物理化学课件及考试习题 试卷 答案第一次习题课 (热力学第一定律、第二定律)讲解
物理化学：热力学第一定律PPT课件
要的热量为Q，则就定义
1 n
δQ p dT
为该物质在该温度
下的摩尔定压热容，以 C p , m 表示，
Cp,m
1 δQp n dT
对恒压过程
δ Q p d H p n d H m ,p
代入有
C p ,m
1H n Tp
H m Tp
—— C p , m 定义式
单位： Jm o l1K 1
(2) 应用——计算单纯pVT 过程H
第二章 热力学第一定律
热力学是自然科学中建立最早的学科之一
1. 第一定律：能量守恒，解决过程的能量衡算 问题（功、热、热力学能等）
2. 第二定律：过程进行的方向判据 3. 第三定律：解决物质熵的计算
热力学基本定律是生产经验和科学实验的总结，它们不 能用其它理论方法加以证明，但其正确性毋庸置疑。 需要指出： （1）经典热力学研究含有大量质点的宏观系统：其原理、 结论不能用于描述单个的微观粒子； （2）经典热力学只考虑平衡问题：只考虑系统由始态到末 态的净结果，并依此解决诸如过程能量衡算、过程的方向、 限度的判断等热力学问题，至于由始态到末态的过程是如何 发生与进行的、沿什么途径、变化的快慢等等一些问题，经 典热力学往往不予考虑。
W p a m b V 2 V 1p V 2 V 1 p 1 V 1 p 2 V 2 由热力学第一定律可得: Q p UW =U 2 p2V 2 U 1 p1 V 1
定义 : HdefU pV
H为焓，为状态函数，广延量，单位 J Qp H δQp dH
即恒压热与过程的焓能变在量值上相等
注：H 的计算的基本公式： H= U+ (pV) 恒压过程 H = Q
§2.1 基本概念和术语
物理化学第一章 习题及答案
第一章 热力学第一定律一、 填空题1、一定温度、压力下，在容器中进行如下反应：Zn(s)+2HCl(aq)= ZnCl 2(aq)+H 2(g)若按质量守恒定律，则反应系统为 系统；若将系统与环境的分界面设在容器中液体的表面上，则反应系统为 系统。
2、所谓状态是指系统所有性质的 。
而平衡态则是指系统的状态 的情况。
系统处于平衡态的四个条件分别是系统内必须达到 平衡、 平衡、 平衡和 平衡。
3、下列各公式的适用条件分别为：U=f(T)和H=f(T)适用于 ；Q v =△U 适用于 ；Q p =△H 适用于 ； △U=dT nC 12T T m ,v ⎰适用于 ； △H=dT nC 21T T m ,P ⎰适用于 ； Q p =Q V +△n g RT 适用于 ；PV r=常数适用于 。
4、按标准摩尔生成焓与标准摩尔燃烧焓的定义，在C （石墨）、CO （g ）和CO 2(g)之间， 的标准摩尔生成焓正好等于 的标准摩尔燃烧焓。
标准摩尔生成焓为零的是 ，因为它是 。
标准摩尔燃烧焓为零的是 ，因为它是 。
5、在节流膨胀过程中，系统的各状态函数中，只有 的值不改变。
理想气体经节流膨胀后，它的 不改变，即它的节流膨胀系数μ= 。
这是因为它的焓 。
6、化学反应热会随反应温度改变而改变的原因是 ；基尔霍夫公式可直接使用的条件是 。
7、在 、不做非体积功的条件下，系统焓的增加值 系统吸收的热量。
8、由标准状态下元素的 完全反应生成1mol 纯物质的焓变叫做物质的 。
9、某化学反应在恒压、绝热和只做膨胀功的条件下进行, 系统温度由T 1升高到T 2，则此过程的焓变 零；若此反应在恒温（T 1）、恒压和只做膨胀功的条件下进行，则其焓变 零。
10、实际气体的μ=0P T H〈⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂,经节流膨胀后该气体的温度将 。
11、公式Q P =ΔH 的适用条件是 。
12、若某化学反应，只做体积功且满足等容或等压条件，则反应的热效应只由 决定，而与 无关。
大学物理化学1-热力学第一定律课后习题及答案
热力学第一定律课后习题一、是非题下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“⨯”。
1.在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的热力学能和焓也不变。
( )2. d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何pVT过程均适用。
