《热力学第一定律》作业
材料物理化学作业-热力学第一定律
材料物理化学作业第一章 热力学第一定律1．某体系在压力101.3kPa 下，恒压可逆膨胀，体积增大5L ，计算所做的功。
2. 在300K 的常压下，2mol 的某固体物质完全升华过程的体积功为多少？3．2mol H 2在00C ，压力为101.3kPa 下恒压可逆膨胀至100L ，求W 、Q 、ΔU 、ΔH 。
4．计算1mol 铅由250C 加热到3000C 时所吸收的热。
已知铅的C p =23.55+9.74×10-3T/K J ·K -1·mol -15．1mol 单原子理想气体，温度为250C ，压力为101.3kPa ，经两种过程达到同一末态：Ⅰ、恒压加热，温度上升到12170C ，然后再经恒容降温到250C 。
Ⅱ、恒温可逆膨胀到20.26kPa 。
分别计算两个过程的W 、Q 、ΔU 和ΔH 。
6．已知250C 时下列反应的热效应：2Pb+O 2=2PbO ΔH 1=－438.56kJ ·mol -1 S+O 2=SO 2 ΔH 2=－296.90kJ ·mol -1 2SO 2+ O 2=2SO 3 ΔH 3=－197.72kJ ·mol -1 Pb+S+2O 2=PbSO 4 ΔH 4=－918.39kJ ·mol -1 求反应PbO+SO 3= PbSO 4的热效应。
7．已知250C 时下列反应的热效应：Ag 2O+2HCl （g ）=2Agl+H 2O （l ） ΔH 1=－324.71kJ ·mol -12 Ag+21O 2= Ag 2O ΔH 2=－30.57kJ ·mol -1 21H 2+21Cl 2=HCl （g ） ΔH 3=－92.31kJ ·mol -1 H 2+21O 2= H 2O （l ） ΔH 4=－285.84kJ ·mol -1 求AgCl 的生成热。
热力学第一定律习题
热力学第一定律小结一 基本概念1. 体系（孤立、封闭、敞开）2. 环境3. 性质（广度、强度）4. 过程（可逆、不可逆；等温、等压、等容、等外压、绝热、真空膨胀、节流膨胀）5. 热（Q ，吸热为+，放热为-）6. 功（W ，W=W e +W f ，体系对环境做功为+，环境对体系做功为-）7. 平衡状态8. 状态函数（p 、V 、T 、U 、H ） 9. 过程函数（Q 、W 、热容C ）10. 状态方程（单组分均匀封闭体系由两个变量确定）二 三个定律1. 热力学第一定律：∆U=Q-W ；dU=δQ-δW （孤立体系中不同形式的能量可以相互转化但总能不变；第一类永动机不可能造成）2. 赫斯定律：等压、等容过程的热效应与过程无关（W f =0封闭体系）3. 基尔霍夫定律：dT C T H T H p T T r mr mr ⎰∆+∆=∆21)()(1o 2o ，p r pr C T H ∆=⎪⎭⎫⎝⎛∂∆∂三 公式1．内能 U=U(T,V)，dVp dT C dV VU dT TU dU V T V 内+=∂∂+∂∂=)()(dU=C V dT ，⎰=∆dT C U V2．焓 H=U+pV ，∆H=∆U+∆(pV)，dH=dU+pdV+Vdp H=H(T,p)，dp pH dT TH dH T p )()(∂∂+∂∂=3．热容 dTQC δ=，p p p TH dTQ C )(∂∂=≡δ，VVV TU dTQ C )(∂∂≡=δ])[()(p VU TV C C T p V p +∂∂∂∂=-i.g.： R C C m V m p =-,,，RC m V 23,= (单原子)，RC m V 25,=(双原子)4．J-T 系数 T pH T J pH C p T )(1)(∂∂-=∂∂=-μ5．绝热可逆过程方程31211,,C TpC TVC pV ===--γγγγmV m p Vp C C C C ,,==γ 单原子i.g.：γ=5/3≈1.7，双原子i.g.：γ=1.46．体积功 ⎰⎰==pdVdVp W ee 可逆真空膨胀W=0 等外压W=p e ∆V 等压可逆W=p ∆V i.g.等温可逆2112lnlnp p nRT V V nRT W ==i.g.绝热可逆)(1)(112121122T T C U T T nR V p V p W V --=∆-=--=--=γγ7．热机效率 2121T T Q W -==η8．制冷系数 1211''T T T W Q -=-=β9．反应进度 iii ii n n n ννξ∆=-=， iidn d νξ=（mol ）10．摩尔焓变 ξHH r m r ∆=∆四 几个热效应1. om f H ∆ 最稳定的单质，1atm ，1mol2. o m c H ∆ 完全燃烧，1atm ，1mol3. 键焓、相变热、溶解热、稀释热4. ∑∑∑∑-=∆-=∆=∆P R ioi m c i io i m f i o m r H H H εενν,,5. Q p -Q V =∆nRT五 两个实验 1. 盖·吕萨克−焦耳真空膨胀实验（i.g.）：Q=0，W=0，∆T=0，∆U=0，∆V>0，∆p<0；U=U(T)；H=H(T)；C p = C p (T)；C V = C V (T) 2. 