第一章温度习题参考答案
1-1定容气体温度计的测温泡浸在水的三相点槽内时,其中气体的压强为50mmHg。
(1)用温度计测量300K的温度时,气体的压强是多少?
(2)当气体的压强为68mmHg时,待测温度是多少?
解:对于定容气体温度计可知:
(1)
(2)
1-2 用定容气体温度计测得冰点的理想气体温度为273.15K,试求温度计内的气体在冰点时的压强与水的三相点时压强之比的极限值。
解:根据
已知冰点
。
1-3用定容气体温度计测量某种物质的沸点。原来测温泡在水的三相点时,其中气体的压
强;当测温泡浸入待测物质中时,测得的压强值为,当从
测温泡中抽出一些气体,使减为200mmHg时,重新测得,当再抽出一些
气体使减为100mmHg时,测得.试确定待测沸点的理想气体温度.
解:根据
从理想气体温标的定义:依以上两次所测数据,作T-P图看趋势得出
时,T约为400.5K亦即沸点为400.5K.
题1-4图
1-4铂电阻温度计的测量泡浸在水的三相点槽内时,铂电阻的阻值为90.35欧姆。当温度计的测温泡与待测物体接触时,铂电阻的阻值为90.28欧姆。试求待测物体的温度,假设温度与铂电阻的阻值成正比,并规定水的三相点为273.16K。
解:依题给条件可得
则
故
1-5在历史上,对摄氏温标是这样规定的:假设测温属性X随温度t做线性变化,
即,并规定冰点为,汽化点为。
设和分别表示在冰点和汽化点时X的值,试求上式中的常数a和b。
解:
由题给条件可知
由(2)-(1)得
将(3)代入(1)式得
1-6水银温度计浸在冰水中时,水银柱的长度为4.0cm;温度计浸在沸水中时,水银柱的长度为24.0cm。
(1)在室温时,水银柱的长度为多少?
(2)温度计浸在某种沸腾的化学溶液中时,水银柱的长度为25.4cm,试求溶液的温度。
解:设水银柱长与温度成线性关系:
当时,
代入上式
当,
(1)
(2)
1-7设一定容气体温度计是按摄氏温标刻度的,它在冰点和汽化点时,其中气体的压强分别
为和。
(1)当气体的压强为时,待测温度是多少?
(2)当温度计在沸腾的硫中时(硫的沸点为),气体的压强是多少?
解:解法一设P与t为线性关系:
由题给条件可知:当时有
当
时得:
由此而得(1)
(2)
时
解法二 若设t 与P 为线性关系
利用第六题公式可得:
由此可得:(1) 时
(2)
时
1-8 当热电偶的一个触点保持在冰点,另一个触点保持任一摄氏温度t 时,其热电动势由下式确定:
式中0.20/mv α=℃ 4
5.010/mv β-=-?℃ 3.592atm
题1-9题(1)题1-9图(2)
题1-9图(3)
(1)试计算当和时热电动势的值,并在此范围内作图。
(2)设用为测温属性,用下列线性方程来定义温标:
并规定冰点为,汽化点为,试求出a和b的值,并画出图。
(3)求出与和对应的值,并画出图
(4)试比较温标t和温标。
解:令
(1)
(2)在冰点时,汽化点,而,已知
解得:
(3)
当时
当时
当时
当时
(4)温标t和温标只有在汽化点和沸点具有相同的值,随线性变化,而t不随
线性变化,所以用作测温属性的温标比t温标优越,计算方便,但日常所用的温标是摄氏温标,t与虽非线性变化,却能直接反应熟知的温标,因此各有所长。
1-9 用L表示液体温度计中液柱的长度。定义温标与L之间的关系为。
式中的a、b为常数,规定冰点为,汽化点为。设在冰点时液柱的长
度为,在汽化点时液柱的长度,试求到之间液柱长度
差以及到之间液柱的长度差。
解:由题给条件可得:
(1)
(2)
解联立方程(1)(2)得:
则
1-11定义温标与测温属性X之间的关系为,其中K为常数。
(1)设X为定容稀薄气体的压强,并假定在水的三相点为,试确定温标与热力学温标之间的关系。
(2)在温标中,冰点和汽化点各为多少度?
(3)在温标中,是否存在0度?
解:(1)根据理想气体温标
,而X=P
(1)
由题给条件,在三相点时代入式
代入(1)式得:
(2)
(2)冰点代入(2)式得
汽化点代入(2)式得
(3)若,则
从数学上看,不小于0,说明有0度存在,但实际上,在此温度下,稀薄汽体可能已液化,0度不能实测。
1-11一立方容器,每边长20cm其中贮有,的气体,当把气体加热到
时,容器每个壁所受到的压力为多大?
解:对一定质量的理想气体其状态方程为
因,
而
故
1-12一定质量的气体在压强保持不变的情况下,温度由升到时,其体积将改变百分之几?
解:根据方程
则体积改变的百分比为
1-13一氧气瓶的容积是,其中氧气的压强是,规定瓶内氧气压强降到
时就得充气,以免混入其他气体而需洗瓶,今有一玻璃室,每天需用氧气,问一瓶氧气能用几天。
解:先作两点假设,(1)氧气可视为理想气体,(2)在使用氧气过程中温度不变。则:
由可有
每天用掉的氧气质量为
瓶中剩余氧气的质量为
天
1-14水银气压计中混进了一个空气泡,因此它的读数比实际的气压小,当精确的气压计的
读数为时,它的读数只有。此时管内水银面到管顶的距离为
。问当此气压计的读数为时,实际气压应是多少。设空气的温度保持不变。
题1-15图
解:设管子横截面为S,在气压计读数为和时,管内空气压
强分别为和,根据静力平衡条件可知
,由于T、M不变
根据方程
有,而
1-15截面为的粗细均匀的U形管,其中贮有水银,高度如图1-15所示。今将左侧的上端封闭年,将其右侧与真空泵相接,问左侧的水银将下降多少?设空气的温度保持不变,
压强
题1-15图
解:根据静力平均条件,右端与大气相接时,左端的空气压强为大气压;当右端与真空泵相
接时,左端空气压强为(两管水银柱高度差)
设左端水银柱下降
常数
即
整理得:
(舍去)
1-16
解:设从J形管右侧灌满水银时,左侧水银柱高为h。假设管子的直径与相比很小,可
忽略不计,因温度不变,则对封闭在左侧的气体有:
1-17如图1-17所示,两个截面相同的连通管,一为开管,一为闭管,原来开管内水银下降
了,问闭管内水银面下降了多少?设原来闭管内水银面上空气柱的高度R和大气压强为
,是已知的。
题1-18图
解:设截面积为S,原闭管内气柱长为R大气压为P闭管内水银面下降后,其内部压强为。对闭管内一定质量的气体有:
以水银柱高度为压强单位:
取正值,即得
1-18 一端封闭的玻璃管长,贮有空气,气体上面有一段长为的水银柱,将气柱封住,水银面与管口对齐,今将玻璃管的开口端用玻璃片盖住,轻轻倒转后再
除去玻璃片,因而使一部分水银漏出。当大气压为时,六在管内的水银柱有多
长?解:题1-18图
设在正立情况下管内气体的压强为,以水银柱高度表示压强,
倒立时,管内气体的压强变为,水银柱高度为
由于在倒立过程温度不变,
解之并取的值得
1-19求氧气在压强为,温度为时的密度。
解:已知氧的密度
1-20容积为的瓶内贮有氢气,因开关损坏而漏气,在温度为时,气压计的读数
为。过了些时候,温度上升为,气压计的读数未变,问漏去了多少质量的氢。
解:当时,容器内氢气的质量为:
当时,容器内氢气的质量为:
故漏去氢气的质量为
1-22一气缸内贮有理想气体,气体的压强、摩尔体积和温度分别为、和,现将气
缸加热,使气体的压强和体积同时增大。设在这过程中,气体的压强和摩尔体积满足
下列关系式:其中为常数
(1)求常数,将结果用,和普适气体常数表示。
(2)设,当摩尔体积增大到时,气体的温度是多高?
