物理化学核心课后答案删减版(安全工程)选读.doc

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物理化学核心教程(第二版)参考答案 第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确,并简述判断的依据 (1)状态给定后,状态函数就有定值,状态函数固定后,状态也就固定了。 答:是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 (2)状态改变后,状态函数一定都改变。 答:是错的。因为只要有一个状态函数变了,状态也就变了,但并不是所有的状态函数都得变。 (3)因为ΔU=QV,ΔH=Qp,所以QV,Qp 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗? 答:是对的。(U,(H 本身不是状态函数,仅是状态函数的变量,只有在特定条件下与QV,Qp的数值相等,所以QV,Qp不是状态函数。 (4)根据热力学第一定律,因为能量不会无中生有,所以一个系统如要对外做功,必须从外界吸收热量。 答:是错的。根据热力学第一定律,它不仅说明热力学能(ΔU)、热(Q)和功(W)之间可以转化,有表述了它们转化是的定量关系,即能量守恒定律。所以功的转化形式不仅有热,也可转化为热力学能系。 (5)在等压下,用机械搅拌某绝热容器中的液体,是液体的温度上升,这时ΔH=Qp=0 答:是错的。这虽然是一个等压过程,而此过程存在机械功,即Wf≠0,所以ΔH≠Qp。 (6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q1,焓变为ΔH1。如将化学反应安排成反应相同的可逆电池,使化学反应和电池反应的始态和终态形同,这时热效应为Q2,焓变为ΔH2,则ΔH1=ΔH2。 答:是对的。Q是非状态函数,由于经过的途径不同,则Q值不同,焓(H)是状态函数,只要始终态相同,不考虑所经过的过程,则两焓变值(H1和(H2相等。 2 . 回答下列问题,并说明原因 (1)可逆热机的效率最高,在其它条件相同的前提下,用可逆热机去牵引货车,能否使火车的速度加快? 答?不能。热机效率是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。但可逆热机循环一周是一个缓慢的过程,所需时间是无限长。又由可推出v无限小。因此用可逆热机牵引火车的做法是不实际的,不能增加火车的速度,只会降低。 (2)Zn与盐酸发生反应,分别在敞口和密闭容器中进行,哪一种情况放热更多? 答:在密闭容器中进行的反应放热多。在热化学中有Qp = QV+ Δng(RT),而Zn(s)+ H2SO4(aq)= Zn SO4 (aq)+ H2(g)的Δng =1,又因该反应为放热反应Qp 、 QV的值均为负值,所以∣QV∣∣Qp∣。 (3)在一个导热材料制成的圆筒中装有压缩气体,圆筒中的温度与环境达成平衡。如果突然打开圆筒,是气体冲出去,当压力与外界相等时,立即盖上筒盖。过一段时间,筒中气体的压力有何变化? 答:筒内压力变化过程:当压缩气体冲出,在绝热可逆过程有,当气体的压力与外界相等时,筒中温度降低。立即盖上筒盖,过一会儿,系统与环境的温度完全相等,筒内温度上升,则压力也升高,即大于环境的标准大气压。 (4)在装有催化剂的合成氨反应室中,N2(g)与H2(g)的物质的量的比为1:3,反应方程式为,N2(g)+ H2(g)N H3(g)。在温度为T1和T2的条件下,实验测定放出的热量分别为Qp(T1)和Qp(T2).但是用Kirchhoff定律计算时 计算结果与实验值不符,试解释原因。 答:Δr,ΔrHm实际是指按所给反应式,进行=1mol反应时的焓变,实验测得的数值是反应达到平衡时发出的热量,此时1mol,因此经过计算使用Kirchhoff定律计算的结果与实验不符。 3. 理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功,都可用公式计算,那两种过程的功是否一样? 答:不一样。过程不同,终态不相同,即ΔT不一样,因此绝热可逆和绝热不可逆两过程所做功不一样。 4. 请指出所列公式的适用条件: (1) (2) (3) 答:(1)式适用于不作非膨胀功的等压过程。 (2)式适用于不作非膨胀功的等容过程。 (3)式适用于理想气体不作非膨胀功的等温可逆过程。 5. 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。 第一定律数学表示式为ΔU = Q + W。 (1) 理想气体自由膨胀 (2) van der Waals气体等温自由膨胀 (3) Zn(s)+ 2HCl(l)= ZnCl2 + H2 (g)进行非绝热等压反应 (4) H2(g)+ Cl2(g)= 2HCl(g) 在绝热钢瓶中进行 (5) 常温、常压下水结成冰(273.15 K,101.325kPa) 答:(1)W = 0 因为自由膨胀外压为零。 Q = 0 理想气体分子间没有引力。体积增大分子间势能不增加,保持温度不变,不必从环境吸热。 (U = 0 因为温度不变,理想气体的热力学能仅是温度的函数。 (H = 0 因为温度不变,理

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