热力学第一定律(田).doc

第一章热力学第一定律
1. 一隔板将一刚性绝热容器分为左右两侧,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。若以全部气体作为系统,则DU、Q、W为正?为负?或为零?
解:以全部气体为系统,经过所指定的过程,系统既没有对外作功,也无热传递。所以W、Q和均为零。
,气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R。
解:因为是理想气体的等压过程,所以:
。
(1)Q、W、Q + W、△U是否已完全确定;
(2)若在绝热条件下,使系统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)和完全确定,因为,而Q及W与过程有关,只有始、终态是不能确定的。
(2)Q、W、及均确定,因为Q=0,。
、W、△U、△H为正、为负还是为零?
(1)理想气体自由膨胀。
(2)理想气体等温可逆膨胀。
(3)理想气体绝热、反抗等外压膨胀。
(4)水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态,以水蒸气为系统。
(5)水(,)→冰(,)
(6)在充满氧的定容绝热反应器中,石墨剧烈燃烧,以反应器及其中所有物质为系统。
解:(1)因为pe=0,所以W=0;又因为Q =0,所以。
(2)因为理想气体等温可逆膨胀,所以,,而。
(3)因为绝热 Q = 0; W=-pe, ,故 W < 0;;又因为,所以。
(4)系统对外作功,故W<0;因系统经循环后恢复原态,状态函数都恢复原值,所以,;又据,所以。
(5),因为冰的体积大于水的体积,即Vs>V1,所以W<0;又因为水凝固放热,故Q <0;则;。
(6)因为绝热、等容,所以Q =0,W=0,则;系统内发生反应C(s) + O2(g) → CO2(g),由反应式可见,系统内的气体分子数保持不变,但随着反应的绝热进行,系统的温度升高,压力增大,而体积不变,因此:
,,,故。
×103 kg·m-3,现有1mol的水发生如下变化:
(1)、,且水蒸气可视为理想气体;
(2)、。
试求上述过程系统所作的体积功。
解:设水的密度和温度无关。
(1)

=-3100J
(2)
=-
:
(1)
(2)
(3);
(4)和
(5)
(6)
(7)
(8)
:
(1)封闭系统、非体积功为零。
(2)封闭系统、平衡态。
(3),封闭系统、平衡态,不作非体积功,等压过程。
,封闭系统、平衡态,不作非体积功,等容过程。
(4)封闭系统,平衡态,不作非体积功,状态连续变化的等压过程,对于理想气体状态变化时适用于除等温过程以外的一切过程。
(5)封闭系统、平衡态、不作非体积功,理想气体等温可逆过程。
(6)封闭系统、平衡态、不作非体积功,等外压过程。
(7)封闭系统、平衡态、不作非体积功,理想气体绝热可逆过程。
(8)封闭系统、平衡态、不作非体积功,理想气体绝热过程。
:
(1)状态固定后,状态函数都固定,反之亦然。
(2)状态函数改变后,状态一定改变。
(3)状态改变后,状态函数一定都改变。
(4)因为, ,所以、是特定条件下的状态函数。
(5)气缸内有一定量的理想气体,反抗一定外压作绝热膨胀,则。
(6)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,必须从外界吸收能量。
(7)系统从状态Ⅰ变化到状态Ⅱ,若则,无热量交换。
(8)在等压下,机械搅拌绝热容器中的液体,使其温度上升,则。
(9)理想气体绝热变化中,,所以绝热可逆和绝热不可逆过程的功相等。
(10)一封闭系统,当始终态确定后,若经历一个绝热过程,则功有定值;
(11)一封闭系统,当始终态确定后,若经历一个等容过程(设非体积功为零),则Q有定值;
(12)若经历一个等温过程,则热力学能有定值。
解:(1)对。(2)对。(3)错。(4)错。
(5)错。这是一个等外压过程,不是等压过程,绝热膨胀时,
Q=0,不是Qp=0。绝热膨胀后,p2 < p1,T2 < T1,理想气体的焓是温度的函数,该过程中ΔH < 0。
(6)错。(7)错。(8)错。因非体积功不为零,故ΔH≠0。
(9)错。从同一始态出发,静绝热可逆和绝热不可逆两条途径不可能到达同一温度的终态。
(10)对。(11)对。(1