焦耳−汤姆逊节流膨胀实验（r.g.）：Q=0，∆H=0，∆p<0热力学第一定律习题讨论★例题1 一些基本过程的Q 、W 、∆U 、∆H 计算过程W Q ∆U ∆H i.g. 自由膨胀 0 00 0 i.g. 等温可逆 nRTln(V 2/V 1) W 0 0等压 理想气体可逆 任意物质 p ∆V=Q p -∆U p ∆V=Q p -∆U⎰21T T p dT C ⎰21T T p dT C ⎰21T T V dT CQ p -W⎰21T T p dT C ⎰21T T p dT C 等容 理想气体 可逆 任意物质0 0 ⎰21T T V dT C ⎰21T T V dT C⎰21T T V dT C ⎰21T T V dT C ⎰21T T p dT C∆U+V ∆pi.g. 绝热可逆 -∆U=γ--11122V p V p 0 ⎰21T T V dT C⎰21T T p dT Ci.g. 多方可逆 δ--11122V p V p∆U+W ⎰21T T V dT C⎰21T T p dT C可逆相变 (等温等压) p e ∆V Q p Q p -W Q p 化学反应 (等温等压)p e ∆VQ pQ p -W=nRTH m r ∆-∆Q p =∑Φ∆ii m f iH ,ν例题2 气体由温度T 1变至T 2，吸收热量Q ，不做其他功，试分别考虑下列六项热力学关系在甲、乙、丙、丁四种情况下是否成立？ (甲) i.g. 等压过程 (乙) i.g. 等容过程 (丙) r.g. 等压过程 (丁) r.g.等容过程∆U=C V ∆T √ √ ⨯ √ ∆H=C p ∆T √ √ √ ⨯ ∆U=Q V ⨯ √ ⨯ √ ∆H=Q P √ ⨯ √ ⨯ ∆U=Q-W √ √ √ √ ∆H=∆(U+pV) √ √ √ √ dVVU dT T U dU T V )()(∂∂+∂∂=i.g. TVU )(∂∂=0，dU=C V dTr.g. dV=0， dU=C V dT例题3 1 mol i.g.从0℃分别经等容和等压加热到100℃，两过程的终态是否相同？∆U 、∆H 、W 、Q 是否相等？（目的：说明i.g.的U 和H 仅是温度的函数，Q 和W 与过程有关）解：T 1=0℃, T 2=100℃ 等容过程1：dV=0W 1=0 Q 1=∆U 1=C V (T 2-T 1)∆H 1=C p (T 2-T 1)等压过程2：dp=0Q 2=∆H 2=C p (T 2-T 1)∆U 2=C V (T 2-T 1)W 2=Q 2-∆U 2= C p (T 2-T 1)- C V (T 2-T 1)=R(T 2-T 1)=p 2V 2-p 1V 1=∆(pV) 因此，两过程的终态不同。
第02章 热力学第一定律作业
物理化学---热力学第一定律作业题习题1 看仿P27-29所有课后习题，参考答案及解题思路见书后习题2 (1)如果一系统从环境接受了160J 的功，内能增加了200J ，试问系统将吸收或是放出多少热?(2)一系统在膨胀过程中，对环境做了10540J 的功，同时吸收了27110J 的热，试问系统的内能变化为若干？[答案：(1) 吸收40J ；(2) 16570J]习题3 一蓄电池其端电压为12V ，在输出电流为10A 下工作2小时，这时蓄电池的内能减少了1265000J ，试求算此过程中蓄电池将吸收还是放出多少热？[答案：放热401000J]习题4 体积为4.10dm 3的理想气体作定温膨胀，其压力从106 Pa 降低到105 Pa,计算此过程所能作出的最大功为若干?[答案：9441J]习题5 在25℃下，将50gN 2作定温可逆压缩，从105Pa 压级到2×106Pa ，试计算此过程的功。
如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa 作定温膨胀到原来的状态，问此膨胀过程的功又为若干？[答案：–1.33×104J ；4.20×103J]习题6 计算1mol 理想气体在下列四个过程中所作的体积功。
已知始态体积为25dm 3终态体积为100dm 3；始态及终态温度均为100℃。
(1)向真空膨胀；(2)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀；(3)先在外压恒定为体积等于50dm 3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50dm 3(此时温度仍为100℃)以后，再在外压等于100 dm 3时气体的平衡压力下膨胀；(4)定温可逆膨胀。
试比较这四个过程的功。
比较的结果说明了什么问题？[答案：0；2326J ；310l J ；4299J]习题7 试证明对遵守范德华方程的1mol 实际气体来说，其定温可逆膨胀所作的功可用下式求算。
)11()ln(2,12,1,2,V V a b V b V RT W m m m -----= 已知范德华方程为 RT b V V a p m m=-+))((2 习题8 1mol 液体水在100℃和标准压力下蒸发，试计算此过程的体积功。
