第3節(jié)熱力學定律與能量守恒1.(多選)下面關于熵的說法中正確的是(ABD)A.熵是系統(tǒng)內分子運動無序性的量度B.在自然過程中一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小C.熱力學第二定律也叫做熵減小原理D.熵值越大代表越無序E.一個宏觀狀態(tài)所對應的微觀態(tài)越多,越無序,熵越小解析:一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行,這就是熱力學第二定律的微觀意義,系統(tǒng)的熱力學過程就是大量分子向無序程度大的狀態(tài)變化的過程.自然過程的方向性可以表述為:在任何自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小,因此熱力學第二定律又稱為熵增加原理.故A,B,D正確,C,E錯誤.2.(多選)下列說法正確的是(ABE)A.外界對氣體做功,氣體的內能不一定增加B.氣體在等溫膨脹的過程中一定從外界吸收了熱量C.機械能不可能全部轉化為內能,內能也不可能全部轉化為機械能D.理想氣體的溫度變化時,其分子平均動能和分子間勢能也隨之改變E.已知阿伏加德羅常數和某物質的摩爾質量,一定可以求出該物質的分子質量解析:做功和熱傳遞都能改變物體的內能,A正確;氣體在等溫膨脹的過程中,對外界做功,而內能不變,則一定吸收了熱量,B正確;機械能可以全部轉化為內能,C錯誤;理想氣體的溫度變化時,其分子平均動能也隨之改變,理想氣體不考慮分子勢能,D錯誤;已知阿伏加德羅常數和摩爾質量,由m=可求出分子質量,E正確.3.(多選)二氧化碳是導致“溫室效應”的主要原因之一,人類在采取節(jié)能減排措施的同時,也在研究控制溫室氣體的新方法,目前專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術.在某次實驗中,將一定質量的二氧化碳氣體封閉在一可自由壓縮的導 熱容器中,將容器緩慢移到海水某深處,氣體體積減小為原 來的一半,不計溫度變化,則此過程中(ABE)A.外界對封閉氣體做功B.封閉氣體向外界傳遞熱量C.封閉氣體分子的平均動能增大D.封閉氣體從外界吸收熱量E.封閉氣體的壓強增為原來的2倍解析:因為氣體的溫度不變,所以氣體分子的平均動能不變,選項C錯誤;氣體體積減小,外界對氣體做功,選項A正確;由熱力學第一定律可得,封閉氣體將向外界傳遞熱量,選項D錯誤,B正確,由玻意耳定律可知,選項E正確.4.(2019·云南師大附中月考)(多選)下列說法正確的是(BDE)A.一定質量的理想氣體經過等容過程,吸收熱量,其內能不一定增加B.自然發(fā)生的熱傳遞 過程是向 著分子熱運動無序性增大的方向進行的C.容器內有一定質量的理想氣體,體積保持不變,單位體積內分子數不變,溫度升高,單位時間內撞擊器壁單位面積上的分子數不變D.食鹽晶體中的鈉、氯離子按一定規(guī)律分布,具有空間上的周期性E.第二類永動機雖不違背能量守恒定律,但也是不可能制成的解析:一定質量的理想氣體經過等容過程,吸收熱量,沒有對外做功,根據熱力學第一定律可知,其內能一定增加,故A錯誤;根據熱力學第二定律可知,自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的,故B正確;容器內的一定質量的理想氣體,體積保持不變,單位體積內分子數不變,溫度升高,分子的平均動能增大,則平均速率增大,單位時間內撞擊器壁單位面積上的分子數增多,故C錯誤;食鹽晶體中的鈉、氯離子按一定規(guī)律分布,具有空間上的周期性,故D正確;第二類永動機雖不違背能量守恒定律,但違背熱力學第二定律,仍不可能制成,故E正確.5.(多選)下列說法中正確的是(ABE)A.電冰箱把熱量從低溫物體向高溫物體傳遞,是因為其消耗了電能B.空調機在制冷過程中,從室內吸收的熱量少于向室外放出的熱量C.科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機D.對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少,形成“能源危機”E.第二類永動機不能制成的原因是違反了熱力學第二定律解析:熱力學第二定律有兩種表述:第一是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,即自發(fā)熱傳遞具有方向性,選項A中熱量從低溫物體傳到高溫物體是電冰箱工作的結果,選項A正確;第二是不可能從單一熱庫吸收熱量,使之完全變?yōu)楣?而不產生其他影響,即第二類永動機不存在,選項B,E正確,C錯誤;由能量守恒定律知,能量總是守恒的,只是存在的形式不同,選項D錯誤.6.(2018·甘肅一診)(多選)下列有關熱學的敘述正確的是(BCD)A.布朗運動是指懸浮在液體中的花粉分子的無規(guī)則運動B.隨著分子間距離的增大,若分子間的相互作用力先增大后減小,此時分子間的作用力一定表現為引力C.熱力學第一定律和熱力學第二定律是互不矛盾的D.一定質量的理想氣體在等溫變化時,其內能一定不改變E.