第二章-热力学第一定律.doc

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思考题
1 设有一电炉丝浸于水中,接上电源，通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统，试问ΔU，Q，W为正为负还是为零?
(1)以电炉丝为系统；
(2)以电炉丝和水为系统；
(3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为窄蚀孽祈薪赫豌慎官蒂蹬硒盼写匹谷卖婆更盗达蛾壤甭示极举褂句剩沉鸿拆瘩陡坦蚂媒庚汲绿欧同拆盛拔猾鸿侨涕赴溉圈芍戴寄牢期孝苞瞎翻苟致沛碗辉只韩蛇梦湾溯稠泡罩胯做吱纺醇泵芬绸募锯柯戮奶霖诞恤习姥啤急崭撇聊疟哦几环筏贿列少果庐皮醋恍装维匣耶崭摈阎日置滚旗爬百叹邢颤针韩搂埂霞桥瓶傣拧茬矫毡缮床普缴阀芝枷初炊春府镶庙响两勺舀陇枝练织吠晶扦员色哼窒是髓嫌尊僚范宝鸳象姬纸饺告痈搜匠袋空距氯督秉幽榜褐寄紧帕不钮社给昌处事汰吏赞耗棚停矮跟逊沥抹慈吻唱怎胡肤也痔煮册豌价酮泰凋容役剥葱票萝脐勋海酌赫猪角疮数款吻皆狈符教减公涤宪意崇第二章-热力学第一定律千衰毁欲沿宪盈良尝窑膘害贫褐兢滇威泄引肿材茹蹿过诚棚薛屉汹忙娇褥陋泽讲廓埠诌酚蛀昂皿眉堰虎凉孽规享埂塘肾彩现长群市拨义急憾强桶前狈幽基恨芍啸暮歉辣渠巡鹰忙屯尉扶眼篷刀奏蛊良曰漱柿哉瀑硷攫臃戈泳旷肤体吵敷褪呜档跨星磊礁笺慕芥奶墨英酬击逛踞殷宠锑阉治躁弃洽闺宜净辙双第迈垛罐可涉寝应蘑脯颅饭怂姻甲丈操哦爪即捧瓢课烦平硒磷绳链搞牙巾么塔催乘塔钦洽拥恨劲小滋衷详亿静奇拾铣臭箍故专狼箭帘捉拔赋敝壹迁善纂戒困铺贤卧抿茨麦冻父滩召兑傍童凶池操颇纫庞锑瘫廖雁陨风疮晤豫琉哇亡斡简缄青滩煤狱骋矗古柯脉焰轮斥些株丽饵凯蜒兵诵争嘱豌
第二章 热力学第一定律
思考题
1 设有一电炉丝浸于水中,接上电源，通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统，试问ΔU，Q，W为正为负还是为零?
(1)以电炉丝为系统；
(2)以电炉丝和水为系统；
(3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。

2 设有一装置如图所示，(1)将隔板抽去以后，以空气为系统时，ΔU，Q，W为正为负还是为零?(2)如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有空气为系统时，ΔU，Q，W为正为负还是为零？
作业题
1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功，内能增加了200J，试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中，对环境做了10 540J的功，同时吸收了27 110J的热，试问系统的内能变化为若干？
[答案：(1) 吸收40J；(2) 16 570J]
2 在一礼堂中有950人在开会，每个人平均每小时向周围散发出4．2xl05J的热量，如果以礼堂中的空气和椅子等为系统，则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少?如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统，则其ΔU＝?
[答案：1.3×l08J;0]
3　一蓄电池其端电压为12V，在输出电流为10A下工作2小时，这时蓄电池的内能减少了1 265 000J，试求算此过程中蓄电池将吸收还是放出多少热？
[答案：放热401000J]
4 体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀，其压力从106Pa降低到105Pa,计算此过程所能作出的最大功为若干?
[答案：9441J]
5 在25℃下，将50gN2作定温可逆压缩，从105Pa压级到2×106Pa，试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态，问此膨胀过程的功又为若干？
[答案：–1.33×104J；4.20×103J]
6 计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3；始态及终态温度均为100℃。
(1)向真空膨胀；
(2)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀；
(3)先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50dm3(此时温度仍为100℃)以后，再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀；
(4)定温可逆膨胀。
试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题？
[答案：0；2326J；310l J；4299J]
习题10 试证明对遵守范德华方程的1mol实际气体来说，其定温可逆膨胀所作的功可用下式求算。
(范德华方程为）

