《热力学第一定律》练习题

荆楚理工学院 化工与药学院《物理化学》精品课程建设·Li W.-H.

第2章 《热力学第一定律》练习题

一、思考题

1. 理想气体的绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式W?CV?T计算，那两种过程所做的功是否一样?

2. 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?

3. 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。

二、填空题

1. 封闭系统由某一始态出发，经历一循环过程，此过程的?U?_____；?H?_____；Q与W的关系是______________________，但Q与W的数值________________________，因为_________________________。

2. 状态函数在数学上的主要特征是________________________________。

3. 系统的宏观性质可分为___________________________________，凡与系统物质的量成正比的物理量均称为___________________________。

4. 在300K的常压下，2mol的某固体物质完全升华过程的体积功We?_________。

5. 某化学反应：A(l) + 0.5B(g) → C(g)在500K恒容条件下进行，反应进度为1mol时放热10kJ，若反应在同样温度恒容条件下进行，反应进度为1mol时放热_____________________。

6. 已知水在100℃的摩尔蒸发焓??apHm?40.668kJ·mol-1，1mol水蒸气在100℃、101.325kPa条件下凝结为液体水，此过程的Q?_______；W?_____；?U?_____；?H?_____。

7. 一定量单原子理想气体经历某过程的?(pV)?20kJ，则此过程的?U?_____；?H?_____。 8. 一定量理想气体，恒压下体积工随温度的变化率????____________。

??T?p?We?9. 封闭系统过程的?H??U的条件：(1) 对于理想气体单纯pVT变化过程，其条件是_____________________；(2)对于有理想气体参加的化学反应，其条件是______________________________________。

10. 压力恒定为100kPa下的一定量单原子理想气体，其??H??_____________kPa。

????V?p11. 体积恒定为2dm3的一定量双原子理想气体，其??U??_______________m。 ????p?V3

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θd?Hrm12. 化学反应的标准摩尔反应焓随温度的变化率?_______；在一定的温度范围内标准摩尔反应焓与温dT度无关的条件是__________________。

13. 系统内部及系统与环境之间，在____________________________________过程中，称为可逆过程。

W14. 在一个体积恒定为2m，

3'?0的绝热反应器中，发生某化学反应使系统温度升高1200℃，压力增加300kPa，

此过程的?U?_____；?H?_____。

15. 在一定温度下?cHm,石墨????______________；?cHm??fHm,H2(g)??fHm_____________。

??16. 在25℃时乙烷C2H6(g)的?cHm??cUm?______________________。

17. 要确定甲烷燃烧能达到的最高火焰温度，所需要的热力学基础数据是__________________________________。 18. 一定量理想气体经节流膨胀过程，?J?T ?______；?H?_____；?U?_____；流动功W?_____。

三、单项选择题

1. 一定量的某种气体，在确定该系统的状态时，只需要说明系统的【 】。

A.

p B. V C. T,U D. T,p

???vapHm?。 ?【 】

??T?p2. 在一定压力和一定温度范围内，液体的摩尔蒸发焓随温度的变化率?A. > 0 B. < 0 C. = 0 D. 无法确定

3. 一定量的某种理想气体从同一始态T1,'''p1,V1出发，经绝热可逆过程膨胀至T2,p2,V2，和反抗恒外压p2绝热

膨胀至T2,V2，则T2【 】T2，在数值上WIR【 】WR。

A. >, > B. <, > C. >, < D. <, <

4. 某液体物质在恒温恒压下蒸发为蒸气，过程的?U【 】。

A. > 0 B. = 0 C. < 0 D. 无法确定

5. 真实气体经历自由膨胀过程，系统的?U【 】，系统的温度变化?T【 】。

A. = 0，= 0 B. ≠0， = 0 C. = 0， ≠ 0 D. ≠0， ≠0

6. 甲烷燃烧反应：CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) + 2H2O(l)，在以下不同条件下进行（气相视为理想气体）： (1) 25℃，常压条件下反应，其过程的Q【 】；W【 】；?U【 】；?H【 】。

(2) 25℃，恒容条件下反应，其过程的Q【 】；W【 】；?U【 】；?H【 】。

(3) 在绝热密闭刚性容器中反应，终态温度升高，压力增大，其过程的?U【 】；?H【 】。

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(4) 在绝热恒压条件下反应，终态温度升高，体积增大，其过程的W【 】；?U【 】；?H【 】。 7. 在一保温良好、门窗紧闭的房间内，若将电冰箱门打开，不断向冰箱供给电能，室内的温度将【 】。