解:根据理想气体状态方程和过程方程有
(1)
(2)
而
,
1-23图1-23为测量低气压的麦克劳压力计的示意图,使压力计与待测容器相连,把贮有水银的瓶R缓缓上提,水银进入容器B,将B中的气体与待测容器中的气体隔开。继续上提
瓶R,水银就进入两根相同的毛细管和内,当中水银面的高度差,
设容器的容积为,毛细管直径,求待测容器中的气压。
题1-23图
解:设管体积,当水银瓶R上提时,水银上升到虚线处,此时B内气体压强与待
测容器的气体压强相等。以B内气体为研究对象,当R继续上提后,内气体压强增大
到,由于温度可视为不变,则根据玻-马定律,有
由于
B
V V
h p
1-24用图1-24所示的容积计测量某种轻矿物的操作步骤和实验数据如下:
(1)打开活拴K,使管AB和罩C与大气相通。上度移动D,使水银面在n处。
(2)关闭K,往上举D,使水银面达到m处。这时测得B、D两管内水银面的高度差
。
(3)打开K,把400g的矿物投入C中使水银面重密与对齐,关闭K。
(4)往上举D,使水银面重新到达m处,这时测得B、D两管内水银面的高度差
已知罩C和AB管的容积共为,求矿物的密度。
题1-24图
解:设容器B的容积为,矿物的体积为,为大气压强,当打开K时,罩内压强
为,步骤(2)中罩内压强为,步骤(4)中,罩内压强为,假设操作过程中温度可视不变,则根据玻-马定律知
未放矿石时:
放入后:
解联立方程得
1-26按重量计,空气是由的氮,的氧,约的氩组成的(其余成分很少,可以忽略),计算空气的平均分子量及在标准状态下的密度。
解:设总质量为M的空气中,氧、氮、氩的质量分别为。氧、氮、氩的分子
量分别为。
空气的摩尔数
则空气的平均摩尔质量为
即空气的平均分子量为28.9。空气在标准状态下的密度
1-27把的氮气压入一容积为的容器,容器中原来已充满同温同压的氧气。试求混合气体的压强和各种气体的分压强,假定容器中的温度保持不变。
解:根据道尔顿分压定律可知又由状态方程且温度、质量M 不变。
1-28用排气取气法收集某种气体(见图1-28),气体在温度为时的饱和蒸汽压为
,试求此气体在干燥时的体积。
题1-28图
解:容器内气体由某气体两部分组成,令某气体的压强为
则其总压强
干燥时,即气体内不含水汽,若某气体的压强也为其体积V,
则根据PV=恒量(T、M一定)有
1-29 通常称范德瓦耳斯方程中一项为内压强,已知范德瓦耳斯方程中常数a,对二氧化
碳和氢分别为和,试计算这两种气体在,
0.01和0.001时的内压强,
解:根据内压强公式,设内压强为的内压强。
当时,
当时
当时
1-30一摩尔氧气,压强为,体积为,其温度是多少?
解:由于体积较小,而压强较大,所以利用状态方程则必然出现较大的误差,因此我们用范氏方程求解
式中ab查表可知
1-31试计算压强为,密度为的氧气的温度,已知氧气的范德瓦耳斯常数
为,。
解:设氧气的质量为,所占的体积为,则有
根据范氏方程
则有
代入数据得:
1-32用范德瓦耳斯方程计算密闭于容器内质量的二氧化碳的压强。已知容器的
容积,气体的温度。试计算结果与用理想气体状态方程计算结果相比较。
已知二氧化碳的范德瓦斯常数为,。
解:(1)应用范氏方程计算:
得出:
代入数据计算得:
(2)应用理想气体状态方程:
小结:应用两种方程所得的P值是不同的,用范氏方程所得结果小于理想气体方程所得的P 值。其原因是由于理想气体状态方程忽略分子间作用力和气体分子本身所占的体积,所以使得计算的压强大于真实气体的压强。
第一章热力学第一定律 一选择题 1.选出下列性质参数中属于容量性质的量: ( C ) (A)温度T;(B)浓度c;(C)体积V;(D)压力p。 2.若将人作为一个体系,则该体系为: ( C ) (A)孤立体系;(B)封闭体系;(C)敞开体系;(D)无法确定。 3.下列性质属于强度性质的是: ( D ) (A)热力学能和焓;(B)压力与恒压热容; (C)温度与体积差;(D)摩尔体积与摩尔热力学能。 4.气体通用常数R 在国际单位制中为: ( B ) (A)0.082L·atm·mol-1·K-1;(B)8.314 J·mol-1·K-1; (C)1.987cal·mol-1·K-1;(D)8.314×107 erg·mol-1·K-1。 5.关于状态函数的下列说法中,错误的是 ( D ) (A)状态一定,值一定;(B)在数学上有全微分性质; (C)其循环积分等于零;(D)所有状态函数的绝对值都无法确定。 6.下列关系式中为理想气体绝热可逆过程方程式的是 ( C ) (A)p1V1=p2V2;(B)pV=k;(C)pVγ=k;(D)10V=k·T。 7.体系与环境之间的能量传递形式有多少种? ( C ) (A) 1;(B) 3;(C) 2;(D) 4。 8.下列参数中属于过程量的是 ( C ) (A)H;(B)U;(C)W;(D)V。 9.下列关系式成立的是 ( A ) (A)理想气体(?U/?V)T=0;(B)理想气体(?U/?p)v=0; (C)实际气体(?U/?V)T=0;(D)实际气体(?U/?p)v=0。 10.下列叙述中正确的是 ( D ) (A)作为容量性质的焓具有明确的物理意义; (B)任意条件下,焓的增量都与过程的热相等; (C)作为强度性质的焓没有明确的物理意义; (D)仅在恒压与非体积功为零的条件下,焓的增量才与过程的热相等。 11.下列叙述中正确的是 ( C ) (A)热力学能是一种强度性质的量; (B)热力学能包括了体系外部的动能与位能; (C)焓是一种容量性质的量;
第一章温度 1-1在什么温度下,下列一对温标给出相同的读数:(1)华氏温标和摄氏温标;(2)华氏温标和热力学温标;(3)摄氏温标和热力学温标? 解:(1) 当时,即可由,解得 故在时 (2)又 当时则即 解得: 故在时, (3) 若则有 显而易见此方程无解,因此不存在的情况。 1-2 定容气体温度计的测温泡浸在水的三相点槽时,其中气体的压强为50mmHg。 (1)用温度计测量300K的温度时,气体的压强是多少? (2)当气体的压强为68mmHg时,待测温度是多少? 解:对于定容气体温度计可知: (1) (2) 1-3 用定容气体温度计测得冰点的理想气体温度为273.15K,试求温度计的气体在冰点时的压强与水的三相点时压强之比的极限值。 解:根据 已知冰点 。
1-4用定容气体温度计测量某种物质的沸点。原来测温泡在水的三相点时,其中气体的压强;当测温泡浸入待测物质中时,测得的压强值为,当从测温泡中抽出一些气体,使减为200mmHg时,重新测得,当再抽出一些气体使减为100mmHg时,测得.试确定待测沸点的理想气体温度. 解:根据 从理想气体温标的定义:依以上两次所测数据,作T-P图看趋势得出时,T约为400.5K亦即沸点为400.5K. 题1-4图 1-5铂电阻温度计的测量泡浸在水的三相点槽时,铂电阻的阻值为90.35欧姆。当温度计的测温泡与待测物体接触时,铂电阻的阻值为90.28欧姆。试求待测物体的温度,假设温度与铂电阻的阻值成正比,并规定水的三相点为273.16K。 解:依题给条件可得 则 故 1-6在历史上,对摄氏温标是这样规定的:假设测温属性X随温度t做线性变化,即,并规定冰点为,汽化点为。 设和分别表示在冰点和汽化点时X的值,试求上式中的常数a和b。 解: 由题给条件可知 由(2)-(1)得 将(3)代入(1)式得