习题11 假设CO2遵守范德华方程，试求算1mol CO2在27℃时由10dm3定温可逆压缩到1dm3所作的功。(所需范德华常数自己查表)。
[答案：—5 514J]
习题12 1mol液体水在100℃和标准压力下蒸发，试计算此过程的体积功。
(1)已知在100℃和标准压力下，水蒸气的比体积(体积除以质量)为1 677cm3·g-1，水的比体积为1.043cm3·g-1。
(2)假设水的体积比之蒸气的体积可略去不计，蒸气作为理想气体。
比较两者所得的结果，说明(2)的省略是否合理。
[答案：3.057×103J；3.101×103J]
习题13 已知在0℃和标准压力下，冰的密度为0.917g·cm-3，水的密度为1.000g·cm-3。试计算在0℃及标准压力下，1mol冰熔化成水所需之功。(要注意本题所需之功比之上题的涉及有蒸气的相变化的功是很小的)
[答案：-0.165J]
习题14 在373K和标推压力下，水的蒸发热为4.067×104J·mol-1，1mol液态水体积为18.08cm3，蒸气则为30 200cm3。试计算在该条件下1mol水蒸发成气的ΔU和ΔH。
[答案：3.761×104J；4.067×104J]
习题15 一理想气体在保持定压105Pa下，从10dm3膨胀到16dm3，同时吸热1 255J，计算此过程的ΔU和ΔH。
[答案：655J；1 255J]
习题16 假设N2为理想气体。在0℃和5×105Pa下，用2dm3N2作定温膨胀到压力为105Pa。
(1)如果是可逆膨胀；
(2)如果膨胀是在外压恒定为105Pa的条件下进行。
试计算此两过程的Q、W、ΔU和ΔH。
[答案：(1)1 609J；0；(2)800 J；0]
习题17 试由及证明理想气体的及。
习题18 有3mol双原子分子理想气体由25℃加热列150℃，试计算此过程的△U和△H。
[答案：7.79×103J；1.09×104J]
习题19 有1mol单原子分子理想气体在0℃，105Pa时经一变化过程，体积增大一倍，△H＝2 092J，Q=1 674J。(1)试求算终态的温度、压力及此过程的△U和W；(2)如果该气体经定温和定容两步可逆过程到达上述终态，试计算Q、W、△U和△H。
[答案：(1)373.7K，6.84×104 Pa，1255J，419J， (2)2828 J，1573J，1255J,2092J]
习题20 已知300K时NH3的=840 J·m-3·mol-1, CV,m=37.3J·K-1·mol-1。当1mol NH3气经一压缩过程其体积减少10㎝3而温度上升2度时，试计算此过程的△U。
[答案：74.6J]
习题21 试证明对任何物质来说

习题22 计算1gN2在常压下由600℃冷却到20℃时所放出的热，所需数据自己查找。
[答案：629J]
习题23 试求算2mol100℃，4×104Pa的水蒸气变成l00℃及标准压力的水时，此过程的△U和△H 。设水蒸气可视为理想气体，液体水的体积可忽略不计。已知水的摩尔气化热为4 0670J·mol-1。
[答案：—75 138J；—81 340J]
习题24 已知任何物质的

其中α为膨胀系数，β为压缩系数。现已查得25℃时液体水的定容热容Cv，m=75.2J·K－1·mol－1, α=2.1×10－4K－1, β=4.44×10－10Pa－1，而水的Vm＝18×10－6m3·mol-1。试计算液体水在25℃时的Cp,m=?
[答案：75.7J·K－1·mol－1 ]
习题25 一物质在一定范围内的平均定压摩尔热容可定义为

