内容发布更新时间 : 2024/12/22 20:14:06星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

氢气在氧气中燃烧，(2)爆鸣反应，(3)氢氧热爆炸，(4)氢氧燃料电池。在所有反应过程中，保持反应方程式的始态和终态都相同，请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?

答：应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始、终态相同，无论经过什么途径，其变化值一定相同。这就是状态函数的性质：“异途同归，值变相等”。

7．一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。冰、雪熔化变成水流入江河，最后流入大海，一定量的水又回到了始态。问历经整个循环，这一定量水的热力学能和焓的变化是多少?

答：水的热力学能和焓的变化值都为零。因为热力学能和焓是状态函数，不论经过怎样复杂的过程，只要是循环，系统回到了始态，热力学能和焓的值都保持不变。这就是状态函数的性质：“周而复始，数值还原”。

8．在298 K，101.3 kPa压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是一个不可逆过程，试将它设计成可逆过程。

答：通常有四种相变可以近似看作是可逆过程：（1）在饱和蒸气压下的气-液两相平衡，（2）在凝固点温度时的固-液两相平衡，（3）在沸点温度时的气-液两相平衡，（4）在饱和蒸气压下的固-气两相平衡（升华）。可以将这个在非饱和蒸气压下的不可逆蒸发，通过两种途径，设计成可逆过程：

(1) 绕到沸点；将298 K，101.3 kPa压力下的水，等压可逆升温至373 K，在沸点温度下可逆变成同温、同压的蒸气，然后再等压可逆降温至298 K。

(2) 绕到饱和蒸气压；将298 K，101.3 kPa压力下的水，等温可逆降压至饱和蒸气压ps，在298 K和饱和蒸气压下，可逆变成同温、同压的蒸气，再等温可逆升压至101.3 kPa。变化的示意图如下：

b???H2O(l,373 K,101.3 kPa)?????H2O(g,373 K,101.3 kPa)T ↑ (1) ↓ H2O(l,298 K,101.3 kPa)?H2O(g,298 K,101.3 kPa) ↓ (2) ↑ ??? H2O(l,298 K,ps)???????H2O(g,298 K,ps)298 K究竟设计哪一种可逆途径，要根据题目的已知条件决定。

四．概念题参考答案

1．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，其中都正确的是： ( )

(A) (1)，(2) (B) (3)，(4) (C) (2)，(4) (D) (1)，(3) 答：(D)。热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。

2．有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将 ( )

(A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定 答：(C)。压缩空气冲出钢筒时，筒内的气体对冲出的气体做功。由于冲出的速度很快，筒内气体来不及从环境吸热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会下降。

3．有一真空钢筒，将阀门打开时，大气（视为理想气体）冲入瓶内，此时

瓶内气体的温度将 （ ）

(A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定

答：(B)。空气冲入钢筒时，外面的气体对冲入钢筒的气体做功。由于冲入的速度很快，筒内的气体来不及向环境放热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会升高。

4．将1 mol 373 K，标准压力下的水，分别经历：(1) 等温、等压可逆蒸发，

(2) 真空蒸发，变成373 K，标准压力下的水气。这两种过程的功和热的关系为 ( )

(A) W 1< W 2 Q 1> Q 2 (B) W 1< W 2 Q 1< Q 2 (C) W 1= W 2 Q 1= Q 2 (D) W 1> W 2 Q 1< Q 2

答：(A)。过程(1)中，系统要对外做功，W 1<0，而过程（2）是真空蒸发，W 2=0，所以W 1< W 2。过程(1)中，既要对外做功，又要保持温度不变，再加上相变所吸的热，所以Q 1> Q 2。

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，并接通电源使冰箱工作。过一段时间之后，室内的平均气温将 ( )

(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定 答：(A)。对冰箱做的电功，全转化为热释放在房间内。

6． 凡是在孤立系统中进行的过程，其ΔU和ΔH的值一定是 ( )

(A) ΔU > 0 ，ΔH > 0 (B) ΔU = 0 ，ΔH = 0 (C) ΔU < 0 ，ΔH < 0 (D) ΔU = 0 ，ΔH不确定

答：(D)。热力学能是能量的一种，遵循能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。而焓虽然有能量单位，但它是定义出来的函数，不是能量，不遵

循能量守衡定律，所以在孤立系统中发生的变化，ΔH的值是不确定的，要根据具体的变化过程而定。例如，在绝热钢瓶里，发生了一个气体分子数不变的放热气相反应，如H2(g)?Cl2(g)?2HCl(g)，则ΔH大于零。但是，如果发生的是

1H2(g)?O2(g)?H2O(l)，虽然反应也放热，但是由于气体分子数减少，钢瓶内

2的压力下降，ΔH会小于零。

7．理想气体向真空作绝热膨胀后，它的温度将 （ ）

(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定

答：(C)。理想气体分子之间的相互引力小到可以忽略不计，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变

8．某气体的状态方程为pVm?RT?bp（b是大于零的常数），此气体向真

空作绝热膨胀，它的温度将 （ ）

(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定 答：(C)。将状态方程改写为p(Vm?b)?RT，与理想气体的状态方程对照，说明这种气体的自身体积不能忽略，但是分子间的引力与理想气体一样，是小到可以忽略不计的。所以，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变

