（3） 反应 Zn(s)?2HCl(aq)?ZnCl2(aq)?H2(g)在非绝热、等压条件下进行 （4） 反应H2(g)?Cl2(g)?2HCl(g)在绝热钢瓶中进行 （5） 在273.15 K，101.325kPa下，水结成冰 答：（1）W = 0 因为是自由膨胀，外压为零。
Q = 0 理想气体分子之间的相互引力小到可以忽略不计，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变，所以不必从环境吸热。
?U = 0 因为温度不变，理想气体的热力学能仅是温度的函数。
或因为W = 0，Q = 0，所以?U = 0。
?H = 0 因为温度不变，理想气体的焓也仅是温度的函数。
或因为H?U?pV，?U = 0，?(pV)??(nRT)?0所以?H = 0。 （2）W = 0 因为是等容过程，膨胀功为零。
Q ? 0 温度升高，系统吸热。
?U ? 0 系统从环境吸热，使系统的热力学能增加。
?H ? 0 根据焓的定义式，?H??U??(pV)??U?V?p>0。
（3）W ? 0 反应会放出氢气，要保持系统的压力不变，放出的氢气推动活塞，克服外压对环境做功。
Q ? 0 反应是放热反应。
?U ? 0 系统既放热又对外做功，使热力学能下降。 ?H ? 0 因为这是不做非膨胀功的等压反应，?H = Qp 。 （4）W = 0 在刚性容器中，进行的是恒容反应，不做膨胀功。
Q = 0 因为用的是绝热钢瓶
?U = 0 根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。以后，在不考虑非膨胀功的情况下，只要是在绝热刚性容器中发生的任何变化，W，Q和?U都等于零，绝热刚性容器相当于是一个孤立系统。
?H ? 0 因为是在绝热钢瓶中发生的放热反应，气体分子数没有变化，钢瓶内的温度会升高，导致压力也增高，根据焓的定义式，可以判断焓值是增加的。 或 ?H??U??(pV)?nR?T ?T>0, ?H>0
（5）W ? 0 在凝固点温度下水结成冰，体积变大，系统克服外压，对环境做功。
Q ? 0 水结成冰是放热过程。
?U ? 0 系统既放热又对外做功，热力学能下降。
?H ? 0 因为这是等压相变，?H = Qp 。
6．在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水：(1)氢气在氧气中燃烧，(2)爆鸣反应，(3)氢氧热爆炸，(4)氢氧燃料电池。在所有反应过程中，保持反应方程式的始态和终态都相同，请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?
答：应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始、终态相同，无论经过什么途径，其变化值一定相同。这就是状态函数的性质：“异途同归，值变相等”。
7．一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。冰、雪熔化变成水流入江河，最后流入大海，一定量的水又回到了始态。问历经整个循环，这一定量水的热力学能和焓的变化是多少?
答：水的热力学能和焓的变化值都为零。因为热力学能和焓是状态函数，不论经过怎样复杂的过程，只要是循环，系统回到了始态，热力学能和焓的值都保持不变。这就是状态函数的性质：“周而复始，数值还原”。
8．在298 K，101.3 kPa压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是一个不可逆过程，试将它设计成可逆过程。
答：通常有四种相变可以近似看作是可逆过程：（1）在饱和蒸气压下的气-液两相平衡，（2）在凝固点温度时的固-液两相平衡，（3）在沸点温度时的气-液两相平衡，（4）在饱和蒸气压下的固-气两相平衡（升华）。可以将这个在非饱和蒸气压下的不可逆蒸发，通过两种途径，设计成可逆过程：
(1) 绕到沸点；将298 K，101.3 kPa压力下的水，等压可逆升温至373 K，在沸点温度下可逆变成同温、同压的蒸气，然后再等压可逆降温至298 K。
(2) 绕到饱和蒸气压；将298 K，101.3 kPa压力下的水，等温可逆降压至饱和蒸气压ps，在298 K和饱和蒸气压下，可逆变成同温、同压的蒸气，再等温可逆升压至101.3 kPa。变化的示意图如下：
究竟设计哪一种可逆途径，要根据题目的已知条件决定。
四．概念题参考答案
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) 答：(D)。热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。
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 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定
答：(C)。压缩空气冲出钢筒时，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。
