热力学第一定律 习题(2)

W、Q的数值不同，但焓是状态函数，而状态函数的变化与过程无关。即△H1=△H2。

【2】回答下列问题。

（1）在盛水槽中放置一个盛水的封闭试管，加热盛水槽中之水，使其达到沸点。试问试管

中的水是否会沸腾，为什么？

（2）夏天将室内电冰箱的门打开，接通电源并紧闭门窗（设墙壁、门窗都不传热），能否

使室内温度降低，为什么？

（3）可逆热机的效率最高，在其他条件都相同的前提下，用可逆热机去牵引火车，能否使

火车的速度加快，为什么？

（4）Zn与稀硫酸作用，（a）在敞口的容器中进行；(b)在密闭的容器中进行。哪一种情况

放热较多，为什么？

（5）在一铝制筒中装有压缩空气，温度与环境平衡。突然打开筒盖，使气体冲出，当压力

与外界相等时，立即盖上筒盖，过一会儿，筒中气体压力有何变化？

（6）在N2和N1的物质的量之比为1 ：3的反应条件下合成氨，实验测得在温度T1和T2

时放出的热量分别为QP（T1）和QP（T2），用Kirchhoff定律验证时，与下述公式的计算结果不符，试解释原因。△rHm(T2)=△rHm(T1)+ ?T2

T1?rCPdT

（7）从同一始态A出发，经历三种不同途径到达不同的终态：（1）经等温可逆过程从A→B；

（2）经绝热可逆过程从A→C；（3）经绝热不可逆过程从A→D。试问：

（a）若使终态的体积相同，D点应位于BC虚线的什么位置，为什么？

（b）若使终态的压力相同，D点应位于BC虚线的什么位置，为什么，参见图2.16。

hv（8）在一个玻璃瓶中发生如下反应：H2(g)?Cl2(g)???

2HCl(g)

pp

(b)12(a)

图 2.16

反应前后T,p,V均未发生变化，设所有的气体都可以看作是理想气体。因为理想气体的热力

学能仅是温度的函数，U=U（T），所以该反应的△U=0。这个结论对不对？为什么？

【答】（1）不会，因为要使液体沸腾，必须有一个大于沸点的环境热源，而槽中水的温度

与试管中水的沸点温度相同无法使其沸腾。

（2）不能，因为将室内看成是一个绝热的封闭体系，接通电源后相当于环境对体系做电功

Wf，QV=0；We=0; △U=QV+ We+ Wf= Wf＞0,所以室内温度将会升高，而不是降低。

（3）不能，因为可逆热机的效率是指热效率，即热转换为功的效率，而不是运动速率，热

力学没有时间的坐标，所以没有速度的概念，而可逆途径的特点之一就是变化无限缓慢，所以只能使火车的速度减慢而不能加快火车的速度。

（4）在密闭的容器中放热较多，因为Zn与稀硫酸作用，在敞口的容器中进行时放出的热

为QP，在密闭的容器中进行时放出的热为QV，而QP=QV+△n(RT)，△n=1，QP和QV均为负值，所以|QV|＞|QP| 。

（5）压缩空气突然冲出筒外，可视为决热膨胀过程，终态为室内气压pθ ，筒内温度降低，

盖上筒盖，过一会儿，温度升至室温，压力大于pθ 。

（6） Kirchhoff定律中的△rHm(T2)和△rHm(T1)是按反应计量系数完全进行到底，即ξ=1mol

时的热效应，实验测得的热量是反应达到平衡时放出的热量，即ξ＜1mol，它们之间的关系为△rHm =△rH /ξ ，所以△rH 的值不符合Kirchhoff定律。

（7）从同一始态出发经一绝热可逆膨胀过程和一经绝热不可逆膨胀过程，当到达相同的终

态体积V2或相同的终态压力p2时，绝热可逆过程比绝热不可逆过程作功大，又因为W（绝热）=CV（T2-T1），所以T2（绝热不可逆）大于T2（绝热可逆），在V2相同时，p=nRT/V,则p2（绝热不可逆）大于 p2（绝热可逆）。在终态p2相同时，V =nRT/p ，V2（绝热不可逆）大于 V2（绝热可逆）。

不可逆过程与等温可逆过程相比较：由于等温可逆过程温度不变，绝热膨胀温度下降，所以T2（等温可逆）大于T2（绝热不可逆）；在V2相同时， p2（等温可逆）大于 p2（绝热不可逆）。在p2相同时，V2（等温可逆）大于 V2（绝热不可逆）。

综上所述，从同一始态出发经三种不同过程，

当V2相同时，D点在B、C之间，p2（等温可逆）＞p2（绝热不可逆）＞ p2（绝热可逆）

当p2相同时，D点在B、C之间，V2（等温可逆）＞ V2（绝热不可逆）＞V2（绝热可逆）。

（8）由热力学第一定律：dU??Q??W??Q??We??Wf，而?Q?0，体积没有变，

所以?We?0，?Wf为非体积功，在该反应中h?为光能，是另一种形式的功，所以dU?0，所以该判断不对。

【3】.可逆过程有哪些基本特征？请识别下列过程中哪些是可逆过程。

（1）摩擦生热；

（2）室温和大气压力（101.3 kPa）下，水蒸发为同温、同压的气；

（3）373K和大气压力（101.3kPa）下，水蒸发为同温、同压的气；

（4）用于电池使灯泡发光；