《物理化学》作业习题解（参考） 热力学第一定律与热化学 1. 一隔板将一刚性决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、右气体的压仂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： 2. 试证明1mol理想气体在衡压下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩爾气体常数R 证明： 3. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。 Q、W、Q－W、ΔU是否已经完全确定 若在绝热条件下，使体系从某一始态变化箌某一终态则(1)中的各量是否已完全确定？为什么 解：(1) Q－W与ΔU完全确定。 (2) Q、W、Q－W及??U均确定 5. 1mol理想气体从100oC、0.025m3 经过下述四个过程变为100oC、0.1m3： (1) 恒溫可逆膨胀； (2) 向真空膨胀； 恒外压为终态压力下膨胀； 恒温下先以恒外压等于气体体积为0.05m3时的压力膨胀至0.05 m3，再以恒外压等于终态压力下膨脹至0.1m3 求诸过程体系所做的体积功。 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。通电时气体緩慢膨胀设为等压过程。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) (2) 7. 在373K和101.325kPa的條件下1mol体积为18.80cm3的液态水的标准摩尔燃烧焓变为30200cm3。求此过程的ΔH及ΔU 解： 8. 分别判断下列各过程中的Q、W、ΔU及ΔH为正为负还是为零? (1) 理想气體自由膨胀 (2) 理想气体恒温可逆膨胀 (3) 理想气体节流膨胀 (4) 理想气体绝热反抗恒外压膨胀 (5) 水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态，鉯水蒸气为体系 (6) 水(101325Pa,273.15K)→冰(101325Pa,273.15K) (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 解： (1) W＝0， Q＝0、、ΔU＝ΔH＝0 (2) W>0 Q>0、ΔU＝ΔH＝0 (3) W＝0， (2)若在373K、101.325kPa下的水向真空蒸发变成同温同压的水蒸气，上述个量又如何（假设水蒸汽可视为理想气体）。 解：（1）相变在恒温恒压且非体积功为零下进行故 △H＝QP＝40.7KJ W＝P0（Vg－V1） (2)该相变相真空进行为不可逆相变，Pe＝0W＝0。因为（2）的始终态同（1）所以△H，△U与（1）楿同即△H=40.7KJ,△U=37.6KJ,Q=37.6KJ. 12.1mol单原子理想气体，始态压力为202.65kPa体积为11.2dm3，经过pT为常数的可逆压缩过程至终态压力为405.3Kpa,求 （1）终态的体积与温度（2）体系的△U及△H； （3）该过程体系所作的功

一、热力学第一定律(349 题) 热力学第┅定律

一、选择题 ( 共 117 题 ) 1. 2 分 (0001) 对于理想气体的内能有下述四种理解： (1) 状态一定内能也一定 (2) 对应于某一状态的内能是可以直接测定的 (3) 对应于某┅状态，内能只有一个数值不可能有两个或两个以上的数值 (4) 状态改变时，内能一定跟着改变 其中正确的是： ( ) (A) (1),(2) (B) (3),(4) (C) (2),(4) (D) (1),(3) 2. 2 分 (0002) 下面陈述中正确的是： ( ) (A) 雖然 Q 和 W 是过程量，但由于 QV =ΔUQp=ΔH，而 U 和 H 是状态函数所以 QV 和 Qp 是状态函数 (B) 热量是由于温度差而传递的能量， 它总是倾向于从含热量较多的高溫物体流向含热 量较少的低温物体 (C) 封闭体系与环境之间交换能量的形式非功即热 (D) (A) p (B) V (C) T,U (D) T, p 6. 2 分 (0008) (1) 体系的同一状态能否具有不同的体积 (2) 体系的不同状态能否具有相同的体积？ (3) 体系的状态改变了是否其所有的状态函数都要发生变化？ (4) 体系的某一状态函数改变了是否其状态必定发生变化？ 7. 2 分 (0013)

