第1章化学热力学基础习题解答.doc

第1章化学热力学基础(一) 一、选择题(均为单选题，将正确选项填在各题后的括号内) 1. 系统的下列各组物理量中都是状态函数的是(C ) A. T，P，U，W 原因：A中T，P，V是，Q不是，是过程量；B中Vm,Cp是，m不是，AV是状态函数的 变化，D中T，P，U是，W不是 2. 热力学能是系统的状态函数，若某一系统从一始态出发经一循环过程又回到始态，则 系统热力学能的增是(A ) A. AU=O U2=Ui，u2—u,=o B. AU>0 C. AU<() T，P，V，Q B. m,Vm,Cp, AV C. T，P，V，n D. 3. 对于封闭系统来说，当过程的始终态确定后，下列各项中(A )无确定值。 A. Q B.Q+W C. W (当 Q=0 时) D.Q (当 W=()时) Q是过程即使始终态相同，但过程不同时，Q也可能不同。根裾热力学第一定律, △U=Q+W,当过程的始终态确定后，AU有确定值，即因此Q+W有确定值，因此，B、C、 D都有确定位。 4. 焓是系统的状态函数，定义为H=U + pV，若系统发生状态变化时，则焓的变化为 AH=Af/ + A(pV),式中A(厂V)的含义是(B )。 A. A(pV) = A/^AV B. A(pV) =p2V2—piV! C. A(pV) = pNV + VAp 5. B的标准摩尔燃烧焓［变］%\\fC(B，/3,298A5K) = —2QQkJ.mvr1，则B燃烧时 的反应标准摩尔焓［变］A//j；(298.15/O为(A )。 A. -2Q0 kJ • mol一' B.O C. 200 kJ - mol~［ D. 40 kJ - mol~［ 根据定义，物质燃烧(指完全燃烧)时反应的焓变就是该物质的标准摩尔燃烧焓。 6. 己知CH3COOH ( 1 ) , CO2 ( g ) , H2O ( 1 )的标准摩尔生成焓［变］ A,/^(298.15/Q/^/.ZTW/-I 分别为一484.5，一393.5，一285.8，贝J CH3COOH (1)的标准 摩尔燃烧焓［变］ACH:(/，298.15/Q/(AJ•膨r1)为(D )。 A. -484.5 B.O C. —194.8 D. 一874.1 根据反应 CH3COOH(I) + 202(幻=2CO2(g) + 2H2O(l)，该反应的标准摩尔焓就是 CH3COOH (1)的标准摩尔燃烧焓［变］，而 ArH/fX298J5/C) = 2x(-393.5U^7w/-) + 2x(-285.8V-m^/-)-(-484.5U-m= S14AU-mol-i

1,1

7. 关于热力学第二定律，下列说法不正确的是(D ) A. 第二类永动机是不可能制造出来的

B. 把热从低温物体传到高温物体，不引起其他变化是不可能的 C. 一切实际过程都是热力学不可逆过程

D. 功可以全部转化力热，但热一定不能全部转化力功

这是有条件的，即在不引起环境改变的前提下(不留下痕迹)

二、填空题(在以下各小题中岡有“ _________ 处填上答案)

1. 物理量Q (热量)、T (热力学温度)、V (系统体积)、W (功)，其中属于状态函数的 是_T、V ;与过程有关的量是_Q、W ;状态函数中属于广度量的是_ V •.属于强度 景的是_ T 。

2.0', = AU、,的应用条件是_ 恒容 ；W =0 ; 封闭系统 。

〜H: （298.15/Q = -［ VBACHW，298.15K） B =-［-1560H •脚Z—1 -（—1410/ • mol'1 -2S5.SkJ • = -136.8AJ •脯广 1三、 是非题（下述各题屮的说法是否正确？正确的在题后括号内画“V”，错误的 画 “ X ” ） 1. 隔离系统的热力学能是守恒的。 2. 10（TC、101325Pa下，lmol水变成同温同压下的水蒸气，该过程AU^O。 AG =0,但AU 关 0 3. 298.15K时，H2（g）的标准摩尔燃烧焓［变］与H20（/）的标准摩尔生成焓［变］ （V ） （ X ） 量值上相等。 的燃烧反应就是的生成反应 4. 反应CO（g） +丄O2U） + CO2（g）的标准摩尔焓［变］（T）即是CO2U）的 标准摩尔生成焓［变］Ay/Z^T）。 CO （g）是化合物而不是单质。 （V ） （ X ） 四、 计算题及证明（推导）题 1. 10 mol理想气体由25'C 1.00 MPa膨胀到25'C 0.100 MPa。设过程为：（i）向真空膨 胀；（ii）对抗恒外压O.lOOMPa膨胀，分别计算以上各过程的体积功。 解：（i）由式 知，当 psu=0 时，Wv=0 （ii） psit = p2 = 0.1 OOMPtz = ~psu W2-^ = ~p\\—- —\"| = -nRT（l 上） A P2 Pl ） A 100=—10mr?/x8.314, moV - K~} x298.15尺（1-1 .OOMPa = -22.3lU 嫩5 2. 氢气从1.43dm3 3.04x10s Pa, 298.15K可逆绝热膨胀到2.86 dm3。氢气的 C/fm = 2S.SJ-K~^mol-\\按理想气体处理。（i）求终态的温度和压力；（ii）求该过程的 Wv、Q、AU #AHo

