2011热力学考试题 - 下载本文

一.单选题 (30题、每题2分、共60分)

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)

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 (C) 降低

(B) 升高

(D) 无法判定

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

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

5. 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

6.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

7.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

8.公式?H?Qp适用于下列哪个过程 ( )

273K, 101.3 kPa??(A) 理想气体作绝热等外压膨胀。 (B) H2O(s)????????????????H2O(l)

?Cu(s) (D) 理想气体作等温可逆膨胀 (C) Cu(aq)?2e??9.有一个理想气体的γ =Cp/CV =1.40,则该气体为几原子分子? ( )

2?? (A) 单原子分子 (C) 三原子分子

(B) 双原子分子 (D) 四原子分子

10.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) 1

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 11.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

12. 在下述等式中,正确的是 ( )

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

$$$$(H2O,l)??cHm(H2,g) (D) ?fHm(H2O,g)??cHm(H2,g) (C) ?fHm$13.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

$?114.在298 K和标准压力下,已知?cHm(C,石墨)??393.5 kJ?mol,

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

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

15.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

16.理想气体在等温条件下反抗恒定外压膨胀,该变化过程中系统的熵变?Ssys及环境的熵变?Ssur应为: ( )

(A) ?Ssys>0,?Ssur=0 (B) ?Ssys<0,?Ssur=0 (C) ?Ssys>0,?Ssur<0 (D) ?Ssys<0,?Ssur>0

?1?1 2

17.在绝热条件下,用大于气缸内的压力迅速推动活塞压缩气体,气体的熵变:( ) (A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能确定

18.H2(g)和O2(g)在绝热钢瓶中反应生成水的过程 ( ) (A) ΔH = 0

(B) ΔU = 0

(C) ΔS = 0 (D) ΔG = 0

19.在273.15 K和101 325 Pa条件下,水凝结为冰,系统的下列热力学量中,何者一定为零? ( )

(A) ΔU (C) ΔS

(B) ΔH

(D) ΔG

20.一定量的理想气体向真空作绝热膨胀,体积从V1变到V2,则熵变的计算公式为 ( )

(A)?S?0

(B)?S?nRlnV2V1

(C)?S?nRlnp2p1 (D)无法计算

21.在对N2(g)和O2(g)的混合气体进行绝热可逆压缩,系统的热力学函数变化值在下列结论正确的是: ( )

(A) ΔU = 0 (C) ΔS = 0

(B) ΔA = 0 (D) ΔG = 0

22.1 g纯的H2O(l)在 373 K,101.3 kPa的条件下,可逆汽化为同温同压的H2O(g),热力学函数的变量为 ΔU1,ΔH1和 ΔG1;现把1 g纯的H2O(l)(温度、压力同上),放在373 K 的恒温真空箱中,控制体积,使系统终态的蒸气压也为101.3 kPa,这时热力学函数

变量为ΔU2,ΔH2和 ΔG2。这两组热力学函数的关系为: ( ) (A) ΔU1> ΔU2, ΔH1> ΔH2, ΔG1> ΔG2 (B) ΔU1< ΔU2, ΔH1< ΔH2, ΔG1< ΔG2 (C) ΔU1= ΔU2, ΔH1= ΔH2, ΔG1= ΔG2

(D) ΔU1= ΔU2, ΔH1> ΔH2, ΔG1= ΔG2

23. 298 K时,1 mol 理想气体等温可逆膨胀,压力从1 000 kPa变到100 kPa,系统的Gibbs自由能的变化值为 ( ) (A) 0.04 kJ (B) ?12.4 kJ (C) 5.70 kJ (D) ?5.70 kJ

24.对于不做非膨胀功的隔离系统,熵判据为: ( ) (A)(dS)T,U?0 (B)(dS)p,U?0 (C)(dS)T,p?0 (D)(dS)U,V?0

3

25.甲苯在101.3 kPa时的正常沸点为110℃,现在将1 mol甲苯放入与110℃的热源接触的真空容器中,控制容器的容积,使甲苯迅速气化为同温、同压的蒸气。如下描述该过程的热力学变量正确的是 ( )

(A)?vapU?0 (C)?vapS?0

(B)?vapH?0 (D)?vapG?0

26. 某实际气体的状态方程为pVm?RT??p,其中?为大于零的常数,该气体经等温可逆膨胀后,其热力学能将 ( ) (A) 不变 (B) 增大 (C) 减少 (D) 不能确定

