《物理化学课件与考试习题 试卷 答案第一次习题课 (热力学第一定律、第二定律)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学课件与考试习题 试卷 答案第一次习题课 (热力学第一定律、第二定律)（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一次习题课 （热力学第一定律、热力学第二定律） 一、思考题 二、简答题 三、计算题 四、综合题,一、思考题,1. 什么是状态函数？它有哪些特征？恒压摩尔热容和恒容摩尔热容是不是状态函数？ 状态函数是用来描述系统的宏观性质的，其值由系统的状态确定，也即是系统状态的函数。当系统状态确定时，状态确定了是状态函数。 状态函数的主要特征是：其变化值只与系统的初态和终态有关，而与变化所经历的途径无关；当系统复原时，其变化值是0。 恒压摩尔热容和恒容摩尔热容都是物质的热力学性质 ，但不是终态函数。,2. 某气体从某一状态出发，分别经绝热可逆和恒温可逆过程压缩到相同体积。哪一种过程所需的功大？为什么？如果是
2、膨胀过程，情况又将如何？,答：理想气体恒温可逆过程的方程为：PV常数；绝热可逆过程的方程是： PV常数（1），故知恒温线比绝热线要平缓些。理想气体从相同的初态出发，分别经恒温可逆过程和绝热可逆过程压缩到同一体积V2时，在P-V图上恒温线在上。恒温可逆过程环境对系统作的功大于绝热可逆可逆过程的。如是可逆膨胀过程，同样是恒温可逆过程系统对环境作的功大。,恒温可逆线与绝热可逆线示意图,3. 封闭系统中，下列两种情况满足H= 的条件分别是什么？（1）理想气体单纯P、V、T变化过程；（2）有理想气体参加的化学反应。,(1)对于理想气体单纯P、V、T变化过程 根据：H= + (PV) (PV)= nRT所
3、以恒温过程时H= (2)对于有理想气体参加的化学反应 根据：QP=QV+ (n)gRT 当 (n)g=0,即反应前后气体的物质的量相等时 QP=QV 也即：H= ,4. 什么是自发过程？自发过程的共同特征是什么？,在一定条件下，能够自动进行的过程就 是自发过程。 特点： 一切自发过程都有一定的方向和限度， 不可能自动发生其逆过程； 要使发生自发过程的系统复原，环境中 必然留下热功转化的痕迹； 自发过程是不可逆过程。,5. 熵是量度系统无序度的热力学状态函数。下列情况哪一种物质的摩尔熵值更大？（1）室温下的纯铁和碳钢；（2）0的液态水和固体冰。,熵是量度系统无序度的热力学状态函数，它与物质的无
4、序度有关。 （1）纯铁为出物质而碳钢为混合物，纯物质的 无序度小于混合物，所以纯铁的熵小于碳钢。 （2）液态的无序度大于固体的无序度，所以液 态水的熵大于固体冰。,6. 试指出下列各式的适用条件： （1） S=-RTln(P1/P2); (3) G= A；（4）dG-SdT+VdP,（1）适用于理想气体的恒温可逆过程 （2）适用于封闭体系、恒温、恒压且可逆的过程 （3）根据： dA=-SdT-PdV ; dG=-SdT+VdP 只有当恒温且 -PdV =VdP 的条件下 A= G 欲满足以上条件，必须是一定量理想气体的恒温可 逆过程。 (4)根据热力学的相关知识，该式适用于封闭系统无 其他功的
5、任意过程。,二、简答题,1、为什么无非体积功的等压过程的热，只决定于体系的初终态？ 根据热力学第一定律: dH=dU+d(PV) =Q+W+d(PV) =Q+ W psurdV+d(PV) = Q+ W +VdP 无非体积功W =0且恒压dP=0 时,所以dH=QP，即 H=QP H为状态函数,所以该过程的热只决定与体系的初终态。,2、“稳定单质的焓值等于零”；“化合物的摩尔生成热就是1mol该物质所具有的焓值”。这两种说法对吗？为什么？,不对。 稳定单质的标准摩尔生成焓为零，标准摩尔生成焓不是单质的摩尔焓；同样，化合物的摩尔焓（在一定条件下有确定的值）与其标准摩尔生成焓不是同一个物理量，自然
6、值也就不相同了。,3、如一化学反应的等压热效应H0，则该反应发生时一定放热，且S 0，对吗？为什么？,在化学反应热效应的定义中已规定了等温的条件，但并没有限定等压条件，只有当反应在等压条件下进行时，才能说该反应发生时一定放热，否则不一定。 如果反应是等压且可逆的 则Q= H=T S H0时S Vm(s)）。,(1) 水蒸发为水蒸气为恒温、恒压下的可逆相变过程。 根据： dG=-SdT+VdP 已知： dT=dP=0， 所以：dG=0 (2)凝固点下液体凝为固体为自发过程，自发过程的 G0.,三、计算题 1、已知冰在0及101.325kPa，熔化热为6008Jmol-1，水在100及101.32
