(完整word版)第一章热力学第一定律思考题(答案)

第一章基本概念与定义1。

闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：不一定.稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定.2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。

对不对,为什么？答：这种说法是不对的。

工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。

但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。

3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。

稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别.平衡状态并非稳定状态之必要条件.物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。

平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。

4。

倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >，b e p p p =-()e p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压?答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变.当地大气压不一定是环境大气压。

环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。

5.温度计测温的基本原理是什么?答：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。

有两个系统分别和第三个系统处于热平衡,则两个系统彼此必然处于热平衡。

6.经验温标的缺点是什么?为什么？答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准.由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。

7。

促使系统状态变化的原因是什么?举例说明答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。

《物理化学》课后思考题习题详解王海荣主编同济大学出版社二零一七年十二月第一章 热力学第一定律思考题：1、什么是状态函数？p 、V 、T 、Q 、W 、U 、H 是否都是状态函数？ 答：略2、什么是热力学？热力学的优点和局限性分别是什么？答：略3、判断下列说法是否正确，并阐述判断的依据。

（1）状态给定后，状态函数就有定值；状态函数固定后，状态也就固定了。

（2）状态改变后，状态函数一定都改变。

（3）因为∆U =v Q ,∆H =p Q ,所以v Q 和p Q 是特定条件下的状态函数。

（4）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，必须从外界吸收热量。

（5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，使液体的温度上升，这时∆H=p Q =0。

（6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为1Q ，焓变为1H ∆。

若将化学反应设计成反应相同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态都相同，这时热效应为2Q ，焓变为2H ∆，则1H ∆=2H ∆。

答：（1）正确。

因为状态函数是状态的单值函数，状态固定后，所有的状态函数都有定值；反之，状态函数都有定值，状态也就被固定了。

（2）错误。

虽然状态改变后，状态函数会改变，但不一定都改变。

例如，系统发生了一个等温过程，体积、压力等状态函数发生了改变，系统的状态已与原来的不同，但是温度这个状态函数没有改变。

（3）错误。

热力学能U 和焓H 是状态函数，而U ∆和H ∆仅是状态函数的变量。

v Q 和p Q 仅在特定条件下与状态函数的变量相等，所以v Q 和p Q 不可能是状态函数。

（4）错误。

系统可以减低自身的热力学能来对外做功，如系统发生绝热膨胀过程。

但是，对外做功后，系统自身的温度会下降。

（5）错误。

因为环境对系统节能性机械搅拌，做了机械功，这时1W ≠0，所以不符合H ∆=p Q 的使用条件。

使用H ∆=p Q 这个公式，等压和1W 0≠这两个条件一个也不能少。

高中物理热力学第一定律课后习题答案及解析练习与应用1．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能改变了多少？解析：依题意可得：W=900J，Q=-210J由△U=W+Q得：△U=900+(-210)J=690J答：汽缸里空气的内增加了690J.2．如图3.2-4，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大气压相同。

把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。

如果让活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气），也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2。

图 3.2-4（1）Q1和Q2哪个大些？（2）气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会有不同？解析：（1）题中两种不同情况下，质量的一定的气体升高相同的温度，气体内能增加量相同(温度是分子平均动能的标志)，第一种情况气体对外不做功，W1=0第二种情况下，气体对外做功，W2＜0。

由热力学第一定律可知，△U=W1+Q1，△U=W2+Q2，比较两式可知，Q2大些；（2）由于在一定量的空气升高相同温度的情况下，Q2＞Q1，由根据比热容公式Q=Cm△t得：Q1=C1m△t，Q2=C2m△t，故C2＞C1，即气体在定容下的比热容小于在定压下的比热容。

3．某风景区有一处约20层楼高的瀑布，甚为壮观。

请估计：瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少？水的比热容c为4.2×103 J/（kg·℃）。

解析：设水的质量为m，上、下水潭的水温差为△t，由能量守恒定律有：mgh=Cm△t；△t=gℎ代入数据解得：△t≈0.14℃；C答：瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差0.14℃。