《热力学第一定律》练习题
第2章 《热力学第一定律》练习题一、思考题1. 理想气体的绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式V W C T =∆计算，那两种过程所做的功是否一样?2. 在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水：(1)氢气在氧气中燃烧，(2)爆鸣反应，(3)氢氧热爆炸，(4)氢氧燃料电池。
在所有反应过程中，保持反应方程式的始态和终态都相同，请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?3. 在298 K ，101.3 kPa 压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是一个不可逆过程，试将它设计成可逆过程。
二、填空题1. 封闭系统由某一始态出发，经历一循环过程，此过程的_____U ∆=；_____H ∆=；Q 与W 的关系是______________________，但Q 与W 的数值________________________，因为_________________________。
2. 状态函数在数学上的主要特征是________________________________。
3. 系统的宏观性质可分为___________________________________，凡与系统物质的量成正比的物理量均称为___________________________。
4. 在300K 的常压下，2mol 的某固体物质完全升华过程的体积功_________e W =。
5. 某化学反应：A(l) + 0.5B(g) → C(g)在500K 恒容条件下进行，反应进度为1mol 时放热10k J ，若反应在同样温度恒容条件下进行，反应进度为1mol 时放热_____________________。
6. 已知水在100℃的摩尔蒸发焓40.668ap m H ν∆=kJ·mol -1，1mol 水蒸气在100℃、101.325kPa 条件下凝结为液体水，此过程的_______Q =；_____W =；_____U ∆=；_____H ∆=。
工程热力学第三章热力学第一定律作业
第3章 热力学第一定律3-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为 44000kJ/kg ，汽油密度 0.75g/cm3 。
测得该车通过车轮出的功率为 64kW ，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。
解： 汽油总发热量Q = 34.1×10-3m3 ×750kg/m3 ×44000kJ/kg =1125300kJ汽车散发热量Qout = Q-W ×3600 = (1125300-64×3600)kJ/h = 894900kJ/h3-2 气体某一过程中吸收了 50J 的热量，同时，热力学能增加 84J ，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外作功是多少 J ？解 取气体为系统，据闭口系能量方程式 Q = ΔU +WW = Q -ΔU = 50J -84J = -34J所以过程是压缩过程，外界对气体作功 34J 。
3-3 1kg 氧气置于图 3-1 所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。
初始时氧气压力为 0.5MPa ，温度为 27℃，若气缸长度 2l ，活塞质量为 10kg 。
试计算拔除钉后，活塞可能达到最大速度。
解：由于可逆过程对外界作功最大，故按可逆定温膨胀计算：w = RgT ln V2/ V1 = 0.26kJ/(kg •K)×(273.15+ 27)K图3-1 图3-2×ln（A×2h）/ （A×h）= 54.09kJ/kgW =W0 + m'/2*Δc 2 = p0(V2 -V1)+ m'/2*Δc 2 （a ）V1 =m1RgT1/ p1=1kg×260J/(kg•K)×300.15K /0.5×106Pa = 0.1561m3 V2 = 2V1 = 0.3122m3代入(a)c2 = （2×(54.09J/kg×1kg×103-0.1×106Pa×0.1561m3)/10kg）1/2= 87.7m/s3-4 有一飞机的弹射装置，如图 3-2，在气缸内装有压缩空气，初始体积为 0.28m3 ，终了体积为0.99m3，飞机的发射速度为61m/s ，活塞、连 杆和飞机的总质量为 2722kg 。
第一章 热力学第一定律作业题答案
§1第一章热力学第一定律作业题目与习题答案2. 已知373.15K，101.325kPa下1kgH2O(l)的体积为1.043dm3，1kg水蒸气的体积为1677dm3，水蒸发为水蒸气过程的蒸发热为2257.8 kJ·kg–1。