( )3. 一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。
( )4. 25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。
( )5. 稳定态单质的∆f H(800 K) = 0。
( )二、选择题选择正确答案的编号，填在各题后的括号内：1. 理想气体定温自由膨胀过程为：（）。
（A）Q > 0；（B）∆U < 0；（C）W <0；（D）∆H = 0。
2. 对封闭系统来说，当过程的始态和终态确定后，下列各项中没有确定的值的是：( )。
( A ) Q；( B ) Q＋W；(C ) W( Q = 0 )；( D ) Q( W = 0 )。
3. pVγ = 常数(γ = C p,m/C V,m)适用的条件是：( )(A)绝热过程；( B)理想气体绝热过程；( C )理想气体绝热可逆过程；(D)绝热可逆过程。
4. 在隔离系统内：( )。
( A ) 热力学能守恒，焓守恒；( B ) 热力学能不一定守恒，焓守恒；(C ) 热力学能守恒，焓不一定守恒；( D) 热力学能、焓均不一定守恒。
5. 从同一始态出发，理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程：( )。
( A )可以到达同一终态；( B )不可能到达同一终态；( C )可以到达同一终态，但给环境留下不同影响。
6. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则：( )。
( A )焓总是不变；(B )热力学能总是增加；( C )焓总是增加；(D )热力学能总是减少。
7. 已知反应H2(g) +12O2(g) ==== H2O(g)的标准摩尔反应焓为∆r H(T)，下列说法中不正确的是：（）。
《物理化学》课后习题答案(天津大学第四版)
因此，由标准摩尔生成焓
由标准摩尔燃烧焓
2.37 已知25 °C甲酸甲脂（HCOOCH3, l）的标准摩尔燃烧焓 为 ，甲酸（HCOOH, l）、甲醇（CH3OH, l）、水 （H2O, l）及二氧化碳（CO2, g）的标准摩尔生成焓 分别 为 、 、 及 应用这些数据求25 °C时下列反应的标准摩尔反应焓。 解：显然要求出甲酸甲脂（HCOOCH3, l）的标准摩尔生成焓
2.14 容积为27 m3的绝热容器中有一小加热器件，器壁上有一小孔与 100 kPa的大气相通，以维持容器内空气的压力恒定。今利用加热器 件使器内的空气由0 °C加热至20 °C，问需供给容器内的空气多少 热量。已知空气的 假设空气为理想气体，加热过程中容器内空气的温度均匀。 解：在该问题中，容器内的空气的压力恒定，但物质量随温度 而改变
-46.11
NO2(g) 33.18
90.25
HNO3(l) -174.10
-241.818
Fe2O3(s) -824.2
-285.830 CO(g) -110.525
(1) (2) (3)
2.35 应用附录中有关物资的热化学数据，计算 25 °C时反应 的标准摩尔反应焓，要求： (1) 应用25 °C的标准摩尔生成焓数据； (2) 应用25 °C的标准摩尔燃烧焓数据。 解：查表知
可由
表出（Kirchhoff公式）
设甲烷的物质量为1 mol，则 最后得到
，
，
，
第三章 热力学第二定律
3.1 卡诺热机在 的高温热源和 的低温热源间工作。 求（1） 热机效率 ； （2） 当向环境作功 时，系统从高温热源吸收的热 及 向低温热源放出的热 。
物理化学课件及考试习题 试卷 答案第一次习题课 (热力学第一定律、第二定律).共24页文档
律).
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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15、机会是不守纪律的。——雨果
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谢谢
物理化学课件及考试习题 试 卷 答案第一次习题课 (热力学
第一定律、第二定律).
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
物理化学课件及考试习题 试卷 答案第一次习题课 (热力学第一定律、第二定律).