4．奶牛的心脏停止跳动后，大约在1 h内体温由37.0 ℃降低到33.5 ℃。

请你由此估算，在这种环境下饲养奶牛，要维持一个体重400 kg奶牛的内能不变，每天喂养奶牛的食物至少要能为它提供多少热量？计算时，可以认为奶牛体内绝大部分是水。

复习思考题第一章热力学第一定律一、选择题B 1. 热力学第一定律的数学表达式ΔU=Q-W只能应用于A 理想气体B 封闭体系C 孤立体系D 敞开体系D 2 对于任何循环过程，体系经历i 步变化，则根据热力学第一定律应该是A Qi=0B Wi=0C [ Qi-Wi]>0D [ Qi-Wi]=0A 3 1mol单原子理想气体（Cp，m=5/2 R J.mol-1），在300K 时压缩到500K，则其焓变为A 4157JB 596 JC 1255JD 994 JB 4 同一温度下，同一气体物质的等压摩尔热容Cp 与等容摩尔热容Cv之间存在A Cp<CvB Cp>CvC Cp=CvD 难以比较A 5 对于理想气体，下列关系中哪个是不正确的？A （эU/эT ）=0 B（эU/эV）=0 TV C （эH/эP）=0 D （эU/эP）=0 TT C 6 一封闭体系，当状态从A到B变化时经历二条任意的不同途径，则A Q=QB W=WC Q-W=Q-WD ΔU=0 21112 212C 7 若体系为1mol 的物质，则下列各组哪一组所包含的量皆属状态函数？A U、Qp、Cp、CvB Qv、H、Cv、CpC U、H、Cp、CvD ΔU、H 、Qp、QvB 8 在一个绝热的刚壁容器中，发生一个化学反应，使体系的温度从T升高到T，压力从21P升高到P，则21A Q>0,W>0, ΔU>0 B Q=0,W=0, ΔU=0C Q=0,W>0, ΔU<0D Q>0,W=0, ΔU>0B 9. 当理想气体反抗一定的压力作绝热膨胀时，则DA 焓总是不变B 内能总是增加C 焓总是增加D 内能总是减少CdTH= 的适用条件是 D 10.式子ΔP A 等压过程 B 任何过程C 组成不变的等压过程 D 均相的组成不变的等压过程B 11.当热力学第一定律以d U=δQ-p d V 表示时，它适用于A 理想气体的可逆过程B 封闭体系只作膨胀过程C 理想气体的等压过程D 封闭体系的等压过程C 12.对状态函数的描述，哪一点是不正确的？A 它是状态的单值函数，状态一定它就具有唯一确定的值B 状态函数之改变值只取决于过程的始终态，与过程进行的途径无关状态函数的组合仍是状态函数CD 热力学中很多状态函数的绝对值不能测定，但其在过程中的变化值却是可以直接或间接测定的C 13已知反应 B →A 和 B →C 所对应的等压反应热分别ΔH和ΔH，则反应A→C 32ΔH是1A ΔH=ΔH+ΔH=ΔH=ΔH=ΔH -ΔH ΔH ΔH ΔH -ΔH C ΔHD - B 312212213313A 14 25℃时有反应2CH（l）+15O（g）→6HO（l）+12CO（g），若反应中各反应气体22626物质均视为理想气体，则其等压反应热ΔHm与等容反应热ΔUm 之差约为A -3.7KJB 1.2KJC -1.2KJD 3.7KJ-1θ-111KJ及时的标准生成焓ΔH分别为-242KJ mol（g）及CO（g）在298KC 15 若已知HO m2f-1，则反应HO（g）+C（s）→H（g）+CO（gmol）的反应热为22A -353KJ B -131KJ C 131 KJ D 353 KJC 16 已知CHCOOH（l），CO（g），HO（l）的标准生成焓ΔHθ为：-484.5，-393.5，m3f22θB 是l）的标准燃烧热ΔH-285.8，则CH3COOH（mc194.8D -194.8 C B A 874.1 -874.1U ，则此反应的Δ的ΔH 为-92.5KJ））+Cl（g→HCl（g） D 17 已知25℃反应H（g22H ΔD 等于H C 一定小于ΔH 一定大于A 无法知道 B Δ是ΔH）+H （g）的反应热Hε来估算反应热时，反应C（g）→CH（gB 18 用键焓24226+4ε[εA ] +ε[ε+6ε]-[ε B +ε]-[ε+ε+ε] H-HC-HC-CC-HC=CH-HC-CC=C C-HC-H[εC ] +6ε+ε]-[ε D [ε+4ε]-+ε+ε[ε+ε] C-HC-HC-HC-CH-HC=CC-CC=CC-HH-H T时标准下稳定单质的焓值为零，则稳定单质的内能规定值将C 19若规定温度总是零D C 总是负值 A 无法知道 B 总是正值是指C-H键的键焓εD 20 在甲烷CH中C-H4A 反应CH（g）=C（g）+2H（g）的ΔH 124B 反应CH（g）=C（g）+4H（g）的ΔH 24C 上述反应（A）中的ΔH×1/4 1D 上述反应（B）中的ΔH×1/4 2二计算题1. 1mol 理想气体于恒压下升温1℃，试求过程中体系与环境交换的功W。

