2022年物理化学思考题答案.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 热力学第肯定律1“ 依据道尔顿分压定律 为什么?p B pB 压力具有加和性, 因此是广延性质; ” 这一结论正确否?答:不对;压力与温度一样是强度性质;不具有加和性,所谓加和性,是指一个热力学平稳 体系中,某物质的数量与体系中物质的数量成正比,如Cp nBCp,mB;而道尔顿分压定律中的分压 pB 是指在肯定温度下,组分 关系不是同B 单独占有混合气体相同体积时所具有的压力;总压与分压的一热力学平稳体系中物量之间的关系,与物质的数量不成正比关系,故 p pB 不属加和性;此题所犯错误是把混和气体中总压 p 与各组分分压pB 关系误认为
2、是热力学平稳体系中整体与部分的关系;2“ 凡是体系的温度上升时就肯定吸热,而温度不变时,体系既不吸热也不放热”法对否?,这种说举实例说明;答:不对;例如:绝热条件下压缩气体,体系温度上升,但并未从环境中吸热;又如:在绝热体容器中,将 H2SO4 注入水中,体系温度上升,但并未从环境吸热;再如:抱负气体等温膨胀,从环境吸了热,体系温度并不变化;在温度不变时,体系可以放热或吸热,相变时就是这样;例如水在1atm、100下变成水蒸气,温度不变就吸热;3 p外dV 与 p外 V 有何不同? pV 就是体积功,对吗?为什么在例 2 中 pV mg是体积功?答:p外 dV 是指极其微小的体积功;p外 V
3、是在指外压不变的过程体积功;即在外压 p 不变的过程中体积由 指在外压p 外作用下,外压 体积,后V1 变化到V2 V V2-V1时的体积功;pV 不是体积功,体积功是p 与体积变化值( dV)的乘积; V 与 dV 是不同的,前者是指体系的者是体积的变化值;体积变化时才有体积功;例 在这里忽视2 中的 pVmg实为 pVmg-Vml ,了 Vml ,这里的 Vmg实为 V Vmg-Vml ,因此 pVm 是体积功;4“ 功、热与内能均是能量,所以它们的性质相同” 这句话正确否?答:不正确; 虽然功、 热与内能都有能量的量纲,但在性质上不同,内能是体系的本身性质,是状 态函数;而热与功是体系与
4、环境间交换的能量,是与热力学过程相联系的过程量;功与 热是被“ 交换” 或“ 传递” 中的能量,不是体系本身的性质,不是状态函数,与内能性质不同;热与功 也有区分,热是微粒无序运动而传递的能量,功是微粒有序运动而传递的能量;5. 为什么本教材中热力学第肯定律表达式是:U QW,而有些书中采纳UQ-W,两者是否有冲突,为什么. 答:由于本教材规定:体系吸热为正,放热为负;体系对外作功,作功,W 为负值,环境对体系W 为正值,总的来说,体系在过程中得到能量为正,失去能量为负;在这个规定下,名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 39 页精选学习资料 - - - - - - - -
5、- 要满 足能量守衡原理, 就必需是体系吸的热加上环境对体系作的功后,才等于体系内能的变 化值,所以是UQW;而有些书上, 功的符号与上述规定相反,(体系向环境做功,W 为正值,环境向体系做功,W 为负值),就就是UQW;50J;问 1由 A 态沿途径到 A 态得 50J 功,体系吸热环6一体系由A 态到 B 态,沿途径放热100J,对体系作功B 态体系作功80J,其 Q 值为多少? 2 如体系由 B 态沿途径回到是放热?Q 为多少?答: 1 UA B 10050 50J Q U ABW 508030J 2 UB AUA B50J Q UB A W5050 0 体系不吸热也放热7已知体系的状态
6、方程式 温度的变化率的表达式;T,p, V0,由 UfT, V写出当压力不变时气体的内能对答: dU U/ TVdT U/ VTdV压力不变时,除以 T: U/ Tp U/ TV U/ VT V/ Tp8为什么无非体积功的等压过程的热,只打算于体系的初、终态?答:由于无其它功的等压过程中 Qp H,而 H 是体系状态函数的转变值,其大小只决定于体系的始终态,所以在无其它功的等压过程Qp 大小只打算于初终态;9“ 因 HQp,所以只有等压过程才有 H;” 这句话是否正确?答:不正确; H 是状态函数, HUpV,凡是体系状态发生变化,不管经过什么过程,体系的焓值都可能变化,即 H 有可能不等于零