＝－1329 J
3. 乙醇的燃烧反应为： C2 H 5OH (l ) 3O2 ( g ) 2CO2 ( g ) 3H 2O(l )。已知在298K 时乙醇的标准摩尔燃烧焓为―1366.91 kJ m ol1，试计算298K时乙醇的 标准摩尔生成焓。已知298K时 CO2 ( g ) 和 H 2O(l ) 的的标准摩尔生成焓分
绝热可逆膨胀
1mol单原子理想气体 P2=101.3 kPa T2=？，V2＝11.95 dm3
反抗恒外压绝热不可逆膨胀
1mol单原子理想气体 P1=101.3 kPa T3=？,V2＝11.95 dm3
（1）对绝热可逆膨胀过程，由热力学第一定律及过程特征有：
(P1)1- γ(T1) γ ＝(P1) 1-γ (T2) γ 据此可解出T2＝145.6K。 W＝ΔU＝nCv,m(T2－T1)＝1×1.5×8.314×(145.6－298.2)＝－1903 J Q＝0 ΔH＝nCP,m(T2－T1)＝1×2.5×8.314×(145.6－298.2)＝－3172 J
(2) 对反抗恒外压的绝热不可逆膨胀过程，根据 热力学第一定律及体积功的定义有：
W＝ΔU＝nCv,m(T2－T1)＝－Psur(V2－V1) ＝－ Psur(V2－V1) ＝－101.325(11.95－nRT1/P1)
＝－ 101.325(11.95－1×8.314×298.2/607.95)
＝－797.6 J T2＝T1－797.6/(1.5×8.314) ＝298.2－64.0 ＝234.2K
4. 2mol双原子理想气体从状态300K,150KPa先恒容 冷却使压力降至50KPa,再恒温可逆压缩至100KPa。 求整个过程的Q、W、 ΔU、 ΔH及ΔS。
关于物理化学习题及答案
第一章热力学第一定律选择题1．热力学第一定律ΔU=Q+W 只适用于（）(A) 单纯状态变化 (B) 相变化 (C) 化学变化 (D) 封闭物系的任何变化答案：D2．关于热和功, 下面的说法中, 不正确的是(A) 功和热只出现于系统状态变化的过程中, 只存在于系统和环境间的界面上(B) 只有在封闭系统发生的过程中, 功和热才有明确的意义(C) 功和热不是能量, 而是能量传递的两种形式, 可称之为被交换的能量2(C) D。
因焓3(D) (pV) 45(A)(D)6．(D)7(A)答案：D W＝0，故由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得ΔU＝Q，蒸发过程需吸热Q＞0，故ΔU＞0。
8．第一类永动机不能制造成功的原因是（）(A) 能量不能创造也不能消灭 (B) 实际过程中功的损失无法避免 (C) 能量传递的形式只有热和功 (D) 热不能全部转换成功答案：A9．盖斯定律包含了两个重要问题, 即（）(A) 热力学第一定律和热力学第三定律 (B) 热力学第一定律及热的基本性质(C) 热力学第三定律及热的基本性质 (D) 热力学第一定律及状态函数的基本特征答案：D10．当某化学反应ΔrCp,m ＜0,则该过程的()r m H T ∆$随温度升高而（ ）(A) 下降 (B) 升高 (C) 不变 (D) 无规律 答案：A 。
根据Kirchhoff 公式,()/r m r p m d H T dT C ∆=∆$可以看出。
11．在下面涉及盖斯定律的表述中, 不正确的是（ ）(A) 对在等温等压且不做非体积功的条件下, 发生的各个化学反应过程和相变过程, 可使用盖斯定律(B) 对在等温等容且不做功的条件下, 发生的各个化学反应过程, 可使用盖斯定律(C) 同一物质在盖斯定律涉及的几个反应中都出现时, 只要无溶解等现象, 相态不同也可加减(D) 利用盖斯定律求某个反应的热效应时可引入一些别的反应,设想一些中间步骤, 无论实际反应是否按这些中间步骤进行都可以12答案：C ＝Q ，说13(A) 答案：C （D ）等B14(A)15(A) ∑＋∑Wi ，16．与物质的燃烧热有关的下列表述中不正确的是(A) 可燃性物质的燃烧热都不为零 (B) 物质的燃烧热都可测定，所以物质的标准摩尔燃烧焓不是相对值(C) 同一可燃性物质处于不同状态时,其燃烧热不同 (D) 同一可燃性物质处于不同温度下,其燃烧热之值不同答案：B 。
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恒温可逆
绝热可逆
V
恒温可逆线与绝热可逆线示意图
3. 封闭系统中，下列两种情况满足H= Ｕ的条件分 别是什么？（1）理想气体单纯P、V、T变化过程； （2）有理想气体参加的化学反应。 (1)对于理想气体单纯P、V、T变化过程 根据：H= Ｕ+ (PV) (PV)= nRT所以恒温过程时H= Ｕ (2)对于有理想气体参加的化学反应 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= Ｕ
