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1、第 二 章 热力学第一定律物理化学核心教程（第二版）参考答案二、概念题题号12345678选项DCBAADCC题号910111213141516选项BBABCCDB1. 答：（D） 热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。2. 答：（C）气体膨胀对外作功，热力学能下降。3. 答：（B）大气对系统作功，热力学能升高。4. 答：（A）过程（1）中，系统要对外作功，相变所吸的热较多。5. 答：（A）对冰箱作的电功全转化为热了。6. 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
2、的气相反应，H可能回大于零。7. 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. 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. 答：（B）式适用于不作非膨胀功的等压过程。10. （B）1.40=，CV =R Cp=R ，这是双原子分子的特征。11. 答：（A）反应进度=1 mol12. 答：（B）ngRT一项来源于（pV）一项，若假定气体是理想气体，在温度不变
3、时（pV）就等于ngRT。13. 答：（C）在标准态下，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。14. 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. 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 kJmol-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 kJmol-1 (-395.3
4、kJmol-1)= 1.9 kJmol-1 。16. 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：U= W Q，即有：（1）W =UQ = 100 40 = 60kJ（2）U= W Q = -20 20 = 02. 在300 K时，有 10 mol理想气体，始态压力为 1000 kPa。计算在等温下
5、，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：（1） W = -peV= -pe(V2V1) W = -100103110-3 = -100J（2） W = -peV= -pe(V2V1) = - () = - W = -108.314300（1-）= -22.45 kJ（3） W = - =-= -= - W = - 108.314300= -57.43 kJ3. 在373 K恒温条件下，计算1 mo
6、l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 （2）等温可逆膨胀 （3）恒外压膨胀 （4）分两步恒外压膨胀 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。14. 在373K和101.325kPa时，有1glH2O经（l）等温、等压可逆
7、气化；（2）在恒温373K的真空箱中突然气化，都变为同温、同压的H2O（g）。分别计算两个过程的Q、W、U和H的值。已知水的气化热2259Jg-1，可以忽略液态水的体积。解：（1）水在同温同压条件下的蒸发Q p=H = mvapHm = 12259 = 2.26kJW = -pVg = -ngRT = =-8.314373 = -172.3JU = Q + W = 2259 172.3 = 2.09 kJ（2）在真空箱中，pe = 0，故W = 0U、H 为状态函数，即只要最终状态相同，则数值相等，即有：H = 2.26kJ U = Q =2.09 kJ20. 在标准压力和298K时，H2（g
8、）与O2（g）的反应为：H2（g）+ O2（g）= H2O（g）。设参与反应的物质均可作为理想气体处理，已知，它们的标准等压摩尔热容（设与温度无关）分别为，。试计算：298K时的标准摩尔反应焓变和热力学能变化；（2）498K时的标准摩尔反应焓变。解：（1） = -240.58（2） = = -241.82 + （33.58-28.82-0.529.36）（498-298）10-3= 243.80第 三 章 热力学第二定律二、概念题题号12345678选项CAB DBCDC题号910111213141516选项DDDAABBB1.答：（C）理想气体等温膨胀，体积增加，熵增加，但要从环境吸热，故环
9、境熵减少。2.答：（A）封闭系统绝热不可逆过程，熵增加。 3.答：（B）因为钢瓶恒容，并与外界无功和热的交换，所以能量守衡，U = 0。4. 答：（D）等温、等压、不作非膨胀功的可逆相变，Gibbs自由能不变。5. 答：（B）因为Q=0，W=0，即U=0，则体系温度不变，可设置为等温膨胀过程，QR=-WR= nRTln，即。6. 答：（C）绝热可逆过程是衡熵过程，QR= 0 故S = 0 7. 答：（D）相当于摩尔等压热容与摩尔等容热容之比。8.答：（C）系统始态与终态都相同，所有热力学状态函数的变量也都相同，与变化途径无关。9. 答：（D）根据dG=Vdp-SdT ，即dG=Vdp。10.
10、答：（D）隔离系统的U，V不变。11. 答：（D）因为GT，p=0，本过程的始态、终态与可逆相变化的始态、终态相同。12. 答：（A）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。 13. 答：（A）这就是把Helmholtz自由能称为功函的原因。14. 答：（B）完整晶体通常指只有一种排列方式，根据熵的本质可得到，在0K时，完整晶体的熵等于零。15. 答：（B）因为， 16. 答：（B）适用于等温、非体积功为零的任何封闭体系或孤立体系，本过程只有（B）满足此条件。三、习题2. 试计算以下过程的解S：（1）5mol双原子分子理想气体，在等容条件下由
11、448K冷却到298K；（2）3mol单原子分子理想气体，在等压条件下由300K加热到600K。解：（1）双原子理想气体CV，m=，Cp，m= CV，m+R=等容条件下，W = 0，即有S= -42.4JK-1（2）单原子理想气体CV，m=，Cp，m= CV，m+R=等压条件下，即有S= 43.2JK-15. 有2mol单原子理想气体由始态500kPa、323K加热到终态1000kPa、3733K。试计算此气体的熵变。解：理想气体的p、V、T变化设置过程如下：2mol，500kPa，323K2mol，1000kPa，373K2mol，1000kPa，323KSS1S2dT=0dp=0 理想气体
12、等温可逆过程：即有：U=H=0 ，则有QR=-W= S1 =28.314ln= -11.52 JK-1理想气体等压可逆过程：S2=S2= =5.98 JK-1S = S1+S2 = -11.52+5.98 = -5.54 JK-16. 在600K时，有物质的量为nmol的单原子分子理想气体由始态100kPa、122dm3反抗50 kPa的外压，等温膨胀到50kPa。试计算：（1）U、H、终态体积V2以及如果过程是可逆过程的热QR和功WR；（2）如果过程是不可逆过程的热Q1和功W1；（3）Ssys、Ssur和Siso。解：（1）理想气体等温可逆膨胀过程：即有：U=H=0。 p1V1= p2V2
13、QR=-WR= =8.46kJ（2）理想气体等温恒外压过程：U=H=0。Q1=-W1 = peV =pe（V2-V1）= 5010103（244-122）10-3 = 6.10 kJ（3）Ssys = 28.17JK-1Ssur = -20.33JK-1Siso = Ssys + Ssur = 28.17 -20.33 = 7.84JK-111. 1mol 理想气体在 273 K 等温地从 1000 kPa 膨胀到100 kPa，如果膨胀是可逆的，试计算此过程的Q，W以及气体的U，H，S，G，A 。 解：理想气体等温可逆膨胀，T = 0 ，U = 0 ，H =0 W = -5.23 kJ Q = -W = 5.23 kJ S = = 19.16 JK-1 = -5.23 kJ13. 1mol 单原子分子理想气体，始态为 273 K，压力为p。分别经下列三种可逆变化，其Gibbs自由能的变化值各为多少？ （1）恒温下压力加倍 （2）恒压下体积加倍 （3）恒容下压力加倍 假定在 273 K，p$下，该气体的摩尔熵为 100 JK-1mol-1。 解：（1） 恒压下体积加倍， G = H -(TS)； 因为 所以 （2）（3）恒容下压力加倍， 所以18. 苯在正常沸点353 K下的DvapH =30.77 kJmol-1
