第二章The First Law: the concepts
1. The basic concepts
System
Open system: can exchange matter and energy with its surrounding.
Closed system: can exchange energy with its surroundings, but it cannot exchange matter
Isolated system: can exchange neither energy nor matter with its surroundings.
Surroundings: comprise the region outside the system and are where we make our measurements.
Work, heat, and energy
（1）内能（U）内能是体系内部所储存的总能量。它包括体系内部分子运动的动能、分子与分子相互作用的势能、
分子内部原子与电子运动的能量以及原子核内能量等。
内能是体系的一种性质，因而是状态函数，具有状态函
数的特点。体系在一定状态下，内能有一定值，体系状
态改变时内能发生变化，只决定于初态和末态，与途经
无关。
（2）热（q）热是体系与环境交换能量的一种形式。由于体系与环境存在温度差而发生的能量交换叫作热。热有显
热、潜热和反应热等。显热是没有化学变化和聚积状态
变化，单纯生温或降温时，体系所吸收或放出的热。（3）功（w）功是体系与环境交换能量的另一种形式。又可以分为若干种。热力学中常见的一种功，是体系反抗外
压，体积膨胀所作的机械功，称为膨胀功。
The disorderly motion of molecules is called thermal motion. The distinction between work and heat is made in the surroundings. Work is identified as energy transfer making use of the organized motion of atoms in the surroundings, and heat is identified as energy transfer making use of thermal motion in the surroundings.
Energy is quantized（量子化的）, that is, a particle can possess only certain energies, called its ‘energy levels’. Broadly speaking, the heavier the particle and the greater its spatial freedom, the closer together are its energy levels.
The number of particles, N i, in a sample of N particles, that will be found in a state with an energy E i when it is part of a system in thermal equilibrium at a temperature T is expressed by the Boltzmann distribution:
N i =Ne-Ei/kT/q q=∑e-E i/kT
i
Where k is Boltzmann’s constant, k=1.381×10-23Jk-1. Boltzmann’s constant related to the gas constant by R=N A K, where N A is Avogadro’s constant. The function q is called the
partition function(配分函数)。It plays a central role in the calculation of thermodynamic properties.
The First Law
The internal energy U is the total kinetic (动能) and potential (势能) energy of the molecules in the system. We denote by△U the change in internal energy when a system changes from an initial state i with internal energy U i to a final state f of internal energy U f:
△U= U f－U i
The internal energy is a state function in the sense that its value depends only on the current state of the system and is independent of how that state has been prepared.
内能是一个广度性质
Internal energy, heat, and work are all measured in the same units, the joule (J).
1 J =1 kg m
2 s-2
Changes in molar internal energy, △U m are typically expressed more common in fields other than thermodynamics.
1 eV ≈0.16 aJ (where 1 aJ =10-28 J)
1 cal = 4.184 J exactly
The internal energy of a gas
The key to relating the internal energy to the properties of
individual molecules is the equipartition theorem (均分定理) classical mechanics (经典力学). There are two parts to this theorem (原理), one qualitative (质量), the other quantitative (数量).
The kinetic energy of an atom of mass m as it moves through space is
E k = －m v x 2 + －m v y 2 + －m v z 2 The equipartition theorem states that, for a collection of particles at thermal equilibrium at a temperature T, the average value of each quadratic contribution to the energy is the same and equal to 1/2kT, where k is Boltzmann ’s constant.
The equipartition theorem is applicable only when the effects of quantization (量子化) can be ignored.
At 25℃, 1/2kT = 2 zJ (where 1 zJ = 10-21
J)
According to the equipartition theorem, the mean energy of each term in the expression above is 1/2kT. Therefore,the mean energy of the atoms is 3/2kT and the total energy of the energy of the atoms is 3/2NkT, or 3/2nRT. We can therefore write U m = U m (0)+3/2RT
Where U m (0) is the molar internal energy at T=0.
This equation shows that the internal energy of a perfect gas increases linearly with temperature.
At 25℃,3/2RT = 3.7 kJ mol -1
Because the potential energy of interactions between the atoms (or molecules) of a perfect gas is zero, the internal energy is 1 2 2 1 1 2
independent of how close they are together. Therefore, the internal energy is independent of the volume occupied by a perfect gas. A formal statement of this property is （－ ）T
＝ 0 The consetvation of energy (能量守恒)
Heat and work are equivalent ways of changing a system ’s internal energy.
The First Law of thermodynamics are expressed as follows: The internal energy of an isolated system is constant.
The evidence for this property is that no ‘perpetual motion machine ’ (永动机) has ever been built.
如果我们用w 表示对系统所做的功，用q 表示对系统所传递的热，用△U 表示系统内能的改变，则有
△ U = q + w
The equation is the mathematical statement of the First Law. In which w>0 or q>0, if energy is transferred to the system as work or heat and w<0 or q<0 if energy is lost from the system as work or heat.
The formal statement of the First Law
The work needed to change an adiabatic system from one specified state (指定状态) to another specified state is the same however the work is done.
U V
Work and heat
If the work done on a system is dw and the energy supplied to it as heat is dq, hence we have
dU =d q + d w
To use equation, we must be able to relate d q and d w to events taking place in the surroundings.
Expansion work
(a) The general expression for work
In the course of the expansion, the work done when the system expands by dV against a pressure p ex is
dw = - p ex dV
To obtain the total work done when the volume changes from V i to V f we integrate this expression between the initial and final volumes:
(b) W=- p ex dV By free expansion we mean expansion against zero opposing force (反作用力). It occurs when p ex = 0. According to dw = - p ex dV , dw =0 for each stage of the expansion. Hence, overall:
w=0
That is, no work is done when a system expands freely. Expansion of this kind occurs when a system expands into a vacuum (真空). (c) Expansion against constant pressure (恒压膨胀)
V i
V f
For a expansion against constant pressure,
(d) w=- p ex dV =－p ex (V f －V i ) Therefore, if we write the change in volume as △V= V f －V i , w=－p ex △V
(d) Reversible expansion (可逆膨胀)
A reversible change in thermodynamics is a change that can be reversed by an infinitesimal modification of a variable .
