第二章-热力学第一定律.docx

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1、第二章-热力学第一定律第二章热力学第一定律考虑题1设有一电炉丝浸于水中,接上电源，通过电流一段时间。假如按下列几种情况作为系统，试问U，Q，W为正为负还是为零?(1)以电炉丝为系统；(2)以电炉丝和水为系统；(3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。2设有一装置如下图，(1)将隔板抽去以后，以空气为系统时，U，Q，W为正为负还是为零?(2)如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有空气为系统时，U，Q，W为正为负还是为零？作业题1(1)假如一系统从环境接受了160J的功，内能增加了200J，试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀经过中，对环境做了1054

2、0J的功，同时吸收了27110J的热，试问系统的内能变化为若干？答案：(1)吸收40J；(2)16570J2在一礼堂中有950人在开会，每个人平均每小时向周围散发出42xl05J的热量，假如以礼堂中的空气和椅子等为系统，则在开会时的开场20分钟内系统内能增加了多少?假如以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统，则其U?答案：1.3l08J;03一蓄电池其端电压为12V，在输出电流为10A下工作2小时，这时蓄电池的内能减少了1265000J，试求算此经过中蓄电池将吸收还是放出多少热？答案：放热401000J4体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀，其压力从106Pa降低到105Pa,计算此经过

3、所能作出的最大功为若干?答案：9441J5在25下，将50gN2作定温可逆压缩，从105Pa压级到2106Pa，试计算此经过的功。假如被压缩了的气体对抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态，问此膨胀经过的功又为若干？答案：1.33104J；4.20103J6计算1mol理想气体在下列四个经过中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3；始态及终态温度均为100。(1)向真空膨胀；(2)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀；(3)先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50dm3(此时温度仍为100)以后，再在外压等于100dm3时气体的平衡压力下膨胀；

4、(4)定温可逆膨胀。试比拟这四个经过的功。比拟的结果讲明了什么问题？ 答案：0；2326J；310lJ；4299J习题10试证实对遵守范德华方程的1mol实际气体来讲，其定温可逆膨胀所作的功可用下式求算。(范德华方程为()V=m2apbRTVm?+-?11,2=ln+a,1,2,1VbmWRTVbVVmmm?-?-?-?习题11假设CO2遵守范德华方程，试求算1molCO2在27时由10dm3定温可逆压缩到1dm3所作的功。(所需范德华常数本人查表)。答案：5514J习题121mol液体水在100和标准压力下蒸发，试计算此经过的体积功。(1)已知在100和标准压力下，水蒸气的比体积(体积除以质

5、量)为1677cm3g-1，水的比体积为1.043cm3g-1。(2)假设水的体积比之蒸气的体积可略去不计，蒸气作为理想气体。比拟两者所得的结果，讲明(2)的省略能否合理。答案：3.057103J；3.101103J习题13已知在0和标准压力下，冰的密度为0.917gcm-3，水的密度为1.000gcm-3。试计算在0及标准压力下，1mol冰熔化成水所需之功。(要注意此题所需之功比之上题的涉及有蒸气的相变化的功是很小的)答案：-0.165J习题14在373K和标推压力下，水的蒸发热为4.067104Jmol-1，1mol液态水体积为18.08cm3，蒸气则为30200cm3。试计算在该条件下1

6、mol水蒸发成气的U和H。答案：3.761104J；4.067104J习题15一理想气体在保持定压105Pa下，从10dm3膨胀到16dm3，同时吸热1255J，计算此经过的U和H。答案：655J；1255J习题16假设N2为理想气体。在0和5105Pa下，用2dm3N2作定温膨胀到压力为105Pa。(1)假如是可逆膨胀；(2)假如膨胀是在外压恒定为105Pa的条件下进行。试计算此两经过的Q、W、U和H。答案：(1)1609J；0；(2)800J；0习题17试由0UVT?=?及0HVT?=?证实理想气体的0UpT?=?及0HpT?=?。习题18有3mol双原子分子理想气体由25加热列150，试