此时若1mol 液体水完全蒸发为水蒸气，试求（1）蒸发过程中体系对环境所做的功；（2）假定液体水的体积忽略不计，蒸气可视为理想气体，求蒸发过程中的功及所得结果的相对误差；（3）求（1）中变化的∆vap U m，∆vap H m。
解：(1) W=p∆vap V=101325⨯(1677-1.043)⨯10-3⨯0.018J=3057J；(2) W=p∆vap V≅pV g=nRT=1⨯8.314⨯373.15J=3102J，相对误差=(3102-3057)/3057=1.47%；(3) ∆vap H m=Q p=2257.8⨯0.018 kJ·mol-1=40.64kJ·mol-1，∆vap U m=∆vap H m- p∆vap V m =(40.64-3.057) kJ·mol-1=37.58kJ·mol-1。
3、1kg空气由25︒C经绝热膨胀降温至–55︒C。
设空气为理想气体，平均摩尔质量为0.029kg·mol–1，C V,m = 20.92 J·K–1·mol–1，求Q、W、∆U、∆H。
解：∆U=(W/M)C V,m∆T=[20.92⨯(-55-25)/0.029]J= -57.7kJ，∆H=(W/M)C p,m∆T=[(20.92+8.314)⨯(-55-25)/0.029]J = -80.6kJ，Q=0 ，W= -∆U=57.7kJ。
6、某理想气体热容比γ=1.31，经绝热可逆膨胀由1.01×105 Pa，3.0dm3，373 K 的初态降压到1.01×104 Pa，求（1）终态气体的体积与温度；（2）膨胀过程的体积功；（3）膨胀过程的∆U与∆H。
热力学第一定律练习题及答案
第二章热力学第一定律练习题及答案(总8页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章热力学第一定律练习题一、判断题（说法对否）：1.当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。
当系统的状态发生变化时，所有的状态函数的数值也随之发生变化。
2.在、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态完全确定。
3. 一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完全确定。
4. 系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。
5. 从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q和W的值一般不同，Q + W的值一般也不相同。
6. 因Q P= ΔH，Q V= ΔU，所以Q P与Q V都是状态函数。
7．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中，当温度、压力一定时；系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。
8．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。
9．在下，1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。
若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU = 0。
10.一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。
11． 1mol水在下由25℃升温至120℃，其ΔH= ∑C P,m d T。
12．因焓是温度、压力的函数，即H = f(T,p)，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于d T = 0，d p = 0，故可得ΔH = 0。
13．因Q p = ΔH，Q V = ΔU，所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W。
14．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。
15．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。
16． (∂U/∂V)T = 0 的气体一定是理想气体。
17．一定量的理想气体由0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa)绝热膨胀达平衡，则末态温度不变。
热力学第一定律学生用