第一章热力学第一定律 思考题答案 一、是非题 1.√ 2.× 3.× 4.× 5.× 6.× 7.√ 8.√ 9.× 10.× 11.× 12.×13.× 14.× 15.√ 二、选择题 1.D 2.D 3.D 4.C 5.D 6.B 7.B 8.C 9.D 10.D 11.B 12.D 13.A 14.D 15.C 16.D 习题解答 1. 请指出下列公式的适用条件: (1) △H=Q p;(2) △U=Q V;(3)W=-nRlnV2/V1 解:(1)封闭系统,恒压不做其他功。 (2)封闭系统,恒容不做其他功。 (3)封闭系统,理想气体恒温可逆过程。 2. 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: (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(l)+H2(g)进行非绝热等压反应; (4)H2(g)+C12(g)===2HCl(g)在绝热钢瓶中进行; (5)常温、常压下水结成冰(273.15K,101.325kPa)。 解:(1)W=0,Q=0,△U=0,△H=0 (2)W=0,Q>0,△U>0,△H不能确定。 (3)W<0,Q<0,△U<0,△H<0 (4) W=0,Q=0,△U=0,△H>0 (5) W>0,Q<0,△U<0,△H<0 3. 在相同的温度和压力下,一定量氢气和氧气从4种不同的途径生成相同终态的水; (1)氢气在氧气中燃烧;(2)爆鸣;(3)氢氧热爆炸;(4)氢氧燃料电池。请问这4种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同? 解:相同。 4. 一定量的水,从海洋蒸发变为云,云在高山上变为雨、雪,并凝结成冰。冰、雪融化变成水流入江河,最后流入大海。整个循环,水的热力学能和焓的变化是多少? 解:零。 5. 10mol理想气体,始态压力为1000kPa,温度为300K。在等温下:分别计算下述途径所做的功。
第一章 化学热力学基础 1-1 气体体积功的计算式dV P W e ?-=中,为什么要用环境的压力e P ?在什么情 况下可用体系的压力体P ? 答: 在体系发生定压变化过程时,气体体积功的计算式dV P W e ?-=中, 可用体系的压力体P 代替e P 。 1-2 298K 时,5mol 的理想气体,在(1)定温可逆膨胀为原体积的 2 倍; ( 2 ) 定压下加热到373K ;(3)定容下加热到373K 。已知 C v,m = 28.28J·mol -1·K -1。 计算三过程的Q 、W 、△U 、△H 和△S 。 解 (1) △U = △H = 0 kJ V V nRT W Q 587.82ln 298314.85ln 1 2=??==-= 11 282.282ln 314.85ln -?=?==?K J V V nR S (2) kJ nC Q H m P P 72.13)298373(,=-==? kJ nC U m V 61.10)298373(,=-=? W = △U – Q P =- 3.12 kJ 112,07.41298 373ln )314.828.28(5ln -?=+?==?K J T T nC S m P (3) kJ nC Q U m V V 61.10)298373(,=-==? kJ nC H m P 72.13)298373(,=-=? W = 0 112,74.31298 373ln 28.285ln -?=?==?K J T T nC S m V 1-3容器内有理想气体,n=2mol , P=10P θ,T=300K 。求(1) 在空气中膨胀了1dm 3, 做功多少? (2) 膨胀到容器内压力为 lP θ,做了多少功?(3)膨胀时外压总比气体的压力小 dP , 问容器内气体压力降到 lP θ时,气体做多少功? W f dl p A dl p dV δ=-?=-??=-?外外外
第二章 热力学第一定律 (一) 填空题 1. 在一绝热容器中盛有水,将一电阻丝浸入其中,接上电源一段时间(见下左图)当选择 不同系统时,讨论Q 和W 的值大于零、小于零还是等于零。 系统 电源 电阻丝 水 电源+电阻丝 水+ 电阻丝 水+电阻丝+电源 Q W U 参考答案 2. 298K 时,反应CH 3CHO(g) = CH 4(g) + CO(g)的反应热 r H m 0 = mol -1,若反应恒压的热容r C p,m = Jmol -1K -1,则在温度为 时,反应热将为零。(设:r C p,m 与温度无关)。 3. 对理想气体的纯PVT 变化,公式dU=nC V,m dT 适用于 过程;而真实气体 的纯PVT 变化,公式dU=nC V,m dT 适用于 过程。 4. 物理量Q 、W 、U 、H 、V 、T 、p 属于状态函数的有 ;属于途 径函数的有 。状态函数中属于强度性质 的 ;属于容量性质的有 。 5. 已知反应 C(S)+O 2CO 2 r H m 0<0 若该反应在恒容、绝热条件下进行,则ΔU 于 零、ΔT 于零、ΔH 于零;若该反应在恒容、恒温条件下进行,则ΔU 于零、 ΔT 于零、ΔH 于零。(O 2、CO 2可按理想气体处理) 6. 理想气体绝热向真空膨胀过程,下列变量ΔT 、ΔV 、ΔP 、W 、Q 、ΔU 、ΔH 中等于零的 有: 。 7. 1mol 理想气体从相同的始态(p 1、T 1、V 1),分别经过绝热可逆膨胀至终态(p 2、T 2、V 2)和经绝 热不可逆膨胀至终态('2'22V T p 、、)则’‘,2222 V V T T (填大于、小于或等 于)。 8. 某化学在恒压、绝热只做膨胀功的条件下进行,系统温度由T 1升高至T 2,则此过程ΔH 零,如果这一反应在恒温(T 1)恒压和只做膨胀功的条件下进行,则其ΔH 于零。 9.范德华气体在压力不太大时,有b RT a V T V T m p m -=-??2)(且定压摩尔热容为C P,m 、则此气体的焦——汤系数μJ-T = ,此气体节流膨胀后ΔH 0。 10. 1mol 单原子理想气体(C V,m =)经一不可逆变化,ΔH =,则温度变化为ΔT = ,内能变化为ΔU = 。 11. 已知298K 时H 20(l)、H 20(g)和C02(g)的标准摩尔生成焓分别为、 –和mol -1,那么C(石墨)、H 2 (g)、02(g)、H 20(l)、H 20(g)和C02(g)的标准摩尔燃烧焓分别 为 。 系统 电源 电阻丝 水 电源+电阻丝 水+ 电阻丝 水+电阻丝+电源 Q = < > < = = W < > = = > = U < > > < > =