7、计算此经过的U和H。答案：7.79103J；1.09104J习题19有1mol单原子分子理想气体在0，105Pa时经一变化经过，体积增大一倍，H2092J，Q=1674J。(1)试求算终态的温度、压力及此经过的U和W；(2)假如该气体经定温和定容两步可逆经过到达上述终态，试计算Q、W、U和H。答案：(1)373.7K，6.84104Pa，1255J，419J，(2)2828J，1573J，1255J,2092J习题20已知300K时NH3的mUVT?=840Jm-3mol-1,CV,m=37.3JK-1mol-1。当1molNH3气经一压缩经过其体积减少103而温度上升2度时，试计算此经过的U

8、。答案：74.6J习题21试证实对任何物质来讲()()12UVCCppVVTpTHpCCVpVpTVT?-=+?-=-?习题22计算1gN2在常压下由600冷却到20时所放出的热，所需数据本人查找。答案：629J习题23试求算2mol100，4104Pa的水蒸气变成l00及标准压力的水时，此经过的U和H。设水蒸气可视为理想气体，液体水的体积可忽略不计。已知水的摩尔气化热为40670Jmol-1。答案：75138J；81340J习题24已知任何物质的2CCTVpV-=其中为膨胀系数，为压缩系数。现已查得25时液体水的定容热容Cv，m=75.2JK1mol1,=2.1104K1,=4.441010

9、Pa1，而水的Vm18106m3mol-1。试计算液体水在25时的Cp,m=?答案：75.7JK1mol1习题25一物质在一定范围内的平均定压摩尔热容可定义为(),21QpCpmnTT=-其中n为物质的量。已知NH3的2-1-13533.642.93102.1310JKmol,2KKTTCpm?-?=+?+?gg试求算NH3在0500之间的平均定压摩尔热容,Cpm。答案：41.4JK1mol1习题26已知N2和O2的定压摩尔热容与温度的关系式分别为()()()-13N27.874.2710Jmol2,K135-1-1O36.1620.845104.31010JKmol,22K/KTCpmTCp

10、mT?-=+?-?=+?-?ggg试求空气的,pmC与温度的关系式应为怎样?习题271molH2在25、105Pa下，经绝热可逆经过压缩到体积为5dm3，试求终态温度T2；终态压力p2；经过的W，U和H。H2的CV，m可根据它是双原子的理想气体求算答案：565K；9.39105Pa；5550J；5550J；7769J习题2825的空气从106Pa绝热可逆膨胀到105Pa，假如做了1.5104J的功，计算空气的物质的量。假设空气为理想气体，空气的热容数据可查表或作一近似计算答案：5.01mol习题29某理想气体的Cp,m=35.90JK-1mol-1，当2mol此气体在25，1.5106Pa时，

11、作绝热可逆膨胀到最后压力为5105Pa；当此气体在外压恒定为5105Pa时作绝热快速膨胀；试分别求算上述两经过终态的T和V及经过的W、U和H。答案：231K；7.68dm3；-3697J；-3697J；-4811J；252K；8.38dm3；2538J；-2538J；-3303J习题301mol某双原子分子理想气体发生可逆膨胀：1从2dm3，106Pa定温可逆膨胀到5105Pa；从2dm3，106Pa绝热膨胀到5105Pa。试求算经过和的W，Q，U和H；大致画出经过和在pV图上的形状；在pV图上画出第三个经过将上述两经过的终态相连，试问这第三个经过有何特点是定容还是定压？答案：1386J；13

12、86J；0；0；919J；0；-919J；-1286J习题31某高压容器所含的气体可能是N2或是Ar。今在25时取出一些样品由5dm3绝热可逆膨胀到6dm3，发现温度下降了21，试判定容器中为何气体？答案：N2在573K及0至610-6Pa的范围内，N2(气)的焦耳汤姆逊系数可近似用下式表示JT=1.4010-72.5310-14(p/Pa)KPa-1假设此式与温度无关。N2(气)自610-6Pa作节流膨胀到210-6Pa，求温度变化。答案：T=0.16K习题33已知CO2的JT=1.0710-5KPa-1，Cp,m=36.6JK-1mol-1，试求算50gCO2在25下由105Pa定温压缩到