27.在封闭系统中,若某过程的?A?Wmax,应满足的条件是 ( ) (A)等温、可逆过程 (C)等温、等压、可逆过程

(B)等容、可逆过程 (D)等温、等容、可逆过程

答:(A)。在等温、可逆过程中,Helmholtz自由能的变化值就等于对环境做的最大功,

包括膨胀功和非膨胀功,这就是将Helmholtz自由能称为功函的原因。在定义Helmholtz自由能时,只引入了等温的条件。

28. 热力学第三定律也可以表示为 ( ) (A) 在0 K时,任何晶体的熵等于零 (B) 在0 K时,任何完整晶体的熵等于零 (C) 在0 ℃时,任何晶体的熵等于零

(D)在0 ℃时,任何完整晶体的熵等于零

29.纯H2O(l)在标准压力和正常沸点时,等温、等压可逆汽化,则 ( ) (A) ΔvapU?=ΔvapH?,ΔvapA?=ΔvapG?,ΔvapS?> 0

(B) ΔvapU?<ΔvapH?,ΔvapA?<ΔvapG?,ΔvapS?> 0

?????

(C) ΔvapU>ΔvapH,ΔvapA>ΔvapG,ΔvapS< 0

(D) ΔvapU?<ΔvapH?,ΔvapA?<ΔvapG?,ΔvapS?< 0

30.在 -10℃、101.325kPa下,1mol水凝结成冰的过程中,下列哪个公式仍适用

( )

(A) ?U = T?S

(B) ?S??H??GT

(C) ?H = T?S + V?p (D) ?GT,p = 0

二、过程设计题与计算题(共40分)

1.请将下面不可逆过程设计为可逆过程,并写出过程△S 、△H、△G的计算公式

(每题5分;共 20分)

(1)理想气体从压力P1向真空膨胀至P2;

(2)理想气体从P1V1T1经绝热不可逆变化到 P2V2T2 ; (3)101.325Kpa,298K 1mol Hg(l)汽化为蒸气Hg(g)。 已知Hg(l)在 101.325Kpa时沸点为630K;

(4)373K,101.325Kpa下,1mol H2O变为同温度下0.4×101.325Kpa的水蒸气.

4

(设水蒸气为理想气体)

2.苯的正常沸点为 353 K,摩尔气化焓ΔvapHm= 30.77 kJ?mol-1。今在 353 K和标准压力下,将1mol 液态苯向真空等温汽化为同温同压的苯蒸气(设为理想气体)。试计算: (1) 该过程中苯吸收的热量Q和做的功W 。

(2) 苯的摩尔气化Gibbs自由能ΔvapGm和摩尔气化熵ΔvapSm 。 (3) 环境的熵变。

(4) 使用哪种判据,可以判别上述过程可逆与否?并用计算结果进行判别。(10分) 解: (1) 真空汽化 W = 0

Q??U??H??(pV)??H??nRT

?30.77 kJ?1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?353 K?27.84 kJ

(2) 设液态苯在同温、同压下可逆蒸发为气,这是可逆相变,?vapGm?0

QRT?vaHpT30.77 kJ?mol353 K?1 ?vapSm??m??87.2 J?K?1?mol

?1 (3) 系统的不可逆热效应,对环境来说可以看作是可逆的

?vapSsur??Q1T??27.84 kJ?mol353 K?1??78.9 J?K?1

(4) 用熵判据来判断过程的可逆性

?Siso??vapSm??vapSsur?8.3 J?K?1>0 所以,过程为不可逆的自发过程。

3. 煤、燃料油里总有一些含硫杂质,当它们燃烧时有SO2和S O3生成。请通过热力学计算,说明

(1) P? ,298.15K时,能否用生石灰CaO吸收SO3气体?

(2) P?, 燃烧炉温约为1200℃,在此条件下,能否用生石灰CaO吸收烟道废气中的SO3,以减

少烟道废气对空气的污染?(假设此化学反应的熵变和焓变不随温度变化)。 (10分)

已知: CaO吸收SO3气体的化学反应方程式为: CaO(S)+ S O3(g)→ CaSO4(S)

?

一些标准热力学函数(P ;298.15K)如下: 热力学函数 △f Hm / KJ mol-1 Sm / J K-1 mol-1

5

S O3(g) -396 257 CaO(S) -635 40 CaSO4(S) -1434 107