《物理化学及考试习题试卷答案热力学第一定律第二定律学习教案.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学及考试习题试卷答案热力学第一定律第二定律学习教案.ppt（23页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、一、思考题 1. 什么是状态函数？它有哪些特征？恒压摩尔热容和恒容摩尔热容是不是状态函数？ 状态函数是用来描述系统的宏观性质的，其值由系统的状态确定，也即是系统状态的函数。当系统状态确定时，状态确定了是状态函数。 状态函数的主要特征是：其变化值只与系统的初态和终态有关，而与变化所经历的途径无关(wgun)；当系统复原时，其变化值是0。 恒压摩尔热容和恒容摩尔热容都是物质的热力学性质，但不是终态函数。第1页/共22页第一页，共23页。2. 某气体从某一状态出发，分别经绝热可逆和恒温(hngwn)可逆过程压缩到相同体积。哪一种过程所需的功大？为什么？如果是膨胀过程，情况又将如何？ 答：理想气体恒温
2、可逆过程的方程为：PV常数；绝热可逆过程的方程是： PV常数（1），故知恒温线比绝热线要平缓些。理想气体从相同的初态出发，分别经恒温可逆过程和绝热可逆过程压缩到同一(tngy)体积V2时，在P-V图上恒温线在上。恒温可逆过程环境对系统作的功大于绝热可逆可逆过程的。如是可逆膨胀过程，同样是恒温可逆过程系统对环境作的功大。恒温(hngwn)可逆线与绝热可逆线示意图第2页/共22页第二页，共23页。3. 封闭系统中，下列两种情况满足H= 的条件分别是什么？（1）理想气体(l xin q t)单纯P、V、T变化过程；（2）有理想气体(l xin q t)参加的化学反应。(1)对于理想气体单纯P、V、T
3、变化过程根据：H= + (PV)(PV)= nRT所以恒温过程时H= (2)对于有理想气体参加(cnji)的化学反应根据：QP=QV+ (n)gRT当 (n)g=0,即反应前后气体的物质的量相等时QP=QV 也即：H= 第3页/共22页第三页，共23页。4. 什么是自发过程？自发过程的共同(gngtng)特征是什么？ 在一定条件下，能够自动进行(jnxng)的过程就是自发过程。特点： 一切自发过程都有一定的方向和限度，不可能自动发生其逆过程； 要使发生自发过程的系统复原，环境中必然留下热功转化的痕迹； 自发过程是不可逆过程。第4页/共22页第四页，共23页。5. 熵是量度系统无序度的热力学状态
4、函数。下列情况(qngkung)哪一种物质的摩尔熵值更大？（1）室温下的纯铁和碳钢；（2）0的液态水和固体冰。 熵是量度熵是量度(lingd)系统无序度的热力学状态函数，它与物质的无系统无序度的热力学状态函数，它与物质的无序度有关。序度有关。 （1）纯铁为出物质而碳钢为混合物，纯物质的）纯铁为出物质而碳钢为混合物，纯物质的无序度小于混合物，所以纯铁的熵小于碳钢。无序度小于混合物，所以纯铁的熵小于碳钢。 （2）液态的无序度大于固体的无序度，所以液）液态的无序度大于固体的无序度，所以液态水的熵大于固体冰。态水的熵大于固体冰。第5页/共22页第五页，共23页。6. 试指出(zh ch)下列各式的适用
5、条件：（1） S=-RTln(P1/P2); (3) G= A；（4）dG-SdT+VdP （1）适用于理想气体的恒温(hngwn)可逆过程 （2）适用于封闭体系、恒温(hngwn)、恒压且可逆的过程 （3）根据： dA=-SdT-PdV ; dG=-SdT+VdP 只有当恒温(hngwn)且 -PdV =VdP 的条件下 A= G 欲满足以上条件，必须是一定量理想气体的恒温(hngwn)可逆过程。 (4)根据热力学的相关知识，该式适用于封闭系统无其他功的任意过程。WG）（2第6页/共22页第六页，共23页。二、简答题 1、为什么无非体积功的等压过程的热，只决定于体系(tx)的初终态？ 根据热
6、力学第一定律: dH=dU+d(PV) =Q+W+d(PV) =Q+ W psurdV+d(PV) = Q+ W +VdP 无非体积功W =0且恒压dP=0 时,所以dH=QP，即 H=QP H为状态函数,所以该过程的热只决定与体系(tx)的初终态。第7页/共22页第七页，共23页。2、“稳定(wndng)单质的焓值等于零”；“化合物的摩尔生成热就是1mol该物质所具有的焓值”。这两种说法对吗？为什么？ 不对。 稳定单质的标准摩尔生成焓为零，标准摩尔生成焓不是单质的摩尔焓；同样，化合物的摩尔焓（在一定条件下有确定的值）与其(yq)标准摩尔生成焓不是同一个物理量，自然值也就不相同了。第8页/共2
