第二章及第3章习题课
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一些主要公式的适用条件
公式 适用条件
封闭系统、热力学平衡态 封闭系统、热力学平衡态
封闭系统、热力学平衡态 W 0、恒压过程 封闭系统、热力学平衡态 W 0、恒容过程
U Q W
H U pV
H Q p
U QV
一些主要公式的适用条件
公式 适用条件
T2
H nC p ,m dT
•不能一概而论，这样说要有前提， 即绝热系统或隔离系统达平衡时， 熵值最大，等温等压不作非膨胀功， 系统达平衡时，吉布斯函数最小。
指出下列的说法是否正确？
5. 某系统从始态出发，经一个绝热不可逆过程到达 终态，为了计算熵值，能否设计一个绝热可逆过 程来计算？
•不可能。若从同一始态出发， 绝热可逆和绝热不可逆两个过 程的终态绝不会相同。反之， 若有相同的终态，两过程绝不 会有相同的始态，所以只有设 计除绝热以外的可逆过程，才 能有相同的始终态。
设计可逆过程
[例1]水室温真空蒸发
图示概念题
不同途径的熵
QR ( )甲 T
QR ( )乙 T
S甲
QI ( )丙 T
QI ( )丁 T
S乙
S丙
S丁
练习题
练习题
4.液态水在100C及101.325kPa下气化，该过程的
a G A; b G A; c G A; d 无法比较
U 总 0
H 总 0
解答热力学习题的一般方法
（1）认真阅读习题，明确题目的已知条件和所求的
物理量，判断是否为封闭系统，并确定哪是系
统，哪是环境。
（2）画出框图，标明系统始、末态的物质种类、
物质的量、相态及p、V、T等。
（3）判断过程的特点，即：是p—V—T变化，还是相
变化或化学变化；是恒温、恒容、恒压还是绝 热过程；是可逆过程还是不可逆过程。
概念辨析
判断： 1 状态固定后所有状态函数也固定，反之亦然。 2 状态改变后状态函数一定都改变。 3 因为， U QV 、 H QP ，所以 QV、QP 是特定条件下的状态函数。 4 在等压下用搅拌器快速搅拌液体，使其温度升
高，这时液体 H QP 。
概念辨析
简答：
1 理想气体绝热可逆和不可逆过程的功都可用 公式 W C T 计算，两种过程的功是 V 否一样。 2 水蒸气的生成热等于氢气燃烧热还是氧气燃烧热？
ΔGT, p 0
ΔAT,V 0
指出下列的说法是否正确？
1. 自发过程一定是不可逆的，所以不可逆过程一定 是自发的。 •前半句是对的，后半 句却错了，因为不可逆 过程不一定是自发的, 如不可逆压缩过程。
指出下列的说法是否正确？
2. 空调，冰箱可以把热从低温热源吸出，放给高温 热源，这是否与第二定律矛盾呢？ •不矛盾。克劳修斯说的是 “不可能把热从低温物体传 到高温物体? 而不引起其它 变化" 而冷冻机系列，环境 作了电功，却得到了热，热 变为功是个不可逆过程，是 环境发生了变化。
pVm )T p 0 p pVm lim( )T p 0 p pVm lim( )T p 0 p lim(
T< TB时， T＝TB时， T >TB时，
( )0 ( )0 ( )0
练习题
二 填空题 1.某固态物质的蒸气压与温度的关系为ln(P/Pa) = 29.416－5894.6/(T/K)，则其升华热为 49 kJ/mol。
ln p vap H m RT C
2.由热力学基本方程或麦克斯韦关系式可知： U V S -p P T T p V S
指出下列的说法是否正确？
3. 是否可以说不可逆过程的熵永不减少？凡熵增加 过程都是自发过程？
0 自发（不可逆） 0 平 衡（ 可 逆 ） 0 不可能
dS(隔 ) dS(系 ） dS(环 ）
•不一定。不可逆压缩 熵是减少的，只有在隔 离系统中，该说法才是 对的。
指出下列的说法是否正确？
系统与环境（例二）
•按指定系统指出： Q、W和△U的变化？
•冰箱和电源 △U<0、Q<0、w=0