第一章 2.计算下行反应的标准反应焓变△r Hθm: 解:①2Al(s) + Fe2O3(s) → Al2O3(s) + 2Fe(s) △f Hθm(kJ?mol-1) 0 -824.2 -1675.7 0 △r Hθm=△f Hθm(Al2O3,s)+2△f Hθm(Fe,s)-2△f Hθm(Al,s) - △f Hθm(Fe2O3 ,s) = -1675.7 + 2×0 - 2×0 - (-824.2) = - 851.5 (kJ?mol-1) ②C2H2 (g) + H2(g) → C2H4(g) △f Hθm(kJ?mol-1) 226.73 0 52.26 △r Hθm = △f Hθm(C2H4 ,g) - △f Hθm(C2H2,g) - △f Hθm(H2,g) = 52.26 - 226.73 - 0 = -174.47 (kJ?mol-1) 3. 由下列化学方程式计算液体过氧化氢在298 K时的△f Hθm(H2O2,l): ① H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O (g) △r Hθm = - 214.82 kJ?mol-1 ② 2H(g) + O(g) = H2O (g) △r Hθm = - 926.92 kJ?mol-1 ③ 2H(g) + 2O(g) = H2O2 (g) △r Hθm = - 1070.6 kJ?mol-1 ④ 2O(g) = O2 (g) △r Hθm = - 498.34 kJ?mol-1 ⑤ H2O2 (l) = H2O2 (g) △r Hθm= 51.46 kJ?mol-1 解:方法1:根据盖斯定律有: [(方程①-方程②+方程③-方程⑤)×2-方程④]÷2可得以下方程 ⑥H2(g)+O2(g)=H2O2(l) △r Hθm △r Hθm=[(△r Hθ1-△r Hθ2+△r Hθ3-△r Hθ5) ×2-△r Hθ4] ÷2 ={[-214.82-(-926.92)+(-1070.6)-51.46] ×2-(-498.34)} ÷2 =[(-409.96)×2+498.34] ÷2 =(-321.58) ÷2 = -160.79(kJ?mol-1) △f Hθm(H2O2 ,l)= △r Hθm= -160.79 kJ?mol-1 方法2:(1)由①可知H2O的△f Hθm(H2O,g)= - 214.82 kJ?mol-1 (2)根据④计算O的△f Hθm(O,g) 2O(g) = O2 (g) △r Hθm = - 498.34 kJ?mol-1 △r Hθm = △f Hθm(O2 ,g)- 2△f Hθm(O,g) = 0 - 2△f Hθm(O,g) = - 498.34 kJ?mol-1 △f Hθm(O,g)= 249.17 kJ?mol-1 (3) 根据②求算△f Hθm(H,g) 2H(g) + O(g) = H2O (g) △r Hθm = - 926.92 kJ?mol-1 △f Hθm(kJ?mol-1) 249.17 - 214.82 △r Hθm = △f Hθm(H2O,g) - 2△f Hθm(H,g) -△f Hθm(O,g) = - 214.82 - 2△f Hθm(H,g)- 249.17 = - 926.92
第一章补充习题 一、选择题 1.25℃时,总压为150kPa时,下面几种气体的混合气体中分压最大的是:()。 (A) 0.1g H2 (B) 1.0 g He (C) 1.0 g N2(D) 1.0 g CO2 2. 气体与理想气体更接近的条件是()。 (A) 高温高压(B) 高温低压(C) 低温高压(D) 低温低压 3. 压力为200 kPa的O2 5.0 L和100 kPa的H2 5.0 L同时混合在20 L的密闭容器中,在温度不变的条件下,混合气体的总压力为()。 (A) 120 kPa (B) 125 kPa (C) 180 kPa (D) 75 kPa 4. 质量摩尔浓度的优点是()。 (A) 准确度高(B) 应用广泛(C) 计算方便(D) 其值不随温度而改变 5.一定愠度下,等体积的甲醛(HCHO) 溶液和葡萄糖(C6H12O6)溶液的渗透压相等,溶液中甲醛和葡萄糖的质量比是()。 (A) 6 : 1 (B) 1 : 6 (C) 1 : 3 (D) 3 : 1 6.下列相同浓度的稀溶液,蒸气压最高的是()。 (A) HAc溶液(B) CaCl2溶液(C) 蔗糖水溶液(D) NaCl水溶液 7.取相同质量的下列物质融化路面的冰雪,效果最好的是()。 (A) 氯化钠(B) 氯化钙(C) 尿素[CO(NH2)2] (D) 蔗糖 8.在一定的外压下,易挥发的纯溶剂A中加入不挥发的溶质B形成稀溶液。此稀溶液的沸点随着b B 的增加而()。 (A) 升高(B) 降低(C) 不发生变化(D) 无一定变化规律 9.室温25℃时,0.1 mol/L糖水溶液的渗透压为()。 (A) 25 kPa (B) 101.3 kPa (C) 248 kPa (D) 227 kPa 10.37℃,人体血液的渗透压为780 kPa,与血液具有相同渗透压的葡萄糖静脉注射液浓度是()。 (A) 85 g/L (B) 5.4 g/L (C) 54 g/L (D) 8.5 g/L 11.将0.45 g非电解质溶于30 g水中,使水的凝固点降低0.15摄氏度,已知H2O的K b= 1.86 K · Kg · mol-1,则该非电解质的摩尔质量(g · mol-1)是()。 (A) 100 (B) 83.2 (C) 186 (D) 204 12. 某难挥发非电解质稀溶液的沸点为100.400℃,则其凝固点为()。 (A) - 0.110℃(B) - 0.400℃(C) - 0.746℃(D) -1.45℃ 13. 将0.900 g某物质溶于60.0 g水中,使溶液的凝固点降低了0.150℃,这物质的分子量是(水的K f = 1.86 K · Kg · mol-1)()。 (A) 204 (B) 186 (C) 83.2 (D) 51.2 14. 在0℃的NaCl溶液中,加入重量为100 g的冰,一段时间后,冰的质量()。 (A) 大于100 g (B) 少于100 g (C) 等于100g (D) 不能确定 15. 2000 g水中溶解0.1 mol 食盐之水溶液与2000 g水中溶解0.1 mol甘油的水溶液。在101.33 kPa下, 下列哪种关于沸点的说法是正确的()。 (A) 都高于100℃,食盐水比甘油水溶液还低 (B) 都高于100℃,食盐水比甘油水溶液还高 (C) 食盐水低于100℃,甘油水溶液高于100℃ (D) 沸点高低不能确定 16. 一封闭箱处于恒温环境中,箱内有两杯液体,A杯为纯水,B杯为蔗糖水溶液。静置足够长时间 后,观察其变化,发现()。 (A) 杯水减少,B杯水满后不再变化 (B) B杯水减少,A杯水满后不再变化