热力学第一定律 思考题一、思考题1-1 在一绝热容器中盛有水，其中浸有电热丝，通电加热。

将不同对象看做系统，则上述加热过程的Q 或W 大于、小于还是等于零？(ⅰ)以电热丝为系统；(ⅱ)以水为系统；(ⅲ)以容器内所有物质为系统；(ⅳ)将容器内物质以及电源和其他一切有影响的物质看做整个系统。

1-2 ① 使某一封闭系统由某一指定的始态变到某一指定的终态。

Q 、W 、Q +W 、ΔU 中哪些量确定，哪些量不能确定？为什么？② 若在绝热条件下，使系统由某一指定的始态变到某一指定的终态，那么上述各变量是否完全确定？为什么？ 1-3 一定量101 325Pa 、100o C 的水变成同温、同压下的水气，若视水气为理想气体，因过程的温度不变，则该过程的ΔU =0，ΔH =0，此结论对不对？为什么？ 1-4 摩尔定压热容C p , m 或摩尔定容热容C V , m 是不是状态函数？1-5 “r m ()H T V Θ是在温度T 、压力p Θ下进行反应的标准摩尔反应焓”这种说法对吗？1-6 标准摩尔燃烧焓定义为：“在标准态及温度T 下，1mol B 完全氧化生成指定产物的焓变”这个定义对吗？有哪些不妥之处？1-7 一理想气体系统自某一始态出发，分别进行恒温可逆膨胀和不可逆膨胀，能否达到同一终态？若自某一始态出发，分别进行可逆的绝热膨胀和不可逆的绝热膨胀，能否达到同一终态？为什么？二、是非题、选择题、填空题(一)是非题(下述各题中的说法是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“×”)1-1 隔离系统的热力学能是守恒的。

( ) 1-2 1 mol 、100℃、101.325 kPa 下水变成同温同压下的水蒸气，该过程ΔU =0。

( ) 1-3 m H f Θ(C ，金刚石，298.15K)= 0。

( ) 1-4 298.15K 时，H 2(g)的标准摩尔燃烧焓与H 2O(l)的标准摩尔生成焓在量值上相等。

第一章热力学第一定律思考题1．"根据道尔顿分压定律p＝∑B pB压力具有加和性，因此是广延性质。

"这一结论正确否？为什么？2．"凡是体系的温度升高时就一定吸热，而温度不变时，体系既不吸热也不放热"，这种说法对否？举实例说明。

3．－p(外)dV与－p(外)ΔV有何不同？－pV就是体积功，对吗？为什么在例2中－pVm(g)是体积功？4．"功、热与内能均是能量，所以它们的性质相同"这句话正确否？5. 为什么本教材中热力学第一定律表达式是：ΔU＝Q＋W，而有些书中采用ΔU ＝Q-W，两者是否有矛盾，为什么?6．一体系由A态到B态，沿途径Ⅰ放热 100J，对体系作功 50J。

问(1)由A态沿途径Ⅱ到B态体系作功 80J，其Q值为多少？(2) 如体系由B态沿途径Ⅲ回到A态得50J功，体系吸热环是放热？Q为多少？7．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？8．"因ΔH＝Qp，所以只有等压过程才有ΔH。

"这句话是否正确？9．因为"ΔH＝Qp，所以Qp 也具有状态函数的性质"对吗？为什么？10．试证明在无非体积功的等容过程中体系的ΔU＝Q。

V11．为什么理想气体常数R在数值上等于1mol理想气体升高1K时所作的等压体积功？12．体系中有100克N2，完全转化成NH3，如按计量方程式N2＋3H2→2NH3，Δξ=?，如按计量N2＋H2-→NH3，Δξ=?，如反应前体系中N2的物质的量n(N2)＝10mol，分别按上述二计量方程式所得的Δξ计算反应后的 n'(N2)＝？13. 根据Qp，m＝QV，m+∑νB(g)RT，Qp，m 一定大于QV，m 吗？为什么？举例说明。