13、106Pa时的H。假如实验气体是理想气体，则H又应为何值？答案：-401J；0习题34假设He为理想气体。1molHe由210-5Pa、0变为10-5Pa、50，可经两个不同的途径：(1)先定压加热，在定温可逆膨胀；(2)先定温可逆膨胀；再定压加热。试分别计算此二途径的Q、W、U、H。计算的结果讲明什么问题？答案：(1)2900J,2276J,624J,1039J;(2)2612J,1988J,624J,10039J习题35将115V、5A的电流通过浸在100装在绝热筒中的水中的电加热器，电流通了1小时。试计算：(1)有多少水变成水蒸气？(2)将作出多少功？(3)以水和蒸气为系统，求U。已知水

14、的气化热为2259Jg-1。答案：916g；1.58105J;1.91106J习题36将100、5104Pa的水蒸气100dm3定温可逆压缩至标准压力(此时仍全为水蒸气)，并继续在标准压力下压缩到体积为10dm3时为止(此时已有一部分水蒸气凝结成水)。试计算此经过的Q、W、U和H。假设凝结成的水的体积可忽略不计；水蒸气可视为理想气体。答案：5.56104J；7.50103J；4.81104J；5.21104J习题37将1小块冰投入过冷到5的100g水中，使过冷水有一部分凝结为冰，同时使温度回升到0。由于此经过进行得较快，系统与环境间来不及发生热交换，可近似看作是一绝热经过。试计算此经过中析出的

15、冰的质量。已知冰的熔化热为333.5Jg-1；0到-5之间水的热容为4.314Jg-1K-1。答案：6.5g习题38假设下列所有反响物和产物均为25下的正常状态，问哪一个反响的H和U有较大的差异，并指出哪个反响的HU，哪个反响的H习题39已知下列反响在25时的热效应为 ()()()()()()()()()1-11NaClNaCls411.0kJmol22-12HS+2OgHSOl800.8kJmol2224sgHrmgsHrm?+=?=-?+=?=-gg()()()()()()()()()-132NaS+2OgNaSOs1382.8kJmol22411-14HClHClg92.30kJmol2

16、222ssHrmggHrm?+=?=-?+=?=-gg计算反响2NaCl(s)+H2SO4(l)=Na2SO4(s)+2HCl(g)在25时的Hrm?和Urm?答案：55.4;50.4kJmol-1习题40已知反响()()()()1-1H+Og=HOl298K285.9kJmol2222gHrm?=-g水的气化热为2.445kJg-1，计算反响()()()1H+Og=HOg2222g的()298KHrm?。答案：-242kJmol-1习题41已知反响(1)C金刚石+O2(g)=CO2(g)()-1298K395.4kJmolHrm?=-g(2)C石墨+O2(g)=CO2(g)()-1298K3

17、93.5kJmolHrm?=-g求C石墨=C金刚石的()298KHrm?答案：1.9kJmol-1习题42利用下列数据计算HClg的生成热。()()()()()1NHaq,+HClaq,=NHClaq,34-150.21298KkJmolHrm?-?=g ()()()()()()()()()()2NH+=NHaq,33-135.56298KkJmol3HCl+=HClaq,-173.22298KkJmol4NHCl+=4gHrmgHrms?-?=?-?=gg水水水()()()()()()()()NHClaq,4-116.32298KkJmol115Ng+2HClNHCls222422313.8

18、298KkJHrmggHrm?-?=+=?-?=gg()()()()()-1mol116Ng+1HNHg22322-146.02298KkJmolgHrm=?-?=g答案：-92.5kJmol-1习题43利用生成热数据，计算下列反响的()298KHrm?。(1)Cl2(g)+2KI(s)=2KCl+I2(s)(2)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)(3)SO2(g)+1/2O2(g)+H2O(l)=H2SO4(4)CaCO3(s)=CaO(s)+CO(g)(5)CaO(s)+3C(石墨)=CaC2(s)+CO(g)(6)Fe2O3(s)+CO(g)=CO2(g)+2FeO(s)