普通物理学教程《热学》(秦允豪编) 习题解答 第一章 导论 1.3.1 设一定容气体温度计是按摄氏温标刻度的,它在下的冰点及下水的沸点时的压强分别为和,试问(1)当气体的压强为时的待测温度是多少(2)当温度计在沸腾的硫中时( 下的硫的沸点为),气体的压强是多少 解: (1)C t i ?=0,MPa P i 0405.0=; C t s ?=100,MPa P s 0553.0= C =γ,()P p t ∝,i s i s P P t t tg k --= =α bP a t += ()()C P P P P P P Pi P t t t P P k t t i s i i s i s i i i v ??---?--+ =-+=100摄氏C C C ?-=??-=??--=4.20510048.104.31000405.00553.00405.00101.0 (2)由 ()i s i v P P C P P t -?? -=100 ()C t P P P P v i s i ?? -+=100C C ?? ?+?=1005.4441048.11005.444 ()254.1006.1106286.10-?=?=m N Pa Pa 1.3.2 有一支液体温度计,在下,把它放在冰水混合物中的示数t0=-0.3℃;在沸腾的水中的示数t0= 101.4℃。试问放在真实温度为66.9℃的沸腾的甲醇中的示数是多少若用这支温度计测得乙醚沸点时的示数是为34.7℃,则乙醚沸点的真实温度是多少在多大一个测量范围内,这支温度计的读数可认为是准确的(估读到0.1℃) 分析:此题为温度计的校正问题。依题意:大气压为为标准大气压。冰点C t i ?=0,汽点 C t s ?=100,题设温度计为未经校证的温度计,C t i ?-=3.0',C t s ?=4.101',题设的温度 计在(1)标准温度为C t P ?=9.66,求示数温度?'=P t (2)当示数为C t P ?=7.34,求标准温度?=P t 解:x 为测温物质的测温属性量 设''i s t t -是等分的,故()x x t ∝(是线性的),()x x t ∝' 对标准温度计i s i i s i p x x x x t t t t --= --……(1) 非标准温度计i s i i s i p x x x x t t t t --= --' '' ' (2)
第一章热力学基础 1.1mol 的理想气体,初态体积为25L,温度为100℃。计算分别通过下列四个不同过程,恒温膨胀到体积为100L时,物系所做的功。 (1)可逆膨胀; (2)向真空膨胀; (3)先在外压等于体积为50L时气体的平衡压力下,使气体膨胀到50L,然后再在外压等于体积为100L时气体的平衡压力下进行膨胀; (4)在外压等于终态压力下进行膨胀。 计算的结果说明什么问题? (①4299.07J ②0 ③3101162J ④2325.84J )2.1 mol理想气体由202650Pa、10L时恒容升温,使压力升到2026500Pa。 再恒压压缩至体积为1L。求整个过程的W、Q、ΔU及ΔH。 3.已知1molCaCO3 ( s )在900℃、101325Pa下分解为CaO(s)和CO2(g)时吸热178KJ,计算此过程的Q、W、ΔU及ΔH。 4.已知水蒸气的平均恒压摩尔热容C p,m=34.1J·K-1?mol-1,现将1 Kg100℃的水蒸气在101325Pa下,升温至400℃,求过程的W、Q及水蒸气的ΔU 和ΔH。 5.1Kg空气由25℃经绝热膨胀到-55℃。设空气为理想气体,相对分子质量近似取29,C v,m为20.92 J·K-1?mol-1。求过程的Q、W、ΔU及ΔH。6.在容积为200L的容器中放有20℃、253313Pa的某理想气体,已知其C p,m=1.4C v,m,求其C v,m值。若该气体的热容近似为常数,试求恒容下加热该
气体至80℃时所需的热是多少。 7.2 mol理想气体,分别经下列三个过程由298K、202650Pa变到298K、101325Pa,分别计算W、Q、ΔU和ΔH的值。 (1)自由膨胀; (2)始终对抗恒外压101325Pa膨胀; (3)可逆膨胀。 8.计算下列相变过程的W、Q、ΔU及ΔH。 (1)1g水在101325Pa、100℃下蒸发为蒸汽(设为理想气体)。 (2)1g水在100℃、当外界压力恒为50662.5Pa时,恒温蒸发,然后,将蒸气慢慢加压到100℃、101325Pa。 (3)将1g、100℃、101325Pa的水突然移放到恒温100℃的真空箱中,水气即充满整个真空箱,测其压力为101325Pa。(正常沸点时,水的摩尔汽化热为40662 J?mol-1)。 比较三个过程的计算结果,可以说明什么问题? 9.计算在298K、101325Pa时下列反应的ΔrH°。 Fe2O3 ( s )+3CO( g ) →2Fe(s)++3CO2 ( g ) 有关热力学数据如下: 物质Fe2O3 ( s ) CO( g ) Fe(s) CO2 ( g )
热学热学知识点补充专题练习题及其答案 1.一直径2r=100mm 的直立的圆筒形容器,内装0020.0T C =(即室温)、0.100n mol =的 气体,筒的上盖是可自由上下移动、质量m=800g 的玻璃板,圆筒(包括上盖和筒底)的热导率和热容量很小,一束功率固定的激光器发射7 5.1410m λ-=?的光无吸收地穿过空气和玻璃板照入筒内,被筒内气体完全吸收并转化为热运动,照射Δt=10s 后关掉激光器,测得玻璃板位移Δh =30.0mm 。求:(l )辐射后空气的温度和压强;(2)气体吸收的辐射能、气体吸收的辐射功率及单位时间内吸收的光子数;(3)光能转化为机械势能的效率;(4)让圆筒缓慢地旋转900后成水平方向,气体的温度和压强? 已知大气压强P 0=101 .3 kPa,气体定容摩尔热容20.8/C J mol K υ=? 2. 一个老式的电保险丝,由连接在两个端纽之间的一根细而均匀的导线构成。导线按斯特藩定律从其表面散热。斯特藩定律指出:辐射功率P 跟辐射体表面积S 以及一个与温度有关 的函数成正比,即 )(外辐44T T S P -∝,试说明为什么用保险丝时并不需要准确的长度。 3. 有两根长度均为50cm 的金属丝A 和B 牢固地焊在一起,另两端固定在牢固的支架上(如图)。其线胀系数分别为αA =1.1×10-5/℃,αB =1.9×10-5/℃,倔强系数分别为K A =2×106N/m ,K B =1×106N/m ;金属丝A 受到450N 的拉力时就会被拉断,金属丝B 受到520N 的拉力时才断,假定支架的间距不随温度改变。问:温度由+30°C 下降至-20°C 时,会出现什么情况?(A 、B 丝都不断呢,还是A 断或者B 断呢,还是两丝都断呢?)不计金属丝的重量,在温度为30℃时它们被拉直但张力为零。 4.长江大桥的钢梁是一端固定,另一端自由的。这是为什么?如果在-10℃时把两端都固定起来,当温度升高到40℃时,钢梁所承担的胁强(压强)是多少? (钢的线胀系数为12×10-6/℃,弹性模量为2.0×105N/mm2,g=10m/s2)