可逆过程可以用系统的压力替换环境的压力
dw =－p ex dV=－p dV
可逆过程体系做功最大，环境对体系做功最小
w=- p dV
(e) Isothermal reversible expansion (等温可逆膨胀)
W=－nRT － = －nRT ln － Heat transaction
In general, the change in internal energy of a system is
dU = d q + d w exp + d w e where d w e is work in addition (e for ‘extra ’) to the expansion work, d w exp . For instance, d w e might be the electrical work of driving a current through a circuit.
A system kept at constant volume can do no expansion work, so d w exp = 0. A system is also incapable of doing any other kind of work , then d w e = 0 too. Under these circumstances:
V i
V f V i V f V f V i V
dV V i V f
dU = d q(at constant volume, no additional work)
We express this relation by writing dU = d q V, where the subscript (下标)implies a change at constant volume. For a measurable change,
△U = q V
It follows that, by measuring the energy suppplied to a constant-volume system as heat (q＞0) or obtained from it as heat (q ＜0)when it undergoes a change of state, we are in fact measuring the change in its internal energy.
(a)Calorimetry 量热法
Calorimetry is the study of heat transfer during physical and chemical processes. A calorimeter is a device for measuring the heat transferred. The most common device for measuring△U is an adiabatic bomb calorimeter (氧弹式量热计).
The change in temperature,△T, of the calorimeter is proportional to (成比例的) the heat that the reaction releases or absorbs. Therefore, by measuring △T we can determine q V and hence find △U. the conversion of △T to q V is best achieved by calibrating (校准)the calorimeter using a process of known energy output and determining the calorimeter constant, the constant C in the relation q = C△T
The calorimeter constant may be measured electrically by passing a current, I, from a source of known pontential, ν,through a heater for
a known period of time, t:
q = I νt (A Vs=J)
Alternatively, C may be demermined by burning a known mass of substance (benzoix acid is often used) that has a known bhat output. With C known, it is simple to interpret an observed temperature rise as a release of heat.
Illustration
If we pass a current of 10.0A from a 12V supply for 300 s, then the energy supplied as heat is
q = (10.0A)×(12V)×(300s) = 36kJ
because 1AVs = 1 J. If the observed rise in temperature is 5.5 K, then the calorimeter constant is C =(36 kJ)/(5.5K) = 6.5kJ K -1.
(b) Heat capacity
The heat capacity at constant volume (恒容热容) is denoted C v and is defined formally as
C v ＝( — )V Sensible heat 显热
Latent heat 潜热
Illustration
The heat capacity of a monatomic perftct gas (单原子理想气体)can be calculated by inserting the expression for the internal energy derived in Molecular interpretation . There we saw that
U T
U m = U m(0) + 3/2RT, so from equation
C v,m = —(U m(0) + 3/2RT) =3/2R
T
The numerical value (数值) is 12.47 J k-1 mol-1.
Heat capacities are extensive properties (广度性质). The molar heat capacity at constant volume is an intensive property(强度性质). Typical values of C v,m for polyatomic gases are close to 25 J K-1 mol-1. The heat capacity can be used to relate a change in internal energy to a change in temperature of a constant-volume system. It follows from equation that
dU = C v dT (at constant volume)
That is, an infinitesimal change in temperature brings about an infinitesimal changein internal energy, and the constant of proportionality is the heat capacity at constant volume.
If the heat capacity is independent of temperature over the range of temperatures of interest, a measurable change of temperature,△T, brings atout a measurable increase in internal energy,△U, where
△U = C v△T (at constant volume)
Because a change in internal energy can be identified with the heat supplied at constant volume, the equation above can be written
q V = C v△T
Enthalpy 焓
The change in internal energy is not equal to the heat supplied when
the system is free to change its volume. Under these circumstances some of the energy supplied as heat to the system is returned to the surroundings as expansion work, so dU is kess than dq. However, we shall now show that in this case the heat supplied at constant pressure is equal to the change in another thermodynamic property of the system, the enthalpy.
(a)The definition of enthalpy
The enthalpy, H, is defined as
H = U + pV
Where P is the pressure of the system and V is its volume. Because U, p, and V are all state functions, the enthalpy is a state function too. As is true of any state function, the change in enthalpy,△H, between any pair of initial and final states is independent of the path between them. The change in enthalpy is equal to the heat supplied at constant pressure (so long as the system does no additional work):
dH = d q(at constant pressure, no additional work)
For a measurable change,
△H =q p
(b) The measurement of an enthalpy change
An enthalpy change can be measured calorimetrically by monitoring (检测) the temperature change that accompanies a physical or chemical change occurring at constant pressure. A calorimeter for
studying processes at constant pressure is called an isobaric calorimeter (等压热量计). For a combustion reaction an adiabatic flame calorimeter may be used to measure when a given amount of substance burns in a supply of oxygen. The most sophisticated (精密的) way, however, is to use a differential scanning calorimeter (DSC) (差式扫描热量计).
(c) The variation of enthalpy with temperature
the heat capacity at constant pressure, C p , at a given temperature. More formally:
C p = ( — )p The heat capacity at constant pressure is the analogue (类似) of the heat capacity at constant volume, and is extensive property. The molar heat capacity at constant pressure , C p ,m , is an intensive property.
The heat capacity at constant pressure is used to relate the change in enthalpy tio a change in temperature. For infinitesimal changes of temperature,
dH = C p dT (at constant pressure)
If the heat capacity is constant over the range of temperatures of interest, then for a measurable increase in temperture
△H = C p △T (at constant pressure)
Because an increase in enthalpy can be equated with heat supplied at H T
constant pressure, the practical form (实际形式) of the latter equation is
q p=C p△T
when it is necessary to take the variation into account, a convenient approximate empirical expression is
C p,m = a + b/T +c/T2
The empirical parameters (实验参数) a, b, and c are independent of temperature.