2. 某气体从某一状态出发，分别经绝热可逆和恒温可 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：理想气体恒温可逆过程的方程为： PV＝常数；绝热可逆过程的方程是： PVγ ＝常数（γ＞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。
二、简答题
1、为什么无非体积功的等压过程的热，只决 定于体系的初终态？ 根据热力学第一定律: 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的 初终态。
2、“稳定单质的焓值等于零”；“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 标准摩尔生成焓不是同一个物理量，自然值 也就不相同了。
3、如一化学反应的等压热效应ΔH<0，则该反 应发生时一定放热，且ΔS <0，对吗？为什么？
（1）适用于理想气体的恒温可逆过程 （2）适用于封闭体系、恒温、恒压且可逆的过程 （3）根据： dA=-SdT-PdV ; dG=-SdT+VdP 只有当恒温且 -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。
1mol冰 P=101.325KPa T1=273.15K
溶化
ΔU1 ΔH1
1mol水 P=101.325KPa T1=273.15K
升温
ΔU2 ΔH2
1mol水 P=101.325KPa T2=373.15K ΔU3 ΔH3
ΔU ΔH
蒸 发
1mol水蒸气 P=101.325KPa T2=373.15K
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。 如果反应是等压且可逆的 则Q= H=T S H<0时S <0 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 ΔG值如何变化? （1）沸点下液体气化为蒸气；（2）凝固点下液体凝为固体 （如Vm(l)>Vm(s)）。
4. 什么是自发过程？自发过程的共同 特征是什么？
在一定条件下，能够自动进行的过程就 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。
5. 熵是量度系统无序度的热力学状态函数。下列情 况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。
第一次习题课
（热力学第一定律、热力学第二定律） 一、思考题 二、简答题 三、计算题 四、综合题
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；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 ，压下的可逆相变过程。 根据： dG=-SdT+VdP 已知： 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 G<0.
三、计算题
1、已知冰在0℃及101.325kPa，熔化热为6008J· mol-1，水在100℃及101.325kPa下， 蒸发热为44011J· mol-1，在0℃～100℃间水的平均比热为75J· K-1· mol-1，求在 101.325kPa下，将1mol的0℃冰变成100℃的水蒸气，试计算其ΔU，ΔH。
熵是量度系统无序度的热力学状态函数，它与物质的无 序度有关。 （1）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。 （2）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。
6. 试指出下列各式的适用条件： （1） S=-RTln(P1/P2); （2）G W (3) G= A；（4）dG＝-SdT+VdP
溶化过程：ΔU1=ΔH1=nΔfusHm=1×6008 J· mol-1=6.008KJ 升温过程：ΔU2=ΔH2=NCv,m(T2-T1) =1mol×75J· K-1· mol· -1×(373.15-273.15)=7.5KJ 蒸发过程:ΔH3=nΔvapHm=1mol×44011J· mol-1=44.011KJ 假设水蒸气为理想气体：ΔU3=ΔH3-PΔV 液体体积可以忽略：PΔV= PV气 =nRT=1×8.314×373.15=3.102 KJ ΔU3=ΔH3-PΔV=44.011-3.102=40.909KJ ΔU=ΔU1+ΔU2+ΔU3=6.008+7.5+40.909=54.417 KJ ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=6.008+7.5+44.011=57.519KJ