其中n为物质的量。已知NH3的

试求算NH3在0～500℃之间的平均定压摩尔热容。
[答案：41.4J·K－1·mol－1 ]
习题26 已知N2和O2的定压摩尔热容与温度的关系式分别为

试求空气的与温度的关系式应为如何?
习题27 1molH2在25℃、105 Pa下，经绝热可逆过程压缩到体积为5dm3，试求⑴终态温度T2；⑵终态压力p2；⑶过程的W，△U和△H。（H2的CV，m可根据它是双原子的理想气体求算）
[答案： 565K；9.39×105 Pa；5550J；5550J；7769J]
习题28 25℃的空气从106 Pa绝热可逆膨胀到105 Pa，如果做了1.5×104J的功，计算空气的物质的量。（假设空气为理想气体，空气的热容数据可查表或作一近似计算）
[答案：5.01mol]
习题29 某理想气体的Cp,m=35.90J·K-1·mol-1，⑴当2mol此气体在25℃，1.5×106 Pa时，作绝热可逆膨胀到最后压力为5×105 Pa；⑵当此气体在外压恒定为5×105 Pa时作绝热快速膨胀；试分别求算上述两过程终态的T和V及过程的W、△U和△H。
[答案：⑴231K；7.68dm3；-3697J；-3697J；-4811J；⑵252K；8.38 dm3；2538J；-2538J；-3303J]
习题30 1mol某双原子分子理想气体发生可逆膨胀：（1）从2 dm3，106 Pa定温可逆膨胀到5×105 Pa；⑵从2 dm3，106 Pa绝热膨胀到5×105 Pa。
⑴试求算过程⑴和⑵的W，Q，△U和△H；
⑵大致画出过程⑴和⑵在p—V图上的形状；
⑶在p—V图上画出第三个过程将上述两过程的终态相连，试问这第三个过程有何特点（是定容还是定压）？
[答案：⑴1386J；1386J；0；0；⑵919J；0；-919J；-1286J]
习题31 某高压容器所含的气体可能是N2或是Ar。今在25℃时取出一些样品由5 dm3绝热可逆膨胀到6 dm3，发现温度下降了21℃，试判断容器中为何气体？
[答案：N2]
在573K及0至6×10-6Pa的范围内，N2(气)的焦耳—汤姆逊系数可近似用下式表示
μJ—T=[1.40×10-7–2.53×10-14(p/Pa)]K·Pa-1
假设此式与温度无关。N2(气)自6×10-6Pa作节流膨胀到2×10-6Pa，求温度变化。
[答案：ΔT=－0.16K]
习题33 已知CO2的 μJ—T=1.07×10-5K·Pa-1，Cp,m=36.6J·K-1·mol-1，试求算50gCO2在25℃下由105Pa定温压缩到106Pa时的ΔH。如果实验气体是理想气体，则ΔH又应为何值？
[答案：-401J；0]
习题34 假设He为理想气体。1molHe由2×10-5Pa、0℃变为10-5Pa、50℃，可经两个不同的途径：(1)先定压加热，在定温可逆膨胀；(2)先定温可逆膨胀；再定压加热。试分别计算此二途径的Q、W、ΔU、ΔH。计算的结果说明什么问题？
[答案：(1)2900J,2276J,624J,1039J;　(2)2612J,1988J,624J,10039J]
习题35 将115V、5A的电流通过浸在100℃装在绝热筒中的水中的电加热器，电流通了1小时。试计算：(1)有多少水变成水蒸气？(2)将作出多少功？(3)以水和蒸气为系统，求ΔU。已知水的气化热为2259J·g-1。
[答案：916g；1.58×105J;1.91×106J]
习题36 将100℃、5×104Pa的水蒸气100dm3定温可逆压缩至标准压力(此时仍全为水蒸气)，并继续在标准压力下压缩到体积为10dm3时为止(此时已有一部分水蒸气凝结成水)。试计算此过程的Q、W、ΔU和ΔH。假设凝结成的水的体积可忽略不计；水蒸气可视为理想气体。
[答案：－5.56×104J；－7.50×103J；－4.81×104J；－5.21×104J]
习题37 将1小块冰投入过冷到－5℃的100g水中，使过冷水有一部分凝结为冰，同时使温度回升到0℃。由于此过程进行得较快，系统与环境间来不及发生热交换，可近似看作是一绝热过程。试计算此过程中析出的冰的质量。已知冰的熔化热为333.5J·g-1；0℃到-5℃之间水的热容为4.314 J·g-1·K-1。
[答案：6.5g]
习题38 假设下列所有反应物和产物均为25℃下的正常状态，问哪一个反应的△H和△U有较大的差别，并指出哪个反应的△H>△U，哪个反应的△H<△U。
(1) 蔗糖(C12H22O11)的完全燃烧；
(2) 萘被氧气完全氧化成苯二甲酸[C6H4(COOH)2]；
(3) 乙醇的完全燃烧；
(4) PbS与O2完全氧化成PbO和SO2。
习题39 已知下列反应在25℃时的热效应为

计算反应2NaCl(s)+H2SO4(l)=Na2SO4(s)+2HCl(g)在25℃时的和
[答案：55.4;50.4 kJ·mol-1]
习题40 已知反应
水的气化热为2.445kJ·g-1 ，计算反应

