物理化学课后答案解析-热力学第一定律

第二章热力学第一定律

【复习题】

【1】判断下列说法是否正确。

（1）状态给定后，状态函数就有一定的值，反之亦然。

（2）状态函数改变后，状态一定改变。

（3）状态改变后，状态函数一定都改变。

（4）因为△U=Q v, △H =Q p，所以Q v，Q p是特定条件下的状态函数。

（5）恒温过程一定是可逆过程。

（6）汽缸内有一定量的理想气体，反抗一定外压做绝热膨胀，则△H= Q p=0。

（7）根据热力学第一定律，因为能量不能无中生有，所以一个系统若要对外做功，必须从外界吸收热量。

（8）系统从状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，若△T=0，则Q=0，无热量交换。

（9）在等压下，机械搅拌绝热容器中的液体，使其温度上升，则△H = Q p = 0。

（10）理想气体绝热变化过程中，W=△U，即W R=△U=C V△T，W IR=△U=C V△T，所以W R=W IR。（11）有一个封闭系统，当始态和终态确定后；

（a）若经历一个绝热过程，则功有定值；

（b）若经历一个等容过程，则Q有定值（设不做非膨胀力）；

（c）若经历一个等温过程，则热力学能有定值；

（d）若经历一个多方过程，则热和功的代数和有定值。

（12）某一化学反应在烧杯中进行，放热Q1，焓变为△H1，若安排成可逆电池，使终态和终态都相同，这时放热Q2，焓变为△H2，则△H1=△H2。

【答】（1）正确，因为状态函数是体系的单质函数，体系确定后，体系的一系列状态函数就确定。相反如果体系的一系列状态函数确定后，体系的状态也就被惟一确定。（2）正确，根据状态函数的单值性，当体系的某一状态函数改变了，则状态函数必定发生改变。

（3）不正确，因为状态改变后，有些状态函数不一定改变，例如理想气体的等温变化，内能就不变。

（4）不正确，ΔH＝Qp，只说明Qp 等于状态函数H的变化值ΔH，仅是数值上相等，并不意味着Qp 具有状态函数的性质。ΔH＝Qp 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 的改变，而不能认为 Qp 也是状态函数。

（5）正确，因为恒温过程是体系与环境的温度始终保持相等且恒定，是一个自始至终保热平衡的过程，由于只有同时满足力学平衡、相平衡、化学平衡才能保持热平衡，所以这种过程必然是一个保持连续平衡状态的过程，即为可逆过程。恒温过程不同与等温过程，后者只需始终态温度相同即可，而不管中间经历的状态如何。等温可逆过程则一定是恒温过程。（6）不正确，因为这是外压一定，不是体系的压力一定，绝热膨胀时，Q=0，不是Q p=0。绝热膨胀后，p2＜p1,T2＜T1,理想气体的焓是温度的函数，所以该过程中△H＜0。

（7）不正确，因为还可以降低体系的温度来对外作功。

（8）不正确，因为△T=0时只能说明体系的内能不变，而根据热力学第一定律，只有当功为零的时候，热才是零。

（9）不正确，在等压下，机械搅拌绝热容器中的液体，是环境对体系做功，W f＞0，使其△H ≠ Q p。

（10）不正确，虽然不管是否可逆，W R=△U=C V△T，但可逆与不可逆过程的最终温度不同，所以W R≠W IR。

（11）（a）正确，因为始终态确定后，△U就确定，又是绝热过程，则Q=0，根据热力学第一定律，W=△U有定值；

（b）正确，因为始终态确定后，△U就确定，又是等容过程，则W=0，根据热力学第一定律，Q=△U有定值；

（c）不正确，只有理想气体的等温过程，热力学能才有定值；

（d）正确，因为始终态确定后，△U就确定，即热和功的代数和有定值。

（12）正确，因为体系的始终态确定后，可以通过不同的过程来实现，一般在不同的过程中W、Q的数值不同，但焓是状态函数，而状态函数的变化与过程无关。即△H1=△H2。【2】回答下列问题。

（1）在盛水槽中放置一个盛水的封闭试管，加热盛水槽中之水，使其达到沸点。试问试管中的水是否会沸腾，为什么？

（2）夏天将室内电冰箱的门打开，接通电源并紧闭门窗（设墙壁、门窗都不传热），能否使室内温度降低，为什么？

（3）可逆热机的效率最高，在其他条件都相同的前提下，用可逆热机去牵引火车，能否使火车的速度加快，为什么？

（4）Zn 与稀硫酸作用，（a ）在敞口的容器中进行；(b)在密闭的容器中进行。哪一种情况

放热较多，为什么？

（5）在一铝制筒中装有压缩空气，温度与环境平衡。突然打开筒盖，使气体冲出，当压力

与外界相等时，立即盖上筒盖，过一会儿，筒中气体压力有何变化？

（6）在N 2和N 1的物质的量之比为1 ：3的反应条件下合成氨，实验测得在温度T 1和T 2时

放出的热量分别为Q P （T 1）和Q P （T 2），用Kirchhoff 定律验证时，与下述公式的计算结果不符，试解释原因。△r H m (T 2)=△r H m (T 1)+ 2

1T r P T C dT ∆⎰

（7）从同一始态A 出发，经历三种不同途径到达不同的终态：（1）经等温可逆过程从A→B；

（2）经绝热可逆过程从A→C；（3）经绝热不可逆过程从A→D。试问：

（a ）若使终态的体积相同，D 点应位于BC 虚线的什么位置，为什么？

（b ）若使终态的压力相同，D 点应位于BC 虚线的什么位置，为什么，参见图2.16。

（8）在一个玻璃瓶中发生如下反应：22()()2()hv

H g Cl g HCl g +−−→

12p p (a)

(b)图 2.16

反应前后T,p,V 均未发生变化，设所有的气体都可以看作是理想气体。因为理想气体的热力

学能仅是温度的函数，U=U （T ），所以该反应的△U=0。这个结论对不对？为什么？

【答】（1）不会，因为要使液体沸腾，必须有一个大于沸点的环境热源，而槽中水的温度

与试管中水的沸点温度相同无法使其沸腾。

（2）不能，因为将室内看成是一个绝热的封闭体系，接通电源后相当于环境对体系做电功

W f ，Q V =0；We=0; △U=Q V + W e + W f = W f ＞0,所以室内温度将会升高，而不是降低。

（3）不能，因为可逆热机的效率是指热效率，即热转换为功的效率，而不是运动速率，热

力学没有时间的坐标，所以没有速度的概念，而可逆途径的特点之一就是变化无限缓慢，所以只能使火车的速度减慢而不能加快火车的速度。