7、;10由于“ HQp,所以 Qp 也具有状态函数的性质” 对吗?为什么?答:不对, HQp,只说明 Qp 等于状态函数 H 的变化值 H,仅是数值上相等,并不意味着 Qp具有状态函数的性质; HQp 只能说在恒压而不做非体积功的特定条件下,Qp 的数值等于体系状态函数 H 的转变,而不能认为 Qp 也是状态函数;11试证明在无非体积功的等容过程中体系的 UQV;证明: UQW 等容时 V0,又无其它功,W=0 UQV12为什么对于抱负气体,公式 U= nCV,mdT 可用来运算任一过程的 U,并不受定容条件的限制?名师归纳总结 答:由于对抱负气体,UfT,内能仅是温度的函数,从始态动身,不论经
8、什么过程,CV,第 2 页,共 39 页达到不同的终态,只要始终态温度分别相同,U 就肯定相同;所以公式U=mdT并不受定容条件的限制;- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 恒容过程U1CV, mdT两者终态的温度相同恒压过程 U2 U 1 U3 U 3=0 U2 U1CV ,mdp即 1mol 抱负气体不论什么过程,只要变到相同温度的终态其U 总是等于CV,mdT13为什么抱负气体常数 R 在数值上等于 1mol 抱负气体上升答: W p 外 V pV2-V1 nRT2-T1 当 n1mol T2T11K 时 WR1K 时所作的等压体积功?14体系中有1
9、00 克 N 2,完全转化成NH 3,如按计量方程式N23H 22NH 3, =.,如按计量N 2的物质的量nN 210mol,方程式N2H2 NH 3, =.,如反应前体系中分别按上述二计量方程式所得的 运算反应后的nN 2?答: nN20 100/283.57mol nN2 =0 1nN2 -nN20/ B0-3.57/-1 3.57mol 20-3.57/-1/2 7.14mol 公式: nB nB0+B nB010mol 按方程式: N23H22NH 3, nN23.5710-1 3.576.43mol 按方程式:N 2H2NH 3, nN27.1410-1/2 7.146.43mol
10、 两者结果相同;15. 依据 Qp,mQV,m+ BgRT,Qp,m 肯定大于 QV,m 吗?为什么?举例说明;答: Qp ,m 不肯定大于 QV,m,其大小比较取决于 Bg 的符号,如 Bg0 ,就 Qp,m QV,m,但如 Bg0,Qp,mQV,m例如: H 2gO2g H 2Ol HmQp 285.9 kJ mol-1 Bg 1.50 QV,mQp, m BgRT 285.8 1031.5 8.314 298 282 kJ mol -1Qp ,mQV,m又例如: ZnsH2SO4aq ZnSO4aqH2g mol-1Qp ,m 177.9 kJQV,mQp,mmol-1 Bg10 BgR
11、T 177.9 10-38.314 298 180.37 KJ Qp ,mQV,m16.“ 稳固单值的焓值等于零”;“ 化合物摩尔生成热就是1mol 该物质所具有的焓值”对吗?为什么?答:不对;稳固单质的焓值并不等于零;但可以说标准状态下稳固单质的规定焓值等于零,人为规定标准状态下,稳固单质的生成焓,即规定焓为0;化合物的摩尔生成热不是 1mol 物质所具有的焓的肯定值,而是相对于生成它的稳固单质的焓的相对值;即是以标准状态下稳固单质生成热为零作基线,得出的相对值;名师归纳总结 17. 证明由键焓运算反应的 H m 的公式是:rHm-nii反应物产物 j B第 3 页,共 39 页答:化合物的