第二章 热力学第一定律 一．基本要求 1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系 统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。 2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中 的, , Q W U ?和H ?的值。 3．了解为什么要定义焓，记住公式, V p U Q H Q ?=?=的适用条件。 4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学 第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中， , , , U H W Q ??的计算。 二．把握学习要点的建议 学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒 定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一 些基本概念。这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做 习题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。 例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这 个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变 化的过程联系在一起。譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云， 降到地上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说， “雨”是一个与过程联系的名词。在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的 名词，如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递 的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外， 其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之 间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种 形式变为另一种形式。同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热） 的。例如在不考虑非膨胀功的前提下，在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、 燃烧甚至爆炸等剧烈变化，由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所 以0, 0, 0Q W U ==?=。这个变化只是在系统内部，热力学能从一种形式变为
第二章热力学第一定律习题 一、选择题 1. 一定量的理想气体从同一始态出发，分别经(1) 等温压缩，(2) 绝热压缩到具有相同压力的终态，以H1，H2分别表示两个终态的焓值，则有：( ) (A) H1> H2(B) H1= H2 (C) H1< H2(D) 无法比较 2. 下列的过程可应用公式ΔH=Q进行计算的是：( ) (A) 不做非体积功，终态压力相同但中间压力有变化的过程 (B) 不做非体积功，一直保持体积不变的过程 (C) 273.15 K，pθ下液态水结成冰的过程 (D) 恒容下加热实际气体 3. 非理想气体进行绝热自由膨胀时,下述答案中哪一个错误?（） (A) Q=0 (B) W=0 (C) ΔU=0 (D) ΔH=0 4. 已知：Zn(s)+(1/2)O2??→ZnO Δr H m=351.5 kJ·mol-1 Hg(l)+(1/2)O2??→HgO Δr H m= 90.8 kJ·mol-1 因此Zn+HgO??→ZnO+Hg 的Δr H m是：( ) (A) 442.2 kJ·mol-1(B) 260.7 kJ·mol-1 (C) -62.3 kJ·mol-1(D) -442.2 kJ·mol-1 5. 在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱,将冰箱门打开,并接通电源使其工作,过一段时间之后,室内的平均气温将如何变化? ( ) (A) 升高(B) 降低 (C) 不变(D) 不一定 6. 对于理想气体的热力学能有下述四种理解： (1) 状态一定，热力学能也一定 (2) 对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的 (3) 对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值 (4) 状态改变时，热力学能一定跟着改变 其中正确的是：( ) (A) (1),(2) (B) (3),(4) (C) (2),(4) (D) (1),(3) 7. 按下列路线循环一周，哪种情况是系统对环境做功：( ) 8. 在一定T，p下,汽化焓Δvap H,熔化焓Δfus H和升华焓Δsub H的关系为：( ) (A) Δsub H＞Δvap H(B) Δsub H＞Δfus H (C) Δsub H=Δvap H+Δfus H(D) Δvap H＞Δsub H 上述各式中,哪一个错误?
物理化学核心教程（第二版）参考答案 第一章气体 一、思考题 1. 如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状采用了什么原理 答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。 2. 在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等 答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。 3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273 K，右球的温度为293 K时，汞滴处在中间达成平衡。试问： （1）若将左球温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动 （2）若两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动 答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。 （2）两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。 4. 在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象 答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。 5. 当某个纯物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化 答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。 6. Dalton分压定律的适用条件是什么Amagat分体积定律的使用前提是什么 答：实际气体混合物（压力不太高）和理想气体混合物。与混合气体有相同温度和相同压力下才能使用，原则是适用理想气体混合物。