•冰箱和房间 △U>0、Q=0、w>0 •冰箱电源和房间 △U=0、Q=0、w=0 △U<0、Q<0、w=0 •刚放入冰箱的食 物 •思考 将冰箱门打开，凉气袭人，能代替做空调吗？
各过程中状态函数的判断
各过程中状态函数的判断
3、H 2 ( g ) Cl ( g ) 2HCl( g ) 在绝热的刚性容器中反应。
W=0 Q =0 △U=0 △H=0
4、在非绝热的刚性容器中反应 W=0 Q <0 △U<0 △H<0
各过程中状态函数的判断
5 氢气和氧气在绝热的刚性 容器中爆鸣生成水，电火花 能量不计。
T1
封闭系统、热力学平衡态，W 0 状态连续变化的恒压过程。 封闭系统、热力学平衡态，W 0 理想气体恒温可逆过程
V1 W nRT ln V2
W pambV
p0V0 1 1 W 1 1 1 V2 V1
封闭系统、热力学平衡态 W 0、恒外压过程。
第一章练习
1. 恒温100℃，在一个带有活塞的气缸中装有3.5mol 的水蒸气，在平衡条件下，缓慢压缩到压力为（）kPa 时，才可能有水滴出现。 101.325 2. 理想气体，在恒温下，摩尔体积随压力的变化率 Vm ( )T ( ) p 对理想气体
pVm RT
，定温下两边对p求偏微分
•判断下列过程中的功、热、热力学能及焓的变化。
1 范氏气体等温自由膨胀
W=0 Q > 0 △U>0 △H>0
2、放热反应
U ( )T 0 V
Zn(s) 2HCl(l ) ZnCl2 H 2 ( g ) 在有可滑动活塞的非绝热容器 中等压反应。
W<0
Q <0 △U<0 △H<0
4. 能否说系统达平衡时熵值最大，吉布斯函数最小？
dS(隔 ) dS(系 ） dS(环 ） 0 自发（不可逆） 0 平 衡（ 可 逆 ） 0 不可能
0 自 发 （ 不 可 逆 ） dT, pG 0 平 衡 （ 可 逆 ） 0 不可能 T, p 一 定 ， W′ 0
2H 2 ( g ) O2 ( g ) 2H 2O(l )
W=0 Q =0 △U=0 △H<0 6 理想气体经焦耳—汤姆生 节流过程 W=0 Q =0 △U=0 △H=0
系统性质和系统的状态函数
•状态性质——强度量和广度量 根据您的判断，将下述物理量按“强度量” 或“广度量”分类： P T V U H G S A
2.各过程中状态函数的判断
选择题: (1)实际气体经不可逆循环，则：
A U 0，H 0 C U 0，H 0
B U 0，H 0 D U 0，H 0
(2)实际气体经节流膨胀后，若uJ-T>0，则该过程：
A B C D
H 0, p 0, T 0 H 0, p 0, T 0 H 0, p 0, T 0 H 0, p 0, T 0
练习题
6. 某单组分体系的Vm(l)<Vm(s)，当压力升高时其 熔点将: a升高； b不变； c降低； d不确定
Tβ dT αV m β αHm dp
C
A 7.下列过程中适用方程dlnp/dT=ΔH/(RT2)的是（） a I2(s)→I2(g)； b C(石墨) →C(金刚石)； c Hg2Cl2(s) →2HgCl(s) d N2(g，T1，p1) → N2(g，T2，p2)
解答热力学习题的一般方法
（4）根据过程的特点，选择有关公式进行求解。
对状态函数的改变量可设计虚拟过程计算。
尤其是不可逆相变，往往需设计多步可逆过程。 （5）如何假设中间状态： A 有化学反应时，一般设为298K、标准态的反应 B 有相变时，一般设为可逆相变 C 无相变和化变时，以保证计算简便为准则
2. 各过程中状态函数的判断 选择题:
(3)公式ΔH=Qp适用于下列过程中的：
A 理想气体从1013.25k Pa反抗恒定外压101.325k Pa膨胀；
B 气体发生恒温可逆变化；
C 298K、101.325k Pa下电解CuSO4水溶液； D 273K、101.325k Pa下冰融化成水
恒压过程是指系统的压力与环境的压 力相等且恒定不变的过程，及
m
CP
Байду номын сангаасCV
Um Hm
Sm
Gm Am
各过程中状态函数的判断
•状态函数的特点 异途同归 周而复始 值变相等 其值不变
