第一章 气体1．如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球的壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状采用的是气体热胀冷缩的原理 2．在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体试问，这两容器中气体的温度是否相等？ 答：不一定相等根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相 等3． 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一根玻管相通，管中间 有一汞滴将两边的气体分开当左边球的温度为273K，右边球的温度为 293K时，汞滴处在中间达成平衡试问： (1) 若将左边球的温度升高 10K，中间汞滴向哪边移动？ (2) 若将两个球的温度同时都升高 10K，中间汞滴向哪边移动？ 答：（1）左边球的温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动 （2）两个球的温度同时都升高10K，汞滴仍向右边移动因为左边球的起 始温度低，升高 10K所占的比例比右边的大，283/273大于 303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边的比右边的大 4．在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。
请估计会发生什么现象？答：软木塞会崩出这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸防止的方法是，在灌开水时不要灌得太快，且要将保温瓶灌满 5．当某个纯的物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处 于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化？答：升高平衡温度，纯物质的饱和蒸汽压也升高但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度6．Dalton分压定律的适用条件是什么？Amagat 分体积定律的使用前提是什么？答：这两个定律原则上只适用于理想气体Dalton分压定律要在混合气体的温度和体积不变的前提下，某个组分的分压等于在该温度和体积下单独存在时的 压力Amagat 分体积定律要在混合气体的温度和总压不变的前提下，某个组分的分体积等于在该温度和压力下单独存在时所占有的体积。
7．有一种气体的状态方程为pVm=RT+bp（ b 为大于零的常数），试分析这种气体与理想气体有何不同？将这种气体进行真空膨胀，气体的温度会不会下降？答：将气体的状态方程改写为 pVm-b=RT，与理想气体的状态方程相比，这个状态方程只校正了体积项，未校正压力项说明这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的相互作用力仍可以忽略不计所以，将这种气体进行真空膨胀时，气体的温度不会下降，这一点与理想气体相同 8．如何定义气体的临界温度和临界压力？答：在真实气体的 m p V − 图上，当气-液两相共存的线段缩成一个点时，称这点为临界点这时的温度为临界温度，这时的压力为临界压力在临界温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化 9．van der Waals气体的内压力与体积成反比，这样说是否正确？答：不正确根据 van der Waals 气体的方程式，P+aVm2Vm+b=RT，其中aVm2被称为是内压力，而a 是常数，所以内压力应该与气体体积的平方成反比10．当各种物质都处于临界点时，它们有哪些共同特性？ 答：在临界点时，物质的气-液界面消失，液体和气体的摩尔体积相等，成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体，称为超流体。
高于临界点温度时，无论用多大压力都无法使气体液化，这时的气体就是超临界流体第二章 热力学第一定律1．判断下列说法是否正确，并简述判断的依据 （1）状态给定后，状态函数就有定值；状态函数固定后，状态也就固定 了 （2）状态改变后，状态函数一定都改变 （3）因为，∆U=QV ，∆H=QP，所以 QV，QP是特定条件下的状态函数 （4）根据热力学第一定律，因为能量不能无中生有，所以一个系统若要 对外做功，必须从外界吸收热量 （5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，使液体的温度上升，∆H=QP=0 这时6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q1，焓变为∆H1 若将化学 反应安排成反应相同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态都相同， 这时热效应为Q2，焓变为∆H2 ，则 ∆H1=∆H2答：（1）对因为状态函数是状态的单值函数，状态固定后，所有的状态函 数都有定值反之，状态函数都有定值，状态也就被固定了 （2）不对虽然状态改变后，状态函数会改变，但不一定都改变例如，系 统发生了一个等温过程，体积、压力等状态函数发生了改变，系统的状态已与原 来的不同，但是温度这个状态函数没有改变 （3）不对。