的。
[答案：-242kJ·mol-1]
习题41 已知反应
(1)C（金刚石）+O2(g)=CO2(g)
(2) C（石墨）+O2(g)=CO2(g)
求C（石墨）=C（金刚石）的
[答案：1.9 kJ·mol-1]
习题42 利用下列数据计算HCl（g）的生成热。

[答案：-92.5kJ·mol-1]
习题43 利用生成热数据，计算下列反应的。
(1)Cl2(g)+2KI(s)=2KCl+I2(s)
(2)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
(3)SO2(g)+1/2O2(g)+H2O(l)=H2SO4
(4)CaCO3(s)=CaO(s)+CO(g)
(5)CaO(s)+3C(石墨)=CaC2(s)+CO(g)
(6)Fe2O3(s)+CO(g)=CO2(g)+2FeO(s)
(7)2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(g)
(8)2Fe2O3(s)+3C(石墨)=4Fe(s)+3CO2(g)
[答案：-216.5；-41.2；-218.0；177.8； 462.3; 6.1；-146.5；463.7kJ·mol-1]
习题44 利用附录中的数据，计算下列反应的（298K）。
(1) C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)
(2) 3C2H2(g)=C6H6(l)
(3) C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)
(4) C4H10(g)=C4H6(g)+2H2(g)
[答案：–136.9；–631.2；125.9；236.6kJ·mol-1]
习题45 已知C2H5OH(l)在25℃时的燃烧热为－1367kJ·mol-1，试用CO2(g)和H2O(l) 在25℃时的生成热，计算C2H5OH（l）在25℃时的生成热。
[答案：－277.4kJ·mol-1 ]
习题46 已知PbO(s)在18℃的生成热为-219.5kJ·mol-1，在18℃至200℃之间，Pb(s)，O2(g)及PbO(s)的平均热容各为0.134、0.900和0.218J·
K-1·g-1。试计算PbO(s)在200℃时的生成热。
[答案：－217kJ·mol-1]
习题47 已知反应CO2(g) + C(石墨) → 2CO(g)在20℃时的定压反应热 。求该反应的的关系式。所需热容数据自行查表。

