医药学中物理化学的课后习题答案
第二章 热力学第一定律 三.思考题参考答案
1.判断下列说法是否正确,并简述判断的依据。
(1)状态给定后,状态函数就有定值;状态函数固定后,状态也就固定了。
(2)状态改变后,状态函数一定都改变。
(3)因为?U?QV, ?H?Qp,所以QV, Qp是特定条件下的状态函数。
(4)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,必须从外界吸收热量。
(5)在等压下,用机械搅拌某绝热容器中的液体,使液体的温度上升,这时?H?Qp?0。
(6)某一化学反应在烧杯中进行,热效应为Q1,焓变为?H1。若将化学反应安排成反应相同的可逆电池,使化学反应和电池反应的始态和终态都相同,这时热效应为Q2,焓变为?H2,则?H1??H2。
答:(1)对。因为状态函数是状态的单值函数,状态固定后,所有的状态函数都有定值。反之,状态函数都有定值,状态也就被固定了。
(2)不对。虽然状态改变后,状态函数会改变,但不一定都改变。例如,系统发生了一个等温过程,体积、压力等状态函数发生了改变,系统的状态已与原来的不同,但是温度这个状态函数没有改变。
(3)不对。热力学能U和焓H是状态函数,而?U,?H 仅是状态函数的变量。QV和Qp仅在特定条件下与状态函数的变量相等,所以QV和Qp不可能是状态函数。
(4)不对。系统可以降低自身的热力学能来对外做功,如系统发生绝热膨胀过程。但是,对外做功后,系统自身的温度会下降。
(5)不对。因为环境对系统进行机械搅拌,做了机械功,这时Wf?0,所以不符合?H?Qp的使用条件。使用?H?Qp这个公式,等压和Wf?0,这两个条件一个也不能少。
(6)对。因为焓H是状态函数,只要反应的始态和终态都相同,则焓变的数值也相同,与反应具体进行的途径无关,这就是状态函数的性质,“异途同归,值变相等”。但是,两个过程的热效应是不等的,即Q1?Q2。
2.回答下列问题,并简单说明原因。
(1)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?
(2)Zn与盐酸发生反应,分别在敞口和密闭的容器中进行,哪一种情况放的热更多一些?
(3)在一个用导热材料制成的圆筒中,装有压缩空气,圆筒中的温度与环
医药学中物理化学的课后习题答案
境达成平衡。如果突然打开筒盖,使气体冲出,当压力与外界相等时,立即盖上筒盖。过一会儿,筒中气体的压力有何变化?
(4)在装有催化剂的合成氨反应室中,N2(g)与H2(g)的物质的量之比为
垐?1:3,反应方程式为N2(g)?3H2(g)噲?2NH3(g)。分别在温度为T1和T2的条件下,实验测定放出的热量对应为Qp(T1)和Qp(T2)。但是用Kirchhoff定律计算时
?rHm(T2)??rHm(T1)???rCpdT
T1T2计算结果与实验值不符,试解释原因。
答:(1)可逆热机的效率虽高,但是可逆过程是一个无限缓慢的过程,每一步都接近于平衡态。所以,用可逆热机去牵引火车,在有限的时间内是看不到火车移动的。所以,可逆功是无用功,可逆热机的效率仅是理论上所能达到的最高效率,使实际不可逆热机的效率尽可能向这个目标靠拢,实际使用的热机都是不可逆的。
(2)当然在密闭的容器中进行时,放的热更多一些。因为在发生反应的物质的量相同时,其化学能是一个定值。在密闭容器中进行时,化学能全部变为热能,放出的热能就多。而在敞口容器中进行时,一部分化学能用来克服大气的压力做功,余下的一部分变为热能放出,放出的热能就少。
(3)筒中气体的压力会变大。因为压缩空气冲出容器时,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。当盖上筒盖又过了一会儿,筒内气体通过