1. 2mol 298K ，5dm 3的He(g)，经过下列可逆变化： （1） 等温压缩到体积为原来的一半； （2） 再等容冷却到初始的压力。 求此过程的Q W U H S ???、、、和。已知=),(,g He C m p ?K -1?mol -1。 解：体系变化过程可表示为 W=W 1+W 2=nRTln 1 2V V +0=2××298×=-3435(J) Q=Q 1+Q 2=W 1+ΔU 2=-3435+n m v C ,ΔT=-3435+n m v C ,(298-298/2) ; =-3435+(-3716)=-7151(J) ΔU=ΔU 1+ΔU 2=ΔU 2=-3716(J) 2. ΔS=ΔS 1+ΔS 2=nRln 12V V +? 21,T T m v T dT nC =2××+2××1-?K J 理想气体从40℃冷却到20℃， 同时体积从250dm 3 变化到50dm 3。已知该气体的m p C ,=?K -1?mol -1，求S ?。 解：假设体系发生如下两个可逆变化过程 250dm 3 等温 50dm 3 等容 50dm 3 40℃ ΔS 1 40℃ ΔS 2 20℃ ΔS=ΔS 1+ΔS 2=nRln 12V V +? 21,T T m v T dT nC =10Rln 250 50 +10×4015.2732015.273++ =(1-?K J ) 》 3. 2mol 某理想气体(m p C ,= J ?K -1?mol -1)在绝热条件下由,膨胀到，求该过程的 Q W U H S ???、、、和。 解： 绝热 膨胀 ∵m p C ,=11--??mol K J ∴ m v C ,=1 -?K J 且Q=0 ΔU= ? 2 1 ,T T m v dT nC =2×× W=-ΔU=2930(J) 等温压缩 等容冷却
物理化学作业题答案 第六章 相平衡 思考题 5．在含有氨的容器中氯化铵固体分解达平衡，43NH Cl(s)NH (g)HCl(g)+垐?噲?。指出该系统的独立组分数、 相数和自由度？ 答：反应中有三个物种，一个平衡限制条件，没有浓度限制条件。所以独立组分数为2，相数为2，自由度为2。 习题解析 3．3CaCO (s)在高温下分解为CaO(s)和2CO (g)，根据相律解释下述实验事实。 (1) 在一定压力的2CO (g)中，将3CaCO (s)加热，实验证明在加热过程中，在一定的温度范围内3CaCO (s)不会分解。(2) 在3CaCO (s)的分解过程中，若保持2CO (g)的压力恒定，实验证明达分解平衡时，温度有定值。 解：(1) 该系统中有两个物种，2CO (g)和3CaCO (s)，所以物种数2S =。在没有发生反应时，组分数2C =。现在是一个固相和一个气相两相共存，2P =。当2CO (g)的压力有定值时，根据相律，条件自由度 *12121f C P =+-=+-=。这个自由度就是温度，即在一定的温度范围内，可维持两相平衡共存不变，所以3CaCO (s)不会分解。 （2）该系统有三个物种，2CO (g)，3CaCO (s)和CaO(s)，所以物种数3S =。有一个化学平衡，1R =。没有浓度限制条件，因为产物不在同一个相，故2C =。现在有三相共存（两个固相和一个气相），3P =。若保持 2CO (g)的压力恒定，条件自由度*12130f C P =+-=+-=。也就是说，在保持2CO (g)的压力恒定时，温度 不能发生变化，即3CaCO (s)的分解温度有定值。 5．结霜后的早晨冷而干燥，在-5℃，当大气中的水蒸气分压降至 Pa 时，霜会升华变为水蒸气吗? 若要使霜不升华，空气中水蒸气的分压要有多大？已知水的三相点的温度和压力分别为 K 和611 Pa ，水的摩尔气化焓 1vap m 45.05 kJ mol H -?=?，冰的摩尔融化焓1fus m 6.01 kJ mol H -?=?。设相变时的摩尔焓变在这个温度区间内是 常数。 解：冰的摩尔升华焓等于摩尔熔化焓与摩尔气化焓的加和， sub m vap m fus m H H H ?=?+?11(45.05 6.01) kJ mol 51.06 kJ mol --=+?=? 用Clausius-Clapeyron 方程，计算 K （-5℃）时冰的饱和蒸气压 (268.15K)51 06011 ln 611 Pa 8.314273.16268.15p = - ? ? ??? 解得 (268.15K)401.4 Pa p = 而 K （-5℃）时，水蒸气的分压为 Pa ，低于霜的水蒸气分压，所以这时霜要升华。当水蒸气分压等于或大于401.4 Pa 时，霜可以存在。
物理化学第二章热力学第二定律练习题及答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第二章 热力学第二定律练习题 一、判断题（说法正确否）： 1．自然界发生的过程一定是不可逆过程。 2．不可逆过程一定是自发过程。 3．熵增加的过程一定是自发过程。 4．绝热可逆过程的?S = 0，绝热不可逆膨胀过程的?S > 0，绝热不可逆压缩过程的?S < 0。 5．为了计算绝热不可逆过程的熵变，可以在始末态之间设计一条绝热可逆途径来计算。 6．由于系统经循环过程后回到始态，?S = 0，所以一定是一个可逆循环过程。 7．平衡态熵最大。 8．在任意一可逆过程中?S = 0，不可逆过程中?S > 0。 9．理想气体经等温膨胀后，由于?U = 0，所以吸的热全部转化为功，这与热力学第二定律矛盾吗 10．自发过程的熵变?S > 0。 11．相变过程的熵变可由 T H S ?= ?计算。 12．当系统向环境传热时(Q < 0)，系统的熵一定减少。 13．一切物质蒸发时，摩尔熵都增大。 14．冰在0℃，p 下转变为液态水，其熵变 T H S ?= ?>0，所以该过程为自发过程。 15．自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。 16．吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。 17．在等温、等压下，吉布斯函数变化大于零的化学变化都不能进行。 18．系统由V 1膨胀到V 2，其中经过可逆途径时做的功最多。 19．过冷水结冰的过程是在恒温、恒压、不做其他功的条件下进行的，由基本方程可得?G = 0。 20．理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以 -p d V = 0，此过程温度不变，?U = 0，代入热力学基本方程d U = T d S - p d V ，因而可得d S = 0，为恒熵过程。 21．是非题： ⑴“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？ ⑵“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？ ⑶ 绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？ ⑷ 自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。 ⑸ 1mol 理想气体进行绝热自由膨胀，体积由V 1变到V 2，能否用公式： ???? ??=?12 ln V V R S 计算该过程的熵变？ 22．在100℃、p 时，1mol 水与100℃的大热源接触，使其向真空容器中蒸发成 100℃、p 的水蒸气，试计算此过程的?S 、?S (环)。 23． ? ??? ??=?12ln V V R S 的适用条件是什么？ 24．指出下列各过程中，物系的?U 、?H 、?S 、?A 、?G 中何者为零？
