热力学一定律(田).docVIP

第一章 热力学第一定律 1. 一隔板将一刚性绝热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去，左、右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为系统，则(U、Q、为?为负?或为零? 均为零。 2．试证明1mol理想气体在等压下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R。 3．若一封闭系统从某一始态变化到某一终态。 （1）Q、W、QW、△U是否已完全确定； （2）若在绝热条件下，使系统从某一始态变化到某一终态，则（1）中的各量是否已完全确定？为什么和完全确定，因为，而Q及W与过程有关，只有始、终态是不能确定的。 （2）Q、W、及均确定，因为Q=0，。 4．分别判断下列各过程中的Q、W、△U、△H为正、为负还是为零？ （1）理想气体自由膨胀。 （2）理想气体等温可逆膨胀。 （3）理想气体绝热、反抗等外压膨胀。 （4）水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态，以水蒸气为系统。 （5）水（101.325kPa，273.15K）→冰（101.325kPa，273.15K） （6）在充满氧的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为系统。pe=0，所以W=0；又因为Q =0，所以。 （2）因为理想气体等温可逆膨胀，所以，，而。 （3）因为绝热 Q = 0； W=-pe， ，故 W ＜ 0；；又因为，所以。 （4）系统对外作功，故W＜0；因系统经循环后恢复原态，状态函数都恢复原值，所以，；又据，所以。 （5），因为冰的体积大于水的体积，即VsV1，所以W＜0；又因为水凝固放热，故Q 0；则；。 （6）因为绝热、等容，所以Q =0，W=0，则；系统内发生反应C(s) + O2(g) → CO2(g)，由反应式可见，系统内的气体分子数保持不变，但随着反应的绝热进行，系统的温度升高，压力增大，而体积不变，因此： ，，，故。 5．已知冰和水的密度分别为0.92×103 kg·m-3，现有1mol的水发生如下变化： （1）在、101.325kPa下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体； （2）在、101.325kPa下变为冰。 试求上述过程系统所作的体积功。 =－3100J （2） =－0.16J 6．指出下列公式的适用条件： （1） （2） （3）； （4）和 （5） （6） （7） （8）6．解： （1）封闭系统非体积功为零。 （2）封闭系统、平衡态。 （3），封闭系统、平衡态，不作非体积功，等压过程。 ，封闭系统、平衡态，不作非体积功，等容过程。 （4）封闭系统，平衡态，不作非体积功，状态连续变化的等压过程，对于理想气体状态变化时适用于除等温过程以外的一切过程。 （5）封闭系统、平衡态、不作非体积功，理想气体等温可逆过程。 （6）封闭系统、平衡态、不作非体积功，等外压过程。 （7）封闭系统、平衡态、不作非体积功，理想气体绝热可逆过程。 （8）封闭系统、平衡态、不作非体积功，理想气体绝热过程。7．判断下列说法是否正确： （1）状态固定后，状态函数都固定，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， ，所以、是特定条件下的状态函数。 （5）气缸内有一定量的理想气体，反抗一定外压作绝热膨胀，则。 （6）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，必须从外界吸收能量。 （7）系统从状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，若则，无热量交换。 （8）在等压下，机械搅拌绝热容器中的液体，使其温度上升，则 。 （9）理想气体绝热变化中，，所以绝热可逆和绝热不可逆过程的功相等。 （10）一封闭系统，当始终态确定后，若经历一个绝热过程，则功有定值； （11）一封闭系统，当始终态确定后，若经历一个等容过程(设非体积功为零)，则Q有定值； （12）若经历一个等温过程，则热力学能有定值。 解：（1）对。（2）对。（3）错。（4）错。 （5）错。这是一个等外压过程，不是等压过程，绝热膨胀时，Q＝0，不是Qp＝0。绝热膨胀后，p2 p1，T2 T1，理想气体的焓是温度的函数，该过程中ΔH 0。 （6）错。（7）错。（8）错。因非体积功不为零，故ΔH≠0。 （9）错。从同一始态出发，静绝热可逆和绝热不可逆两条途径不可能到达同一温度的终态。 （10）对。（11）对。（12）错。8．1mol理想气体，始态为2×101.325 kPa、11.2dm3，经pT＝常数的可逆过程压缩到终态为4×101.325 kPa，已知CV = 3/2R。求： （1）终态的体积和温度。 （2）ΔU和ΔH （3）所作的功。(1) T1 = p1V1 /nRK