习题解答（第三章）一、选择题1．与环境只有能量交换，而没有物质交换的系统称为（ C ）。

（A ）敞开系统 （B ）隔离系统 （C ）封闭系统 （D ）孤立系统2．某系统由状态A 变化到状态B ，经历了两条不同的途径，与环境交换的热和功分别为Q 1、W 1和Q 2、W 2。

则下列表示正确的是（ B ）。

（A ）Q 1＝Q 2，W 1＝W 2 （B ）Q 1＋W 1＝Q 2＋W 2（C ）Q 1＞Q 2，W 1＞W 2 （D ）Q 1＜Q 2，W 1＜W 23．当系统状态发生变化后，其热力学能差值一定为零是（ A ）。

（A ）循环过程 （B ）绝热过程 （C ）恒容过程 （D ）恒压过程4．某理想气体恒温压缩时，正确的说法是（ B ）。

（A ）ΔU ＞0，ΔH ＜0 （B ）ΔU ＝0， ΔH ＝0（C ）ΔU ＜0，ΔH ＜0 （D ）ΔU ＜0， ΔH ＞05．1mol 单原子理想气体，从300K 压缩到500K ，则其ΔH 为（ B ）。

（A ）300R （B ）500R （C ）－300R （D ）－500R6．298K 时，下列物质中θm f H ∆＝0的是（ B ）。

（A ）CO 2（g ） （B ）I 2(g) （C ）Br 2（l ） （D ）C （s ，金刚石）7．下列热力学第二定律的数学表达式正确的是（ A ）。

（A ）环T Q ds δ≥ （B ）环T dQ ds ≥ （C ）T Q ds R δ≥ （D ）TdQ ds = 8．理想气体经不可逆循环，其熵变为（ C ）。

（A ）0>∆S （B ）0<∆S （C ）0=∆S （D ）0=∆总S二、判断题（正确的划“√”，错误的划“×”）1．在热力学中，将研究的对象称为系统，而与系统密切相关的部分称为环境。

（ √ ）2．1mol H 2O （l ）由373.15K ，101.325kPa 下，变成同温同压下的水蒸气，则该过程的△U ＝0。

（ × ）3．系统经历一个循环过程时，n 、p 、V 、T ，W 、Q 的改变量均为零。

（ × ）4．系统发生恒压变化过程时，焓变等于系统与环境交换的热。

（ × ）5．体积功的定义式是⎰-=21V V pdV W 。

（ × ） 6．在一定温度下，反应CO （g ）＋1/2O 2（g ）——→CO 2（g ）的标准摩尔反应焓就是该温度下CO （g ）的标准摩尔燃烧焓，也是CO 2（g ）的标准摩尔生成焓。

（ × ）7．公式ΔU ＝n m V c ⋅(T 2–T 1)只适用于理想气体无化学变化及相变化、且非体积功为零的条件下的恒容变化过程。

（ × ）8．当温度为T ，混合气体总压为p θ时，反应H 2（g ）+1/2O 2(g)—→H 2O(g)的热效应称为标准摩尔反应焓。

（ × ）9．熵是系统混乱度的量度，因此在一定的温度、压力下，一定量某物质的熵值S （g ）＞S （l ）＞S （s ）。

（ √ ）10．隔离系统的熵是守恒的。

（ × ）11．热力学第三定律的表述为：在0K 时，纯物质完美晶体的熵值等于零。

（ √ ）12．熵增加的过程，一定是自发过程。

（ × ）13．当封闭系统进行恒温、恒压且非体积功为零的条件下，发生自发过程时，吉布斯函数减小；当系统达到平衡时，吉布斯函数不变。

（ √ ）14．298K 时，液态水的标准摩尔生成吉布斯变θB m f G .∆=0。

（ √ ）三、填空题1．应用热力学基本原理研究化学变化及其与之有关的物理变化中能量转化规律的科学，称为 化学热力学 。

2．热力学系统性质就是它一系列宏观性质的总和，而这些描述系统状态的性质又称 状态函数 ；在n 、V 、T 、x B 中，属于广延性质的是 V 、n ，属于强度性质的是 T 、x B 。

3．热力学平衡态包含 热平衡 、 力平衡 、 相平衡 和 化学平衡 等四种平衡。

4． 可逆过程 是在无限接近平衡，且没有摩擦力条件下进行的理想过程。

5．热力学标准态又称热化学标准态，对气体而言，是指在压力为 标准压力 下，处于 理想气体 状态的气体纯物质。

6．隔离系统中发生的自发过程总是向熵增大的方向进行， 平衡 时达到最大值，这就是 熵增 原理，又称为 熵 判据。

7．应用吉布斯函数判据判断过程的方向和限度的条件是， 恒温 、 恒压 且非体积功为零的 封闭 系统。

8．热力学中规定：标准状态下，稳定相态 单质 的标准摩尔生成吉布斯函数为零。

四、简答题1．简述Q P ＝ΔH 的适用条件。

答：适用于封闭系统的没有非体积功的恒压过程中。

2．举例说明，什么是自发过程；自发过程的共同特征是什么？答：如水往低处流，溶液由高浓度自动向低浓度扩散等。

这些在一定条件下，不需借助外力就能自动进行的过程，均称为自发过程。

自发过程的共同特征是具有热力学意义上的不可逆性。

3．试总结理想气体分别进行恒容过程、恒压过程、恒温恒外压过程和自由膨胀过程时，ΔU 、ΔH 、Q 和W 的取值或计算公式。

答：封闭系统中，理想气体各过程ΔU 、ΔH 、Q 和W 的取值或计算公式列表如下ΔU ΔH Q W 恒容过程n m V c ⋅ (T 2 – T 1) n m p c ⋅ (T 2 – T 1) n m V c ⋅ (T 2 – T 1) 0 恒压过程n m V c ⋅ (T 2 – T 1) n m p c ⋅ (T 2 – T 1) n m p c ⋅ (T 2 – T 1) －nR （T 2－T 1） 恒温恒外压过程0 0 nRT p 环⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-1211p p －nRT p 环⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-1211p p 自由膨胀过程 0 0 0 0 4．简述熵增原理，并说明如何将该原理应用于封闭系统中。

