热力学第一定律6.doc

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1、第一章热力学第一定律1.一隔板将一刚性绝热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去，左右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则ΔU、Q、W为正？为负？或为零？解：以全部气体为系统，经过指定的过程，系统既没有对外做功，也无热量传递。所以ΔU、Q、W均为零。2.若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。（1）Q、W、Q+W、ΔU是否已完全确定；答：ΔU＝Q+W能够完全确定，因内能为状态函数，只与系统的始态和终态有关。Q、W不能完全确定，因它们是与过程有关的函数。（2）若在绝热条件下，使系统从某

2、一始态变化到某一终态，则（1）中的各量是否已完全确定，为什么！答：Q、W、Q+W、ΔU均完全确定，因绝热条件下Q＝0，ΔU＝Q+W＝W.习题1.计算下述两个过程的相关热力学函数。（1）若某系统从环境接受了160kJ的功，热力学能增加了200kJ，则系统将吸收或是放出了多少热量？（2）如果某系统在膨胀过程中对环境作了100kJ的功，同时系统吸收了260kJ的热，则系统热力学能变化为多少？解析：（1）W＝160kJ,ΔU=200kJ,根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W得：Q＝200-160＝40kJ（2）W＝－100kJ

3、，Q＝260kJΔU＝Q＋W＝260-100＝160kJ2.试证明1mol理想气体在等压下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R.解：3.已知冰和水的密度分别为0.92×103kg/m3和1.0×103kg/m3，现有1mol的水发生如下变化：（1）在100℃、101.325kPa下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体；（2）在0℃、101.325kPa下变为冰。试求上述过程系统所作的体积功。解：（1）(2)4.设某60m3房间内装有一空调，室温为288K。今在100kPa下要将温度升高到298K，试求需

4、要提供多少热量？假设其平均热容Cp,m=29.30J·mol-1·K-1,空气为理想气体，墙壁为绝热壁。解：5.1mol理想气体从100℃、0.025m3经下述四个过程变为100℃、0.1m3：（1）等温可逆膨胀；（2）向真空膨胀；（3）恒外压为终态压力下膨胀；（4）等温下先以恒外压等于0.05m3的压力膨胀至0.05m3，再以恒外压等于终态压力下膨胀至0.1m3。求诸过程体系所作的体积功。解：（1）（2）（3）(4)6.在一个带有无重量无摩擦活塞的绝热圆筒内充入理想气体，圆筒内壁上绕有电炉丝。通电时气体缓慢膨胀，

5、设为等压过程。若（1）选理想气体为体系；（2）选电阻丝和理想气体为体系，两过程的Q、ΔH分别是等于、小于还是大于零？解：（1）因等压过程且非体积功为零，所以Qp=ΔH>0(吸热)（2）因绝热，Q=0,非体积功不为零，则ΔH＝ΔU+Δ(pV)=Q+（W体积＋W电功）＋pΔV＝W电功>07.在373K和101.325kPa的条件下，1mol体积为18.80cm3的液态水变为30200cm3的水蒸气，已知水的蒸发热为4.067×10-4J/mol。求此过程体系的ΔH和ΔU。解：8.分别判断下列个过程中的Q、W、ΔU和ΔH

6、为正、负还是为零？（1）理想气体自由膨胀。均为零。（pe=0,W=0,Q=0,ΔU=ΔH=0）（2）理想气体恒温可逆膨胀。理想气体恒温可逆膨胀，ΔU=ΔH=0，Q>0,W<0（3）理想气体节流膨胀。理想气体节流膨胀，ΔT＝0，ΔU=ΔH=0，又因为绝热,Q=W=0（4）理想气体绝热、反抗恒外压膨胀。绝热Q＝0，恒外压膨胀W<0,ΔU=Q+W<0（5）水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态，以水蒸气为体系。体系对外做功，W<0,体系恢复原态，ΔU=ΔH=0，Q＝ΔU-W>0（6）水（101325Pa，273.

7、15K）→冰（101325kPa,273.15k）放热Q<0,W=-peΔV<0(V冰>V水),ΔU=Q+W<0，ΔH=Q<0（7）在充满氧的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为体系。绝热定容，Q=0,W=0,ΔU=0体系内发生反应C(s)＋O2（g）→CO2(g),由反应式体系体积反应前后不变，但随着反应的进行，体系温度升高，压力增大，则：ΔH＝ΔU＋Δ（pV）=VΔp>09.已知H2的Cp,m＝(29.07-0.836×10-3T＋2.01×10-3T2)J/K·mol,现将1mol的H2(

8、g)从300K升至1000K，试求：(1)恒压升温吸收的热及H2(g)的ΔH;(2)恒容升温吸收的热及H2(g)的ΔU。解：（1）(2)10.在0℃和506.6kPa条件下，2dm3的双原子理想气体体系以下述二个过程恒温膨胀至压力为101.325kPa，求Q、W、ΔU和ΔH。（1）可逆膨胀；（2）对抗恒外压101.325kPa膨胀。解：恒温膨胀，所以ΔU＝Δ