第一章 热力学第一、二定律试题及答案

第一章 热力学第一定律

一、选择题

1．下述说法中，哪一种正确（ ）

(A)热容C不是状态函数； (B)热容C与途径无关；

(C)恒压热容Cp不是状态函数；(D)恒容热容CV不是状态函数。 2．对于内能是体系状态的单值函数概念，错误理解是（ ）

(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．某高压容器中盛有可能的气体是O2 ,Ar, CO2, NH3中的一种，在298K时由5dm3绝热可逆膨胀到6dm3，温度降低21K，则容器中的气体（ ）

(A) O2 (B) Ar (C) CO2 (D) NH3

4．戊烷的标准摩尔燃烧焓为-3520kJ·mol-1，CO2(g)和H2O(l)标准摩尔生成焓分别为-395 kJ·mol-1和-286 kJ·mol-1，则戊烷的标准摩尔生成焓为（ ）

(A) 2839 kJ·mol-1 (B) -2839 kJ·mol-1 (C) 171 kJ·mol-1 (D) -171 kJ·mol-1 5．已知反应H2(g)?（ ）。 (A). (C).

???rHm(T)是H2O(g)的标准摩尔生成焓 (B). ?rHm(T)是H2O(g)的标准摩尔燃烧焓 ???数值相等 ?rHm(T)是负值 (D). ?rHm(T)与反应的?rUm1?(T)，下列说法中不正确的是O2(g)?H2O(g)的标准摩尔反应焓为?rHm26．在指定的条件下与物质数量无关的一组物理量是（ ）

(A) T , P, n (B) Um, Cp, CV

(C) ΔH, ΔU, Δξ (D) Vm, ΔHf,m(B), ΔHc,m(B) 7．实际气体的节流膨胀过程中，下列那一组的描述是正确的（ ）

(A) Q=0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0 (B) Q=0 ΔH<0 ΔP> 0 ΔT>0 (C) Q>0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT<0 (D) Q<0 ΔH=0 ΔP< 0 ΔT≠0

8．已知反应 H2(g) + 1/2O2(g) →H2O(l)的热效应为ΔH，下面说法中不正确的是（ ）

(A) ΔH是H2O(l)的生成热 (B) ΔH是H2(g)的燃烧热 (C) ΔH与反应 的ΔU的数量不等 (D) ΔH与ΔHθ数值相等 9．为判断某气体能否液化，需考察在该条件下的（ ）

(A) μJ-T > 0 (B) μJ-T < 0 (C) μJ-T = 0 (D) 不必考虑μJ-T 的数值

10．某气体的状态方程为PV=RT+bP(b>0)，1mol该气体经等温等压压缩后其内能变化为（ ）

(A) ΔU>0 (B) ΔU <0 (C) ΔU =0 (D) 该过程本身不能实现 11．均相纯物质在相同温度下CV > CP的情况是（ ）

(A) (?P/?T)V<0 (B) (?V/?T)P<0 (C) (?P/?V)T<0 (D) 不可能出现CV>CP

12．理想气体从相同始态分别经绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀到达相同的压力，则其终态的温度，体积和体系的焓变必定是（ ）

(A) T可逆 > T不可逆, V可逆 > V不可逆, ΔH可逆 >ΔH不可逆 (B) T可逆 < T不可逆, V可逆 < V不可逆, ΔH可逆 <ΔH不可逆 (C) T可逆 < T不可逆, V可逆 > V不可逆, ΔH可逆 <ΔH不可逆 (D) T可逆 < T不可逆, V可逆 < V不可逆, ΔH可逆 >ΔH不可逆

13．1mol、373K、 1atm下的水经下列两个不同过程达到373K、1atm下的水汽：(1)等温可逆蒸发，(2)真空蒸发。这两个过程中功和热的关系为（ ）

(A) W1 > W2, Q1 > Q2 (B) W1 < W2 , Q1 < Q2 (C) W1 = W2, Q1 = Q2 (D) W1 > W2 , Q1 < Q2 14．对于内能是体系状态的单值函数概念，错误理解是( )