解：G)由

^2

C C

Q7=CZAWI-/? = 28.8-8.314

p，”t _

pjn _

28.8

= 1.4

i 43 T2py{ 225Kx3.04xl(r/Vzxl.43xl(Tm ~ryl\" 298.15 尺 x2.86xlO'3m3

Pl

1.14x10 s

p}V} _ 3.04x10sP6zxl.43xl0-3m3

(ii) n = 0.175\"w/ 1

RT' 8.314J • jnol~l • /C x 298.15尺

Q=0

Wv =AU = U(T2 - 7；) = n(Cp.m- /?)(r2 - 7；) =0.175 x (28.8 - 8.314) x (225 -298.15) -2627

\\H = nC 戸(72-7；) = 0.175X 28.8X(225-298.15) = -368.6J

3. lOOg液体苯在正常沸点80.2°C及101.325kPa下蒸发为苯蒸气，己知苯的摩尔蒸发潜 热2\\哪//,。=30.810以’/^厂1，试求上述蒸发过程的Wv、Q、Z\\U和Z\\H。苯的摩尔质量 A/QH6 =

78。

解：\"=—

100g，1.28，/

=39.440

78g • mol'1

Qf = AH = n\\vapHm = 1.28/716?/x 30.810U

Wv = -nRT = -\\.28/?^/X8.314J-麵卜• /C1 x(273.15 + 80.2)尺 = -37607=-3.760V

AU = Qf)-hWv = 35.68kJ

4.根据标准摩尔生成焓数据计算反应：CaCO3(5) = CVzO(4 + CO2(g)的 (298.15/Q 和 AX(298.15/Q。

解： CaCO3(5)= CaO(s) + C02(^) A, J/(S，反 298)-1206.87 kJ .mol-' - 635.6 - 393.51 ArH^(298) = [(-635.6 + (-393.51) - (-1206.87)] =177.6 V - mol~x AWV ==-1x8.314x298.15 = 24807=2.48^7 • 7776?/'1 B \\U：=Q^W = Qf^Wv=\\H^Wv =177.76 - 2.48 = 175.28AJ • mol_l 5. (i)将2000kJ的热供给锅炉中的水让其在lCXTC沸腾，在20°C的冷凝器中冷却，其所 能做的最大功和最少向冷凝器放热各为多少？(ii)若利用过热蒸气使水在150'C煮沸，则其 所能做的最大功和最少向冷凝器放热又各为多少？ 解：(i) TFyySK T2= 293K Qi=2000kJ -W T-T 由式(1—67) 7 = —= ~hp47)得 Q' Tx 373-293 Wv=-Q, = -2000Vx—~~— = -429V 1' 7； 373 由式(1-67) = i = T -T 得 Q e, -WV=Q,+Q2 所以 Q2=-WV-Q^ = [-(-429) - 2000] = -157 KJ (ii) T,=423K T2= 293K 423-293 = -2,」一丄=-2000U x —_— = -615H 1 7； 423 Q2= -WV-2, = r-(-615)-20001 = -1385V

T-T

6. 有400J的热量从300K的环境流入290K的系统，求其总熵变。

解:

Q、u : -4, 7； 300/C -1.333J •AS = AS尺

•>VV y 4- ASif

V„ = 1.379-1.33 = 0.046J -

7. lmol理想气体由25°C IMPa膨胀到（）.1 MPa,假定过程分别为.•（i）定温可逆膨胀; 向真空膨胀。计算各过程的熵变（AS、.、.、ASy„及AS）。

解：（i） ASVV =nR\\n-^ = \\molx8.314J • mol~l

• AT\"1

In — = 19.14J • K~l y P2= -^L = -H/?A = _19.147. /T1

SU

rr\\T

p2

A5 = AS5J+AS.SM=0

（ii）因为系统的始终态与（i）相同，所以ASsv= 19.14,/r1•V

又 Wv=0, At/=O 所以 a.v+e.、.M=o

所以AS.、厂今=0 所以 AS = A5VV + ASSM =19.14 + 0 = 19.147

•> 5 •><<

3. 已知反应

(i) CO (g) +H2O(g) -> CO2(g) + H2(g)

ArH: (298.15/Q = -41.2^7 • mol—1

⑻ CH4(g) +2H2O⑻ 4C02G?) + 4H2⑻

△,X；(298.15/O = 165.0AJ .mo/-1

则反应(iii) CH4(g) + H20(g)4C0(g) + 3H2(g)的Ar/^(298.15/Q为mol.1。

ii）0.1（

反应(iii)=反应(ii)一反应(i)

4. 己知」5K时(321144)、〔2//6(《)及//2(幻的标准摩尔燃烧熔［变］久7^(298.151<)

298

分别为-1411 kJ-mvl~x ,

-1560 kJ. mol—' 及-285.8 kJ • mol-' ，则

C2H4(g) + H2G?)4C2H6(g)反应的标准摩尔焓［变］Ar/^(298.15/Q 为二 mol'1 o