , ΔU = Qv两式的适用条件是什么?答:ΔH = Qp此式适用条件是:封闭系等压非体积功为零的体系。ΔU = Qv此式适用条件是:封闭系等容非体积功为零的体系。

(1)状态确定后,状态函数的值即被确定。答:对。

(2)状态改变后,状态函数值一定要改变。答:不对。如:理想气体等温膨胀过程,U和H的值就不变化。(3)有一个状态函数值发生了变化,状态一定要发生变化。 答:对。

4、 想气体绝热向真空膨胀,ΔU=0,ΔH=0对吗?答:对。因理想气体绝热向真空膨胀过程

是一等温过程。

5、恒压、无相变的单组分封闭体系的焓值当温度升高时是增加、减少还是不变?答:增加。

6、当体系将热量传递给环境后,体系的焓值是增加、不变还是不一定改变?答:不一定改变。

7、等温等压进行的某化学反应,实验测得T1和T2时的热效应分别为ΔrH1和ΔrH2,用基尔霍夫公式验证时,发现数据不相等。为什么?解:用基尔霍夫公式计算的ΔrHm,1和ΔrHm,2是反应物完全变成产物时的值。而ΔrH1和ΔrH2是该化学反应达到平衡时实验测得的值。

8、“功、热与内能均是能量,所以它们的性质相同”这句话正确否?

答:不正确。虽然功、热与内能都有能量的量纲,但在性质上不同,内能是体系的本身性质,是状态函数。而热与功是体系与环境间交换的能量,是与热力学过程相联系的过程量。功与热是被“交换”或“传递”中的能量,不是体系本身的性质,不是状态函数,与内能性质不同。热与功也有区别,热是微粒无序运动而传递的能量,功是微粒有序运动而传递的能量。

9、 为什么本教材中热力学第一定律表达式是:ΔU=Q+W,而有些书中采用ΔU=Q-W,两者是否有矛盾,为什么?

答:因为本教材规定:体系吸热为正,放热为负;体系对外作功,W为负值,环境对体系作功,W为正值,总的来说,体系在过程中得到能量为正,失去能量为负。在这个规定下,要满足能量守衡原理,则必须是体系吸的热加上环境对体系作的功后,才等于体系内能的变化值,所以是ΔU=Q+W。而有些书上,功的符号与上述规定相反,(体系向环境做功,W 为正值,环境向体系做功,W 为负值),则就是ΔU=Q-W。

10、一体系由A态到B态,沿途径Ⅰ放热 100J,对体系作功 50J。问(1)由A态沿途径Ⅱ到B态体系作功 80J,其Q值为多少?(2) 如体系由B态沿途径Ⅲ回到A态得50J功,体系吸热环是放热?Q为多少?

答:(1) ΔUA→B=-100+50=-50J Q=ΔUA→B-W=-50-(-80)=30J

(2) ΔUB→A=-ΔUA→B=50J Q=ΔUB→A-W=50-50=0

体系不吸热也放热

11、已知体系的状态方程式F(T,p,V)=0,由U=f(T,V)写出当压力不变时气体的内能对温度的变化率的表达式。

答:dU=(ЭU/ЭT)VdT+(ЭU/ЭV)TdV压力不变时,除以dT:(ЭU/ЭT)p=(ЭU/ЭT)V+(ЭU/ЭV)T(ЭV/ЭT)p

12、为什么无非体积功的等压过程的热,只决定于体系的初、终态?

答:因为无其它功的等压过程中Qp=ΔH,而 ΔH 是体系状态函数的改变值,其大小只决定于体系的始终态,所以在无其它功的等压过程 Qp 大小只决定于初终态。

13、“因 ΔH=Qp,所以只有等压过程才有 ΔH。”这句话是否正确?

答:不正确。H是状态函数,H=U+pV,凡是体系状态发生变化,不管经过什么过程,体系的焓值都可能变化,即 ΔH 有可能不等于零。

14、因为“ΔH=Qp,所以Qp 也具有状态函数的性质”对吗?为什么?

答:不对,ΔH=Qp,只说明Qp 等于状态函数H的变化值 ΔH,仅是数值上相等,并不意味着Qp 具有状态函数的性质。ΔH=Qp 只能说在恒压而不做非体积功的特定条件下,Qp 的数值等于体系状态函数 H 的改变,而不能认为 Qp 也是状态函数。

15、试证明在无非体积功的等容过程中体系的ΔU=QV。

证明:ΔU=Q+W 等容时 ΔV=0,又无其它功,W=0 ∴ ΔU=QV

16、为什么对于理想气体,公式ΔU=nCV,mdT 可用来计算任一过程的ΔU,并不受定容条件的限制?答:因为对理想气体,U=f(T),内能仅是温度的函数,从始态出发,不论经什么过程,达到不同的终态,只要始终态温度分别相同,ΔU 就一定相同。所以公式ΔU=CV,mdT并不受定容条件的限制。

恒容过程ΔU1=?CV,mdT 两者终态的温度相同

恒压过程 ΔU2=ΔU1+ΔU3 ∴ ΔU3=0 ∴ ΔU2=ΔU1=CV,mdp 即 1mol理想气体不论什么过程,只要变到相同温度的终态其ΔU 总是等于CV,mdT

17、为什么理想气体常数R在数值上等于1mol理想气体升高1K时所作的等压体积功? 答:W=-p外ΔV=-p(V2-V1)=-nR(T2-T1) 当 n=1mol T2-T1=1K 时 W=R

18、体系中有100克N2,完全转化成NH3,如按计量方程式N2+3H2→2NH3,Δξ=?,如按计量方程式?N2+?H2—→NH3,Δξ=?,如反应前体系中N2的物质的量n(N2)=10mol,分别按上述二计量方程式所得的Δξ计算反应后的 n'(N2)=?

答:nN2(0)=100/28=3.57mol nN2(ξ)=0

Δξ1=[nN2(ξ)-nN2(0)]/νB=(0-3.57)/(-1)=3.57mol

Δξ2=(0-3.57)/(-1/2)=7.14mol

公式:nB(ξ)=nB(0)+νBΔξ nB(0)=10mol

按方程式:N2+3H2→2NH3, nN2(3.57)=10-(-1)×3.57=6.43mol

按方程式:?N2+?H2→NH3, n'N2(7.14)=10-(-1/2)×7.14=6.43mol

两者结果相同。

19、根据Qp,m=QV,m+∑νB(g)RT,Qp,m 一定大于QV,m 吗?为什么?举例说明。

答:Qp,m 不一定大于QV,m,其大小比较取决于 ∑νB(g) 的符号,若∑νB(g)>0, 则 Qp,m> QV,m,但若 ∑νB(g)<0, Qp,m<QV,m

例如:H2(g)+?O2(g)—→H2O(l)

ΔHm=Qp=-285.9 kJ·mol-1 ∑νB(g)=-1.5<0

QV,m=Qp,m-∑νB(g)RT=-285.8×103+1.5×8.314×298=-282 kJ·mol-1 Qp,m<QV,m

又例如:Zn(s)+H2SO4(aq)—→ZnSO4(aq)+H2(g)↑

Qp,m=-177.9 kJ·mol-1 ∑νB(g)=1>0

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