7、2页第八页，共23页。3、如一化学反应的等压热效应H0，则该反应发生(fshng)时一定放热，且S 0，对吗？为什么？ 在化学反应热效应的定义中已规定了等温在化学反应热效应的定义中已规定了等温的条件，但并没有限定等压条件，只有当反的条件，但并没有限定等压条件，只有当反应在等压条件下进行时，才能说该反应发生应在等压条件下进行时，才能说该反应发生时一定放热，否则不一定。时一定放热，否则不一定。 如果如果(rgu)反应是等压且可逆的反应是等压且可逆的 则则Q= H=T S H0时时S Vm(s)）。(1) 水蒸发为水蒸气为恒温(hngwn)、恒压下的可逆相变过程。 根据： dG=-SdT+VdP 已
8、知： dT=dP=0， 所以：dG=0(2)凝固点下液体凝为固体为自发过程，自发过程的G0.第10页/共22页第十页，共23页。三、计算题三、计算题1、已知冰在、已知冰在0及及101.325kPa，熔化热为，熔化热为6008Jmol-1，水在，水在100及及101.325kPa下，蒸发热为下，蒸发热为44011Jmol-1，在，在0100间间水的平均比热水的平均比热(br)为为75JK-1mol-1，求在，求在101.325kPa下，将下，将1mol的的0冰变成冰变成100的水蒸气，试计算其的水蒸气，试计算其U，H。1mol冰P=101.325KPaT1=273.15K1mol水P=101.3
9、25KPaT1=273.15K溶化溶化(rnghu)U1 H1 升温升温U2 H21mol水P=101.325KPaT2=373.15K1mol水蒸气P=101.325KPaT2=373.15K蒸蒸 发发U3 H3U H第11页/共22页第十一页，共23页。溶化过程：U1=H1=nfusHm=16008 Jmol-1=6.008KJ 升温过程：U2=H2=NCv,m(T2-T1) =1mol75JK-1mol-1(373.15-273.15)=7.5KJ 蒸发过程:H3=nvapHm=1mol44011Jmol-1=44.011KJ 假设水蒸气为理想气体：U3=H3-PV 液体(yt)体积可以
10、忽略：PV= PV气=nRT=18.314373.15=3.102 KJU3=H3-PV=44.011-3.102=40.909KJU=U1+U2+U3=6.008+7.5+40.909=54.417 KJH=H1+H2+H3=6.008+7.5+44.011=57.519KJ第12页/共22页第十二页，共23页。解：根据题意，体系的状态变化过程(guchng)可图示如下：（1）对绝热可逆膨胀过程(guchng)，由热力学第一定律及过程(guchng)特征有：(P1)1- (T1) (P1) 1- (T2) 据此可解出T2145.6K。WUnCv,m(T2T1)11.58.314(145.62
11、98.2)1903 J Q0HnCP,m(T2T1)12.58.314(145.6298.2)3172 J 第13页/共22页第十三页，共23页。 (2) 对反抗恒外压的绝热不可逆膨胀过程(guchng)，根据热力学第一定律及体积功的定义有：WUnCv,m(T2T1)Psur(V2V1) Psur(V2V1) 101.325(11.95nRT1/P1) 101.325(11.9518.314298.2/607.95) 797.6 J T2T1797.6/(1.58.314) 298.264.0 234.2K HnCP,m(T2T1)12.58.314 (234.2298.2) 1329 J第1
12、4页/共22页第十四页，共23页。3. 乙醇的燃烧反应为： 。已知在298K时乙醇的标准(biozhn)摩尔燃烧焓为1366.91 ，试计算298K时乙醇的标准(biozhn)摩尔生成焓。已知298K时 和 的的标准(biozhn)摩尔生成焓分别为393.51 和285.85 。 解：根据标准(biozhn)摩尔反应热的定义及其与标准(biozhn)摩尔生成焓的关系可得到： (乙醇） 代入题给数据解得 1molkJ)(3)(2)(3)(22252lOHgCOgOlOHHC)(2gCO)(2lOH1molkJ1molkJ0298Hc0298Hr),(220298gCOHf),(320298lOH