第二章热力学第一定律 1mol理想气体在恒定压力下温度升高1℃，求过程中系统与环境交换的功。解：理想气体n = 1mol 对于理想气体恒压过程,应用式（2.2.3） W =－p ambΔV =－p(V2-V1) =－(nRT2-nRT1) =－ 1mol水蒸气(H2O,g)在100℃,下全部凝结成液态水。求过程的功。假设：相对于水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。 解: n = 1mol 恒温恒压相变过程,水蒸气可看作理想气体, 应用式（2.2.3） W =－p ambΔV =－p(V l-V g ) ≈ pVg = nRT = 在25℃及恒定压力下，电解1mol水(H2O,l)，求过程的体积功。
H2O(l) ＝ H2(g) + 1/2O2(g)解: n = 1mol 恒温恒压化学变化过程, 应用式（2.2.3） W=－p ambΔV =－(p2V2-p1V1)≈－p2V2 =－n2RT=－ 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a的Q a=,Wa=－；而途径b的Q b=－。求W b. 解: 热力学能变只与始末态有关,与具体途径无关,故ΔU a= ΔU b 由热力学第一定律可得Qa + Wa = Q b + W b ∴ W b = Q a + W a－Q b = － 始态为25℃，200 kPa的5 mol某理想气体，经途径a，b两不同途径到达相同的末态。途经a先经绝热膨胀到 -28.47℃，100 kPa，步骤的功；再恒容加热到压力200 kPa的末态，步骤的热。途径b为恒压加热过程。求途径b的及。
解：先确定系统的始、末 态 311106190200000 1529831485m ...P nRT V =××== 3210160100000 58 24431485m ...P nRT V V =××== = kJ .kJ )..(Q W U Δa a 85194225575=+=+=－ 对于途径b ，其功为 kJ .J ..V Δp W b 932706190101602000001－）－（－－=== 根据热力学第一定律 4mol 某理想气体，温度升高20℃, 求ΔH－ΔU 的值。 解：根据焓的定义
第二章 热力学第二定律练习题 一、判断题（说法正确否）： 1．自然界发生的过程一定是不可逆过程。 2．不可逆过程一定是自发过程。 3．熵增加的过程一定是自发过程。 4．绝热可逆过程的?S = 0，绝热不可逆膨胀过程的?S > 0，绝热不可逆压缩过程的?S < 0。 5．为了计算绝热不可逆过程的熵变，可以在始末态之间设计一条绝热可逆途径来计算。 6．由于系统经循环过程后回到始态，?S = 0，所以一定是一个可逆循环过程。 7．平衡态熵最大。 8．在任意一可逆过程中?S = 0，不可逆过程中?S > 0。 9．理想气体经等温膨胀后，由于?U = 0，所以吸的热全部转化为功，这与热力学第二定律矛盾吗? 10．自发过程的熵变?S > 0。 11．相变过程的熵变可由 T H S ?= ?计算。 12．当系统向环境传热时(Q < 0)，系统的熵一定减少。 13．一切物质蒸发时，摩尔熵都增大。 14．冰在0℃，p 下转变为液态水，其熵变 T H S ?= ?>0，所以该过程为自发过程。 15．自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。 16．吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。 17．在等温、等压下，吉布斯函数变化大于零的化学变化都不能进行。 18．系统由V 1膨胀到V 2，其中经过可逆途径时做的功最多。 19．过冷水结冰的过程是在恒温、恒压、不做其他功的条件下进行的，由基本方程可得?G = 0。 20．理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以 -p d V = 0，此过程温度不变，?U = 0，代入热力学基本方程d U = T d S - p d V ，因而可得d S = 0，为恒熵过程。 21．是非题： ⑴“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？ ⑵“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？ ⑶ 绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？ ⑷ 自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。 ⑸ 1mol 理想气体进行绝热自由膨胀，体积由V 1变到V 2，能否用公式： ???? ??=?12 ln V V R S 计算该过程的熵变？ 22．在100℃、p 时，1mol 水与100℃的大热源接触，使其向真空容器中蒸发成 100℃、p 的水蒸气，试计算此过程的?S 、?S (环)。 23． ? ??? ??=?12ln V V R S 的适用条件是什么？ 24．指出下列各过程中，物系的?U 、?H 、?S 、?A 、?G 中何者为零？ ⑴ 理想气体自由膨胀过程； ⑵ 实际气体节流膨胀过程； ⑶ 理想气体由(p 1,T 1)状态绝热可逆变化到(p 2,T 2)状态； ⑷ H 2和Cl 2在刚性绝热的容器中反应生成HCl ； ⑸ 0℃、p 时，水结成冰的相变过程； ⑹ 理想气体卡诺循环。 25．a mol A 与b mol B 的理想气体，分别处于(T ,V ,p A )与(T ,V ,p B )的状态，等温等容混合为 (T ,V ,p )状态，那么?U 、?H 、?S 、?A 、?G 何者大于零，小于零，等于零？ 26．一个刚性密闭绝热箱中，装有H 2与Cl 2混合气体，温度为298K ，今用光引发，使其
2.15 容积为0.1m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板,其两侧分别为0℃,4mol的Ar(g)及150℃,2mol的Cu(s)。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度t及过程的ΔH 。 已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容C p,m分别为20.786J·mol-1·K-1及24.435 J·mol-1·K-1，且假设均不随温度而变。 解: 恒容绝热混合过程Q = 0 W = 0 ∴由热力学第一定律得过程ΔU=ΔU(Ar,g)+ΔU(Cu,s)= 0 ΔU(Ar,g) = n(Ar,g) C V,m (Ar,g)×(t2－0) ΔU(Cu,S) ≈ΔH (Cu,s) = n(Cu,s)C p,m(Cu,s)×(t2－150) 解得末态温度t2 = 74.23℃ 又得过程 ΔH =ΔH(Ar,g) + ΔH(Cu,s) =n(Ar,g)C p,m(Ar,g)×(t2－0) + n(Cu,s)C p,m(Cu,s)×(t2－150) = 2.47kJ 或ΔH =ΔU+Δ(pV) =n(Ar,g)RΔT=4×8314×(74.23－0)= 2.47kJ 2.17 单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5mol，摩尔分数y =0.4， B 始态温度T1=400K，压力P1=200kPa，今该混合气体绝热反抗恒外压p=100kPa 膨胀到平衡态，求末态温度T2及过程的W,ΔU及ΔH。