9．公式?H?Qp适用于下列哪个过程 （ ）

(A) 理想气体作绝热等外压膨胀。 (B)

273K, 101.3 kPa???H2O(l) H2O(s)???????????????(C) Cu2?(aq)?2e????Cu(s) (D) 理想气体作等温可逆膨胀

答：(B)。?H?Qp的适用条件是等压和Wf?0，两个条件缺一不可。(A)中是等外压，而非等压，(C)中有电功，(D)是个不等压过程。所以，只有(B)是适用的。

10．有一个理想气体的γ =Cp/CV =1.40，则该气体为几原子分子? ( )

(A) 单原子分子 (B) 双原子分子 (C) 三原子分子 (D) 四原子分子

答：(B)。根据能量均分原理，在一般温度下，单原子分子只有3个平动自由

35度，所以CV,m?R。因为理想气体的Cp,m?CV,m?R，所以Cp,m?R。同理，

225775双原子分子的CV,m?R，则Cp,m?R。现在，??1.40?，相当于CV,m?R，

2252Cp,m?7R，这是双原子分子的特征。 211．反应的计量方程为H2(g)?Cl2(g)?2HCl(g)，当以5 mol H2(g)与4 mol

Cl2(g)混合发生反应，最后生成2 mol HCl(g)。则该反应进度?等于 ( )

(A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol 答：(A)。根据反应的计量方程，现在用生成物来表示反应的进度，则 ???nHCl2 mol l??1 mo?HCl2显然，反应物H2(g)和Cl2(g)都是过量的。

12．欲测定某有机物的燃烧热Qp，一般使反应在氧弹中进行，实验测得的热效应为QV。已知两种热效应之间的关系为Qp?QV??nRT，式中的Δn是指 ( )

(A) 生成物与反应物总物质的量之差 (B) 生成物与反应物中，气相物质的物质的量之差

(C) 生成物与反应物中，凝聚相物质的物质的量之差 (D) 生成物与反应物的总的热容差

答：(B)。ΔnRT一项来源于Δ（pV）一项，若假定气体是理想气体，在温度不变时Δ（pV）就等于ΔnRT

13． 在下述等式中，正确的是 ( )

$$$$(A) ?fHm(H2O,l)??cHm(O2,g) (B) ?fHm(H2O,g)??cHm(O2,g) $$$$(C) ?fHm(H2O,l)??cHm(H2,g) (D) ?fHm(H2O,g)??cHm(H2,g)

答：(C)。根据标准摩尔燃烧焓的定义，只有(C)是正确的。因为O2(g)是助燃剂，其标准摩尔燃烧焓规定为零。H2(g)的燃烧产物是H2O(l)，而不是H2O(g)。

$14．在298 K时，石墨的标准摩尔生成焓?fHm(C,石墨)的值

( )

(A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能确定 答：(C)。根据标准摩尔生成焓的定义，稳定单质的标准摩尔生成焓规定为零。现在人为选定，将石墨作为碳的稳定单质。

$15．在298 K和标准压力下，已知?cHm(C,石墨)??393.5 kJ?mol?1，

$$(C,金刚石)?cHm(C,金刚石)??395.3 kJ?mol?1，则金刚石的标准摩尔生成焓?fHm的值等于

( )

(A) ?393.5 kJ?mol?1 (B) ?395.3 kJ?mol?1 (C) ?1.8 kJ?mol?1 (D) 1.8 kJ?mol?1

答：(D)。因为人为选定，将石墨作为碳的稳定单质，所以石墨的标准摩尔

$燃烧焓就是二氧化碳的标准摩尔生成焓，即?fHm(CO2,g)??393.5 kJ?mol?1。金

刚石的标准摩尔燃烧焓就是金刚石燃烧为二氧化碳反应的摩尔反应焓变，即

$ C(金刚石,s)?O2(g,p$)?CO2(g,p$) ?rH$m??H )(,cmC金刚石利用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变的公式，就可以得到金刚石的标准摩尔生成焓。

$$$ ?rH$m??H??H(CO,g??)H(C金刚石,)fm2fcmm金刚石(C, )所以

$ ?fH$m(C金,刚石)??fH$m(COg?)H2,?cm 金(C刚,石) ?(?393.5?395.3) kJ?mol?1?1.8 kJ?mol?1

或者，根据石墨变为金刚石的结晶状态变换反应

?)? C(s石,墨???? C金(s,刚石这个反应的标准摩尔反应焓变就等于金刚石的标准摩尔生成焓，利用两个物质的标准摩尔燃烧焓，就可以进行计算

?fH$m(C金刚石,)??rH?m(298 ?K?)??BB??HCm (B)$ ??cH$m(C石墨,??)Hcm )(金刚石C, ?(?393.5?395.3) kJ?mol?1?1.8 kJ?mol?1

16．某气体的状态方程为pVm?RT?bp，b为大于零的常数，则下列结论正确的是

( )

(A) 其焓H只是温度T的函数

(B) 其热力学能U只是温度T的函数

(C) 其热力学能和焓都只是温度T的函数

(D) 其热力学能和焓不仅与温度T有关，还与气体的体积Vm或压力p有关