第一章导论 1. 宏观描述方法和微观描述方法 热力学是热物理学的宏观理论,而统计物理学则是热物理学的微观理论. 2. 热力学系统的平衡态 在不受外界条件的影响下,经过足够长时间后系统必将达到一个宏观上看来不随时间变化的状态,这才是平衡态 判断是否平衡态的标准:有无热流与粒子流. 力学平衡条件:通常情况下,表现为压强处处相等 热学平衡条件:温度处处相等(无热流) 化学平衡条件:无外场作用下,系统各部分的化学组成处处相同 只有在外界条件不变的情况下同时满足力学平衡条件、热学平衡条件和化学平衡条件的系统,才不会存在热流与粒子流,才处于平衡态。 3.热力学第零定律和温标 热力学第零定律的物理意义:互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征-----它们的温度是相同的 温标是温度的数值表示法 建立经验温标的三个要素: (1)选择某种测温物质,确定它的测温属性(某种属性随着冷热程度的改变而单调、显著的改变) (2)选定固定点(如水的沸点为100℃,冰的正常熔点是0℃) (3)进行分度 水的三相点温度为273.16k,冰点温度为273.15k 热力学温标为基本温标 摄氏温标、理想气体温标和热力学温标 4、物态方程 处于平衡态的某种物质的热力学参量(如压强、体积、温度)之间所满足的函数关系称为这种物质的物态方程,或称状态方程。物态方程都显含有温度T。 只有在压强趋于零时的气体才是理想气体,在理想气体条件下,一切不同化学组成的气体在热学性质上的差异趋于消失。 理想气体物态方程:R=8.31普适气体常量另一形式:p=nkT 能严格满足理想气体物态方程的气体才是理想气体,理想气体虽然是一种理想模型,但常温
第一章 热力学基础 一、名词解释: (溶液的)活度,溶液的标准态,j i e (活度的相互作用系数),(元素的)标准溶解吉布斯自由能,理想溶液,化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。 二、其它 1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。当以纯物质为标准态时,组分的蒸汽压可表示为______;当以质量1%溶液为标准态时,组分的蒸汽压可表示为______;前两种标准态组分的活度之比为____。 2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g),G θ?=-158.4T 1J mol -?,在标准状态下 能进行的最低温度为______K 。该反应为(填“吸或放”)______热反应。当T=991K ,总压为Pa 时,该反应______(填“能或否”)向正方向进行;在991K 时,若要该反应达到化学平衡的状态,其气相总压应为______Pa ;若气相的CO 分压为Pa 5102?,则开始还原温度为______。 反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g),14.158268650-?-=?mol TJ G θ,在标准状态下能进行的最低温度为______。 3、理想溶液是具有______________________________性质的溶液;理想溶液形成时,体积变化为____,焓变化为__________。实际溶液与理想溶液的偏差可用______________参数来衡量。 4.判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行,在等温、等压下用____热力学函数的变化值;若该反应在绝热过程中进行,则应该用____函数的变化值来判断反应进行的方向。 5.冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是________________________。对高炉铁液中[C],当选纯物质为标准态时,其活度为____,这是因为_______________。 6.物质溶解的标准吉布斯自由能是指______________________________;纯物质为标准态时,标准溶解吉布斯自由能为__。 7.热力学中,利用关系式 2)ln ( RT H dT K d P ?=来讨论化学反应的热效应对反应
第一章温度 1-1 在什么温度下,下列一对温标给出相同的读数:(1)华氏温标和摄氏温标;(2)华氏温标和热力学温标;(3)摄氏温标和热力学温标? 1)解:( 当,解得时,即可由 故在时 )又2 ( 则即时当 解得: 时,故在 3 () 则有若 的情况。显而易见此方程无解,因此不存在 1-2 定容气体温度计的测温泡浸在水的三相点槽内时,其中气体的压强为50mmHg。 (1)用温度计测量300K的温度时,气体的压强是多少? (2)当气体的压强为68mmHg时,待测温度是多少? 解:对于定容气体温度计可知: (1) (2) 1-3 用定容气体温度计测得冰点的理想气体温度为273.15K,试求温度计内的气体在冰点时的压 强与水的三相点时压强之比的极限值。 解:根据 冰点已知 。 1-4用定容气体温度计测量某种物质的沸点。原来测温泡在水的三相点时,其中气体的压 ,;当测温泡浸入待测物质中时,测得的压强值为强当从 使,,200mmHg减为时,重新测得当再抽出一些测温泡中抽出一些气体 .试确定待测沸点的理想气体温度测得. 气体使减为100mmHg时,
解:根据 依以上两次所测数据,作从理想气体温标的定义:T-P图看趋势得出 400.5K. 亦即沸点为400.5K约为,T时. 题1-4图 1-5铂电阻温度计的测量泡浸在水的三相点槽内时,铂电阻的阻值为90.35欧姆。当温度计的测温泡与待测物体接触时,铂电阻的阻值为90.28欧姆。试求待测物体的温度,假设温度与铂电阻的阻值成正比,并规定水的三相点为273.16K。 解:依题给条件可得 则 故 做线性变化随温度t在历史上,对摄氏温标是这样规定的:假设测温属性X,1-6 。即,并规定冰点为,汽化点为 分别表示在冰点和汽化点时X的值,试求上式中的常数a和设和b。 解: 由题给条件可知 1)得(由(2)-