(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。

15．在一个绝热刚瓶中，发生一个放热的分子数增加的化学反应，那么（ ）

(A) Q > 0，W > 0，?U > 0 ； (B) Q = 0，W = 0，?U < 0 ； (C) Q = 0，W = 0，?U = 0 ； (D) Q < 0，W > 0，?U < 0 。

16．一定量的单原子理想气体，从 A 态变化到 B 态，变化过程不知道，但若 A 态与 B 态两点的压强、体积和温度都已确定，那就可以求出（ ）

(A) 气体膨胀所做的功； (B) 气体内能的变化； (C) 气体分子的质量； (D) 热容的大小。 17．如图，可表示理想气体卡诺循环的示意图是（ ）

(A) 图⑴；(B) 图⑵；(C) 图⑶；(D) 图⑷ 二、填空题

1．焦耳-汤姆孙系数?J?Tdef ，μJ-T>0表示节流膨胀后温度将 。 2．在373K，pθ下，1 mol液态水向真空蒸发为373K，pθ下的水蒸气，已知此过程的△H =40.6kJ，则此过程的△U= kJ，Q= kJ。 3．已知反应C(s)+O2(g)=CO2(g)的△rHmθ（298K）=-393.51kJ·mol-1。若此反应在一绝热钢瓶中进行，则此过程的△U 0，△H 0。

4．对于组成不变的均相密闭体系，当有 个独立的强度因素确定后，体系中所有的强度性质也就确定，若再知道 ，则所有的广度性质也就确定。

5．1mol298K的液体苯在弹式量热计中完全燃烧，放热3264kJ，则反应：2C6H6(l)+15O2(g) =12CO2(g)+6H2O(l)的△rUm(298K) = kJ·mol-1， △rHm(298K) = kJ·mol-1。 6．某理想气体经绝热恒外压压缩，△U 0，△H 0。 7．卡诺热机的效率只与 有关，而与 无关。 三、证明题

1．证明：若一气体状态方程满足pVm = RT+bp时，则该气体的内能仅是温度的函数。

2．某气体的状态方程为pVm = RT+ap，a为大于零的常数，证明该气体经节流膨胀后，气体的温度上升。 3．若物质的膨胀系数??1??V?1???V??T?pT，则Cp与压力无关。

4．已知纯物质的平衡稳定条件是

??p/?V?T?0，请证明任一物质绝热可逆膨胀过程后压力必降低。

5．某气体的状态方程为pVm = RT+ap，a为大于零的常数，证明：该气体的焦耳—汤姆孙系数μJ-T<0。 四、计算题

1．某气体的状态方程为pVm = RT+ap，a为大于零的常数，证明：该气体的焦耳—汤姆孙系数μJ-T<0。6．1mol单原子理想气体从始态273K、202.65kPa沿着p/V=常数的可逆途径变化到压力加倍的终态，试求：该过程的W、ΔU、ΔH、Q。

2．一摩尔单原子理想气体从0℃、2p始态，经由方程pV2 = const 规定的途径到达终态

压力为15p，计算沿此途经的平均热容 。

3．在空气中有一真空绝热箱，体积为V0，今在箱上刺一个小孔，空气流入箱内，设空气

为理想气体(Cp,m = 3.5R)。

⑴ 巳知空气温度是298K，箱内气体温度是多少？ ⑵ 若V0 = 10dm3，求该过程的Q、W、?U、?H各为多少？

4．298.15K，1mol的CO2(实际气体)由始态p1 = 3p，V1 = 7.9dm3等温变化到终态

p2 = p，V2 = 24dm3，求此过程的?U与?H。巳知Cp,m(CO2) = 36.6 J·K1·mol1，

--

焦耳－汤姆逊系数μJ-T = 1.14 + 8.65 × 103(p/p) 。

-

5．1mol单原子分子理想气体由始态A(2p,298K)，沿着p/p= 0.1(Vm/ dm3·mol1)

