物理化学核心教程参考答案

第 二 章 热力学第一定律

题号 选项 题号 选项 1 D 9 B 2 C 10 B 3 B 11 A 4 A 12 B 5 A 13 C 6 D 14 C 7 C 15 D 8 C 16 B 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)气体膨胀对外作功,热力学能下降。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)大气对系统作功,热力学能升高。4.1 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。这两个过程中功和热的关系为()。

(A)W 1Q 2(B)W 1

(C)W 1=W 2、Q 1=Q 2(D)W 1>W 2、Q 1

置一台电冰箱,将冰箱门打开,并接通电源使其工作,过一段时间之后,室内的平均气温将如何变化()?

(A)升高(B)降低(C)不变(D)不一定答:(A)对冰箱作的电功全转化为热了。6.凡是在孤立系统中进行的变化,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,符合能量守衡定

律,在孤立系统中热力学能保持不变。而焓虽然有能量单位,但它不是能量,不符合能量守衡定律。例如,在绝热钢瓶里发生一个放热的气相反应,

ΔH可能回大于零。7.理想气体向真空绝热膨胀后,他的温度将()。

(A)升高(B)降低(C)不变(D)不一定答:(C)对于理想气体而言,内能仅仅是温度的单值函数,经真空绝热膨胀后,内能不变,

因此体系温度不变。8.某气体的状态方程pVm=RT+bp(b是大于零的常数),此气体向真空绝热膨胀,温度将()。

(A)升高(B)降低(C)不变(D)不一定答:(C)由气体状态方程pVm=RT+bp可知此实际气体的内能只是温度的函数,经真空绝热膨

胀后,内能不变,因此体系温度不变(状态方程中无压力校正项,说明该气体膨胀时,不需克服分子间引力,所以恒温膨胀时,热力学能不变)。

9.公式?H=Qp适用于哪个过程()。

(A)理想气体绝热等外压膨胀(B)H2O(s)

273K,101.3kPaH2O(g)

(C)Cu2+(aq)+2e-→Cu(s)(D)理想气体等温可逆膨胀答:(B)式适用于不作非膨胀功的等压过程。10.某理想气体的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(B)1.40=

757,C=R C=R,这是双原子分子的特征。11.522V

p

当以5 mol H2气与4 mol Cl2气混合,最后生成2 mol HCl气。若以下式为基本单元,

H2(g)+Cl(g)→2HC(g)则反应进度ξ应是()。

(A)1 mol

(B)2 mol

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第 二 章 热力学第一定律

(C)4 mol (D)5 mol答:(A)反应进度ξ=

?n2mol==1 mol v212.欲测定有机物燃烧热Qp,般使反应在氧弹中进行,实测得热效应为QV,公式Qp=QV+ΔngRT中的Δn为()。

(A)生成物与反应物总物质的量之差(B)生成物与反应物中气相物质的量之差(C)生成物与反应物中凝聚相物质的量之差(D)生成物

与反应物的总热容差答:(B)ΔngRT一项来源于Δ(pV)一项,若假定气体是理想气体,在温度不变时Δ(pV)就等于ΔngRT。13.下列等式中正确的是()。

(A)

?fHm(H2O,l)=?cHm(O2,g)(B)?fHm(H2O,g)=?cHm(O2,g)

(C)在标准?fHm(H2O,l)=?cHm(H2,g)(D)?fHm(H2O,g)=?cHm(H2,g)答:

(C)

态下,有稳定单质生成1mol物质B产生的热效应为该物质B的摩尔生成焓;在标准态下,1mol物质B完全燃烧产生的热效应为该物质B燃烧焓,

故有

。 ?fHm(H2O,l)=?cHm(H2,g)。14.298 K时,石墨的标准摩尔生成焓?fHm()

(A)大于零(B)小于零(C)等于零(D)不能确定答:(C)根据标准摩尔生成焓定义,规定稳定单质的标准摩尔生成焓为零。碳的稳

定单质制定为石墨。15.石墨(C)和金刚石(C)在298 K,标准压力下的标准摩尔燃烧焓分别为-393.4 kJ·mol-1和-395.3 kJ·mol-1,则金刚石的标准

