物理化学练习及答案

Q ? 0 反应是放热反应。

?U ? 0 系统既放热又对外做功，使热力学能下降。 ?H ? 0 因为这是不做非膨胀功的等压反应，?H = Qp 。 （4）W = 0 在刚性容器中，进行的是恒容反应，不做膨胀功。 Q = 0 因为用的是绝热钢瓶

?U = 0 根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。以后，在不考虑非膨胀功的情况下，只要是在绝热刚性容器中发生的任何变化，Q和?UW，都等于零，绝热刚性容器相当于是一个孤立系统。

?H ? 0 因为是在绝热钢瓶中发生的放热反应，气体分子数没有变化，钢瓶内的温度会升高，导致压力也增高，根据焓的定义式，可以判断焓值是增加的。

?H??U?(?pV)或 ?H??U?(?pV)?V? p > ? p ?nR? T > ? T 0>,?H 0>,? H （5）W ? 0 在凝固点温度下水结成冰，体积变大，系统克服外压，对环境

做功。

Q ? 0 水结成冰是放热过程。

?U ? 0 系统既放热又对外做功，热力学能下降。 ?H ? 0 因为这是等压相变，?H = Qp 。

6．在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水：(1)氢气在氧气中燃烧，(2)爆鸣反应，(3)氢氧热爆炸，(4)氢氧燃料电池。在所有反应过程中，保持反应方程式的始态和终态都相同，请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?

答：应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始、终态相同，无论经过什么途径，其变化值一定相同。这就是状态函数的性质：“异途同归，值变相等”。

7．一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。冰、雪熔化变成水流入江河，最后流入大海，一定量的水又回到了始态。问历经整个循环，这一定量水的热力学能和焓的变化是多少?

答：水的热力学能和焓的变化值都为零。因为热力学能和焓是状态函数，不论经过怎样复杂的过程，只要是循环，系统回到了始态，热力学能和焓的值都保持不变。这就是状态函数的性质：“周而复始，数值还原”。

8．在298 K，101.3 kPa压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是一个不可逆过程，试将它设计成可逆过程。

答：通常有四种相变可以近似看作是可逆过程：（1）在饱和蒸气压下的气-液两相平衡，（2）在凝固点温度时的固-液两相平衡，（3）在沸点温度时的气-液两相平衡，（4）在饱和蒸气压下的固-气两相平衡（升华）。可以将这个在非饱和蒸气压下的不可逆蒸发，通过两种途径，设计成可逆过程：

(1) 绕到沸点；将298 K，101.3 kPa压力下的水，等压可逆升温至373 K，在沸点温度下可逆变成同温、同压的蒸气，然后再等压可逆降温至298 K。

(2) 绕到饱和蒸气压；将298 K，101.3 kPa压力下的水，等温可逆降压至饱和蒸气压ps，在298 K和饱和蒸气压下，可逆变成同温、同压的蒸气，再等温可逆升压至101.3 kPa。变化的示意图如下：

b???H2O(l,373 K,101.3 kPa)?????H2O(g,373 K,101.3 kPa)T ↑ (1) ↓ H2O(l,298 K,101.3 kPa)?H2O(g,298 K,101.3 kPa) ↓ (2) ↑ 298 K???H2O(g,298 K,ps) H2O(l,298 K,ps)???????究竟设计哪一种可逆途径，要根据题目的已知条件决定。

二．选择题

1．对于理想气体的热力学能，有下述四种理解：

(1) 状态一定，热力学能也一定

(2) 对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的 (3) 对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值

(4) 状态改变时，热力学能一定跟着改变，其中都正确的是： ( )

(A) (1)，(2) (B) (3)，(4) (C) (2)，(4) (D) (1)，(3) 答：(D)。热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。

2．有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将 ( )

(A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定

答：(C)。压缩空气冲出钢筒时，筒内的气体对冲出的气体做功。由于冲出的速度很快，筒内气体来不及从环境吸热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会下降。

3．有一真空钢筒，将阀门打开时，大气（视为理想气体）冲入瓶内，此时

瓶内气体的温度将 （ ）

(A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定

答：(B)。空气冲入钢筒时，外面的气体对冲入钢筒的气体做功。由于冲入的速度很快，筒内的气体来不及向环境放热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会升高。