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
答：(B)。空气冲入钢筒时，外面的气体对冲入钢筒的气体做功。由于冲入的速度很快，筒内的气体来不及向环境放热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会升高。
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
答：(A)。过程(1)中，系统要对外做功，W 1<0，而过程（2）是真空蒸发，W 2=0，所以W 1< W 2。过程(1)中，既要对外做功，又要保持温度不变，再加上相变所吸的热，所以Q 1> Q 2。
5．在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱，将冰箱门打开，并接通电源使冰箱工作。过一段时间之后，室内的平均气温将 ( )
(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定 答：(A)。对冰箱做的电功，全转化为热释放在房间内。
6． 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
答：(D)。热力学能是能量的一种，遵循能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。而焓虽然有能量单位，但它是定义出来的函数，不是能量，不遵循能量守衡定律，所以在孤立系统中发生的变化，ΔH的值是不确定的，要根据具体的变化过程而定。例如，在绝热钢瓶里，发生了一个气体分子数不变的放热气相反应，如H2(g)?Cl2(g)?2HCl(g)，则ΔH大于零。但是，如果发生
1的是H2(g)?O2(g)?H2O(l)，虽然反应也放热，但是由于气体分子数减少，钢瓶内的压力下降，
2ΔH会小于零。
7．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
答：(C)。理想气体分子之间的相互引力小到可以忽略不计，体积增大，分子间的势能并没有
变化，能保持温度不变
8．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
答：(C)。将状态方程改写为p(Vm?b)?RT，与理想气体的状态方程对照，说明这种气体的自身体积不能忽略，但是分子间的引力与理想气体一样，是小到可以忽略不计的。所以，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变
9．公式?H?Qp适用于下列哪个过程 （ ）
垐273K, 101.3 kPa垐(A) 理想气体作绝热等外压膨胀。 (B) H2O(s)噲垐垐垐垐垐??H2O(l)
?Cu(s) (D) 理想气体作等温可逆膨胀 (C) Cu2?(aq)?2e???答：(B)。?H?Qp的适用条件是等压和Wf?0，两个条件缺一不可。(A)中是等外压，而非等压，(C)中有电功，(D)是个不等压过程。所以，只有(B)是适用的。
10．有一个理想气体的γ =Cp/CV =1.40，则该气体为几原子分子? ( ) (A) 单原子分子 (B) 双原子分子 (C) 三原子分子 (D) 四原子分子
答：(B)。根据能量均分原理，在一般温度下，单原子分子只有3个平动自由度，所以CV,m?因为理想气体的Cp,m?CV,m?R，所以Cp,m?现在，??1.40?7，相当于CV,m555R。同理，双原子分子的CV,m?R，则Cp,m2257?R，Cp,m?R，这是双原子分子的特征。 223R。27?R。211．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)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 答：(A)。根据反应的计量方程，现在用生成物来表示反应的进度，则 显然，反应物H2(g)和Cl2(g)都是过量的。
12．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
答：(B)。ΔnRT一项来源于Δ（pV）一项，若假定气体是理想气体，在温度不变时Δ（pV）就等于ΔnRT 13． 在下述等式中，正确的是 ( )
$$$$(H2O,l)??cHm(O2,g) (B) ?fHm(H2O,g)??cHm(O2,g) (A) ?fHm$$$$(H2O,l)??cHm(H2,g) (D) ?fHm(H2O,g)??cHm(H2,g) (C) ?fHm答：(C)。根据标准摩尔燃烧焓的定义，只有(C)是正确的。因为O2(g)是助燃剂，其标准摩尔燃烧焓规定为零。H2(g)的燃烧产物是H2O(l)，而不是H2O(g)。
$(C,石墨)的值 ( ) 14．在298 K时，石墨的标准摩尔生成焓?fHm(A) 大于零 (B) 小于零
(C) 等于零 (D) 不能确定
答：(C)。根据标准摩尔生成焓的定义，稳定单质的标准摩尔生成焓规定为零。现在人为选定，将石墨作为碳的稳定单质。