2.21 已知水(H2O,l)在100℃的饱和蒸气压p s=101.325kPa，在此温度、压力下 水的摩尔蒸发焓。求在100℃,101.325kPa下使1kg水蒸气全部凝结成液体水时的W，Q，ΔU，ΔH和ΔH。设水蒸气适用理想气体状态方程式。 解: 题给过程的始末态和过程特性如下： n = m/M = 1kg/18.015g·mol-1 = 55.509mol
第二章 热力学第一定律 思考题.：1. 一封闭系统，当始终态确定后：（a ）当经历一个绝热过程，则功为定值；（b ）若经历一个等容过程，则Q 有定值：（c ）若经历一个等温过程，则热力学能有定值：（d ）若经历一个多方过程，则热和功的和有定值。 解释：始终态确定时，则状态函数的变化值可以确定，非状态函数则不是确定的。但是热力学能U 和焓没有绝对值，只有相对值，比较的主要是变化量。 2. 从同一始态A 出发，经历三种不同途径到达不同的终态： （1）经等温可逆过程从A→B；（2）经绝热可逆过程从A→C；（3）经绝热不可逆过程从A→D。 试问： （a ）若使终态的体积相同，D 点应位于BC 虚线的什么位置，为什么？ （b ）若使终态的压力相同，D 点应位于BC 虚线的什么位置，为什么，参见图 12p p (a) (b) 图 2.16 解释： 从同一始态出发经一绝热可逆膨胀过程和一经绝热不可逆膨胀过程，当到达相同的 终态体积V 2或相同的终态压力p 2时，绝热可逆过程比绝热不可逆过程作功大，又因为W （绝热）=C V （T 2-T 1），所以T 2（绝热不可逆）大于T 2（绝热可逆），在V 2相同时，p=nRT/V,则p 2（绝热不可逆）大于 p 2（绝热可逆）。在终态p 2相同时，V =nRT/p ，V 2（绝热不可逆）大于 V 2（绝热可逆）。 不可逆过程与等温可逆过程相比较：由于等温可逆过程温度不变，绝热膨胀温度下降，所以T 2（等温可逆）大于T 2（绝热不可逆）；在V 2相同时， p 2（等温可逆）大于 p 2（绝热不可逆）。在p 2相同时，V 2（等温可逆）大于 V 2（绝热不可逆）。 综上所述，从同一始态出发经三种不同过程， 当V 2相同时，D 点在B 、C 之间，p 2（等温可逆）＞p 2（绝热不可逆）＞ p 2（绝热可逆）当p 2相同时，D 点在B 、C 之间，V 2（等温可逆）＞ V 2（绝热不可逆）＞V 2（绝热可逆）。 总结可知：主要切入点在温度T 上，绝热不可逆做功最小。
第四章多组分系统热力学 一．基本要求 1．了解混合物的特点，熟悉多组分系统各种组成的表示法。 2．掌握偏摩尔量的定义和偏摩尔量的加和公式及其应用。 3．掌握化学势的狭义定义，知道化学势在相变和化学变化中的应用。 4．掌握理想气体化学势的表示式，了解气体标准态的含义。 5．掌握Roult定律和Henry定律的含义及用处，了解它们的适用条件和不同之处。 6．了解理想液态混合物的通性及化学势的表示方法，了解理想稀溶液中各组分化学势的表示法。 7．了解相对活度的概念，知道如何描述溶剂的非理想程度，和如何描述溶质在用不同浓度表示时的非理想程度。 8．掌握稀溶液的依数性，会利用依数性来计算未知物的摩尔质量。 二．把握学习要点的建议 混合物是多组分系统的一种特殊形式，各组分平等共存，服从同一个经验规律（即Rault定律），所以处理起来比较简单。一般是先掌握对混合物的处理方法，然后再扩展到对溶剂和溶质的处理方法。先是对理想状态，然后扩展到对非理想的状态。 偏摩尔量的定义和化学势的定义有相似之处，都是热力学的容量性质在一定的条件下，对任一物质B的物质的量的偏微分。但两者有本质的区别，主要体现在“一定的条件下”，即偏微分的下标上，这一点初学者很容易混淆，所以在学习时一定要注意它们的区别。偏摩尔量的下标是等温、等压和保持除B以外的其他组成不变（C B ）。化学势的下标是保持热力学函数的两个特征变量和保持除B以外的其他组成不变。唯独偏摩尔ibbs自G由能与狭义化学势是一回事，因为Gibbs自由能的特征变量是,T p，偏摩尔量的下标与化学势定义式的下标刚好相同。 多组分系统的热力学基本公式，比以前恒定组成封闭系统的基本公式，在 d n时所引起的相应热最后多了一项，这项表示某个组成B的物质的量发生改变 B
第二章热力学第一定律 一．基本要求 1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。 2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中的Q,W, U和 H的值。 3．了解为什么要定义焓，记住公式U Q V , H Q p的适用条件。 4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中， U, H, W, Q的计算。 二．把握学习要点的建议 学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒 定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一 些基本概念。这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做习 题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。 例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变化的过 程联系在一起。譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，降到地 上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，“雨” 是一个与过程联系的名词。在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的名词，如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递 的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外， 其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种形式变 为另一种形式。同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热）的。例如在 不考虑非膨胀功的前提下，在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、 燃烧甚至爆炸等剧烈变化，由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所 以 Q 0, W 0, U 0 。这个变化只是在系统内部，热力学能从一种形式变为