14."稳定单值的焓值等于零"；"化合物摩尔生成热就是 1mol 该物质所具有的焓值" 对吗？为什么？15. 证明由键焓计算反应的ΔHm 的公式是：ΔrHm＝(∑niεi)(反应物)－(∑niεi)（产物)16. 反应 A(g)+2B(g)-→C(g) 的ΔrHm(298.2K)＞0，则此反应进行时必定吸热，对吗？为什么？17. "可逆过程一定是循还过程，循还过程一定是可逆过程"这种说法对吗? 为什么?18. 气体同一初态(p1，V1)出发分别经等温可逆压缩与绝热可逆压缩，至终态，终态体积都是V2，哪一个过程所作压缩功大些？为什么？19. 从同一初态(p1，V1)分别经可逆的绝热膨胀与不可逆的绝热膨胀至终态体积都是V2时，气体压力相同吗？为什么？20. 理想气体经一等温循环，能否将环境的热转化为功？如果是等温可逆循环又怎样？21. 将置于室内的一电冰箱的箱门打开，使其致冷机运转，能否降低全室温度？设该机在 0℃与室温(25℃)作理想可逆循环每小时能冻出 1Kg 的冰，如房间的总热容为 150 KJ·K-1，估算电冰箱工作 10 小时后室内温度的变化？。

第一章热力学第一定律练习参考答案1. 一隔板将一刚性绝热容器分成左右两侧，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。

若以全部气体作为体系，则ΔU、Q、W为正？为负？或为零？解:∵U=02. 试证明1mol理想气体在恒后下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R 。

解: 恒压下，W= - p外ΔV= - p外p TnR∆= - R(p外= p，n=1mol，ΔT=1 )3. 已知冰和水的密度分别为0.92×103 kg•m-3和1.0×103 kg•m-3，现有1mol 的水发生如下变化:(1) 在100℃、101.325kPa下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体；(2) 在0℃、101.325kPa下变为冰。

试求上述过程体系所作的体积功。

解: 恒压、相变过程，(1)W= -p外(V2 –V1) = - 101.325×103×⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-⨯⨯⨯33100.1018.0110325.101373314.81=-3100 ( J )(2) W= - p外(V2 –V1) = - 101.325×103×⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-⨯⨯33100.1018.011092.0018.01= -0.16 ( J )4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。

(1) Q、W、Q－W、ΔU是否已完全确定；(2) 若在绝热条件下，使体系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？解:(1)Q+W、ΔU完全确定。

( Q+W=ΔU；Q、W与过程有关)(2) Q、W、Q+W、ΔU完全确定。

(Q=0，W = ΔU)5. 1mol理想气体从100℃、0.025m3经下述四个过程变为100℃、0.1m3:(1) 恒温可逆膨胀；(2) 向真空膨胀；(3) 恒外压为终态压力下膨胀；(4) 恒温下先以恒外压等于0.05m 3的压力膨胀至0.05m 3，再以恒外压等于终态压力下膨胀至0.1m 3。

第一章热力学第一定律练习参考答案1. 一隔板将一刚性绝热容器分成左右两侧，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。

若以全部气体作为体系，则ΔU、Q、W为正？为负？或为零？解:∵U=02. 试证明1mol理想气体在恒后下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R 。

解: 恒压下，W= - p外ΔV= - p外p TnR∆= - R(p外= p，n=1mol，ΔT=1 )3. 已知冰和水的密度分别为0.92×103 kg•m-3和1.0×103 kg•m-3，现有1mol 的水发生如下变化:(1) 在100℃、101.325kPa下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体；(2) 在0℃、101.325kPa下变为冰。

试求上述过程体系所作的体积功。

解: 恒压、相变过程，(1)W= -p外(V2 –V1) = - 101.325×103×⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-⨯⨯⨯33100.1018.0110325.101373314.81=-3100 ( J )(2) W= - p外(V2 –V1) = - 101.325×103×⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-⨯⨯33100.1018.011092.0018.01= -0.16 ( J )4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。

(1) Q、W、Q－W、ΔU是否已完全确定；(2) 若在绝热条件下，使体系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？解:(1)Q+W、ΔU完全确定。

( Q+W=ΔU；Q、W与过程有关)(2) Q、W、Q+W、ΔU完全确定。

(Q=0，W = ΔU)5. 1mol理想气体从100℃、0.025m3经下述四个过程变为100℃、0.1m3:(1) 恒温可逆膨胀；(2) 向真空膨胀；(3) 恒外压为终态压力下膨胀；(4) 恒温下先以恒外压等于0.05m 3的压力膨胀至0.05m 3，再以恒外压等于终态压力下膨胀至0.1m 3。