而且要满足单值、连续、可微
[思考题 1]
各过程中状态函数的判断
U1 U 2 U 3 U 4
H1 H 2 H 3 H 4
[思考题 2]
各过程中状态函数的判断
Vm p( )T Vm 0 p
Vm Vm RT ( )T 2 p p p
3. 理想气体在微观上的特征是：（ ） 4. 在临界状态下，任何真实气体在宏观上的特征是（ ） 5. 在n, T一定的条件下，任何种类的气体当压力趋于零时
lim ( pV ) (
p0
)
6. 一定量的范德华气体，在恒容条件下压力随温度的变 化率 ( p ) ( V T
) p nR ( )V T V nb
nRT an2 p 2 V nb V
7.在一定的T,P下(假设高于波义耳温度)：Vm,真（）Vm,理
在n,T,V 皆为定值的条件下：p(范气)（）p(理气)
在临界状态下，范德华气体的压缩因子Zc（）1 8. 某真实气体的压缩因子Z<1，则表示该气体（）压缩。 9. 当真实气体的温度T与其波义耳温度TB为：
p pamb 常数
3. 系统性质和系统的状态函数
1.体系的下列各组物理量中都是状态函数的是：
A T，p，V，Q ；
C T，p，V，n ；
B m，Vm，Cp，∆V ；
D T，p，U，W 。
2．x为状态函数，下列表述中不正确的是：
A dx 为全微分 ； B 当状态确定，x的值确定 ； C ∆x = ∫dx 的积分与路经无关，只与始终态有关 ； D 当体系状态变化，x值一定变化 。
封闭系统、热力学平衡态、W 0， 理想气体绝热可逆过程。
系统与环境（例一）
•指定系统讨论 1、该系统属于何种系统？ 2、该系统与环境间有无能量 交换？ 3、热力学第一定律对此过程 是否适用？ 4、热、功和△U的变化如何？ •电阻丝+水 1 1 封闭系统 敞开系统 隔离系统 2 2 有能量交换 无能量交换 3 3 适用 不适用 适用 •电阻丝+电 4 4△ △ U U<0 U=0 增加、 、 、 Q<0 Q=0 Q=0 、 、 、系统得电功 w=0 w=0 池 •水+电阻丝+电池
公式 适用条件
封闭系统、热力学平衡态 封闭系统、热力学平衡态
封闭系统、热力学平衡态 W 0、恒压过程 封闭系统、热力学平衡态 W 0、恒容过程
U Q W
H U pV
H Q p
U QV
一些主要公式的适用条件
公式 适用条件
T2
H nC p ,m dT
•不能一概而论，这样说要有前提， 即绝热系统或隔离系统达平衡时， 熵值最大，等温等压不作非膨胀功， 系统达平衡时，吉布斯函数最小。
指出下列的说法是否正确？
5. 某系统从始态出发，经一个绝热不可逆过程到达 终态，为了计算熵值，能否设计一个绝热可逆过 程来计算？
•不可能。若从同一始态出发， 绝热可逆和绝热不可逆两个过 程的终态绝不会相同。反之， 若有相同的终态，两过程绝不 会有相同的始态，所以只有设 计除绝热以外的可逆过程，才 能有相同的始终态。
设计可逆过程
[例1]水室温真空蒸发
图示概念题
不同途径的熵
QR ( )甲 T
QR ( )乙 T
S甲
QI ( )丙 T
QI ( )丁 T
S乙
S丙
S丁
练习题
练习题
4.液态水在100C及101.325kPa下气化，该过程的
a G A; b G A; c G A; d 无法比较
U 总 0
H 总 0
解答热力学习题的一般方法
（1）认真阅读习题，明确题目的已知条件和所求的
物理量，判断是否为封闭系统，并确定哪是系
统，哪是环境。
（2）画出框图，标明系统始、末态的物质种类、
物质的量、相态及p、V、T等。
（3）判断过程的特点，即：是p—V—T变化，还是相
变化或化学变化；是恒温、恒容、恒压还是绝 热过程；是可逆过程还是不可逆过程。
概念辨析
判断： 1 状态固定后所有状态函数也固定，反之亦然。 2 状态改变后状态函数一定都改变。 3 因为， U QV 、 H QP ，所以 QV、QP 是特定条件下的状态函数。 4 在等压下用搅拌器快速搅拌液体，使其温度升