第一章 热力学第一定律练习题 一、判断题(说法对否): 1.道尔顿分压定律,对理想气体和实际混合气体来说关系式PB=Nb(RT/V)都成立。 2.在两个封闭的容器中,装有同一种理想气体,压力、体积相同,那么温度也相同。 3.物质的温度越高,则热量越多;天气预报:今天很热。其热的概念与热力学相同。 4.恒压过程也就是恒外压过程,恒外压过程也就是恒过程。 5.实际气体在恒温膨胀时所做的功等于所吸收的热。 6.凡是温度升高的过程体系一定吸热;而恒温过程体系不吸热也不放热。 7.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。 8.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。 9.在101.325kPa 、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。 10.一定量的理想气体,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。 11.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。 12.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。 13.因Q P = ΔH ,Q V = ΔU ,所以Q P 与Q V 都是状态函数。 14.封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 15.对于一定量的理想气体,当温度一定时热力学能与焓的值一定,其差值也一定。 16.在101.325kPa 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。 17.1mol ,80.1℃、101.325kPa 的液态苯向真空蒸发为80.1℃、101.325kPa 的气态苯。已 知该过程的焓变为30.87kJ ,所以此过程的Q = 30.87kJ 。 18.1mol 水在l01.325kPa 下由25℃升温至120℃,其ΔH = ∑C P ,m d T 。 19.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。 20.因Q p = ΔH ,Q V = ΔU ,所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W 。 21.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。 22.一个系统经历了一个无限小的过程,则此过程是可逆过程。 23.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。 24.若一个过程是可逆过程,则该过程中的每一步都是可逆的。 25.1mol 理想气体经绝热不可逆过程由p 1、V 1变到p 2、V 2, 则系统所做的功为 V p C C V p V p W =--=γγ,11122。 26.气体经绝热自由膨胀后,因Q = 0,W = 0,所以ΔU = 0,气体温度不变。 27.(?U /?V )T = 0 的气体一定是理想气体。 28.因理想气体的热力学能与体积压力无关,所以(?U /?p )V = 0,(?U /?V )p = 0。 29.若规定温度T 时,处于标准态的稳定态单质的标准摩尔生成焓为零,那么该温度下
工程热力学与传热学 第一章基本概念典型问题分析 典型问题 一.基本概念分析 1闭口系统具有恒定的质量,但具有恒定质量的系统不一定就是闭口系统。 2孤立系统一定是闭口的,反之则不然。 3孤立系统一定是绝热系统,但绝热系统不一定都是孤立的。 4孤立系统的热力学状态不能发生变化。 5平衡状态的系统不一定是均匀的,均匀系统则一定处于平衡状态。 6摄氏温度的零点相当于热力学温度的273.15K。 7只有绝对压力才能表示工质所处的状态,才是状态参数。 8只有平衡状态,才能用状态参数坐标图上的一点来表示。 9非平衡状态,因为没有确定的状态参数,无法在状态参数坐标图中表示。 10不平衡过程,一定是不可逆过程; 11不可逆过程就是指工质不能恢复原来状态的过程; 12一个可逆过程必须同时也是一个准平衡过程,但准平衡过程不一定是可逆的。 13实际过程都是不可逆过程。 14功可以全部转变为热,但热不能全部转变为热 15质量相同的物体A和B,若T A >T B,则物体A具有的热量比物体B多。 二.计算题分析 1测得容器内气体的表压力为0.25MPa,当地大气压为755mmHg,求容器内气体的绝对压力p,并分别用(1)MPa(兆帕);(2)bar(巴);(3)atm(物理大气压);(4)at(工程大气压)表示。2某种气体工质从状态1(p1,V1)可逆地膨胀到状态2。膨胀过程中:(1)工质的压力服从p=a-bV,其中a,b为常数;(2)工质的pV保持恒定为p1V1。试分别求两过程中气体的膨胀功。 3利用体积为2m3的储气罐中的压缩空气给气球充气,开始时气球内完全没有气体,呈扁平状,可忽略其内部容积。设气球弹力可忽略不计,充气过程中气体温度维持不变,大气压力为0.9 ╳105Pa。为使气球充到2m3,问气罐内气体最低初压力及气体所作的功是多少?已知空气满足状态方程式pV=mR g T。 分析解答
第二篇 热 学 第一章 温度 一、选择题 1.在一密闭容器中,储有A 、B 、C 三种理想气体,处于平衡状态,A 种气体的分子数密度为n 1,它产生的压强为p 1,B 种气体的分子数密度为2n 1,C 种气体分子数密度为3n 1,则混合气体的压强p 为 (A )3p 1 (B )4p 1 (C )5p 1 (D )6p 1 2.若理想气体的体积为V ,压强为p ,温度为T ,一个分子的质量为m ,k 为玻尔兹曼常数,R 为摩尔气体常数,则该理想气体的分子数为: (A )m pV (B )kT pV (C )RT pV (D )mT pV 二、填空题 1.定体气体温度计的测温气泡放入水的三相点管的槽内时,气体的压强为Pa 31065.6? 。用此温度计测量373.15K 的温度时,气体的压强是 ,当气体压强是 Pa 3102.2?时,待测温度是 k, 0 C 。 三、计算题 1.一氢气球在200C 充气后,压强为1.2atm ,半径为1.5m 。到夜晚时,温度降为100 C ,气球半径缩为1.4m ,其中氢气压强减为1.1 atm 。求已经漏掉了多少氢气? 第二章 气体分子动理论 一、选择题 1. 两个相同的容器,一个盛氢气,一个盛氦气(均视为刚性分子理想气体),开始时它们的压强和温度都相等。现将6 J 热量传给氦气,使之升高到一定温度。若使氦气也升高同样的温度,则应向氦气传递热量: (A) 6 J (B) 10 J (C) 12 (D) 5 J 2. 在标准状态下, 若氧气(视为刚性双原子分子的理想气体)和氦气的体积比 2 121=V V ,则其内能之比21/E E 为: (A) 1/2 (B) 5/3 (C) 5/6 (D) 3/10 3. 在容积V = 4×10 3 -m 3 的容器中,装有压强p = 5×102 P a 的理想气体,则容器中气 分子的平均平动动能总和为: (A) 2 J (B) 3 J (C) 5 J (D) 9 J 4. 若在某个过程中,一定量的理想气体的内能E 随压强 p 的变化关系为一直线(其延长线过E ~ p 图的原点),则该过程为 (A) 等温过程 (B) 等压过程