第2章热力学第一定律1．热力学能就是热量吗？不是。

热力学能是工质的状态参数，是工质的性质，是工质内部储存能量，是与状态变化过程无关的物理量。

热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能，其大小与变化过程有关，热量不是状态参数。

2．若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上，工质的总能中是否包括外部储存能？在以氢、氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否应包括氢和氧的化学能？无论参考坐标建立在何处，工质的总能中始终包括外部储存能，只不过参考坐标建立合适，工质的宏观动能、宏观势能的值等于零，便于计算。

氢氧燃料电池中化学能变化是主要的能量变化，因而不可忽略。

3．能否由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论？q= u＋w不能。

基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、热量和热力学能都是能量，都是能量存在的一种形式，在能量的数量上它们是有等价关系的。

而不涉及功、热量和热力学能的其他属性，也表明功、热量和热力学能的其他属性与能量本质无关。

4．一刚性容器，中间用绝热隔板B中保持真空，如图2-12所示。

若将隔板抽去，分析容器中空气的热图2-12自由膨胀力学能将如何变化？若在隔板上有一小孔，气体泄漏入B 中，分析A 、B 两部分压力相同时A 、B 两部分气体热力学能如何变化？⑴定义容器内的气体为系统，这是一个控制质量。

由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，过程功；容器又是绝热的，过程的热量，因此，根据热力学第一定律，应有，即容器中气体的总热力学能不变，膨胀后当气体重新回复到热力学平衡状态时，其比热力学能亦与原来一样，没有变化；若为理想气体，则其温度不变。

⑵当隔板上有一小孔，气体从A 泄漏人B 中，若隔板为良好导热体，A 、B 两部分气体时刻应有相同的温度，当A 、B 两部分气体压力相同时，A 、B 两部分气体处于热力学平衡状态，情况像上述作自由膨胀时一样，两部分气体将有相同的比热力学能，按其容积比分配气体的总热力学能；若隔板为绝热体，则过程为A 对B 的充气过程，由于A 部分气体需对进入B 的那一部分气体作推进功，充气的结果其比热力学能将比原来减少，B 部分气体的比热力学能则会比原来升高，最终两部分气体的压力会达到平衡，但A 部分气体的温度将比B 部分的低5．热力学第一定律的能量方程式是否可写成下列形式？为什么？q =∆u +pvq 2-q 1=(u 2-u 1)+(w 2-w 1)不可以。

第一章热力学第一定律思考题1. 下列说法中哪些是不正确的（1）绝热封闭系统就是孤立系统；（2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统；（3）作功又吸热的系统是封闭系统；（4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。

【答】（1）不一定正确。

绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以保证系统和环境之间没有物质交换。

但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有其他能量交换方式，如作功。

当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的作功不能忽略，系统的状态将发生变化。

（2）正确。

（3）不正确。

系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭系统。

为了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换时没有功和热的发生。

但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。

（4）正确。

当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生，而且还有物质转移，因此是敞开系统。

2. 一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。

现将隔板抽去，左、右室气体的压力达到平衡。

若以全部气体作为系统，则△U、Q、W为正为负或为零【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W = 0 ；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q = 0；根据热力学第一定律△U = Q ＋W，系统的热力学能（热力学能）变化△U = 0。

3. 若系统经下列变化过程，则Q、W、Q + W 和△U 各量是否完全确定为什么（1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态；（2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态。

【答】（1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。

Q、W 都是途径依赖（path-dependent）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径，只要过程不完全确定，Q、W 的数值就可能不确定。

热学思考题和参考解答第一章 热学基础知识和温度1．1 若热力学系统处于非平衡态，温度概念能否适用？【答】 对于处于非平衡态的系统，只要局域平衡条件能满足，则对于处于局域平衡的每个子系统来说，温度概念仍能适用。