第一章热力学第一定律习题解答 1． 1mol 理想气体依次经过下列过程：(1)恒容下从 25℃升温至 100℃，(2)绝热自由膨胀至二倍体积，(3)恒压下冷却至25℃。试计算整个过程的Q、W、?U及?H。 解：将三个过程中Q、?U及W的变化值列表如下： 过程Q?U W (1)C V ,m (T 1末 ?T 1初 )C V ,m (T 1末 ?T 1初 ) (2)000 （3）C p,m(T3末?T3初) C v,m (T 3末 ?T 3初 ) p(V3末?V3初) 则对整个过程: T= T＝298.15K T= T= 373.15K 1初3末1末3初 Q ＝nC v,m(T1末－T1初)+0+ nC p,m(T3末－T3初) ＝nR(T3末?T3初） ＝[1×8.314×(-75)]J＝-623.55J ?U＝nC v,m(T1末－T1初)+0+nC v,m(T3末－T3初)＝0 W ＝- p(V3末?V3初)＝-nR(T3末?T3初） ＝-[1×8.314×(-75)]J＝623.55J 因为体系的温度没有改变，所以?H＝0 2．0.1mol 单原子理想气体，始态为 400K、101.325kPa，经下列两途径到达相同的终态： (1)恒温可逆膨胀到10dm3，再恒容升温至610K； (2) 绝热自由膨胀到6.56dm3，再恒压加热至610K。 分别求两途径的Q、W、?U及?H。若只知始态和终态，能否求出两途径的?U及?H？ 解：(1)始态体积V1＝nRT1/p1＝(0.1×8.314×400/101325)dm3＝32.8dm3 W ＝W恒温+W恒容＝nRT ln V V2+0 1 ＝(0.1×8.314×400×ln3210 .8+0)J ＝370.7J ?U＝nC V,m(T2?T1)＝[0.1×3 2 ×8.314 ×(610?400) ]J＝261.9J 1
第二章 多相多组分系统热力学 2007-4-24 §2.1 均相多组分系统热力学 练习 1 水溶液(1代表溶剂水，２代表溶质)的体积V 是质量摩尔浓度b 2的函数，若 V = A +B b 2+C (b 2) 2 (1)试列式表示V 1和V 2与b 的关系； 答： b2: 1kg 溶剂中含溶质的物质的量， b 2=n 2, 11 2222,,,,2T P n T P n V V V B cb n b ???? ??===+ ? ? ?????? ∵ V=n 1V 1+n 2V 2( 偏摩尔量的集合公式) ∴ V 1=(1/n 1)(V -n 2V 2)= (1/n 1)( V -b 2V 2)= (1/n 1)(A+Bb 2+c(b 2)2-Bb 2-2cb 2)= (1/n 1)[A-c(b 2)2] (2)说明A ,B , A/n 1 的物理意义； 由V = A +B b 2+C (b 2)2 ， V=A; A: b 2→0, 纯溶剂的体积，即1kg 溶剂的体积 B; V 2=B+2cb 2, b 2→0, 无限稀释溶液中溶质的偏摩尔体积 A/n 1：V 1= (1/n 1)[A-c(b 2)2]，∵b 2→0，V = A +B b 2+C (b 2)2, 纯溶剂的体积为A, ∴A/n 1 为溶剂的摩尔体积。 (3)溶液浓度增大时V 1和V 2将如何变化? 由V 1，V 2 的表达式可知， b 2 增大，V 2 也增加，V 1降低。 2 哪个偏微商既是化学势又是偏摩尔量?哪些偏微商称为化学势但不是偏摩尔量? 答： 偏摩尔量定义为 ,,c B B T P n Z Z n ???= ????所以,,c B B T P n G G n ???= ???? ,,c B B T P n H H n ???= ???? ,,c B B T P n F F n ?? ?= ???? ,,c B B T P n U U n ?? ?= ? ??? 化学势定义为： ,,c B B T P n G n μ???= ????= ,,c B T V n F n ??? ????= ,,c B S V n U n ??? ????= ,,c B S P n H n ?? ? ? ??? 可见，偏摩尔Gibbs 自由能既是偏摩尔量又是化学势。,,c B T V n F n ??? ????= ,,c B S V n U n ??? ????= ,,c B S P n H n ?? ? ? ???是化学势，但不是偏摩尔量。 3 25℃时 物质的量分数为0.4的甲醇水溶液，如果往大量此溶液中加1mol H 2O ，溶液体积增加17.35cm 3，如果往大量此溶液中加1mol CH 3OH 溶液体积增加39.01cm 3。试计算(1)将0.4mol CH 3OH 和0.6mol H 2O 混合时，混合溶液的体积。(2)此混合过程中体积的变化。已知25℃时甲醇密度为0.7911g cm -3，水的密度为0.9971g cm -3。 答：χB =0.4 V H2O =17.35cm 3, V 甲醇=39.01cm 3 (1) V=n 1V 1+n 2V 2=0.4×39.01+0.6×17.35= 26,01cm 3 (2) 混合前：V=(0.4×32/ρ甲醇)+ （0.6×18/ρ水）=（0.4×32/0.7911）+（0.6×18/0.9971）=27.01cm 3 ΔV=26.01-27.01=-1.0cm 3
第二章热力学第一定律 1mol 理想气体在恒定压力下温度升高1℃，求过程中系统与环境交换的功。 解：理想气体n = 1mol 对于理想气体恒压过程,应用式（ 2.2.3） W =－ p amb V －=p(V2-V1) =－(nRT2-nRT1) =－ 1mol 水蒸气 (H2O,g)在 100℃,下全部凝结成液态水。求过程的功。假设：相对于水蒸气的体 积，液态水的体积可以忽略不计。 解: n = 1mol 恒温恒压相变过程 ,水蒸气可看作理想气体 , 应用式（ 2.2.3） W =－ p amb V =－p(V l -V g ) ≈ pVg = nRT = 在25℃及恒定压力下，电解 1mol 水(H2O,l)，求过程的体积功。 H2O(l)＝ H2(g) + 1/2O2(g) 解: n = 1mol 恒温恒压化学变化过程, 应用式（ 2.2.3） W=－p amb V =－ (p2V2-p1V1)≈－ p2V2 =－n2RT=－ 若途径 a 的 Q a=,Wa=－；而途径 b 的Q b=系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。 －。求 W b. 解 :热力学能变只与始末态有关,与具体途径无关 ,故ΔU a=ΔU b 由热力学第一定律可得Qa + Wa = Q b + W b ∴ W b = Q a + W a－Q b = －
始态为 25℃，200 kPa 的 5 mol 某理想气体，经途径 a ，b 两不同途径到达相同的末态。途 经 a 先经绝热膨胀到 -28.47℃， 100 kPa ，步骤的功 ；再恒容加热到压力 200 kPa 的末态，步骤的热 。途径 b 为恒压加热过程。求途径 b 的 及 。 解：先确定系统的始、末态 V 1 = nRT 1 =5 ×8.314 ×298.15 3 P 1 = 0.0619 m 200000 V 2 = V = nRT = 5 ×8.314 ×244.58 = 0.1016 m 3 P 100000 U = W a + Q a = (－5.57 + 25.42 )kJ = 19.85kJ 对于途径 b ，其功为 W b = － p 1 V = －200000（0.1016－0.0619） J = －7.932kJ 根据热力学第一定律 4mol 某理想气体，温度升高 20℃ , 求 ΔH－ΔU 的值。 解：根据焓的定义 -3 水 (H 2 在 ℃ 下：（ ）压力从 增 已知水在 25℃ 的密度 ρ =997.04kg ·m。求 1mol 100kPa O,l) 25 1 加至 200kPa 时的 H;（2）压力从 100kPa 增加至 1Mpa 时的 ΔH。假设水的密度不随压力改 变，在此压力范围内水的摩尔热力学能近似认为与压力无关。 -3 -3 -1 解 : 已知 ρ= 997.04kg ·m H2O = × 10 kg mol · M