第一章 热力学基础 一、名词解释: (溶液的)活度,溶液的标准态,j i e (活度的相互作用系数),(元素的)标准溶解吉布斯自由能,理想溶液,化合物的标准摩尔生成吉布斯自由能。 二、其它 1、在热力学计算中常涉及到实际溶液中某组分的蒸汽压问题。当以纯物质为标准态时,组分的蒸汽压可表示为______;当以质量1%溶液为标准态时,组分的蒸汽压可表示为______;前两种标准态组分的活度之比为____。 2、反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g),G θ ?=268650-158.4T 1J mol -?,在标准 状态下能进行的最低温度为______K 。该反应为(填“吸或放”)______热反应。当T=991K ,总压为101325Pa 时,该反应______(填“能或否”)向正方向进行;在991K 时,若要该反应达到化学平衡的状态,其气相总压应为______Pa ;若气相的CO 分压为Pa 5102?,则开始还原温度为______。 反应MnO(s)+C(s)=Mn(s)+CO(g),1 4.158268650-?-=?mol TJ G θ,在标准状态下 能进行的最低温度为______。 3、理想溶液是具有______________________________性质的溶液;理想溶液形成时,体积变化为____,焓变化为__________。实际溶液与理想溶液的偏差可用______________参数来衡量。 4.判断冶金生产中的化学反应能否向预想的方向进行,在等温、等压下用____热力学函数的变化值;若该反应在绝热过程中进行,则应该用____函数的变化值来判断反应进行的方向。 5.冶金生产中计算合金熔体中杂质元素的活度常选的标准态是________________________。对高炉铁液中[C],当选纯物质为标准态时,其活度为____,这是因为_______________。 6.物质溶解的标准吉布斯自由能是指______________________________;纯物质为标准态时,标准溶解吉布斯自由能为__。
第一章热力学基础 1.1 开始时1kg水蒸气处于0.5MPa和250℃,试求进行下列过程是吸收或排出的热量: a)水蒸气封闭于活塞——气缸中并被压缩到1MPa和300℃,活塞对蒸汽做功 200kJ。 b)水蒸气稳定地流经某一装置,离开时达到1MPa和300℃,且每流过1kg蒸汽 输出轴功200kJ。动能及势能变化可忽略。 c)水蒸气从一个保持参数恒定的巨大气源流入一个抽空的刚性容器,传递给蒸 汽的轴功为200kJ,蒸汽终态为1MPa和300℃。 1.2 1kg空气从5×105Pa、900K变化到105Pa、600K时,从温度为300K的环境 吸热Q 0,并输出总攻W g 。若实际过程中Q0=-10kJ (排给环境),试计算W g 值,然 后求出因不可逆性造成的总输出功的损失。
第二章能量的可用性 2.1 一稳定流动的可逆燃料电池在大气压力和25℃(环境温度)的等温条件下工作。进入燃料电池的是氢和氧,出来的是水。已知在此温度和压力下,反应物 生成物之间的吉布斯函数之差G 0=G Ro -G p0 =236kJ/mol(供应的氢气),试计算输出功 率为100W的可逆燃料电池所需的氢气供应量[L/min],及与环境的换热量[W]。 2.2 以1×105Pa、17℃的空气作原料,在一个稳定流动的液化装置中生产空气。该装置处于17℃的环境中。试计算为了生产1kg压力为1×105Pa的饱和液态空气所需的最小输入轴功[W]。如该装置的热力学完善度是10%,试计算生产1L液态空气所需的实际输入功[kW.h]。 2.3 在简单液化林德液化空气装置中,空气从1×105Pa、300K的环境条件经带有水冷却的压缩机压缩到200×105Pa和300K。压缩机的等温效率为70%。逆流换热器X的入口温差为0.饱和液态空气排出液化装置时的压力为1×105Pa。换热器与环境的换热量和管道的压降忽略不计。试计算加工单位质量的压缩空气所得到的液态空气量,液化1kg空气所需的输入功,以及液化过程的热力学完善度。
传热学习题答案 第一章 蓝色字体为注释部分 1-4、对于附图中所示的两种水平夹层,试分析冷、热表面间的热量交换方式有什么不同?如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数,应采用哪种布置? 答:图(a)的热量交换方式为导热(热传导),图(b)的热量交换方式为导热(热传导)及自然对流。应采用图(a)的方式来测定流体的导热系数。 解释:因为图(a)热面在上,由于密度不同,热流体朝上,冷流体朝下,冷热流体通过直接接触来交换热量,即导热;而图(b)热面在下,热流体密度小,朝上运动,与冷流体进行自然对流,当然也有导热。 因为图(a)中只有导热,测定的传热系数即为导热系数;而图(b)有导热和自然对流方式,测定的传热系数为复合传热系数。 1-6、一宇宙飞船的外形如附图所示,其中外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口,其表面的温度状态直接影响飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。试分析:飞船在太空中飞行时与外遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些?换热方式是什么? 答:可能与外遮光罩表面发生热交换的对象有两个:一个是外遮光罩表面与外太空进行辐射换热,另一个是外遮光罩表面与船体表面进行辐射换热。 解释:在太空中,只有可能发生热辐射,只要温度大于0K,两个物体就会发生辐射换热。 1-9、一砖墙的表面积为12m2,厚260mm,平均导热系数为1.5W/(m.K),设面向室内的表面温度为25℃,外表面温度为-5℃,试确定此砖墙向外界散失的
热量。 解:()()()12= 1.5122550.26 2076.92W λδΦ-=? ?--=w w A t t 此砖墙向外界散失的热量为2076.92W 。 1-12、在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中,得到下列数据:管壁平均温度t w =69℃,空气温度t f =20℃,管子外径d =14mm ,加热段长80mm ,输入加热段的功率为8.5W。如果全部热量通过对流传热传给空气,试问此时的对流传热表面传热系数多大? 解:此题为对流传热问题,换热面积为圆管外侧表面积,公式为: ()()πΦ=-=??-w f w f hA t t h dl t t ∴ ()) 2() 8.53.140.0140.08692049.3325πΦ =?-=???-=?w f h dl t t W m K 此时的对流传热表面传热系数49.3325W/(m 2.K ) 1-18、宇宙空间可近似地看成为0K的真空空间。一航天器在太空中飞行,其外表面平均温度为250K,表面发射率为0.7,试计算航天器单位表面上的换热量。 解:此题为辐射换热问题,公式为: ()()4412842 0.7 5.67102500155.04εσ-=-=???-=q T T W m 航天器单位表面上的换热量为155.04W/m 2。