1．2 系统A 和B 原来各自处在平衡态，现使它们互相接触，试问在下列情况下，两系统接触部分是绝热的还是透热的，或两者都可能?(1)当A V 保持不变，A p 增大时，B V 和B p 都不发生变化；(2)当A V 保持不变，A p 增大时，B p 不变而B V 增大；(3)当A V 减少，A p 增大时，B V 和B p 均不变．【答】设容器都是密闭的．(1)是绝热的．因为A p A V 增大，所以A 的温度 增加．但它并不使B 状态发生变化，说明既没有热量传递也没有做功．(2)是透热的．因为A p A V 增大，所以A 的温度增加．从B 来说，B V 增加了，说明B 膨胀对外做了功，其能量只能来源于从A 吸热．(3)因为B V 和B p 均不变，说明B 的温度不变．但是A V 减少，同时A p 增大，这两者的乘积可变可不变，所以A 的温度也可变可不变．若A 的温度改变则是绝热的；若A 的温度不变，则A ，B 相互 接触的部分仍然绝热，因为B 的状态始终不变．1．3 在建立温标时是否必须规定热的物体具有较高的温度，冷的物体具有较低的温度?是否可作相反的规定?在建立温标时，是否须规定测温属性一定随温度作线性变化?【答】 在建立温标时必须规定热的物体具有较高的温度，冷的物体具有较低的温度，因为热量是从高温物体传递到低温物体的．很有意思的是，对于处于负温度的子系则是例外．因为负温度比正温度还要高，热量是从负温度物体流向正温度物体的．建立温标时并不一定规定测温属性随温度作线性变化，这完全由分度公式来规定．1．4 冰的正常溶点是多少？纯水的三相点温度是多少？【答】 冰的正常溶点是273.15K,纯水的三相点温度是273.16K 。

化工热力学思考题答案第一章复习1、热力学的四个定律分别是什么？它们各表述了什么内容？有何作用？热力学第一定律：能量守恒与转化定律（揭示能量总量不变）热力学第二定律：熵增原理（揭示过程进行方向，条件和限度。

）热力学第三定律：绝对熵定律（揭示熵有绝对值）热力学第零定律：热平衡定律（测定温度和建立经验温标的基础）2、什么是状态函数？它有何特征？常见的热力学参数中哪些是状态函数？状态函数也是单调函数，用来描述状态的热力学性质，特征：经过一个变化后，其变化量等于终态与始态的差，即与路径无关，只与始末状态有关。

3、热与功是否是状态函数？它们的正负取值的规定是什么？功与热是过程函数，系统所得的功（环境对系统做功）为正值，所失的功（系统对环境做功）为负值。

系统吸热（环境对系统供热）为正值，系统放热（系统对环境供热）为负值。

4、热力学研究中常见的过程有哪几种？它们各有什么特点？可逆/不可逆过程，等温过程，等压过程，等熵过程，等容过程，绝热过程（绝热压缩/绝热膨胀过程），节流过程（等焓过程）。

5、化工热力学的研究方法主要有哪两种？它们分别从什么角度来研究问题？只要有宏观和微观的研究方法。

第二章复习1、什么是超临界流体？它有何特点？超临界流体：温度和压力都大于临界温度和临界压力的流体。

特点：流体的密度，溶解能力和传热系数，气体的低粘度和高扩散系数。

2、气体液化的必要条件是什么？制冷剂和液化气成分应如何选择？气化液的必要条件：必须把温度降到临界温度以下。

液化气成分的选择：加压后变成液体储于高压钢瓶里，打开减压阀后，即汽化。

制冷剂的选择依据物质的PVT关系。

3、理想气体与真实气体的区别是什么？在什么条件下可用理想气体状态方程？区别：理想气体分子间无作用力，分子本身不占有体积，低压下的真实气体可视为理想气体。

4、写出维里二项式方程，并说明其系数的物理意义。

在什么条件或范围下可应用维里方程？ B的物理意义：表示两个分子间的相互作用引起的真是气体与理想气体的偏差，使用于非极性和弱极性的气体.Z=1+BR/RT.5、常见的立方型状态方程有哪些？它是以什么方程为基础进行怎样修正得到的？它们的适用范围是什么？常见的多常数状态方程有哪些立方型状态方程，vdw,Rk,SRK,PR. 常见的多常数状态方程：vrial,BWR.MH. 注意：PK，SRK，BER，MH。

第一章 热力学第一定律一、基本公式和基本概念 基本公式1. 功 'W W W δδδ=+体积，W 体积：体积功；'W ：非体积功 热力学中体积功为重要的概念： W p dV δ=-外体积 本书规定：系统对环境做功为负，相反为正。

如果p 外的变化是连续的，在有限的变化区间可积分上式求体积功d W p V =-⎰外在可逆过程中，可用系统的压力p 代替外压p 外，即p p =外 d W p V =-⎰一些特定条件下，体积功计算如下： 恒外压过程 W p V =-∆外 定容过程 d 0W p V =-=⎰外 理想气体定温可逆过程 212112lnln V V V p W pdV nRT nRT V p =-=-=-⎰理想气体自由膨胀(向真空膨胀)过程 0W = 2. 热力学第一定律 U Q W ∆=+ 3. 焓 H U pV ≡+焓是状态函数，容量性质，绝对值无法确定。

