物理化学_侯新朴版第一章_热力学第一定律课后习题答案.docVIP

PAGE 第一章 热力学第一定律练习参考答案1. 一隔板将一刚性绝热容器分成左右两侧，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: p2p1∵ 刚性绝热容器 ∴ Q=0，W=0，ΔU=02. 试证明1mol理想气体在恒后下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R 。解: 恒压下，W= p外ΔV= p外=R (p外= p，n=1mol，ΔT=1 )3. 已知冰和水的密度分别为0.92×103 kg?m-3和1.0×103 kg?m-3，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。试求上述过程体系所作的体积功。解: 恒压、相变过程，(1) W= p外(V2 –V1) =101.325×103×=3100 ( J )(2) W= p外(V2 –V1) =101.325×103×=0.16 ( J )4. 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；(2) 若在绝热条件下，使体系从某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？解:(1) Q－W、ΔU完全确定。( Q－W=ΔU；Q、W与过程有关)(2) Q、W、Q－W、ΔU完全确定。(Q=0，W = -ΔU)5. 1mol理想气体从100℃、0.025m3经下述四个过程变为100℃、0.1m3:(1) 恒温可逆膨胀；(2) 向真空膨胀；(3) 恒外压为终态压力下膨胀；(4) 恒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: 纯p V T 变化。(1) W=p外dV==nRT ln=1×8.314×373×ln = 4300 ( J )(2) W=p外dV = 0(3) 恒压，W= p外(V2 –V1) = (V2 –V1) =×(0.1-0.025) = 2326 ( J )(4) 恒温、恒外压，W= p外1(V2 –V1)＋p外2(V3 –V2)= (V2 –V1)＋(V3 –V2)=×(0.05-0.025)＋(0.1-0.05)=3101 ( J )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，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) 理想气体体系: Qp = ΔH ＞ 0(2) （理想气体＋电阻丝）体系: Qp = 0；ΔH = - W电＞ 0( 由 U2 –U1 = Qp–(p2V2 –p1V1)- W电 得 ΔH= Qp- W电 )7. 在373K和101.325kPa的条件下，1mol体积为18.80 cm3的液态水变为30200 cm3的水蒸气，已知水的蒸发热为4.067×104 J?mol -1。求此过程体系的ΔH及ΔU。解: 定T、p下的相变。ΔH= Qp =1×4.067×104=4.067×104 ( J )W= p外(V2 –V1) =101.325×103×(30200–18.80)×10-6 =3058 ( J )ΔU= Q－W=3.761×104 ( J )8. 分别判断下到各过程中的Q、W、ΔU和ΔH为正、为负还是为零？(1) 理想气体自由膨胀。(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) 水蒸气通过蒸气机对外做出一定量的功之后恢复原态，以水蒸气为体系。(6) 水(101325 Pa，273.15K) → 冰(101325 Pa，273.15K)。(7) 在充满氧的定容绝热反应器中，在墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为体系。解:(1) W= p外ΔV=0，Q=0，ΔU=ΔH=0(2) ΔU= 0，ΔH=0，W=Q=p外dV = nRT ln＞0(3) ΔU= 0，ΔH=0，W=Q=0(4) Q=0，W= p外ΔV ＞ 0，ΔU ＜0，ΔH＜0 (降温)(5) ΔU=ΔH=0，Q＞0，W＞0(6) 定T、p相变。Q＜0，W＞0，ΔU ＜0，ΔH＜0 (ΔH= Qp)(7) Q=0，W= 0，ΔU =0，ΔH=ΔU＋VΔp＞09. 已知H2(g)的Cp,m＝(29.07－0.836×10-3T＋2.01×10-6T2) J?K-1?mol -1，现将1mol的H2(g)从300K升至1000K，试求:(1) 恒压升温吸收的热及H2(g)的