答：隔离系统中发生的自发过程总是向熵增大的方向进行，平衡时达到最大值，这就是熵增原理，又称为熵判据。

若将封闭系统中环境和系统包括在一起，构成一个大隔离系统，其总熵的变化（△S 总）就是大隔离系统的熵变（△S 隔），因此可以应用熵增原理判断过程的自发进行方向性。

即△S 总＝△S 隔＝△S ＋△S 环≥05．说明热力学中，分别规定了哪些物质的θm f H ∆、θm c H ∆、θm f G ∆为零？ 答：热力学规定：在标准状态下，最稳定单质的标准摩尔生成焓（θm f H ∆）和标准摩尔生成吉布斯函数（θm f G ∆）为零；而在标准状态下，完全燃烧生成的稳定氧化物其标准摩尔燃烧焓（θm c H ∆）为零。

五、计算题1．在100kPa 下，10mol 某理想气体由300K 升温到400K ，求此过程的功。

解： 该过程是理想气体恒压过程，由W ＝－nR （T 2－T 1）得 W ＝－10mol ×8.314J/(mol ·K)（400K －300K ）＝－8314J/(mol ·K)2．10mol 某理想气体由298K ，106Pa ，通过几种不同途径膨胀到298K ，105Pa ，试计算下列各过程的W 、Q 、△U 和ΔH 。

①自由膨胀；②恒温反抗恒外压105Pa 膨胀；③恒温可逆膨胀。

解： ①理想气体自由膨胀 △T ，p 环＝0 故 W 1＝0，Q 1＝0，△U 1＝0，△H 1＝0②根据状态函数的特点 △U 2＝0，△H 2＝0由 W 2＝－nRT p 环（1/p 2－1/p 1）得 W 2＝－10mol ×8.314 J/(mol ·K) ×298K ×105Pa （1/105Pa －1/106Pa ）＝－22.31kJW 2＝22298 J ＝－22.3kJQ 2＝－W 2＝22.3kJ③根据状态函数的特点 △U 3＝0，△H 3＝0213ln p p nRT W -=＝－10 mol ×8.314J/(mol ·K)×298K ×561010ln W 2＝－57048J ＝－57kJQ 3＝－W 3＝57kJ3．已知某理想气体的摩尔定压热容为30J/(K ·mol)，若5mol 该理想气体从27℃恒压加热到327℃，求此过程的W 、Q 、△U 和ΔH 。

解： 由于是恒压过程，所以Q=Q p =ΔH =n m p c ⋅(T 2–T 1)=5mol ×30J/(K ·mol)×（600.15K-300.15K ）Q ＝ΔH ＝45000J ＝45kJΔU ＝n m V c ⋅(T 2–T 1)=n （m p c ⋅–R ）(T 2–T 1)ΔU ＝5mol ×[30J/(K ·mol)–8.314J/(K ·mol)]×（600.15K-300.15K ）ΔU ＝32529J ＝32.5kJW ＝ΔU –Q p ＝32.529kJ –45kJ ＝–12.5kJ计算的最后结果数字：Q ＝45kJ ，ΔH ＝45kJ ，△U ＝32.5kJ ，W ＝–12.5kJ 。

4．已知水的摩尔定压热容为75.3J/(K ·mol)，若将10kg 水从298K 冷却到288K ，试求系统与环境之间传递的热量。

解： n ＝molg g M m /18104=＝555.6mol Q p ＝n m p c ⋅(T 2–T 1)＝555.6mol ×75.3J/(K ·mol)（288K –298K ）Q p ＝–418333.3J ≈–418.3kJ计算的最后结果数字：n ＝555.6mol ，Q p ＝–418.3kJ 。

5．10摩尔某双原子分子理想气体，从298K ，100kPa 恒压加热到308K ，求此过程的W 、Q 、△U 和ΔH 。

解： 因为是双原子分子理想气体，所以m p c ⋅＝3.5R m V c ⋅＝2.5R则恒压过程 Q ＝Q p ＝ΔH ＝n m p c ⋅(T 2–T 1)Q ＝10mol ×3.5×8.314J/(K ·mol)（308K –298K ）＝2909.9J△U ＝n m V c ⋅(T 2–T 1)＝10mol ×2.5×8.314J/(K ·mol)（308K –298K ）△U ＝2078.5JW ＝△U –Q ＝2078.5J –2909.9J ＝–831.4J计算的最后结果数字：Q ＝2909.9J ，△U ＝2078.5J ，W ＝–831.4J 。

6．已知每小时从乙苯蒸馏塔顶冷凝为液体的乙苯有1000kg ，冷凝放热376kJ/kg ，若冷却水进出口温度分别为293K 、313K ，试求每小时所需冷却水量。