A. 逐渐降低 B. 逐渐升高 C. 不变 D. 无法确定

8. 在一体积恒定的绝热箱中有一绝热隔板，其两侧放有n,T,去隔板，则此过程的?U【 】；?H【 】。

A. > 0 B. = 0 C. < 0 D. 无法确定

9. 下列各摩尔反应焓中，属于摩尔生成焓的是【 】。

p皆不相同的

N2(g)，N2(g)可视为理想气体，今抽

A. 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)C. H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l)B. CO(g) +1/2O2(g) CO2(g)D. 4C(石墨） + 3H2(g) C2H2(g) + C2H4(g)

-1

?10. 已知25℃时，金刚石的标准摩尔生成焓?fHmmol，石墨的标准摩尔燃烧焓?1.90kJ·

??mol-，则金刚石的标准摩尔燃烧焓?cHm=【 】。 ?cHm??393.51kJ·

1

A. －391.61kJ·mol-1 B. －393.51kJ·mol-1 C. －395.41kJ·mol-1 D. 无法确定 11. 若要通过节流膨胀达到制冷效果，则需要求?J?T【 】。 A.> 0 B. = 0 C. < 0 D. 无法确定

12. 某状态下的空气经节流膨胀过程的?(pV)?0，?J?T【 】。

A.> 0 B. = 0 C. < 0 D. 无法确定

四、计算题(教材习题)

2.1 1mol理想气体在恒定压力下温度升高1℃，求过程中系统与环境交换的功。

2.5 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和Qb。

2.6 4mol的某理想气体，温度升高20℃，求?H

2.8 某理想气体CV,m??U的值。

?1.5R。今有5mol该气体恒容升温50℃。求过程的W,Q,?U,?H。

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2.9 某理想气体CV,m

2.10 2mol某理想气体的Cp,m?2.5R。今有5mol该气体恒压降温50℃。求过程的W,Q,?U,?H。

?3.5R。由始态100kPa，50dm3，先恒容加热使压力升高到200kPa，再恒压冷

却使体积缩小至25dm3。求整个过程的W,Q,?U,?H。

2.12 已知CO2(g)的摩尔定压热容Cp,m?[26.75?42.258?10?3(T/K)?14.25?10?6(T/K)2]J?mol-1?K-1

(1) 求300K至800K间CO2(g)的平均摩尔定压热容Cp,m；

(2) 求1kg常压下的CO2(g)从300K恒压加热至800K时所需要的热。

*2.13 已知20℃CH3CH2OH (l)的体积膨胀系数?V定压热容Cp,m

2.16 水煤气发生炉出口的水煤气的温度是1100℃，其中CO(g)和H2(g)的摩尔分数均为0.5。若每小时有300kg的水煤气由1100℃冷却到100℃，并用所回收的热来加热水，使水温由25℃升高到75℃。求每小时生产热水的质量。CO(g)和H2(g)的摩尔定压热容Cp,m与温度的函数关系查教材附录，水(H2O, l)的比定压热容Cp

2.18 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2mol，0℃的单原子理想气体A及5mol，100℃的双原子理想气体B，两气体的压力均为100kPa。活塞外的压力维持在100kPa不变。今将容器内的隔板撤去，使两种气体混合达到平衡态。求末态的温度T及过程的W，ΔU。

2.24 蒸汽锅炉中连续不断地注入20℃的水，将其加热并蒸发成180℃，饱和蒸气压为1.003MPa的水蒸气.求生产1kg水蒸气所需要的热量。已知：水(H2O,l)在100℃的摩尔蒸发焓ΔvapHm热容Cp,m

2.40 5mol双原子理想气体从始态300K，200kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50kPa，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W，Q，ΔU和ΔH。

?1.12?10?3K-1，等温压缩率?T?1.11?10?9Pa-1，摩尔

-3?114.30J?mol-1?K-1，密度??0.7893g?cm。求20℃时液态乙醇的CV,m。

?4.184J?g-1?K-1。

?40.668kJ?mol-1，水的平均摩尔

?75.32J?mol-1?K-1，水蒸气(H2O,g)的摩尔定压热容与温度的函数关系见教材附录。