4．将1 mol 373 K，标准压力下的水，分别经历：(1) 等温、等压可逆蒸发，

(2) 真空蒸发，变成373 K，标准压力下的水气。这两种过程的功和热的关系为 ( )

(A) W 1< W 2 Q 1> Q 2 (B) W 1< W 2 Q 1< Q 2 (C) W 1= W 2 Q 1= Q 2 (D) W 1> W 2 Q 1< Q 2

答：(A)。过程(1)中，系统要对外做功，W 1<0，而过程（2）是真空蒸发，W 2=0，所以W 1< W 2。过程(1)中，既要对外做功，又要保持温度不变，再加上相变所吸的热，所以Q 1> Q 2。

5．在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱，将冰箱门打开，并接通电源使冰箱工作。过一段时间之后，室内的平均气温将 ( )

(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定 答：(A)。对冰箱做的电功，全转化为热释放在房间内。

6． 凡是在孤立系统中进行的过程，其ΔU和ΔH的值一定是 ( )

(A) ΔU > 0 ，ΔH > 0 (B) ΔU = 0 ，ΔH = 0 (C) ΔU < 0 ，ΔH < 0 (D) ΔU = 0 ，ΔH不确定

答：(D)。热力学能是能量的一种，遵循能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。而焓虽然有能量单位，但它是定义出来的函数，不是能量，不遵循能量守衡定律，所以在孤立系统中发生的变化，ΔH的值是不确定的，要根据具体的变化过程而定。例如，在绝热钢瓶里，发生了一个气体分子数不变的放热气相反应，如H2(g)?Cl2(g)?2HCl(g)，则ΔH大于零。但是，如果发生的是

1H2(g)?O2(g)?H2O(l)，虽然反应也放热，但是由于气体分子数减少，钢瓶内

2的压力下降，ΔH会小于零。

7．理想气体向真空作绝热膨胀后，它的温度将 （ ）

(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定

答：(C)。理想气体分子之间的相互引力小到可以忽略不计，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变

8．某气体的状态方程为pVm?RT?bp（b是大于零的常数），此气体向真

空作绝热膨胀，它的温度将 （ ）

(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定 答：(C)。将状态方程改写为p(Vm?b)?RT，与理想气体的状态方程对照，说明这种气体的自身体积不能忽略，但是分子间的引力与理想气体一样，是小到可以忽略不计的。所以，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变

9．公式?H?Qp适用于下列哪个过程 （ ）

(A) 理想气体作绝热等外压膨胀。 (B)

273K, 101.3 kPa??H2O(s)????????????????H2O(l)

?Cu(s) (D) 理想气体作等温可逆膨胀 (C) Cu2?(aq)?2e???答：(B)。?H?Qp的适用条件是等压和Wf?0，两个条件缺一不可。(A)中是等外压，而非等压，(C)中有电功，(D)是个不等压过程。所以，只有(B)是适用

的。

10．有一个理想气体的γ =Cp/CV =1.40，则该气体为几原子分子? ( )

(A) 单原子分子 (B) 双原子分子 (C) 三原子分子 (D) 四原子分子

答：(B)。根据能量均分原理，在一般温度下，单原子分子只有3个平动自由

35度，所以CV,m?R。因为理想气体的Cp,m?CV,m?R，所以Cp,m?R。同理，

225775双原子分子的CV,m?R，则Cp,m?R。现在，??1.40?，相当于CV,m?R，

22527Cp,m?R，这是双原子分子的特征。

211．反应的计量方程为H2(g)?Cl2(g)?2HCl(g)，当以5 mol H2(g)与4 mol

Cl2(g)混合发生反应，最后生成2 mol HCl(g)。则该反应进度?等于 ( )

(A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol 答：(A)。根据反应的计量方程，现在用生成物来表示反应的进度，则 ???nHCl2 mol??1 mo l?HCl2显然，反应物H2(g)和Cl2(g)都是过量的。

12．欲测定某有机物的燃烧热Qp，一般使反应在氧弹中进行，实验测得的热