热力学能 U 和焓 H 是状态函数，而∆ U ，∆ H 仅是状态函数的变量QV和QP仅在特定条件下与状态函数的变量相等，所以QV和QP不可能是状态函数4）不对系统可以降低自身的热力学能来对外做功，如系统发生绝热膨胀 过程但是，对外做功后，系统自身的温度会下降 （5）不对因为环境对系统进行机械搅拌，做了机械功，这时Wf≠0，所以不符合∆H=QP 的使用条件使用∆H=QP这个公式，等压和Wf≠0，这两个条件一个也不能少因为焓H是状态函数，只要反应的始态和终态都相同，则焓变的数 值也相同，与反应具体进行的途径无关，这就是状态函数的性质，“异途同归， 值变相等”但是，两个过程的热效应是不等的，即Q1≠Q2 2．回答下列问题，并简单说明原因 （1）可逆热机的效率最高，在其他条件都相同的前提下，用可逆热机去牵 引火车，能否使火车的速度加快？ （2） Zn与盐酸发生反应，分别在敞口和密闭的容器中进行，哪一种情况放 的热更多一些？ （3）在一个用导热材料制成的圆筒中，装有压缩空气，圆筒中的温度与环 境达成平衡如果突然打开筒盖，使气体冲出，当压力与外界相等时，立即盖上 筒盖过一会儿，筒中气体的压力有何变化？ （4）在装有催化剂的合成氨反应室中， 2N (g)与 2H (g)的物质的量之比为1 :3 ，反应方程式为 N2(g)+3H2(g)⇋2NH3(g) 。
分别在温度为T1和T2的条件下，实验测定放出的热量对应为QP(T1)和QP(T2)但是用Kirchhoff 定律计算时∆rHmT2=∆rHmT1+T1T2∆rCPdT计算结果与实验值不符，试解释原因 答：（1）可逆热机的效率虽高，但是可逆过程是一个无限缓慢的过程，每一 步都接近于平衡态所以，用可逆热机去牵引火车，在有限的时间内是看不到火 车移动的所以，可逆功是无用功，可逆热机的效率仅是理论上所能达到的最高 效率，使实际不可逆热机的效率尽可能向这个目标靠拢，实际使用的热机都是不 可逆的 （2）当然在密闭的容器中进行时，放的热更多一些因为在发生反应的物 质的量相同时，其化学能是一个定值在密闭容器中进行时，化学能全部变为热 能，放出的热能就多而在敞口容器中进行时，一部分化学能用来克服大气的压 力做功，余下的一部分变为热能放出，放出的热能就少 （3）筒中气体的压力会变大因为压缩空气冲出容器时，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当盖上筒盖又过了一会儿，筒内气体通 过导热壁，从环境吸收热量使温度上升，与环境达成平衡，这时筒内的压力会增 加。
（4）用 Kirchhoff公式计算的是反应进度等于1 mol时的等压热效应，即摩 尔反应焓变用实验测定的是反应达平衡时的等压热效应，由于合成氨反应的平衡转化率比较低，只有25%左右，所以实验测定值会比理论计算的结果小如果 将反应物过量，使生成产物的数量与化学计量方程的相同，那实验值与计算值应 该是等同的 3．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?答：当然不一样，因为从同一个始态出发，绝热可逆与绝热不可逆两个过程 不可能到达同一个终态，两个终态温度不可能相同，即∆ T 不可能相同，所以做的功也不同通常绝热可逆过程做的功（绝对值）总是大于不可逆过程做的功 4．指出如下所列3 个公式的适用条件：（1）∆H=QP（2）∆U=QV （3）W=nRTlnV1V2答：（1）式，适用于不做非膨胀功（Wf=0）的等压过程（dp=0）2）式，适用于不做非膨胀功（Wf=0）的等容过程（Dv=0）3）式，适用于理想气体不做非膨胀功（Wf=0）的等温可逆过程5．用热力学的基本概念，判断下列过程中， W ，Q ， ∆U 和∆H 的符号，是>0 ， < 0，还是=0。
第一定律的数学表示式为∆U=Q+W1） 理想气体的自由膨胀 （2） van der Waals 气体的等容、升温过程 （3） 反应Zn(s)+2HCl(aq)=ZnCl2(aq)+H2(g)在非绝热、等压条件下进行（4） 反应 H2(g)+Cl2=2HCl(g) 在绝热钢瓶中进行 （5） 在 273.15K，101.325kPa 下，水结成冰 答：（1） W =0 因为是自由膨胀，外压为零 Q =0 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，所以不必从环境吸热 ∆ U =0 因为温度不变，理想气体的热力学能仅是温度的函数或因为W=0， Q=0，所以∆ U=0 ∆H=0 因为温度不变，理想气体的焓也仅是温度的函数或因为H=U+pV，∆ U=0，∆pV=∆nRT=0所以∆ H=02）W=0 因为是等容过程，膨胀功为零Q>0温度升高，系统吸热∆U>0 系统从环境吸热，使系统的热力学能增加∆H >0 根据焓的定义式，∆H=∆U+∆pV=∆U+V∆p>03） W<0 反应会放出氢气，要保持系统的压力不变，放出的氢气推动活塞，克服外压对环境做功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 = Qp4） 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，W ，Q 和U ∆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=Vp>0 ∆p>0，∆ H > 0 或∆H=∆U+∆pV=nR∆T ∆T>0，∆ H > 0变大，系统克服外压，对环境做功Q<0 在凝固点温度下水结成冰，提及变大，系统克服外压，对环境做功 ∆ 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，。