19、(7)2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(g)(8)2Fe2O3(s)+3C(石墨)=4Fe(s)+3CO2(g)答案：-216.5；-41.2；-218.0；177.8；462.3;6.1；-146.5；463.7kJmol-1习题44利用附录中的数据，计算下列反响的Hrm?298K。(1)C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)(2)3C2H2(g)=C6H6(l)(3)C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)(4)C4H10(g)=C4H6(g)+2H2(g)答案：136.9；631.2；125.9；236.6kJmol-1习题45已知C2H5OH(l)在25时的燃

20、烧热为1367kJmol-1，试用CO2(g)和H2O(l)在25时的生成热，计算C2H5OHl在25时的生成热。答案：277.4kJmol-1习题46已知PbO(s)在18的生成热为-219.5kJmol-1，在18至200之间，Pb(s)，O2(g)及PbO(s)的平均热容各为0.134、0.900和0.218JK-1g-1。试计算PbO(s)在200时的生成热。答案：217kJmol-1习题47已知反响CO2(g)+C(石墨)2CO(g)在20时的定压反响热()5-1293K1.73210JmolHrm?=?g。求该反响的()HfTrm?=的关系式。所需热容数据自行查表。25-25:1.

21、748107.2631.23107.8710KKKTTT?-?-?答案习题48反响C(s)+1/2O2(g)=CO(g)是放热反响，反响C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)是吸热反响，所以只要H2O(g)和O2(g)的比例恰当，则将H2O和O2的气体混合物通过赤热的焦碳时，能够保持温度恒定。假定上述反响是完全的，进入反响的气体已经预热到1000，出来的气体亦是1000。试求算欲使焦碳保持1000时H2O(g)和O2(g)的比例。其它所需数据可查表。答案：1.0：1.7习题49试计算在25及标准压力下，1mol液态水蒸发成水蒸气的气化热。已知100及标准压力下液态水的气化热为2259J

22、g-1，在此温度区间内，水和水蒸气的平均定压摩尔热容分别为75.3及33.2JK-1mol-1。 答案：43.8kJ-1mol-1习题50已知H2(g)+I2(s)=2HI(g)在18时的-149.45kJmolHrm?=g；I2(s)的熔点是113.5，其熔化热为1.674104Jmol-1；I2(l)的沸点是184.3，其气化热为4.268104Jmol-1；I2(s)、I2(l)及I2(g)的平均定压摩尔热容分别为55.65、62.67及36.86JK-1mol-1。试计算反响H2(g)+I2(s)=2HI(g)在200是的定压反响热。(其他所需数据可查附录)答案：1.49104Jmol

23、-1习题5125时,甲烷的燃烧热为890.4kJmol1,液态水的气化热为44.02kJmol1。设空气中氧气与氮气的物质的量之比为1：4。试计算甲烷与理论量的空气混合燃烧时所能到达的最高温度。所需热容数据自行查找。计算时，假设燃烧所放出的热全部用于提高产物的温度；不考虑产物的离解。答案：2186K习题52在25时，将含有等物质的量H2和CO的水煤气与二倍于可供完全燃烧的空气在一起燃烧，问可能到达的最高温度为多少？答案：1622K习题53某工厂中生产氯气的方法如下：将比例为1：2的18的氧气和氯化氢混合物连续地通过一个386的催化塔。假如气体混合物通得很慢，在塔中几乎可达成平衡，即有80%的H

24、Cl转化成Cl2和H2O(g)。试求算欲使催化塔温度保持不变，则每通过1molHCl时，需从系统取出多少热？答案：约7kJ习题54某工厂用接触法制备发烟硫酸时，将二氧化硫和空气的混合物通入一盛有铂催化剂的反响室。进入反响室的混合气体的温度为380，此温度为发生快速反响所需的最低温度。由于反响的结果，反响室的温度将升高。为了避免生成的三氧化硫大量解离，必须控制温度升高的数值不超过100，这能够用通入过量空气的办法到达目的。试计算为了使温度升高值不超过100，一体积SO2最少需要和若干体积的空气混合？已知在380时()()()1SO+Og=SOg2232g的4-19.2020JmolHrm?=-?g，各气体的摩尔热容与氧或氮气一样，即Cp,m=(27.2+4.1810-3T/K)Jmol-1并假定有97%SO2转化为SO3，反响室与外界的热交换可略去不计。答案：29.1体积