第二章-热力学第一定律

淮阴师范学院《物理化学》练习题与参考答案1第二章热力学第一定律练习题一、选择题1.恒容下，一定量的理想气体，当温度升高时内能将()(A)降低(B)增加(C)不变(D)增加、减少不能确定2.在一刚性的绝热箱中，隔板两边均充满空气，(视为理想气体)，只是两边压力不等，已知P右P左，则将隔板抽去后应有：()(A)Q=0W=0△U=0(B)Q=0W0△U0(C)Q0W0△U0(D)△U=0,Q＝W≠03.有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外相等时关闭活塞，此时筒内温度将()(A)不变(B)升高(C)降低(D)无法判定4.封闭体系从A态变B态，可以沿两条等温途径:（甲）可逆途径（乙）不可逆途径则下列关系式:⑴△U可逆△U不可逆⑵׀W可逆׀׀W不可逆׀⑶Q可逆Q不可逆⑷(Q可逆-W可逆)(Q不可逆-W不可逆)正确的是()(A)(1),(2)(B)(2),(3)(C)(3),(4)(D)(1),(4)5.1mol单原子理想气体从298K，202.65kPa经历①等温②绝热③等压三条途径可逆膨胀使体积增加到原来的2倍，所作的功分别为W1,W2,W3，三者的关系绝对值是:()(A)׀W1׀׀W2׀׀W3׀(B)׀W2׀׀W1׀׀W3׀(C)׀W3׀׀W2׀׀W1׀(D)׀W3׀׀W1׀׀W2׀6.凡是在孤立体系中进行的变化，其△U和△H的值一定是:()(A)△U0,△H0(B)△U=0,△H=0(C)△U0,△H0(D)△U=0,△H大于、小于或等于零不确定7.对于下列的四种表述(1)因为△H=Qp，所以只有等压过程才有△H(2)因为△H=Qp，所以Qp也具有状态焓数的性质(3)公式△H=Qp只适用于封闭体系(4)对于封闭体系经历一个不作其它功的等压过程，其热量只决定于体系的始态和终态。上述诸结论中正确的是：()(A)(1)(4)(B)(3)(4)(C)(2)(3)(D)(1)(2)8.△H=Qp此式适用于下列那个过程()(A)理想气体从1013250Pa反抗恒定的101325Pa膨胀到101325Pa(B)0℃,101325Pa下冰融化成水淮阴师范学院《物理化学》练习题与参考答案2(C)电解CuSO4水溶液(D)气体从(298K,101325Pa)可逆变化到(373K,10132.5Pa)9.理想气体从同一始态(P1,V1)出发，经等温可逆压缩或绝热可逆压缩，使其终态均达到体积为V2，此二过程做的功的绝对值应是：()(A)恒温功小于绝热功(B)恒温功等于绝热功(C)恒温功大于绝热功(D)无法确定关系10.某理想气体的γ=Cp/CV=1.40,则该气体为几原子分子气体?()(A)单原子分子气体(B)双原子分子气体(C)三原子分子气体(D)四原子分子气体11.对于理想气体下述结论中正确的是()(A)(∂H/∂T)v=0(∂H/∂V)T=0(B)(∂H/∂T)p=0(∂H/∂P)T=0(C)(∂H/∂T)p=0(∂H/∂V)T=0(D)(∂H/∂V)T=0(∂H/∂P)T=012.1mol单原子理想气体，从273K，202.65kPa经PT=常数的可逆途径压缩到405.3kPa的终态，该气体的△U为()(A)1702J(B)-406.8J(C)406.8J(D)-1702J13.当以5molH2气与4molCl2气混合，最后生成2molHCl气。若以下式为基本单元，则反应进度ξ应是：H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)()(A)1mol(B)2mol(C)4mol(D)5mol14.恒压下,无相变的单组分封闭体系的焓值随温度的升高而:()(A)增加(B)减少(C)不变(D)不一定15.欲测定有机物燃烧热Qp,一般使反应在氧弹中进行,实测得热效应为QV。由公式得：Qp=QV+ΔnRT=QV+pΔV,式中p应为何值?()(A)氧弹中氧气压力(B)钢瓶中氧气压力(C)p(D)实验室大气压力16.