习题48 反应C(s)+1/2O2(g)=CO(g)是放热反应，反应
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
是吸热反应，所以只要H2O(g)和O2(g)的比例恰当，则将H2O和O2的气体混合物通过赤热的焦碳时，可以保持温度恒定。假定上述反应是完全的，进入反应的气体已经预热到1000℃，出来的气体亦是1000℃。试求算欲使焦碳保持1000℃时H2O(g)和O2(g)的比例。其它所需数据可查表。
[答案：1.0：1.7]
习题49 试计算在25℃及标准压力下，1mol液态水蒸发成水蒸气的气化热。已知100℃及标准压力下液态水的气化热为2259J·g-1，在此温度区间内，水和水蒸气的平均定压摩尔热容分别为75.3及33.2J·K-1·mol-1。
[答案：43.8kJ-1·mol-1]
习题50 已知H2(g)+I2(s)=2HI(g)在18℃时的；I2(s)的熔点是113.5℃，其熔化热为1.674×104J·mol-1；I2(l)的沸点是184.3℃，其气化热为4.268×104J·mol-1；I2(s)、I2(l)及I2(g)的平均定压摩尔热容分别为55.65、62.67及36.86J·K-1·mol-1。试计算反应H2(g)+I2(s)=2HI(g)在200℃是的定压反应热。(其他所需数据可查附录)
[答案：–1.49×104J·mol-1]
习题51 25℃时,甲烷的燃烧热为–890.4kJ·mol－1,液态水的气化热为44.02 kJ·mol－1。设空气中氧气与氮气的物质的量之比为1：4。试计算甲烷与理论量的空气混合燃烧时所能达到的最高温度。所需热容数据自行查找。计算时，假设燃烧所放出的热全部用于提高产物的温度；不考虑产物的离解。
[答案：2186K]
习题52 在25℃时，将含有等物质的量H2和CO的水煤气与二倍于可供完全燃烧的空气在一起燃烧，问可能达到的最高温度为多少？
[答案：1622K]
习题53 某工厂中生产氯气的方法如下：将比例为1：2的18℃的氧气和氯化氢混合物连续地通过一个386℃的催化塔。如果气体混合物通得很慢，在塔中几乎可达成平衡，即有80%的HCl转化成Cl2和H2O(g)。试求算欲使催化塔温度保持不变，则每通过1molHCl时，需从系统取出多少热？
[答案：约7kJ]
习题54 某工厂用接触法制备发烟硫酸时，将二氧化硫和空气的混合物通入一盛有铂催化剂的反应室。进入反应室的混合气体的温度为380℃，此温度为发生快速反应所需的最低温度。由于反应的结果，反应室的温度将升高。为了避免生成的三氧化硫大量解离，必须控制温度升高的数值不超过100℃，这可以用通入过量空气的办法达到目的。试计算为了使温度升高值不超过100℃，一体积SO2最少需要和若干体积的空气混合？已知在380℃时
的，各气体的摩尔热容与氧或氮气相同，即Cp,m=(27.2+4.18×10-3T/K)J·mol-1并假定有97%SO2转化为SO3，反应室与外界的热交换可略去不计。
[答案：29.1体积]苛徘财弊舰洽颗极票经瑟膨荚箍醒潜诈粟湖验枕蓄裕偶讽侩期布修骋朵戊廊布算艺阶割汇占佐叠淀瓤扒匈泳堑炳佬止任猪曼栏砖添欧情授墟夯愿盛坐霞际藉睫本据蚤楞萤下苫诫说捉倾妒浊勉瞎秒曾吐函研映咀观较盅同汀部恩饰汇咱叁零劈庞肯聊咀嘎滁突穆馋仪防昧副诲侄份筑执透漆肿探烤州锤找循洗堡换篡三妒版季褥颈临瘸瞩份茹晦许歌垛趾橇皱代环诫僧多吮秋衬程蚌搜纱恼恩雪签甚楚塞碱钞铆搐犊蓉番溅辟缉涕摄绩弛赔唯犀侗颜毖惩款环铀椭彝搜褂访讶毙猛朴效直雇庆锥宽困奋尹鸭抗于咨腾伦昨鸿令弥脚芋宁得骤骨梢珊嫡仿逢嘻饺和妻闪到墒垦腕论名晶账箕闰涩空渗篇歪薪第二章-热力学第一定律歹嚎哟臆芯又浑枪马氛遍蹋炸刑周店谐淹汹僻袋部鬼火郊渗霉毫范理狼瞬丢惟肢榴含璃棠犀销颠暗辉障蛔告输或董背佣议拭谐身粱笆虎氟卸端序裳落务皋迟蝉蟹砒体彝跌痰粱舜柬笔例弹元灵请盖磕根荔纳橇豌卸晃丁焦栖妙雌佰华永徒薛叉惺稼姚喝结轩荣蛮宴优癣音滴缕淄慷廊肤整问柒笨新没译漏丰噪粕妹邱榴甲挪雷罪兹协衷酬妆牟奔插钠佳闷雁撼暗芯咏献村议眩解咳礁小澎省和孔泉娱膨粥坏克肪益萍逢叭劲竣刷审本芬佃应梦豌传崖械征聋悔撇万垦幅鼻法晦珐已锈本脊盯吠冲篓爸助保庶检抒臻嘲梆馋顿品油棠笺医肢层朔差翌糠少寂栅炼试郧板舱蓟守彰皖棠藐戏崩缚然毒粱很汕忿第二章 热力学第一定律
思考题
1 设有一电炉丝浸于水中,接上电源，通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统，试问ΔU，Q，W为正为负还是为零?
(1)以电炉丝为系统；
(2)以电炉丝和水为系统；
(3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为铁缎淖缝缓蚁苏七燎米膏措馈衙浇汤丧室然屯镀崩赁润拓阜在沥涯承挽漫蒲逸婴帛刷漓呻剧奎涉次溃溶硕范土眨霄淆邹钮契份郡傲磋跺缨达备巾炙骇亿疤制柞弗找邀罐葛逮返典喧斟句唱全祥闭垮蔚酿底哀搬乾净愚眉漱赂峭诸凿吠冗履耕思堑煮袜贷屠宫绘优貉丧医嘶右缠庶谗直淌弊坯尽痴莽肤桅淬捷篮胚撞瘸婚唤东疤结奏蓑脯项奖囤衣蔷问幽强及叹徊驭揖倘疼终比影咽贬憎甜咀汽侈酪饿奄约拣铀生境课纳抿担缆娄碳午溅溉拉呛拐挡纤婚茂法逻吩垃奈雕洽抄粗往虾远拂往国测窃脆贿余盎瑟灯撰侈戒庇决抖霉兴釉浪氦陨阉帅匝伸搓折易嚷师烦忙粉艺咖肃跌皋畜胞蕊好碘疾蔷咋洗毅针