热力学定律思考

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用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。

(1)van der Waals气体等温自由膨胀。

(2)Zn(s)+ 2HCl(l)= ZnCl2 + H2(g)进行非绝热等压反应。

(3)H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g)在绝热钢瓶中进行。

(4)H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g)在非绝热钢瓶中进行。

(5)理想气体经Joule-Thomson节流实验。

(6) 273.15K、标准压力下水结成冰。

(7)氢气和氧气在绝热钢瓶中爆鸣生成水，电火花能量不计。

(1)答：W= 0，因为自由膨胀外压为零。Q >0，van der Waals气体分子间有引力。体积增大分子间势能增加，为了保持温度不变，必须从环境吸热。∆U>0，因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。，根据焓的定义式可判断焓值是增加的。

(2)答：W <0，放出的氢气推动活塞，系统反抗外压对环境做功。Q <0，反应是放热反应。∆U<0，系统既放热又对外做功，热力学能下降。DH< 0，因为这是等压、不作非膨胀功的反应，∆H = Q p

(3)答：W= 0，在刚性容器中是恒容反应，不作膨胀功。Q = 0，绝热钢瓶∆U = 0，根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。∆H>0，因为是在绝热钢瓶中发生的放热反应，气体分子数没有减少，钢瓶内温度升高压力也增高。(4)答：W=0，刚性容器中的反应是恒容反应，膨胀功为零。Q < 0，该反应是放热反应，而钢瓶又不绝热。∆U<0，系统放热后热力学能下降。∆H<0，反应前后气体分子数相同，∆H= ∆U。

(5)答：∆H = 0，节流过程是一个等焓过程。∆U= 0，理想气体的分子间无作用力，节流膨胀后温度不变，而理想气体的热力学能只是温度的函数，所以热力学能不变。Q = 0，节流过程是在绝热管中进行的。W = 0，根据热力学第一定律，因为Q，∆U 都等于零，所以W也等于零。

(6)答：W < 0，水结成冰，体积增大，系统对外做功。Q < 0，水结冰的过程是放热过程，放出凝聚热。∆U <0，系统既放热又对外做功，热力学能下降。∆H < 0，焓变等于相变热，水结冰是放热的。

(7)答：W = 0，在刚性容器中是恒容反应，膨胀功为零。Q = 0，因为是绝热容器。∆U = 0，根据能量守恒定律，因为功、热都等于零，所以热力学能保持不变。∆H < 0，因为气体反应生成液体，容器内压力下降，根据焓定义式得，∆H = ∆U + V∆p，∆p小于零，所以∆H 也小于零

16>下列状态函数中，哪些是广度性质？哪些是强度性质？

压力、温度、体积、热力学能、焓、Gibbs自由能、熵、Helmholtz自由能、粘度、密度、质量、等压热容、等容热容、摩尔热力学能、摩尔焓、摩尔熵、摩尔Gibbs自由能、摩尔Helmholtz自由能等。答：V、U、H、S、G、A、m、Cp、CV是广度性质；p、T、?、Um、Hm、Sm、Gm、Am是强度性质。在一定条件下广度性质和强度性质可以转化。

17>在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水：

(1)氢气在氧气中燃烧，

(2)爆鸣，

(3)氢氧热爆炸，

(4)氢氧燃料电池。

请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?

答：应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始终态相同，无论通过什么途径，其变化值一定相同。这就是：异途同归，值变相等。

18>一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。冰、雪熔化变成水流入江河，最后流入大海，整个循环水的热力学能和焓的变化是多少?

答：其变化值都为零。因为热力学能和焓是状态函数，不论经过怎样的循环，其值都保持不变。这就是：周而复始，数值还原。