摩尔生成焓

。(A)-393.4 kJ·mol(B)-395.3 kJ·mol(C)-1.9 kJ·mol(D)1.9 kJ·mol?fHm(金刚石,298 K)为()

-1

-1

-1

-1

答:(D)石墨(C)

的标准摩尔燃烧焓就是二氧化碳的标准摩尔生成焓,为-393.4 kJ·mol-1,金刚石的标准摩尔燃烧焓就是金刚石(C)燃烧为二氧化碳的摩尔反应焓变,等于二氧化碳的标准摩尔生成焓减去金刚石的标准摩尔生成焓,所以金刚石的标准摩尔生成焓就等于-393.4 kJ·mol-1–(-395.3 kJ·mol-1)=1.9 kJ·mol-1。

16.某气体的状态方程pVm=RT+bp(b是大于零的常数),则下列结论正确的是()。(A)其焓H只是温度T的函数(B)其热力学能U只是温度T的函数(C)其热力学能和焓都只是温度T的函数(D)其热力学能和焓不仅与温度T有关,话语气体的体积Vm或压力p有关。答:由气体状态方程pVm=RT+bp可知此实际气体的内能与压力和体积无关,则此实际气体的内能只是温度的函数。三、习题

1.(1)一系统的热力学能增加了100kJ,从环境吸收了40kJ的热,计算系统与环境的功的交换量;(2)如果该系统在膨胀过程中对环境做

了20kJ的功,同时吸收了20kJ的热,计算系统热力学能的变化值。解:根据热力学第一定律:ΔU=W+Q,即有:(1)W=ΔU-Q=100–40=60kJ

(2)ΔU=W+Q=-20+20=0

2.在300 K时,有10 mol理想气体,始态压力为1000 kPa。计算在等温下,下列三个过程做膨胀功: (1)在100 kPa压力下体积胀大1 dm3;

(2)在100 kPa压力下,气体膨胀到压力也等于100 kPa;

(3)等温可逆膨胀到气体的压力等于100 kPa。解:根据理想气体状态方程pV=nRT,即有:

p?nRTV(1)∵W=-peΔV=-pe(V2-V1)

∴W=-100×103×1×10-3=-100J(2)∵W=-peΔV=-pe(V2-V1)=-

p2(

nRTp2-nRTp1)=-

?p2?? nRT?1???p1??=-

V2nRT100∴W=-10×8.314×300×(1-)=-22.45 kJ(3)∵W=-?pdV=-?V1VdV1000nRTlnV2V1=-

nRTlnp1p2

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第 二 章 热力学第一定律

∴W=-10×8.314×300×

ln1000=-57.43 kJ

1003.在373 K恒温条件下,计算1 mol理想气体在下列四个过程中所做的膨胀功。已知始、终态体积分别为25 dm3和100 dm3。

(1)向真空膨胀;

(2)等温可逆膨胀;

(3)在外压恒定为气体终态压力下膨胀;

(4)先外压恒定为体积等于50 dm3时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50 dm3以后,再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀。

试比较四个过程的功,这说明了什么问题?解:(1)向真空膨胀,外压为零,所以

W2?0(2)等温可逆膨胀

(3)恒外压膨胀

W1?nRTlnV125?1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?373 K?ln??4299 JV2100nRT(V2?V1)V2W3??pe(V2?V1)??p2(V2?V1)??1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?373 K3???(0.1?0.025)m??2326 J30.1 m(4)分两步恒外压膨胀

W4??pe,1(V2?V1)?pe,2(V3?V2)??nRTnRT(V2?V1)?(V3?V2)V2V3?nRT(V1V2550?1?2?1)?nRT(??2)??nRTV2V350100??1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?373 K??3101 J