13、Hf),(520298lOHHCHf),(520298lOHHCHf 277.66 kJmol-1第15页/共22页第十五页，共23页。4. 2mol双原子理想气体从状态300K,150KPa先恒容冷却(lngqu)使压力降至50KPa,再恒温可逆压缩至100KPa。求整个过程的Q、W、 U、 H及S。2molT1=300KP1=150KPa恒容冷却恒容冷却(lngqu)Q1 W1 2molT2P1=50KPaQ2 W22molT2P2=100KPa Q W第16页/共22页第十六页，共23页。120.5753.1167.4510050ln314.82300100ln25232ln12ln,6
14、39.11)300100(272)12(,464.915.1314.815.115.102115.150100ln100314.8223ln2n201314.8)300100(252)12(,21100150503001122212,111:KJRPPnRTTmvnCSKJRTTmpnCHKJWUQKJWWWKJPPRTWWKJRTTmvnCUUUKPTPTnRTVPnRTVP恒容过程 第17页/共22页第十七页，共23页。5. 已知在-5时，水和冰的密度分别为999.2kg/m和916.7kg/m,并且水和冰的相平衡压力为59.8MPa。今有1kg的水在-5、100KPa下凝固成冰,求该过程
15、(guchng)的G。假设水和冰的密度不随压力改变。1kg水T1=268.15KP1=100KPa1kg水T1=268.15KP2=59.8MPa1kg冰T1=268.15KP2=59.8MPa1kg冰T1=268.15KP1=100KPa第18页/共22页第十八页，共23页。KJ377. 5078.5912.65GGGGKJ125.65)108 .59100(7 .9161)PPpmPVG0GKJ748.59)100108 .59(2 .9991)PPpmPVGPVT-SG3213212232312111 （恒恒容容过过程程：第19页/共22页第十九页，共23页。四、综合题 1、计算5、80
16、的水和10、20 的水在绝热容器里混合(hnh)过程的熵变化。 解：先求终态温度，设为T，查得，根据绝热条件有：50004.184（353-T）=100004.184（T-293） 解得T=313K 由两部分组成（冷水升温和热水降温： 1pg J181. 4lCS1K J213313ln184. 410000353313ln184. 45000S1K J8 .246第20页/共22页第二十页，共23页。 2、在298K，1.013105Pa时，金刚石的摩尔(m r)熵为2.448JK-1mol-1，燃烧热为395321 Jmol-1，石墨的摩尔(m r)熵为5.711 JK-1mol-1，燃烧
17、热为393422 Jmol-1 ，金刚石的密度为3.513 gcm-3，石墨的密度为2.260 gcm-3，求： (1)298K，1.013105Pa下石墨变为金刚石的G值； (2)加压能否使石墨变为金刚石，如有可能，则需加压为多少？ G(p2) -G(p1)V(p2-p1) G(p2)-2872=(12/3.513-12/2.260)10-6= -1.89410-6(p2-101325) 要使反应能进行(jnxng)，必须要使G(p2)0， 即p21.52109Pa BBCB)(HmmrH解：(1) C(石墨(shm)C(金刚石) 1899 J BBSB)(mmrS-3.263 JK-1mo
18、l-1 mmmSTHG2782 J TpG)(V(金)-V(石) (2)plGdplVdp第21页/共22页第二十一页，共23页。感谢感谢(gnxi)观看！观看！第22页/共22页第二十二页，共23页。NoImage内容(nirng)总结一、思考题。恒压摩尔热容和恒容摩尔热容是不是状态函数。恒压摩尔热容和恒容摩尔热容都是物质的热力学性质(xngzh)，但不是终态函数。绝热可逆过程的方程是： PV常数（1），故知恒温线比绝热线要平缓些。如果反应条件不能满足这些条件，以上说法就不能成立。4、分别讨论定压下升高温度及定温下增大压力时以下过程的G值如何变化。 Psur(V2V1)。101.325(11.95nRT1/P1)。感谢观看第二十三页，共23页。