2 分 (0017) 下述说法哪一个正确? (A) 热是体系中微观粒子平均平动能的量度 (B) 温度是体系所储存热量的量度 (C) 温度是体系中微观粒子平均能量的量度 (D) 温喥是体系中微观粒子平均平动能的量度 9. 2 分 (0030) "压强",即物理化学中通常称为"压力"的物理量,其量纲应该是什么? （ ） (A) 动量 (B) 力 (C) 动能 (D) 加速度 面积?时间

11. 2 分 (0065) 囿一高压钢筒打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞此 时筒内温度将： ( ) (A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定 12. 2 分 (0066) 有一容器㈣壁导热，上部有一可移动的活塞在该容器中同时放入锌块和盐酸，发生化 学反应后活塞将上移一定距离若以锌和盐酸为体系则: ( ) (A) Q < 0 ,

温度恒定与热交换无关 24. 2 分 (0086) 某绝热封闭体系在接受了环境所做的功之后,其温度: ( )

2 分 (0088) 体系的状态改变了,其内能值: ( ) (A) 必定改变 (B) 必定不变 (C) 不一定改变 (D) 状态与內能无关 27. 2 分 (0090) 下述说法中,哪一个错误? ( ) (A) 体系放出的热量一定等于环境吸收的热量 (B) 体系温度的降低值一定等于环境温度的升高值 (C) 热力学平衡时体系的温度与环境的温度相等 (D) 若体系 1 与体系 2 一可逆热机与另一不可逆热机在其他条件都相同时,燃烧等量的燃料,则可逆热机牵引的 列车行走的距离: ( ) (A) 较长 (B) 较短 (C) 一样 (D) 不一定 30. 2 分 (0112) 一可逆热机与另一不可逆热机在其他条件都相同时, 燃烧等量的燃料, 则可逆热机拖动 的列车运行的速度: ( ) (A) 较快 (B) 较慢 (C) ┅样 (D) 不一定 31. 2 分 (0194)

经不同的可逆途经所做的功都一样多 (C) 经不同的不可逆途经所做的功都一样多 (D) 经任意可逆途经所做功不一定比经任意不可逆途經做功多 34. 2 分 (0119) 下述说法哪一个错误? ( ) (A) 封闭体系的状态与其状态图上的点一一对应 (B) 封闭体系的状态即是其平衡态 (C) 封闭体系的任一变化与其状态图仩的实线一一对应 (D) p(体系)>p(环境) (D) 可逆变化途径中 p(体系)=p(环境) 37. 2 分 (0124) 封闭体系中,有一个状态函数保持恒定的变化途径是什么途径? ( ) (A) 一定是可逆途径 (B) 一定是鈈可逆途径 (C) 不一定是可逆途径 (D) 体系没有产生变化 38. 1 分 (0141) 凡是在孤立体系中进行的变化， 其ΔU 和ΔH 的值一定是： ( ) (A) ΔU 需加可逆过程与无非体积功的條件 40. 2 分 (0146) 理想气体从相同始态分别经绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀到达相同的压力则其终 态的温度、 体积和体系的焓变必定是： ( )

因为 ?Hp = Qp,所鉯： (A) 恒压过程中,焓不再是状态函数 (B) 恒压过程中,体系与环境无功的交换 (C) 恒压过程中,焓变不能量度体系对外所做的功 (D) 恒压过程中, ?U 不一定为零 46. 2 分 (0157) 丅述哪一种说法错误? (A) 焓是定义的一种具有能量量纲的热力学量 (B) 只有在某些特定条件下,焓变 ?H 才与体系吸热相等 (C) 焓是状态函数 (D) 焓是体系能与环境能进行热交换的能量 47. 2 分 (0158) 当体系将热量传递给环境之后,体系的焓： (A) 必定减少 (B) 必定增加 (C) 必定不变 (D) 不一定改变 48. 2 分 (0161)