第一章热力学第一定律习题解答 1． 1ｍol理想气体依次经过下列过程:(1）恒容下从 2５℃升温至 100℃，(2)绝热自由膨胀 至二倍体积,(3)恒压下冷却至2５℃。试计算整个过程的Q、W、?U及?H。解：将三个过程中Q、?Ｕ及W的变化值列表如下： 过程Q?ＵW (1）C V ,ｍ （Ｔ 1末 ?Ｔ １初 ) C V ,m （T 1末 ?T 1 初 ) (２）00０ (３）C p,m(T3末?T３初) C v，m (T ３末 ?Ｔ 3 初 ） ｐ(V３末?V3初) 则对整个过程: T = T=２９8.１ ５ＫT= T = 37 ３.15K 1初3末1末3初 Ｑ=nＣv，m(T１末－T１初)＋０＋ nC p，m(Ｔ3末－T３初) ＝ｎR（T3末?T3初) ＝[１×8.314×(-75)]J=-62３.55J ?U=nＣv,m(T1末-Ｔ1初)+０+nC v,m（T3末－T3初)=０ W ＝-p(V3末?V3初）=-nR(T3末?Ｔ3初） ＝－[1×8．31４×（-7５）]J＝６23.55Ｊ 因为体系的温度没有改变，所以?H=0 2.0.1mol 单原子理想气体，始态为 400K、１01.325ｋPa，经下列两途径到达相同的终态： (1)恒温可逆膨胀到10ｄｍ3，再恒容升温至６１0K; (2) 绝热自由膨胀到6.５6ｄm3,再恒压加热至610K。 分别求两途径的Q、Ｗ、?U及?H。若只知始态和终态,能否求出两途径的?U及?H？ 解:(1)始态体积Ｖ1＝nRT1/p1＝(0．1×８.３１4×400/101325)dm3＝32.8dm３ W ＝Ｗ恒温+Ｗ恒容=ｎＲT ln V Ｖ2＋０ １ =（0.1×8.314×400×ｌｎ3210 .8+0）J ＝370.7Ｊ
第二章练习题 一、填空题 1、根据体系和环境之间能量和物质的交换情况，可将体系分成、、 。 2、强度性质表现体系的特征，与物质的数量无关。容量性质表现 体系的特征，与物质的数量有关，具有性。 3、热力学平衡状态同时达到四种平衡，分别是、、 、。 4、体系状态发生变化的称为过程。常见的过程有、 、、、。 5、从统计热力学观点看，功的微观本质是，热的微观本质是 。 6、气体各真空膨胀膨胀功W= 0 7、在绝热钢瓶中化学反应△U= 0 8、焓的定义式为。 二、判断题（说法对否）： 1、当体系的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。（√） 2、当体系的状态发生变化时，所有的状态函数的数值也随之发生变化。（χ）3．因= ΔH， = ΔU，所以与都是状态函数。（χ） 4、封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。（χ） 错。只有封闭系统不做非膨胀功等压过程ΔH=Q P 5、状态给定后，状态函数就有定值；状态函数确定后，状态也就确定了。（√） 6、热力学过程中W的值应由具体过程决定( √ ) 7、1mol理想气体从同一始态经过不同的循环途径后回到初始状态，其热力学能
不变。( √ ) 三、单选题 1、体系的下列各组物理量中都是状态函数的是（ C ） A 、T、P、V、Q B 、m、W、P、H C、T、P、V、n、 D、T、P、U、W 2、对于内能是体系的单值函数概念，错误理解是（ C ） A体系处于一定的状态，具有一定的内能 B对应于某一状态，内能只能有一数值不能有两个以上的数值 C状态发生变化，内能也一定跟着变化 D对应于一个内能值，可以有多个状态 3下列叙述中不具有状态函数特征的是（D ） A体系状态确定后，状态函数的值也确定 B体系变化时，状态函数的改变值只由体系的始终态决定 C经循环过程，状态函数的值不变 D状态函数均有加和性 4、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，说明其所含热量越多C凡体系温度升高，就肯定是它吸收了热 D凡体系温度不变，说明它既不吸热也不放热 5、下列哪一种说法错误（ D ） A焓是定义的一种具有能量量纲的热力学量 B只有在某些特定条件下，焓变△H才与体系吸热相等 C焓是状态函数 D焓是体系能与环境能进行热交换的能量
1. 2m o l 298K ，5d m 3的H e (g )，经过下列可逆变化： （1） 等温压缩到体积为原来的一半； （2） 再等容冷却到初始的压力。 求此过程的Q W U H S ???、、、和。已知=),(,g He C m p ?K -1?mol -1。 解：体系变化过程可表示为 W=W 1+W 2=nRTln 1 2V V +0=2××298×=-3435(J) Q=Q 1+Q 2=W 1+ΔU 2=-3435+n m v C ,ΔT=-3435+n m v C ,(298-298/2) =-3435+(-3716)=-7151(J) ΔU=ΔU 1+ΔU 2=ΔU 2=-3716(J) 2. ΔS=ΔS 1+ΔS 2=nRln 12 V V +?21,T T m v T dT nC =2××+2××1-?K J 理想气体从40℃冷却到20℃，同时体积从250dm 3 变化到50dm 3。已知该气体的m p C ,=?K -1?mol -1，求S ?。 解：假设体系发生如下两个可逆变化过程 250dm 3 等温 50dm 3 等容 50dm 3 40℃ ΔS 1 40℃ ΔS 2 20℃ ΔS=ΔS 1+ΔS 2=nRln 12V V +?21,T T m v T dT nC =10Rln 250 50+10×4015.2732015.273++ =(1-?K J ) 3. 2mol 某理想气体(m p C ,= J ?K -1?mol -1)在绝热条件下由,膨胀到，求该过程的 Q W U H S ???、、、和。 解： 绝热 膨胀 ∵m p C ,=11--??mol K J ∴ m v C ,=1-?K J 且Q=0 ΔU=?2 1,T T m v dT nC =2×× W=-ΔU=2930(J) 等温压缩 等容冷却
物理化学第二版课后答案 【篇一：大学物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后参 考答案第8章】 ．基本要求 1．理解电化学中的一些基本概念，如原电池和电解池的异同点，电 极的阴、阳、 正、负的定义，离子导体的特点和faraday 定律等。 2．掌握电导率、摩尔电导率的定义、计算、与浓度的关系及其主要 应用等。了解 强电解质稀溶液中，离子平均活度因子、离子平均活度和平均质量 摩尔浓度的定义，掌握离子强度的概念和离子平均活度因子的理论 计算。 3．了解可逆电极的类型和正确书写电池的书面表达式，会熟练地写 出电极反应、 电池反应，会计算电极电势和电池的电动势。 4．掌握电动势测定的一些重要应用，如：计算热力学函数的变化值，计算电池反 应的标准平衡常数，求难溶盐的活度积和水解离平衡常数，求电解 质的离子平均活度因子和测定溶液的ph等。 5．了解电解过程中的极化作用和电极上发生反应的先后次序，具备 一些金属腐蚀 和防腐的基本知识，了解化学电源的基本类型和发展趋势。 二．把握学习要点的建议 在学习电化学时，既要用到热力学原理，又要用到动力学原理，这 里偏重热力学原理在电化学中的应用，而动力学原理的应用讲得较少，仅在电极的极化和超电势方面用到一点。 电解质离子在传递性质中最基本的是离子的电迁移率，它决定了离 子的迁移数和离子的摩尔电导率等。在理解电解质离子的迁移速率、电迁移率、迁移数、电导率、摩尔电导率等概念的基础上，需要了 解电导测定的应用，要充分掌握电化学实用性的一面。 电化学在先行课中有的部分已学过，但要在电池的书面表示法、电 极反应和电池反应的写法、电极电势的符号和电动势的计算方面进 行规范，要全面采用国标所规定的符号，以便统一。会熟练地书写 电极反应和电池反应是学好电化学的基础，以后在用nernst方程计