12、fH ni H原子 njj 而反应热效应rH mB H m,fBB ni H原子 njBni H原子 BBnjjB- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 因组成产物与反应物的元素相同,且各种原子的数目也相等,即 Bni H 原子 B0 便有 Hm Bnj jB Bnj jB反应物 Bnj j产物 如将反应物的计量系数 B 考虑为正值,就上式 - Bnj jB反应物 ,便成为 Bnj jB反应物 ,再将一个 B 分子中的键数 nj 乘上方程式中反应物的计量系数 ,便是该反应方程中反应物总键数 nj,改写为 ni,键焓 i,那么,反应物的总键焓值便为 ni就为
13、ni i产物 ;便得:18. 反应 Ag+2Bg Cg 的i反应物 ;同理对产物的计量系数考虑为正值,H m=nii反应物 nii(产物);rH m298.2K 0,就此反应进行时必定吸热,对吗?为什么?Qp Hm, Hm0,故 Qp0,体系必定答:不对;只有在等压下,无非体积功时,吸热;但在有非体积功,或者非等压条件下,Hm Qp , H m0, Qp 可以小于 0,等于 0,不肯定吸热;例如,绝热容器中H2 与 2 燃烧,Hm0,但 Q0,不吸热;19. “ 可逆过程肯定是循仍过程,循仍过程肯定是可逆过程” 这种说法对吗 . 为什么 . 答:不对;可逆过程不肯定为循环过程;由于只要体系由A
14、 态在无摩擦等消耗效应存在的情形下, 经由一系列无限接近平稳状态到达 B 态,就由 A 到 B 的过程是可逆; 明显,假如初态 A 与终态 B 是两个不同的状态,就 A 到 B 便不是循环过程;假如 B 态就是A 态就该过程便是可逆循环过程;循环过程不肯定是可逆的,由始态 A 开头,状态经过变化,不论途径可逆与否,只要回到始态 A ,就是循环过程;只是,由 A 态开头,在无摩擦等消耗效应存在的情形下,经过由一系列无限接近平稳状态,又回到 A 态的循环过程才是可逆循环过程;总之可逆过程与循环过程是两个完全不同的概念;20. 气体同一初态 p1,V1动身分别经等温可逆压缩与绝热可逆压缩,至终态,终
15、态体积都是 V2,哪一个过程所作压缩功大些?为什么?答: 规定环境做功为正值 ,绝热可逆压缩功大于等温可逆压缩功;这是由于绝热压缩时,环境所做功全部都变成气体的内能,因而气体的温度上升,故当气体终态体积为V2 时,气体的压力比经等温可逆到达V2 时气体的压力要高,即绝热可逆压缩时,环境施加的压力大些,因而所做压缩功也多些;21. 从同一初态 p1,V1分别经可逆的绝热膨胀与不行逆的绝热膨胀至终态体积都是 V2时,气体压力相同吗?为什么?答:不相同;可逆绝热膨胀由(p1,V1)到 V2 体系付出的功大于不行逆绝热膨胀由(p1,V1)到 V2 所付出的功;而两过程的 Q 都等于零,因而前一过程中体
16、系内能降低得更多,相应终态气体的温度也低些;所以可逆绝热膨胀比不行逆绝热膨胀到终态 V2 时气体的压力低些;22. 抱负气体经一等温循环,能否将环境的热转化为功?假如是等温可逆循环又怎样?答:不能;抱负气体的内能在等温过程中不变; U0 恒外压不行逆膨胀假设它由 A p1,V1,T1Bp2,V2,T1 所作功 W不 Q不 p2V2V1,再经过可逆压缩回到始态,可逆压缩Bp2,V2, T1A p1,V1,T1原初态 W Q RTln V1/V2 整个循环过程:(由于可逆压缩环境消耗的功最小)WW不W p2V2-V1RTlnV1/V2 Q p2V2-V10, RTlnV1/V20,并且前者的肯定值
17、小于后者,名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 39 页精选学习资料 - - - - - - - - - W Q0,Q 0,环境得热, W0 体系得功,即环境失热;说明整个循环过程中,环境对体系作功,而得到是等量的热,不是把环境的热变胜利;同样,假如A B 是等温可逆膨胀,B A 是等温不行逆压缩,结果也是W0,Q 0,体系得功,环境得热,即环境付出功得到热;不能把环境热变胜利;假如 A B 是等温可逆膨胀,B A 是等温可逆压缩,即为等温可逆循环过程,W RTlnV2/V1 RTlnV1/V20, 就 Q W0,不论是体系仍是环境,均未得失功,各自状态未变;由上分析,抱负气
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