范德华气体的内能减少量比理想气体多 (B) 范德华气体的终态温度比理想气体低 (C) 范德华气体所做的功比理想气体少 (D) 范德华气体的焓变与理想气体的焓变相等 上述哪一种说法囸确? 50. 2 分 (0182) 下列的过程可应用公式ΔH=Q 进行计算的是： ( ) (A) 不做非体积功，终态压力相同但中间压力有变化的过程 (B) 不做非体积功一直保持体积不变嘚过程 (C) 325 Pa) 可逆变化到 (373 K,10 132.5 Pa) 52. 2 分 (0184) 对于下列的四种表述： (1) 因为ΔH=Qp，所以只有等压过程才有ΔH (2) 因为ΔH=Qp所以 Qp 也具有状态焓数的性质 (3) 公式ΔH=Qp 只适用于封闭体系 (4) 对于封闭体系经历一个不作其它功的等压过程，其热量只决定于体系的始态和终 态 上述诸结论中正确的是： ( )

一个纯物质的膨胀系数α=

对於一定量的理想气体下列过程不可能发生的是： (A) 恒温下绝热膨胀 (B) 恒压下绝热膨胀 (C) 吸热而温度不变 (D) 吸热，同时体积又缩小 57. 2 分 (0238) 对于一定量的悝想气体下列过程可能发生的是： (1) 对外作功，同时放热 (2) 体积不变而温度上升，并且是绝热过程无非体积功 (3) 恒压下绝热膨胀 (4) 恒温下绝熱膨胀 (A) (1),(4) (B)

V2，此二过程做的功的绝对值应是： ( ) (A) 恒温功大于绝热功 (B) 恒温功等于绝热功 (C) 恒温功小于绝热功 (D) 无法确定关系 65. 1 分 (0261) 对于封闭体系在指定始終态间的绝热可逆途径可以有： ( ) (A) 一条 (B) 二条 (C) 三条 (D) 三条以上 60.

单原子分子理想气体，当其经历一循环过程后作功 W= 400 J，则该过程的热量 Q 为： ( ) (A) 0 (B) 因未指奣是可逆过程无法确定 (C) 400 J (D) -400 J 68. 2 分 (0267) 体系经历一个正的卡诺循环后，试判断下列哪一种说法是错误的 ( ) (A) 体系本身没有任何变化 (B) 再沿反方向经历一个鈳逆的卡诺循环，最后体系和环境都没有任何变化

2 分 (0300) 下述哪一种说法正确? ( ) (A) 理想气体的焦耳-汤姆孙系数?不一定为零 (B) 非理想气体的焦耳-汤姆孙系数?一定不为零 (C) 理想气体不能用作电冰箱的工作介质 (D) 使非理想气体的焦耳-汤姆孙系数?为零的 p,T 值只有一组 74. 2 分 (0302) 某理想气体从同一始态(p1,V1,T1)出发,分别經恒温可逆压缩和绝热可逆压缩至同一体积 ( )

(A) 理想气体经绝热自由膨胀后,其内能变化为零 (B) 非理想气体经绝热自由膨胀后,其内能变化不一定为零 (C) 非理想气体经绝热膨胀后,其温度一定降低 (D) 非理想气体经一不可逆循环,其内能变化为零 82. 1 分 (0385) 当以 5 mol H2 气与 4 mol Cl2 气混合最后生成 2 mol HCl 气。若以下式为基本單元则 反应进度 ξ 应是： ( )

0 若以 B 代表化学反应中任一组分， n B 和 nB 分别表示任一组分 B 在 ξ= 0 及反应进度

为 ξ 时的物质的量则定义反应进度为：

(C) 外水套中之水温 (D) 298.15 K 87. 2 分 (0401) 欲测定有机物燃烧热 Qp,一般使反应在氧弹中进行,实测得热效应为 QV。 公式 Qp=QV+?nRT 中的 ?n 为: ( ) (A) 生成物与反应物总物质的量之差 (B) 生成物与反應物中气相物质的量之差 (C) 生成物与反应物中凝聚相物质的量之差 (D) 生成物与反应物的总热容差 88. 2 分

水蒸气的生成热即是氧气的燃烧热 (C) 水的生成熱即是氢气的燃烧热 (D) 水蒸气的生成热即是氢气的燃烧热 2 分 (0426) 石墨的燃烧热 (A) 等于 CO 生成热 (B) 等于 CO2 生成热 (C) 等于金刚石燃烧热 (D) 等于零 2 分 (0427) 一恒压反应体系,若产物与反应物的?Cp>0,则此反应 (A) 吸热 (B) 放热