理想气体的热力学能和焓只是温度的单值函数。

4. 热容 QC dTδ=(1)定压热容 ()pp p Q H C dTTδ∂==∂ 注意：()p p HC T∂=∂的适用条件为封闭系统，无非体积功的定压过程。

而对于理想气体无需定压条件。

(2) 定容热容 ()d VV V Q U C TTδ∂==∂ 同样，()V V UC T∂=∂的适用条件为封闭系统，无非体积功的定容过程。

对于理想气体来说，则无需定容条件。

任意系统：p V T pU V C C p V T ⎡⎤∂∂⎛⎫⎛⎫-=+⎪ ⎪⎢⎥∂∂⎝⎭⎝⎭⎣⎦ 理想气体：p V C C nR -= 摩尔热容与温度的经验公式2,p m C a bT cT =++ 2,''p m C a b T c T -=++5. 热定容热： d ;V V Q U Q U δ==∆ 条件为封闭系统无其他功的定容过程 定压热： d ;p p Q H Q H δ==∆ 条件为封闭系统无其他功的定压过程相变热： p H Q ∆= 条件为定温定压条件下系统的相变过程 6. 热力学第一定律在理想气体中的应用 (1) 理想气体,U ∆ H ∆的计算定温过程：0,U ∆= 0,H ∆= 2112ln ln V p Q W nRT nRT V p -==-=- 无化学变化、无相变的任意定温过程21,d T V m T U nC T ∆=⎰，21,d T p m T H nC T ∆=⎰(2) 理想气体绝热可逆过程方程绝热可逆过程方程：11pV TVp T γγγγ--===常数；常数；常数 (p VC C γ=)理想气体绝热功： 1211221()()1V W C T T p V p V γ=--=--- 理想气体绝热可逆或不可逆过程：21,0,d d T V m T Q U W p V nC T =∆==-=⎰外理想气体绝热可逆过程：2212,,,1121lnln ,lnln V m p m V m V T V pR C C C V T V p =-= 7. 热力学第一定律在化学变化中的应用 反应进度：(0)B B Bn n ξν-=mol(1) 化学反应热效应化学反应摩尔焓变：,B r m p m BHH H Q n νξ∆∆∆===∆∆ 当1mol ξ∆=时的定压热 化学反应摩尔热力学能变化：,B r m V m BUU U Q n νξ∆∆∆===∆∆ 当1mol ξ∆=时的定容热 (2) 化学反应的r m H ∆与r m U ∆的关系无气相物质参与的化学反应系统：,,,r m T r m T r m T H U pV U ∆=∆+∆≈∆ 有气相物质(理想气体)参与的化学反应系统：,,,,r m T r m T r m T B g H U pV U RT ν∆=∆+∆=∆+∑(3) 化学反应定压热效应的几种计算方法 利用标准摩尔生成焓值：(298.5)()r m Bf m B H K H B θθν∆=∆∑利用标准摩尔燃烧焓值：(298.5)()r m Bc m BH K H B θθν∆=-∆∑(4) 化学反应焓变与温度的关系---基尔霍夫方程2121,()()()d T r m r m Bp m T BH T H T C B T ν∆=∆+∑⎰基本概念1. 系统和环境热力学中，将研究的对象称为系统，是由大量微观粒子构成的宏观系统。

第一章热力学第一定律思考题1.下列说法中哪些是不正确的？（1）绝热封闭系统就是孤立系统；（2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统；（3）作功又吸热的系统是封闭系统；（4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。

【答】（1）不一定正确。

绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以保证系统和环境之间没有物质交换。

但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有其他能量交换方式，如作功。

当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的作功不能忽略，系统的状态将发生变化。

（2）正确。

（3）不正确。

系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭系统。

为了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换时没有功和热的发生。

但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。

（4）正确。

当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生，而且还有物质转移，因此是敞开系统。

2.一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。

现将隔板抽去，左、右室气体的压力达到平衡。

若以全部气体作为系统，则△U、Q、W为正？为负？或为零？【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W=0；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q=0；根据热力学第一定律△U=Q＋，系统的热力学能（热力学能）变化△U=0 。

W3. 若系统经下列变化过程，则、、+W 和△U各量是否完全确定？为什么？QWQ（1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态；（2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态。

【答】（1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。

Q、W都是途径依赖（path-dependent ）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径，只要过程不完全确定，Q、W的数值就可能不确定。