-

+ b的可逆途经膨胀到原体积2倍，计算终态的压力以及此过程的Q、W、

第二章 热力学第二定律

一、选择题

1．25℃时，将11.2升O2与11.2升N2混合成11.2升的混合气体，该过程( )

(A) ?S > 0，?G < 0 ；(B) ?S < 0，?G < 0 ； (C) ?S = 0，?G = 0 ；(D) ?S = 0，?G < 0 。 2．?G = ?F的过程是 ( )

(A) H2O(l,373K,p) H2O(g,373K,p) ； (B) N2(g,400K,1000kPa) N2(g,400K,100kPa) ； (C) 等温等压下，N2(g) + 3H2(g) NH3(g) ； (D) Ar(g,T,p) Ar(g,T+100,p)。

3．等温等压下进行的化学反应，其方向由?rHm和?rSm共同决定，自发进行的反应应满足下列哪个关系式 ( )

(A) ?rSm = ?rHm/T ； (B) ?rSm > ?rHm/T ； (C) ?rSm ≥ ?rHm/T ； (D) ?rSm ≤ ?rHm/T 。

4．已知水的六种状态：①100℃，pH；②99℃，2pH；③100℃，2pH；④100℃、2pH2O(l)2O(g)2O(l)2O(g)；⑤101℃、pH2O(l)；⑥101℃、pH2O(g)。它们化学势高低顺序是 ( ) (A) μ2 > μ4 > μ3 > μ1 > μ5 > μ6 ； (B) μ6 > μ5 > μ4 > μ3 > μ2 > μ1 ； (C) μ4 > μ5 > μ3 > μ1 > μ2 > μ6 ； (D) μ1 > μ2 > μ4 > μ3 > μ6 > μ5 。 5.下列过程中?S为负值的是哪一个 ( )

(A) 液态溴蒸发成气态溴 ； (B) SnO2(s) + 2H2(g) = Sn(s) + 2H2O(l) ； (C) 电解水生成H2和O2 ； (D) 公路上撤盐使冰融化 。

6．从A态到B态可沿两条等温膨胀途径进行，一条可逆，一条不可逆，试判断哪个关系式成立 ( )

(A). ΔS可逆>ΔS不可逆 (B). W可逆> W不可逆

(C). Q可逆< Q不可逆 (D). (Q－W) 可逆> (Q－W) 不可逆 7．在隔离体系中发生一个自发过程，则ΔG应为 ( )

(A). ΔG < 0 (B). ΔG > 0 (C). ΔG =0 (D). 不能确定 8．某气体进行不可逆循环过程的熵变为 ( )

(A). ΔS系 = 0 , ΔS环 = 0 (B). ΔS系 = 0 , ΔS环 > 0 (C). ΔS系 > 0 , ΔS环 = 0 (D). ΔS系 > 0 , ΔS环 > 0

9．某物质的蒸气压可由下式表示：ln(P/kpa)=13.14－(2437/T)，该物质的摩尔气化热为( )

(A). 20.26 kJ·mol-1 (B). 293.1 J·mol-1 (C). 5612 J·mol-1 (D). 2437 J·mol-1

10．1mol理想气体经绝热自由膨胀体积增大10倍，则物系的熵变为（ ）

(A). ΔS = 0 (B). ΔS = 19.1 J/K (C). ΔS >19.1 J/K (D). ΔS < 19.1J/K 11．在273K和1atm下，水的化学位μH2O(l)和水汽的化学位μH2O(g)的关系是（ ）

(A). μH2O(l) =μH2O(g) (B). μH2O(l) > μH2O(g) (C). μH2O(l) < μH2O(g) (D). 无法知道 12．纯液体在常压下凝固，下列各量中哪个减少（ ）

(A). 熵 (B). 自由能 (C). 凝固热 (D). 蒸汽压 13．1mol理想气体经一等温可逆压缩过程，则（ ）

(A). ΔG >ΔF (B). ΔG <ΔF

(C). ΔG =ΔF (D). ΔG与ΔF无法进行比较

14．在－200C和1atm下，1mol的过冷水结成冰，则物系 、环境及总熵变是( )