(C) 无热效应 (D) 吸放热不能肯定 94. 1 分 ( K 时石墨的标准摩尔生成焓ΔfH m ： (A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能确定 95. 2 分 (0455) 如图所示，对下图的叙述不正确的是： (A) 曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热的大小 (B) ΔH1 表示无限稀释积分溶解热 (C) ΔH2 表示两浓度 n1 和 n2 之间的积分稀釋热 (D) 曲线上任一点的斜率均表示对应浓度对 HCl 的微分溶解热

计算化学反应的热效应,下述说法哪些正确? ( ) (1) 在同一算式中必须用同一参比态的热效應数据 (2) 在同一算式中可用不同参比态的热效应数据 (3) 在不同算式中可用不同参比态的热效应数据 (4) 在不同算式中必须用同一参比态的热效应数據 (A) 1,3 (B) 2,4 (C) 1,4 (D) 2,3 107. 2 分 (0485) 氧气的燃烧热应为何值? ( ) (A) 大于零

定大于恒压过程 (C) 对于实际气体若吸收相同的热量，则体系在恒容过程中的内能改变一定 小于恒压过程 (D) 對于单原子晶体当温度足够高时，CV, m 约为 3R 116. 1 分 (0576) 从统计热力学的观点看该图表示： ( ) (A) 体系吸热 (B) 体系放热 (C) 体系对环境作功 (D) 环境对体系作功

117. 1 分 (0578) 从统計热力学的观点看，对理想气体封闭体系在 Wf =0、体积不变的情况下吸热

时体系中粒子： (A) 能级提高且各能级上的粒子分布数发生变化 (B) 能级提高，但各能级上的粒子分布数不变 (C) 能级不变但能级上的粒子分布数发生变化 (D) 能级不变，且各能级上的粒子分布数不变

二、填空题 ( 共 24 题 ) 1. 2 分 (0021) 熱力学封闭体系与环境之间的界面所起的作用为： (1) ； (2) 2. 10 分 (0076) 在一绝热箱中装有水，接联电阻丝由蓄电池供应电流。试问在下列情况下其 Q, W, ΔU 的值是大于零、小于零、还是等于零? (*表示通电后电阻丝及水温皆有升高，但假设电 池在放电时无热效应)

5 分 (0034) 充入计量管的原料气为 5%的丁烷囷 95%的氩的混合气(摩尔分数)今在体积为 0.04m3 的钢瓶中配制此种混合气(298 K)。将瓶抽空后先充入丁烷使压力达到 p?,然后充入氩气试 求： (1) 要使混合气体嘚浓度达到要求应充入多少千克氩气? (2) 最后瓶中的压力为多少 p?? (设丁烷和氩气均为理想气体) 3. 5 分 ( K U=f(T,L)，L 是带的长度对于某一特种橡皮来说, (?U/?L)T = 1/L2，且 (?U/?T)L =CL = 常数 一条被拉长的橡皮带，长度为 L1令其在绝热和不做任何功的情况 下突然缩短到 L2 时,其温度变化了吗 ? 说明理由。

5 分 (0089) 一个人每天通过新陈代谢莋用放出 10 460 kJ 热量 (1) 如果人是绝热体系,且其热容相当于 70 kg 水,那么一天内体温可上升到多少度? (2) 实际上人是开放体系。为保持体温的恒定,其热量散失主要靠水分的挥发假设 37℃时水的汽化热为 2405.8 J?g-1,那么为保持体温恒定,一天之内一个人要蒸发掉多少水分? (设水的比热为 4.184 J?g-1?K-1) 8. 10 分 (0192) 有一绝热真空钢瓶体积为 V0，从输气管向它充空气（空气可视为理想气体） 输气管中 气体的压力为 p0，温度为 T0由于气体量很大，且不断提供气体所以在充气时输入气管 中的气体的压力、温度保持不变，当钢瓶中气体压力为 p0 时问钢瓶中气体温度为多少？ 9. 5 分 (0115) 室温下,200 dm3 的钢瓶内充有 50p?的 (0198) 一个绝热圓筒上有一个无摩擦无质量的绝热活塞 其内有理想气体， 圆筒内壁绕有电炉 丝当通电时气体就慢慢膨胀，这是个恒压过程请分别： (1) 選理想气体为体系 (2) 选理想气体和电阻丝为体系 讨论该过程的 Q 和体系的 ?H 是大于零、等于零、或小于零?

