第01章--热力学基本定律--习题及答案.docVIP

第一章 热力学基本定律 习题§ 1. 1 （P10） 1. 解：不对。体系和环境之间以功的形式交换的能量有多种，除体积功之外还有非体积功，如电功、表面功等。 2.凡是系统的温度下降就一定放热给环境，而温度不变时则系统既不吸热也不放热。这结论正确吗？举例说明。 答：凡是系统的温度下降就一定放热给环境不对：体系温度下降可使内能降低而不放热，但能量可以多种方式和环境交换，除传热以外，还可对外做功，例如，绝热容器中理想气体的膨胀过程，温度下降释放的能量，没有传给环境，而是转换为对外做的体积功。 温度不变时则系统既不吸热也不放热也不对：等温等压相变过程，温度不变，但需要吸热(或放热), 如P?、373.15K下，水变成同温同压的水蒸气的汽化过程，温度不变，但需要吸热。 解： （1）向真空膨胀：p外=0，δW= - p外dV=0，W=0 （2）可逆膨胀：W= -nRTln(V2/V1) =-8.314×373.2×ln(100/25)=-4301J=-4.3kJ （3）两步恒外压膨胀：W= W1+ W2= -p外,1(V中-V1)- p外,2(V2 -V中) [此步可略] = -p中(V中-V1)- p2(V2 -V中) = -nRT/V中(V中-V1) - nRT/V2(V2 -V中) = -nRT(1-V1/V中) - nRT(1-V中/V2) = -8.314×373.2×(1-25/50+1-50/100) = -3.1kJ （注：因为已知数据是V，所以将P导成V） （4）一步恒外压膨胀：W= -p2(V2 -V1) = -nRT/V2(V2 -V1) = -nRT(1-V1/V2) = -8.314×373.2×(1-25/100) = -2.33 kJ 6. 10mol理想气体由25℃、1.00MPa膨胀到25℃、0.10MPa。设过程为：（1）向真空膨胀；（2）对抗恒外压0.100MPa膨胀。分别计算以上各过程的功。 解：（1）向真空膨胀：pe=0，W=0 （2）恒外压膨胀：W= -pe(V2-V1) = -p2(V2-V1) = -p2(nRT/p2 - nRT/p1) = -nRT(1-P2/P1) = -10×8.314×298.15×(1- 0.1) = 22.31kJ （注：因为已知数据是P，所以将V导成P） 7. 求下列等压过程的体积功： （1）10mol理想气体由25℃等压膨胀到125℃。 （2）在100℃、0.100Mpa下，5mol水变成5mol水蒸气（设水蒸气可视为理想气体，水的体积与水蒸气的体积比较可以忽略）。 （3）在25℃0.100Mpa下，1molCH4燃烧生成二氧化碳和水。 解：（1）理想气体等压膨胀： W= -p (V2-Vl) = -nR(T2-T1)= -10×8.314×(398.15-298.15)= -8.314kJ （2）等温等压相变：H2O(l) === H2O(g) W= -p (Vg-Vl)≈-pVg≈-nRT= -5×8.314×373.15= -15.512kJ （3）等温等压化学反应：CH4(g) + 2O2(g) === CO2(g) + 2H2O(l) W= -RT∑νB(g) = -8.314×298.15×(1-3)= 4.958kJ 8. （1）已知在373K及101.325kPa下，液态水的比体积是1.04 dm3 kg-1，水蒸气的比容为1677 dm3 kg-1，求1mol液态水在373K及101.325kPa下气化成1mol水蒸气时所作的功。 （2）假定把液态水的体积忽略不计，试求上述过程所作的功。 （3）若又假定把水蒸气视为理想气体，略去液态水的体积，试求气化过程所作的功。 解：（1）W= -p (Vg-Vl)= -101.325×18×10-3(1677-1.04)= -3.057kJ （2）W= -p (Vg-Vl)≈- pVg =-101.325×18×10-3×1677 = -3.059kJ （3）W= -p (Vg-Vl)≈- pVg≈-RT= -8.314×373= -3.101kJ 9. 在298.15K和P?下，把0.1kg的锌放进稀盐酸中，试计算产生氢气逸出时所做的体积功。 解：等温等压化学反应：Zn(s) + 2HCl(l) === ZnCl2(s) + H2(g) W= -nRT∑νB(g) = -(0.1×103/65)×8.314×298.15×1= -3.81kJ §1. 2（P1