戊烷的标准摩尔燃烧焓是-3520kJ·mol-1,CO2(g)和H2O(l)的标准摩尔生成焓分别是-395kJ·mol-1和-286kJ·mol-1，则戊烷的标准摩尔生成焓为：()(A)2839kJ·mol-1(B)-2839kJ·mol-1(C)171kJ·mol-1(D)-171kJ·mol-1二、填空题1.对于任何宏观物质，其焓H一定内能U，(填上＞、＜、＝)因为；对于等温理想气体反应，分子数增多的△H一定△U，因为。2.选择“＞”，“＜”，“＝”中的一个填入下列空格：理想气体恒温可逆压缩。3.实际气体符合理想气体行为的条件是在温度时，该气体的[∂(PV)/∂P]T,P→0的值淮阴师范学院《物理化学》练习题与参考答案3应等于。4.在横线上填上＞、＜、＝或？（？代表不能确定）氢气和氯气在绝热刚性容器中反应，则:(A)W0(B)△U0(C)△H0(D)△HQ5.在一绝热刚性容器中进行某一化学反应，该体系的内能变化为，焓变化为。6.300K时将2molZn片溶于过量的稀硫酸中，若反应在敞口容器中进行时放热Qp，在封闭刚性容器中进行时放热Qv，则Qv-Qp=J。7.已知反应2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)在298K时恒容反应热Qv=-564kJ.mol-1，则H2(g)在298K时标准摩尔燃烧焓:△cHm=kJ.mol-1。8.300K时0.125mol正庚烷（液体）在弹式量热计中完全燃烧，放热602kJ，反应C7H16(l)+11O2(g)=7CO2(g)+8H2O(l)的△rUm=，△rHm=。(RT≈2.5kJ)9.当一个化学反应的等于零时，该反应的热效应就不受温度影响。10.从统计热力学观点看，功的微观本质是。热的微观本质是。11．10mol单原子分子理想气体的(∂H/∂T)V=J·K-1。三、计算题1.1mol单原子理想气体，初始状态为25℃，101325Pa经历△U=0的可逆变化后，体积为初始状态的2倍。请计算Q,W和△H.2.已知氢的Cp,m={29.07-0.836×10-3(T/K)+20.1×10-7(T/K)2J.K　-1.mol-1(1)求恒压下1mol氢的温度从300K上升到1000K时需要多少热量？(2)若在恒容下需要多少热量？求在这个温度范围内氢的平均恒压摩尔热容。3.设有压力为pӨ、温度为293K的理想气体3dm3，在等压下加热，直到最后的温度为353K为止。计算过程的W、ΔU、ΔH和Q。已知该气体的等压热容为Cp,m=(27.28+3.26×10-3T)J·K-1·mol-1。4.5mol某理想气体(Cp,m=29.10JK-1mol-1)，由始态(400K，200kPa)分别经下列不同过程变到该过程所指定的终态。试分别计算各过程的Q、W、ΔU、ΔH。(1)等容加热到600K；(2)等压冷却到300K；(3)淮阴师范学院《物理化学》练习题与参考答案4对抗恒外压PΘ绝热膨胀到PΘ；(4)绝热可逆膨胀到PΘ.。5.25℃时，活塞桶中放有100gN2，当外压为3039.75kPa时处于平衡，若压力骤减到1013.25kPa，气体绝热膨胀，试计算体系的最后温度、△U、△H。假定N2是理想气体，且Cv,m(N2)=20.71J.K-1.mol-16.(1)已知下列物质的燃烧热值为：ΔcHm(298K)[H2(g)]=-241.8kJ·mol-1ΔcHm(298K)[C6H6(g)]=-3168kJ·mol-1ΔcHm(298K)[C6H12(g)]=-3689kJ·mol-1计算反应：C6H6(g)+3H2(g)=C6H12(g)的ΔrHm(298K)。(2)已知各物质的摩尔热容为：Cp[C6H6(g)]=[11.7+0.247(T/K)]J·K-1·mol-1Cp[C6H12(g)]=[10.9+0.401(T/K)]J·K-1·mol-1Cp[H2(g)]=28.9J·K-1·mol-1求125℃时上述反应的ΔrHm。