第一章热力学第一定律一、思考题1.一个爆炸反应体系应看作是绝热体系还是孤立体系？2. 凡是体系的温度有变化，则体系一定有吸热或放热现象。

凡是温度不变，则体系就没有吸热放热现象。

两结论对吗?3. 有人说，因为△U = Q v，而内能是个状态函数，所以虽然Q 不是状态函数，但Q v是个状态函数，此话对吗？请阐明理由。

4. 在盛水槽中放入一个盛水的封闭试管，加热盛水槽中的水（做为环境），使其达到沸点，试问试管中的水（体系）会不会沸腾，为什么？5. 有人认为封闭体系“不作功也不吸热的过程△U = 0，因而体系的状态未发生变化”，请对此加以评论并举例说明。

6. 热力学的不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。

此话对吗？7. 理想气体向真空绝热膨胀d U = 0，d T = 0，而实际气体的节流膨胀过程d H = 0，d T ≠ 0。

上述二结论对吗?8. 有人认为孤立体系状态改变时，内能是守恒量，而焓不是守恒量，请对此加以评论并举例说明。

9. 关系式PVγ= 常数，适用于理想气体的绝热过程。

此话对吗？10. 一个外有绝热层的橡皮球内充101325Pa 的理想气体，突然投入真空中球体积增加一倍。

指出该过程中Q、W、△U 和△H 的值（用正、负号表示）二、计算题1. 已知氢的C p,m= {29.07 - 0.836 10-3(T/K) + 20.1×10-7(T/K)2 J.K-1.mol-1(1) 求恒压下1mol 氢的温度从300K 上升到1000K 时需要多少热量？(2) 若在恒容下需要多少热量？(3) 求在这个温度范围内氢的平均恒压摩尔热容。

[答案：(1) Q P = △H =20620 J.mol-1，(2) Q V= △U = 14800 J.mol-1(3) C P,m= = 29.45 J.K-1.mol-1]2. 有一绝热真空钢瓶体积为V0 ，从输气管向它充空气（空气可视为理想气体），输气管中气体的压力为P0 ，温度为T0 ，由于气体量很大，且不断提供气体，所以在充气时输入气管中的气体的压力、温度保持不变，当钢瓶中气体压力为P0 时，问钢瓶中气体温度为多少？[答案：W = -P0 V0 = -nRT0，△U = -W，nC V,m(T - T ) = nRT C P,m =C V,m+ R，C P,m /C V,m= γ，T = (C P,m / C V,m )× T =γT ]3. 1mol 单原子理想气体，初始状态为25℃，101325 Pa 经历△U = 0 的可逆变化后，体积为初始状态的 2 倍。

第一章热力学第一定律思考题1. 下列说法中哪些是不正确的？（1）绝热封闭系统就是孤立系统；（2）不作功的封闭系统未必就是孤立系统；（3）作功又吸热的系统是封闭系统；（4）与环境有化学作用的系统是敞开系统。

【答】（1）不一定正确。

绝热条件可以保证系统和环境之间没有热交换，封闭条件可以保证系统和环境之间没有物质交换。

但是单单这两个条件不能保证系统和环境之间没有其他能量交换方式，如作功。

当绝热封闭的系统在重力场中高度发生大幅度变化时，系统和地球间的作功不能忽略，系统的状态将发生变化。

（2）正确。

（3）不正确。

系统和环境间发生物质交换时，可以作功又吸热，但显然不是封闭系统。

为了防止混淆，一般在讨论功和热的时候，都指定为封闭系统，但这并不意味着发生物质交换时没有功和热的发生。

但至少在这种情况下功和热的意义是含混的。

（4）正确。

当发生化学作用（即系统和环境间物质交换）时，将同时有热和功发生，而且还有物质转移，因此是敞开系统。

2. 一隔板将一刚性容器分为左、右两室，左室气体的压力大于右室气体的压力。

现将隔板抽去，左、右室气体的压力达到平衡。

若以全部气体作为系统，则△U、Q、W为正？为负？或为零？【答】因为容器是刚性的，在不考虑存在其它功的情况下，系统对环境所作的功的W = 0 ；容器又是绝热的，系统和环境之间没有能量交换，因此Q = 0；根据热力学第一定律△U = Q ＋W，系统的热力学能（热力学能）变化△U = 0。

3. 若系统经下列变化过程，则Q、W、Q + W 和△U 各量是否完全确定？为什么？（1）使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态；（2）若在绝热的条件下，使系统从某一始态变化到某一终态。

【答】（1）对一个物理化学过程的完整描述，包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径，因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。

Q、W 都是途径依赖（path-dependent）量，其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径，只要过程不完全确定，Q、W 的数值就可能不确定。