高，这时液体 H QP 。
概念辨析
简答：
1 理想气体绝热可逆和不可逆过程的功都可用 公式 W C T 计算，两种过程的功是 V 否一样。 2 水蒸气的生成热等于氢气燃烧热还是氧气燃烧热？
ΔGT, p 0
ΔAT,V 0
指出下列的说法是否正确？
1. 自发过程一定是不可逆的，所以不可逆过程一定 是自发的。 •前半句是对的，后半 句却错了，因为不可逆 过程不一定是自发的, 如不可逆压缩过程。
指出下列的说法是否正确？
2. 空调，冰箱可以把热从低温热源吸出，放给高温 热源，这是否与第二定律矛盾呢？ •不矛盾。克劳修斯说的是 “不可能把热从低温物体传 到高温物体? 而不引起其它 变化" 而冷冻机系列，环境 作了电功，却得到了热，热 变为功是个不可逆过程，是 环境发生了变化。
pVm )T p 0 p pVm lim( )T p 0 p pVm lim( )T p 0 p lim(
T< TB时， T＝TB时， T >TB时，
( )0 ( )0 ( )0
练习题
二 填空题 1.某固态物质的蒸气压与温度的关系为ln(P/Pa) = 29.416－5894.6/(T/K)，则其升华热为 49 kJ/mol。
ln p vap H m RT C
2.由热力学基本方程或麦克斯韦关系式可知： U V S -p P T T p V S
指出下列的说法是否正确？
3. 是否可以说不可逆过程的熵永不减少？凡熵增加 过程都是自发过程？
0 自发（不可逆） 0 平 衡（ 可 逆 ） 0 不可能
dS(隔 ) dS(系 ） dS(环 ）
•不一定。不可逆压缩 熵是减少的，只有在隔 离系统中，该说法才是 对的。
指出下列的说法是否正确？
系统与环境（例二）
•按指定系统指出： Q、W和△U的变化？
•冰箱和电源 △U<0、Q<0、w=0
•冰箱和房间 △U>0、Q=0、w>0 •冰箱电源和房间 △U=0、Q=0、w=0 △U<0、Q<0、w=0 •刚放入冰箱的食 物 •思考 将冰箱门打开，凉气袭人，能代替做空调吗？
各过程中状态函数的判断
各过程中状态函数的判断
3、H 2 ( g ) Cl ( g ) 2HCl( g ) 在绝热的刚性容器中反应。
W=0 Q =0 △U=0 △H=0
4、在非绝热的刚性容器中反应 W=0 Q <0 △U<0 △H<0
各过程中状态函数的判断
5 氢气和氧气在绝热的刚性 容器中爆鸣生成水，电火花 能量不计。
T1
封闭系统、热力学平衡态，W 0 状态连续变化的恒压过程。 封闭系统、热力学平衡态，W 0 理想气体恒温可逆过程
V1 W nRT ln V2
W pambV
p0V0 1 1 W 1 1 1 V2 V1
封闭系统、热力学平衡态 W 0、恒外压过程。
第一章练习
1. 恒温100℃，在一个带有活塞的气缸中装有3.5mol 的水蒸气，在平衡条件下，缓慢压缩到压力为（）kPa 时，才可能有水滴出现。 101.325 2. 理想气体，在恒温下，摩尔体积随压力的变化率 Vm ( )T ( ) p 对理想气体
pVm RT
，定温下两边对p求偏微分
•判断下列过程中的功、热、热力学能及焓的变化。
1 范氏气体等温自由膨胀
W=0 Q > 0 △U>0 △H>0
2、放热反应
U ( )T 0 V
Zn(s) 2HCl(l ) ZnCl2 H 2 ( g ) 在有可滑动活塞的非绝热容器 中等压反应。
W<0
Q <0 △U<0 △H<0
4. 能否说系统达平衡时熵值最大，吉布斯函数最小？
dS(隔 ) dS(系 ） dS(环 ） 0 自发（不可逆） 0 平 衡（ 可 逆 ） 0 不可能
0 自 发 （ 不 可 逆 ） dT, pG 0 平 衡 （ 可 逆 ） 0 不可能 T, p 一 定 ， W′ 0
2H 2 ( g ) O2 ( g ) 2H 2O(l )
W=0 Q =0 △U=0 △H<0 6 理想气体经焦耳—汤姆生 节流过程 W=0 Q =0 △U=0 △H=0
系统性质和系统的状态函数