7.称取0.727克的D-核糖C4H9O4CHO放在一量热计中，用过量的O2燃烧，量热计的温度由298K升高0.910K，用同一仪器再做一次实验，使0.858克苯甲酸燃烧，升温1.940K，计算该D-核糖的摩尔燃烧内能、摩尔燃烧焓，及D-核糖的摩尔生成焓。已知:苯甲酸的摩尔燃烧内能△cUm为－3251kJ.mol-1，液态水和CO2(g)的摩尔生成焓分别为-285.8kJ.mol-1和-393.5kJ.mol-1。四、证明题1.证明对理想气体有：(∂Cv/∂V)T=0；(∂Cp/∂P)T=02.试用有关数学原理，证明下列各关系式：（A）(∂U/∂V)p=Cp(∂T/∂V)p-P；（B）(∂U/∂P)v=Cv(∂T/∂P)v3.已知：α=(1/V)(∂V/∂T)pκ=(-1/V)(∂V/∂p)T,证明：(∂U/∂p)V=CVκ/α4.由热力学第一定律δQ=dU+PdV，并且内能是状态函数，证明热不是状态函数（提示：即证明δQ不是全微分）。淮阴师范学院《物理化学》练习题与参考答案5第二章热力学第一定律参考答案一、选择题1.[答](B)2.[答](A)3.[答](C)4.[答](B)5.[答](D)6.[答](D)7.[答](B)8.[答](B)9.[答](C)10.[答](B)11.[答](D)12.[答](D)13.[答](A)14.[答](A)15.[答](D)16.[答](D)二、填空题：1.大于，H=U+PV；大于，△H=△U+(△n)RT，而△n为正。2.△U=0，△H=0。3.波义耳(Boyle's)，零。4.(A)W=0(B)△U=0(C)△H0(D)△HQ5.0，P2V2-P1V1。6.△nRT=-4988J。7.(1/2)△rHm=-285.7kJ.mol-1。8.△rUm=-4816kJ.mol-1，△rHm=-4826kJ.mol-1。9.△Cp=(∑CP,B)(生成物)-(∑CP,B)(反应物)。10.改变分子的能级。改变在分子能级上分布的分子数。11．(∂H/∂T)V=208J·K-1。(/)(/)[()/]VVVVHTUTpVTCnR∂∂=∂∂+∂∂=+=208J·K-1三、计算题1.[答]因ΔU=0，所以ΔT=0W=-nRTln(V2/V1)=-1718kJQ=-W=1718J，ΔH=02.[答](1)21,mdTppTQHCT=Δ=∫=20620J·mol-1(2)QV=ΔU=ΔH-RΔT=14800J·mol-1(3)Cp,m=ΔH/(T2-T1)=29.45J·K-1·mol-13.[答]molKmolKJmPaRTVpn125.0)293)(314.8)003.0)(101325(113111=⋅⋅==−−33112221061.3101325)353)(314.8)(125.0(mPaKmolKJmolpnRTV−−−×=⋅⋅==W=-p(V2－V1)=-101325Pa(3.61×10-3－0.003)m3=-61.8J淮阴师范学院《物理化学》练习题与参考答案6ΔH=Qp=dTCTTp∫21=n∫−−−⋅⋅×+KKdTmolKJKT353293113])/1026.328.27[(=0.125mol{27.28(353-293)K+1/2×3.26×10-3[3532-2932]K}J·K-1·mol-1=212.5JΔU=Q+W=(212.5-61.8)J=15.93J4.[答](1)等容升温过程W=-∫pdV=0(∵dV=0)ΔU=Q=nCV,m(T2-T1)=5×2.5R×(600-400)=20.79KJΔH=nCp,m(T2-T1)=5×3.5R×(600-400)=29.10KJ(2)等压降温过程V1=nRT1/p1=83.14dm3V2=nRT2/p2=62.36dm3W=-∫pdV=－p(V2－V1)=－200(62.36－83.14)=4.157KJΔU=nCV,m(T2-T1)=5×2.5R×(300-400)=－10.39KJΔH=nCp,m(T2-T1)=