说明作功与过程有关,系统与环境压差越小,膨胀次数越多,做的功也越大。

4.在一绝热保温瓶中,将100 g 0°C的冰和100 g 50°C的水混合在一起,试计算:(1)系统达平衡时的温度;(2)混合物中含水的质量。(已

知:冰的熔化热Qp=333.46J·g-1,水的平均比热Cp=4.184 J·K-1·g-1)解:设平衡时温度为

T,有质量为x的冰变为水100 g 0°C的冰溶化成水,需

吸热Q1=33 346 J100 g 50°C的水变为0°C的水,需吸热Q2=-20 920 J由于Q1>Q2,最后温度只能是0°C,得到冰水混合物。

x?333.46 J?g?1?100 g?50 K?4.184 J?K?1?g?1(100+62.74)g=162.74 g

x?62.74 g故最后水的质量为:

5.1mol理想气体在122K等温的情况下,反抗恒定外压10.15kPa,从10dm3膨胀的终态100 dm3,试计算Q、W和ΔU、ΔH。解:该过程是

理想气体等温过程,故ΔU=ΔH=0

∵W=-peΔV=-pe(V2-V1)

∴W=-10.15×103×(100.0-10)×10-3=-913.5J根据热力学第一定律:ΔU=W+Q,即有:

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第 二 章 热力学第一定律

Q=ΔU-W=0-(-913.5)=913.5J

6.1 mol单原子分子理想气体,初始状态为298 K,100 kPa,经历ΔU=0的可逆变化后,体积为初始状态的2倍。请计算Q,W和ΔH。解:

因为ΔU=0,对于理想气体的物理变化过程,热力学能不变,则温度也不变,所以ΔT=0,ΔH=0

W?nRTlnV11?1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?298 K?ln??1717 J V22Q??W?1717 J

7.判断以下各过程中Q,W,ΔU,ΔH是否为零?若不为零,能否判断是大于零还是小于零?(1)理想气体恒温可逆膨胀(2)理想气体节

流(绝热等压)膨胀(3)理想气体绝热、反抗恒外压膨胀(4)1mol实际气体恒容升温(5)在绝热恒容容器中,H2(g)与Cl2(g)生成HCl(g)

[理想气体反应]解:(1)理想气体恒温可逆膨胀,

?U?0, ?H?0, W<0, Q>0(2)理想气体节流膨胀, ?H?0,

,系

因为温度不变,所以

?U?0。节流过程是绝热过程,Q?0,故W?0。(3)绝热、恒外压膨胀,Q?0,?U?W统对外作功

W??p?V<0, ?U<0,

?H??U?p?V?0

(4)恒容升温,

W?0,温度升高,热力学能也增加,?U>0,故Q>0。

温度升高,压力也升高,

?H??U?V?p>0。(5)绝热恒容的容器,Q?0, W?0, ?U?0。这是

个气体分子数不变的反应,

?H??U??(pV)??U??(nRT)??U?nR?T>0,放热反应,温度升高。

8.设有300 K的1 mol理想气体作等温膨胀,起始压力为1500kPa,终态体积为10 dm3。试计算该过程的Q,W,?U和?H。解:该过程是

理想气体等温过程,故ΔU=ΔH=0

始态体积V1为:

nRT11 mol?8.314 J?mol?1?K?1?300 KV1???1.66 dm3p115?100 kPaW?nRTlnV11.66 ?1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?300 K?ln??4.48 kJV210Q??W?4.48 kJ

9.在300 K时,4 g Ar(g)(可视为理想气体,其摩尔质量MAr=39.95 g·mol-1),压力为506.6 kPa。今在等温下分别按如下两过程:反抗202.6

kPa的恒定外压进行膨胀。(1)等温为可逆过程;(2)等温、等外压膨胀,膨胀至终态压力为202.6 kPa。试分别计算两种过程的Q,W,ΔU和ΔH。

解:(1)理想气体的可逆过程,

?U??H?0,4 g Ar的物质的量为:n?4 g?0.10 mol

39.95g?mol?1第 12 页 共 90 页 2015-04-05(余训爽)

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