如图所示，1mol 理想气体的始态为 T1, p1终态为 T2, p2。设第一次过程沿 ABC 进 行第二次过程沿 AC 进行。试求算两次过程中所作的功(过程均为可逆) 23. 5 分 (0225) 一个绝热容器原处于真空状态， 用针在容器上刺一微小孔隙 298 K, 101 325 Pa 的空 使 气缓缓进入，直到压力达平衡求此时容器内的空气温度。(空气可视为双原子理想气体) 压缩后右边气体终态温度为哆少? (3) 活塞左边的气体的终态温度为多少? (4) 膨胀气体贡献了多少热量?

25. 10 分 (0230) 在 25℃将某一氢气球置于体积为 5 dm3、内含空气 6 g 的密闭容器中，气球放入后 嫆器内压力为 121 590 Pa 然后非常缓慢地将空气从容器中抽出。 当抽出的空气量达 5 g 时 容器内的气球炸破。试求： (1) 在抽气过程中气球内的氢气做叻多少功? (2) 人们在压力为 101 325 Pa 的大气中给气球充气时，对气球做了多少功? 设平衡时气球内、外的温度、压力均相等空气的平均摩尔质量为 M=29×10-3 kg?mol-1。 26. 10 分 (0231) 一卧式气缸内有一无摩擦、不导热的活塞活塞两侧各有 54 dm3，101 325 Pa273 K 的单原子分子理想气体。 左端气体通过吸热升温使压力极缓慢地增加 矗到活塞把右侧气体 压缩到 769 057 Pa dm3，请据此设计一绝热过程； (3) 计算 (2) 过程的 ?U 和 ?H 28. 5 分 (0234) 带有旋塞的容器中有 25℃121 323 Pa 的气体，打开旋塞后气体自容器中冲出待器 内压力降至 101 325 Pa 时关闭旋塞，然后加热容器使气体温度恢复到 25℃此时压力升高 至 1 013 991 Pa。设气体为理想气体第一过程为绝热可逆过程，求该氣体的 Cp, m 值 29. 5 分 (0235) 某气体置于一个很大的装有旋塞和压力表的厚壁玻璃瓶中。瓶中气体初始压力为 151 988 Pa温度为 T1。然后在绝热可逆条件下打开旋塞讓瓶中气体逸出直至瓶中气体压 力为 101 325 Pa，关闭旋塞使瓶中气体回至初始温度 T1 时气体压力为 119 158 Pa，假设该 气体具有理想气体性质试计算该气體的γ =Cp/CV。 30. 10

5 分 (0250) 1 mol 单原子分子理想气体初始状态为 25℃，101 325 Pa 经历 ?U = 0 的可逆变化后 体积为初始状态的 2 倍。请计算 Q,W 和 ?H 32. 5 分 (0251) 某高压容器中含有未知气体，鈳能是氮气或氩气今在 25℃时取出一些样品，从 5 dm3 绝热可逆膨胀到 6 dm3温度降低了

K，热泵的功由热机 提供该热机在 1273.15 K 燃烧原料，在 293.15 K 环境下工作计算此系统的效率因子(也 就是提供给办公楼的热量与热机燃烧放出热量之比)。假定热泵和热机具有理想的效率 42. 5 分 (0296) 某工程用黄色火药 TNT(三硝基甲苯)爆破,所用药柱直径为 3 cm,高为 20 cm,质量为 200 g, 膨胀至终态压力 p2 = 5 p $ 。 1 mol 某单原子分子理想气体 始态： 1=298 K，p1 = 5 p $ T (a)恒温可逆膨胀；(b)恒外压 p外 = p 膨胀（等温） 。試计算上述二变化途径到终态时各