(A). ΔS系 < 0 , ΔS环 < 0 , ΔS总< 0 (B). ΔS系 > 0 , ΔS环 > 0 , ΔS总> 0 (C). ΔS系 < 0 , ΔS环 > 0 , ΔS总< 0 (D). ΔS系 < 0 , ΔS环 > 0 , ΔS总> 0 15．等温等压下发生不可逆电池反应，其ΔS的计算公式为（ ）

(A). ΔS =ΔH/T (B). ΔS =(ΔH－ΔG )/T (C). ΔS=Q实/T (D). 以上三式都不适用 16．绝热封闭体系中若ΔS > 0，表明该过程是（ ）

(A). 可逆 (B). 自发 (C). 非自发 (D) 自发或非自发 17．对于封闭体系，当Wf=0时，可作为过程的可逆性与变化方向性的判据有（ ）

(A). (dU)T.V≤0 (B). (dH)S.P≥0 (C). (dS)U.V≥0 (D). (dG)T.P≥0

18．250C,1atm下，NaCl在水中溶解度为6mol˙ L-1, 如将1molNaCl溶解于1L水中，此溶解过程中体系的ΔS和ΔG变化为（ ）

(A). ΔG > 0 ，ΔS < 0 (B). ΔG > 0 ，ΔS > 0 (C). ΔG < 0 ，ΔS > 0 (D). ΔG = 0 ，ΔS > 0

19．在一个绝热的刚性密闭容器中，装有H2和Cl2的混合气体，T为298K，用光引发使之反应生成HCl(g)，设光照能量可不计，气体为理想气体，测得ΔfHm (HCl)=— 92.30kJ·mol-1，此过程（ ）

(A). ΔH>0 ΔS<0 (B). ΔH<0 ΔS<0 (C). ΔH<0 ΔS>0 (D). ΔH>0 ΔS>0 20．纯物质在恒压下无相变时的G∽T曲线形状是 ( )

证明：其它合理证明也得分4. ?????S???S???T?CV??T???p?????V??T???V???p????VT????p???V ???V?T??V? ??S??????V?T?????T???p??p??S?pC??p??T?p ???p????S? ??V???S?????V??p??V??S????1p ????p?????V?????T????p????Cp?S?CV?????T??V????T?????????T??? ???V???p?????Cp?C??p???0 V??V?T故绝热膨胀后压力降低5

证明：???T? J?T?????p???H ????H/?p??T?H/?T?p ??1?C??T???V???p???T??V?p?? ????V??????T????? p???T?RT?ap??p???????R?pp ??J?T??1??R?aC p?Tp?V????C?0p

四、计算题答案

1． W=3404.6J ; Q=13619J ; ΔU=10214J ; ΔH=17023J

2. C= 4.16 JK-1

3. T= 417.2K ; Q=0 ; W=ΔU=723.7J ; ΔH=1013.2J

4. ΔU=54.3J ; ΔH=84.73J

5．W=-3.236J ; Q=11.53kJ ; ΔU=8.29kJ ; ΔH=13.82kJ

第二章 热力学第二定律参考答案

一、选择题答案

1-C； 2-B； 3-B； 4-A； 5-B； 6-B； 7-D； 8-B； 9-A； 10-B； 11-C；14-D； 15-B； 16-D； 17-C； 18-C； 19-D； 20-C； 21-C； 22-D； 23-B； 24-B；27-C； 28-C； 29-B； 30-C； 31-D； 二、填空题答案

； 13-C；25-B； 26-A； 12-A 1. = ； > 2. > ； < 3. > ； = 4. < ； > 5. T/CV ；T/Cp 6. 5.76 ； 0 7. = ； = 8. > ； < 9. 11.53 ； 0 10. 0 ；-11.53 11. > ； = 12. 降低 ； 升高 13. < ； = 14. 凝聚相体积可以忽略； 相变焓不随温度变化 15. 减小 ；减小 16.