7、5kPa下，蒸发热为44011Jmol-1，在0100间水的平均比热为75JK-1mol-1，求在101.325kPa下，将1mol的0冰变成100的水蒸气，试计算其U，H。,1mol冰 P=101.325KPa T1=273.15K,1mol水 P=101.325KPa T1=273.15K,溶化,U1 H1,升温,U2 H2,1mol水 P=101.325KPa T2=373.15K,1mol水蒸气 P=101.325KPa T2=373.15K,蒸 发,U3 H3,U H,溶化过程：U1=H1=nfusHm=16008 Jmol-1=6.008KJ 升温过程：U2=H2=NCv,m(T2
8、-T1) =1mol75JK-1mol-1(373.15-273.15)=7.5KJ 蒸发过程:H3=nvapHm=1mol44011Jmol-1=44.011KJ 假设水蒸气为理想气体：U3=H3-PV 液体体积可以忽略：PV= PV气=nRT=18.314373.15=3.102 KJ U3=H3-PV=44.011-3.102=40.909KJ U=U1+U2+U3=6.008+7.5+40.909=54.417 KJ H=H1+H2+H3=6.008+7.5+44.011=57.519KJ,2. 在298K及607.95kPa条件下，1mol单原子理想气体进行绝热可逆膨胀到 101.3
9、25KPa,试分别计算下列两个过程的终态T2及W、Q、U和H。 （1）绝热可逆膨胀（2）反抗101.325KPa的外压迅速膨胀（绝热不可逆膨胀）,解：根据题意，体系的状态变化过程可图示如下：,（1）对绝热可逆膨胀过程，由热力学第一定律及过程特征有： (P1)1- (T1) (P1) 1- (T2) 据此可解出T2145.6K。 WUnCv,m(T2T1)11.58.314(145.6298.2)1903 J Q0 HnCP,m(T2T1)12.58.314(145.6298.2)3172 J,(2) 对反抗恒外压的绝热不可逆膨胀过程，根据热力学第一定律及体积功的定义有： WUnCv,m(T2T
10、1)Psur(V2V1) Psur(V2V1) 101.325(11.95nRT1/P1) 101.325(11.9518.314298.2/607.95) 797.6 J T2T1797.6/(1.58.314) 298.264.0 234.2K HnCP,m(T2T1)12.58.314 (234.2298.2) 1329 J,3. 乙醇的燃烧反应为： 。已知在298K时乙醇的标准摩尔燃烧焓为1366.91 ，试计算298K时乙醇的标准摩尔生成焓。已知298K时 和 的的标准摩尔生成焓分 别为393.51 和285.85 。,解：根据标准摩尔反应热的定义及其与标准摩尔生成 焓的关系可得到：
11、 (乙醇） 代入题给数据解得, 277.66 kJmol-1,4. 2mol双原子理想气体从状态300K,150KPa先恒容冷却使压力降至50KPa,再恒温可逆压缩至100KPa。求整个过程的Q、W、 U、 H及S。,2mol T1=300K P1=150KPa,恒容冷却,Q1 W1 U1 H1 S1,2mol T2 P1=50KPa,恒温可逆压缩,Q2 W2 U2H2 S2,2mol T2 P2=100KPa,Q W UH S,5. 已知在-5时，水和冰的密度分别为999.2kg/m和916.7kg/m,并且水和冰的相平衡压力为59.8MPa。今有1kg的水在-5、100KPa下凝固成冰,求
12、该过程的G。假设水和冰的密度不随压力改变。,1kg水 T1=268.15K P1=100KPa,恒容变化,1kg水 T1=268.15K P2=59.8MPa,1kg冰 T1=268.15K P2=59.8MPa,凝固,G1,G2,1kg冰 T1=268.15K P1=100KPa,恒容变化,G3,G,四、综合题,1、计算5、80的水和10、20 的水在绝热容器里混合过程的熵变化。 解：先求终态温度，设为T，查得， 根据绝热条件有： 50004.184（353-T）=100004.184（T-293） 解得T=313K 由两部分组成（冷水升温和热水降温：,2、在298K，1.013105Pa时
13、，金刚石的摩尔熵为2.448JK-1mol-1，燃烧热为395321 Jmol-1，石墨的摩尔熵为5.711 JK-1mol-1，燃烧热为393422 Jmol-1 ，金刚石的密度为 3.513 gcm-3，石墨的密度为2.260 gcm-3，求： (1)298K，1.013105Pa下石墨变为 金刚石的G值； (2)加压能否使石墨变为金刚石，如有可能，则需加压为多少？,G(p2) -G(p1)V(p2-p1) G(p2)-2872=(12/3.513-12/2.260)10-6= -1.89410-6(p2-101325) 要使反应能进行，必须要使G(p2)0， 即p21.52109Pa,解：(1) C(石墨)C(金刚石),1899 J,-3.263 JK-1mol-1,2782 J,V(金)-V(石),(2),谢谢观看！ 2020,