热力学第一定律习题练习（学生用）一、选择题1、298K,101.3KPa,1molA(g)与2molB(g)完全反应A(g)+2B(g)→C(g)的等压热效应为△rHmӨ(298K),若只有50%的A(g) 参加反应, 则等容热效应∆UӨ(298K)为(B )(A)1/2∆rHmӨ(298K)+RT (B) 1/2∆rHmӨ(298K)–RT(C) 1/2∆rHmӨ(298K)+1/2RT (D) 1/2∆rHmӨ(298K)–1/2RT2、在指定条件下与物质数量无关的一组物理量是（A ）（A）T，P，n （B）Um，Cp，Cv （C）∆H，∆U，∆ξ（D）Vm，∆f HӨm(B),∆cHӨm(B) 3、1理想气体B，经恒温膨胀、恒容加热、恒压冷却三步完成一个循环，气体吸热24000J，则该循环过程的∆U、W及∆H为（）（A）∆U=∆H=0，W= –24000J （B）∆U=0，∆H≠0，W=24000J（C）∆U，∆H，W不能确定（D）∆U=0，∆H=24000J，W无法确定4、下列叙述中，不具可逆过程特征的是（C ）（A）过程的每一步都接近平衡态，故进行得无限缓慢（B）沿原途径反向进行时，每一小步系统与环境均能复原（C）过程的初态与终态必定相同（D）过程中，若做功则做最大功，若耗功则耗最小功5、下列叙述中正确的是（A ）A、物体温度越高，说明其内能越大B、物体温度越高，说明所含热量越多C、凡系统温度升高，就肯定是它吸收了热D、凡系统温度不变，说明它既不吸热也不放热6、在下列关于焓的描述中，正确的是（C ）A、因为∆H =Q P，所以焓就是恒压热B、气体的焓只是温度的函数C、气体在节流膨胀中，它的焓不改变D、因为∆H=∆U+∆（PV），所以任何过程都有∆H>∆U 的结论7、下列四种理想气体物质的量相等，若都以温度为T1恒容加热到T2，则吸热量最少的气体是（A ）A、氦气B、氢气C、二氧化碳D、三氧化硫8、将H2（g）与O2(g) 以2：1的比例在绝热刚性密闭容器中完全反应，则该过程中应有（D ）A、∆T=0B、∆P=0C、∆U=0D、∆H=09、在标准状态下，反应C2H5OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+3H2O(g)的反应焓变∆r HӨm, ∆Cp>0。
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《热力学第一定律》习题与作业
★1．1mol 单原子理想气体，R C m V 2
3,=，始态(1)的温度为273K ，体积为22.4dm 3，经历如下三步，又回到始态，请计算每个状态的压力、Q 、W 和U ∆。
(1) 等容可逆升温由始态(1)到546K 的状态(2)；
(2) 等温(546K)可逆膨胀由状态(2)到44.8 dm 3的状态(3)；
(3) 经等压过程由状态(3)回到状态(1)。
★2．在298K 时，有2mol N 2(g)，始态体积为15dm 3，，保持温度不变，经下列三个过程膨胀到终态体积为50dm 3，计算各过程的U ∆，H ∆ ，W 和Q 的值。
设气体为理想气体。
(1) 自由膨胀
(2) 反抗恒外压100kPa 膨胀
(3) 可逆膨胀
3．1mol 单原子理想气体，从始态：273K ，200kP a ，到终态：323K ，100kP a ，通过两个途径：
(1) 先等压加热至323K ，再等温可逆膨胀至100kP a ；
(2) 先等温可逆膨胀至100kP a ，再等压加热至323K 。
试计算各途径的U ∆，H ∆ ，W 和Q 的值
★4．1mol 单原子理想气体，从始态： 200kPa ，11.2dm 3，经p T ＝常数的可逆过程(即过程中p T ＝常数)，压缩到终态400kP a ，已知气体的R C m V 2
3,=。
试求： (1) 终态的体积和温度；
(2) U ∆和H ∆ ；
(3) 所做的功。
★5．证明：P P p U V C p T T ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭,并证明对于理想气体有0)(=∂∂T V
H ，0)(=∂∂T V V
C
6． 1mol N 2(g)，在298K 和200kPa 压力下，经可逆绝热过程压缩到5dm 3。
试计算(设气体为理想气体)：N 2(g) 的最后温度；N 2(g) 的最后压力；需做多少功。
7．试计算乙酸乙酯的标准摩尔生成焓)15.298,,(523K l H COOC CH H m f Θ∆：
已知CH 3COOH(l)+C 2H 5OH(l)=CH 3COOC 2H 5(l)+H 2O(l)，
120.9)15.298(-Θ⋅-=∆mol kJ K H m r ，乙酸和乙醇的标准摩尔燃烧焓
)15.298(K H m c Θ∆分别为154.874-⋅-mol kJ 和11366
-⋅-mol kJ ，CO 2(g)，H 2O(l)的标准摩尔生成焓分别为151.393-⋅-mol kJ 和183.285-⋅-mol kJ 。
★8．某高压容器中含有未知气体，可能是氩气或氮气。
今在298K 时，取出一些样品，从5dm 3绝热可逆膨胀到6dm 3，温度降低了21K ，试判断出容器中是何种气体？设振动的贡献可忽略不计。