•状态性质——强度量和广度量 根据您的判断，将下述物理量按“强度量” 或“广度量”分类： P T V U H G S A
2.各过程中状态函数的判断
选择题: (1)实际气体经不可逆循环，则：
A U 0，H 0 C U 0，H 0
B U 0，H 0 D U 0，H 0
(2)实际气体经节流膨胀后，若uJ-T>0，则该过程：
A B C D
H 0, p 0, T 0 H 0, p 0, T 0 H 0, p 0, T 0 H 0, p 0, T 0
练习题
6. 某单组分体系的Vm(l)<Vm(s)，当压力升高时其 熔点将: a升高； b不变； c降低； d不确定
Tβ dT αV m β αHm dp
C
A 7.下列过程中适用方程dlnp/dT=ΔH/(RT2)的是（） a I2(s)→I2(g)； b C(石墨) →C(金刚石)； c Hg2Cl2(s) →2HgCl(s) d N2(g，T1，p1) → N2(g，T2，p2)
解答热力学习题的一般方法
（4）根据过程的特点，选择有关公式进行求解。
对状态函数的改变量可设计虚拟过程计算。
尤其是不可逆相变，往往需设计多步可逆过程。 （5）如何假设中间状态： A 有化学反应时，一般设为298K、标准态的反应 B 有相变时，一般设为可逆相变 C 无相变和化变时，以保证计算简便为准则
2. 各过程中状态函数的判断 选择题:
(3)公式ΔH=Qp适用于下列过程中的：
A 理想气体从1013.25k Pa反抗恒定外压101.325k Pa膨胀；
B 气体发生恒温可逆变化；
C 298K、101.325k Pa下电解CuSO4水溶液； D 273K、101.325k Pa下冰融化成水
恒压过程是指系统的压力与环境的压 力相等且恒定不变的过程，及
m
CP
Байду номын сангаасCV
Um Hm
Sm
Gm Am
各过程中状态函数的判断
•状态函数的特点 异途同归 周而复始 值变相等 其值不变
而且要满足单值、连续、可微
[思考题 1]
各过程中状态函数的判断
U1 U 2 U 3 U 4
H1 H 2 H 3 H 4
[思考题 2]
各过程中状态函数的判断
Vm p( )T Vm 0 p
Vm Vm RT ( )T 2 p p p
3. 理想气体在微观上的特征是：（ ） 4. 在临界状态下，任何真实气体在宏观上的特征是（ ） 5. 在n, T一定的条件下，任何种类的气体当压力趋于零时
lim ( pV ) (
p0
)
6. 一定量的范德华气体，在恒容条件下压力随温度的变 化率 ( p ) ( V T
) p nR ( )V T V nb
nRT an2 p 2 V nb V
7.在一定的T,P下(假设高于波义耳温度)：Vm,真（）Vm,理
在n,T,V 皆为定值的条件下：p(范气)（）p(理气)
在临界状态下，范德华气体的压缩因子Zc（）1 8. 某真实气体的压缩因子Z<1，则表示该气体（）压缩。 9. 当真实气体的温度T与其波义耳温度TB为：
p pamb 常数
3. 系统性质和系统的状态函数
1.体系的下列各组物理量中都是状态函数的是：
A T，p，V，Q ；
C T，p，V，n ；
B m，Vm，Cp，∆V ；
D T，p，U，W 。
2．x为状态函数，下列表述中不正确的是：
A dx 为全微分 ； B 当状态确定，x的值确定 ； C ∆x = ∫dx 的积分与路经无关，只与始终态有关 ； D 当体系状态变化，x值一定变化 。
封闭系统、热力学平衡态、W 0， 理想气体绝热可逆过程。
系统与环境（例一）
•指定系统讨论 1、该系统属于何种系统？ 2、该系统与环境间有无能量 交换？ 3、热力学第一定律对此过程 是否适用？ 4、热、功和△U的变化如何？ •电阻丝+水 1 1 封闭系统 敞开系统 隔离系统 2 2 有能量交换 无能量交换 3 3 适用 不适用 适用 •电阻丝+电 4 4△ △ U U<0 U=0 增加、 、 、 Q<0 Q=0 Q=0 、 、 、系统得电功 w=0 w=0 池 •水+电阻丝+电池