??S????； 物质在两相中的化学式相等 ???nB?T,P,nC?nB17. 微观状态数 ； 比较有序 三、证明题答案 1．

证明：其它合理证明也给分dU?TdS?pdV????U???V???T???S??V???p?T???p???pT?T??T?V???CV?????U??????U????V????????????T??V??T?V?T??T??V?T?V?? ?????T??p??????T????T???pV????V 2?T????p???T2???

V2．

3.

证明：其它合理证明也得分 ????T???VS

??P??????S???P? ???V???T???T????P??S?P ?T???V???T??/T???S?? P??T?PT ??C??V???T?P?P

4．

证明：其它合理证明也给分?dU?TdS?pdV ? ???U????S??V??T?????pT??VT ?T???p???T???pV又???T?????V???V???U?????U?T????1UT??V????T?1??U???V????UC??V??V?T?1?C??p?T???p????T???VV?

证明：其它合理证明也给分dH?TdS?Vdp?????H???p????T????S???V?V?T???V??T??p??T??T?p???C??p???????????H??????????H???pT???p??T?p???T???T??p?????T??V??????????T?V?T???V??????T???p????p??2??T???V???T2??p

5．

证明：其它合理证明也给分?S???S???S???V? ???????????????T?P??T?V??V?T??T?p??S???S?Cp?T?，CV?T??? ??T?P??T?V???S? ??S???Cp?CV?T????????T?P??T?V???

??S???V??T??? ??V?T??T??p??p???V??T?????T?T????p V

四、计算题答案 1．解：

Qp = 33.35kJ ΔΔΔ 2． 3

vapGmvapSm

θ

vapHm

θ

= 33.35kJ·mol-1 W =3.186kJ Δ

vpaUm

θ

= 30.16 kJ·mol-

= 0 ΔvapFm

θ

= -3.186 kJ·mol-1

θ

= 87.03 J·K-1·mol-1

(1)?rSm?13.42J?K?1?mol?1(2)?S环?134.2J?K?1?mol?1............?S隔?147.6J?K?1?mol?1(3)?G??44000J...............Wf,max???G?44000JQR?0，?S体?0,?S环?0，?Siso?0T2?497.5K.........W??4142J............?U??W?4142J?H?5799J........?F??36720J...........?G??35063J

4

T2=218.4K

ΔU=- 680.9 J W=680.9 J ΔH=-1135 J ΔS= 1.125 J·k-1

S2=101.1 J·k-1 ΔG=4085 J ΔF=4539 J

5. 7．

?rHm?13838.7J?mol?18．

?S?0.4618J?K?1T2?207K ΔU=-823.1 J ΔH =-1372 J W = 823.1 J

ΔS = 0 ΔG = 5228J ΔF = 5777 J 9． 10．

?H??5.824kJ?S??21.33J?K?1?G??107.1J?F???107.3J(Wf,max)T,p???G?107.1J(Wmax)T???F?107.3JW?0?U?27835JQ?27835J??VapSm?87.2J?K?1?mol?1??VapGm?0

?S环??78.9J?K?1?S隔?8.3J?K?1?0故向真空蒸发为不可逆过程12．

W = 0 ΔU = 46.024kJ ΔH = 49.125kJ ΔS = 141.71 J·K-1·mol-1 ΔG = －3733.6J 13． 14．

?H?4157J?mol?1?S?7.33J?K?1?mol?1?Sm(473K)?135.66J?K?1?mol?1??Sm(673K)?142.99J?K?1?mol?1??G??27.95kJ?mol?1??rHm??290J?mol?1。不能判断过程是否可逆??rSm?0.67J?K?1?mol?1??rGm?92.21J?mol?1??rGm?0，表明298.2K时正交硫稳定。?rVm?1.03?10?6m3?mol?1无法实现正交硫向单斜硫的转变。 15．

解：T?368.5K??sHm(斜方)?100.848kJ?mol?1??sHm(单斜)?97.306kJ?mol?1???rH??sHm(斜方)??sHm(单斜)?3542J

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