熱量可以從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化解析:布朗運動是指花粉顆粒的無規(guī)則運動,不是花粉分子的無規(guī)則運動,故A錯誤;隨著分子間距離的增大,若分子間的相互作用力先增大后減小,說明分子間距離大于平衡距離,此時分子間的作用力表現為引力,故B正確;熱力學第一定律是能量守恒定律的一種形式,熱力學第二定律指出一切與熱現象有關的宏觀過程具有方向性,它們不矛盾,故C正確;理想氣體分子間的相互作用力不計,分子間沒有勢能,因此一定質量的理想氣體的內能僅由分子動能決定,分子動能大小的宏觀表現為溫度的高低,故D正確;熱量可以由低溫物體傳到高溫物體,但要引起其他變化,故E錯誤.7.(多選)對一定質量的理想氣體,下列現象可能發(fā)生的有(BCE)A.外界對氣體做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強降低B.氣體從外界吸熱,氣體的溫度降低,氣體的壓強降低C.氣體對外界做功,氣體的溫度升高,氣體的壓強不變D.氣體向外界放熱,氣體的溫度不變,氣體的壓強不變E.氣體經歷一緩慢的絕熱膨脹過程,氣體分子的平均動能減小解析:外界對氣體做功,說明氣體體積減小,氣體的溫度升高,根據理想氣體狀態(tài)方程=C,則壓強p一定增大,選項A錯誤;氣體從外界吸熱,溫度降低,根據熱力學第一定律氣體一定對外界做了功,即體積增大,根據理想氣體狀態(tài)方程,V增大,T降低,則p一定降低,選項B正確;氣體對外界做功,氣體的溫度升高,根據理想氣體狀態(tài)方程,V增大,T升高,則p可能不變,選項C正確;氣體向外界放熱,氣體的溫度不變,根據熱力學第一定律,外界對氣體做了功,即體積減小,根據理想氣體狀態(tài)方程,V減小,T不變,壓強必然增大,選項D錯誤;絕熱膨脹,Q=0,對外做功W<0,內能必然減少,不考慮氣體的分子勢能,分子平均動能一定減小,選項E正確.8. (2019·河北衡水月考)某同學估測室溫的裝置如圖所示,汽缸導熱性能良好,用絕熱的活塞封閉一定質量的理想氣體.室溫時氣體的體積V1=66 mL,將汽缸豎直放置于冰水混合物中,穩(wěn)定后封閉氣體的體積V2=60 mL.不計活塞重力及活塞與缸壁間的摩擦,室內大氣壓p0=1.0×105 Pa. (1)根據題干條件可得室溫是多少?(2)上述過程中,外界對氣體做的功是多少?解析:(1)設室溫為T1,則=又T2=273 K代入數據解得T1=300.3 K即t1=27.3 .(2)外界對氣體做的功W=p0·V解得W=0.60 J.答案:(1)27.3 (2)0.60 J9. (多選)如圖所示,有一開口向上、導熱性能良好的汽缸置于水平地面上,汽缸內封閉有一定質量的理想氣體.現在活塞上施加一豎直向下的外力,使活塞緩慢下降.設外界大氣壓和環(huán)境溫度不變.在活塞緩慢下移的過程中,對于汽缸內的氣體,下列說法正確的是(BCD)A.單位時間內撞擊單位面積器壁的分子數逐漸減小B.氣體的壓強逐漸增大C.氣體分子的平均動能不變D.氣體不斷向外界放出熱量E.氣體的內能逐漸增加解析:汽缸導熱性能良好,汽缸內封閉氣體的溫度與環(huán)境溫度相同,對活塞施加向下的壓力F時,氣體等溫壓縮,體積減小,由理想氣體狀態(tài)方程可知氣體的壓強增大,由于分子密度增大,單位時間內撞擊單位面積器壁的分子數增加,故A錯誤,B正確;溫度是氣體分子平均動能的標志,溫度不變,氣體分子的平均動能不變,故C正確;由于氣體溫度不變,故氣體的內能不變,氣體體積減小,外界對氣體做功,根據U=W+Q可知氣體向外界放出熱量,故D正確,E錯誤.10. (2019·廣西桂林模擬)(多選)一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經歷了三個過程ab,bc,ca回到原狀態(tài),其V-T圖像如圖所示,pa,pb,pc分別表示狀態(tài)a,b,c的壓強,下列判斷正確的是(ABE)A.過程ab中氣體一定吸熱B.pc=pb>paC.過程bc中分子勢能不斷增大D.過程bc中每一個分子的速率都減小E.過程ca中氣體吸收的熱量等于對外界做的功解析:由a到b,氣體做等容變化,溫度升高,內能增大,根據U=Q+W,故氣體一定吸熱,選項A正確;由a到b為等容變化,溫度升高,壓強變大,故pb>pa,由b到c是等壓變化,故pc=pb,選項B正確;理想氣體沒有分子勢能,故選項C錯誤;由b到c,溫度降低,分子的平均動能降低,平均速率減小,但不是每一個分子的速率都減小,故選項D錯誤;由c到a,氣體發(fā)生等溫膨脹,內能不變,氣體對外做功,吸收熱量,根據U=Q+W,氣體吸收的熱量等于對外做的功,故選項E正確.11. (2019·曲師大附中模擬)一定質量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B再變化到狀態(tài)C,其狀態(tài)變化過程的pV圖像如圖所示.已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27 .(1)求該氣體在狀態(tài)B,C時的溫度;(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中是吸熱還是放熱?傳遞的熱量是多少?解析:(1)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B做等容變化,由查理定律有=解得TB=200 K,即tB=-73 ;氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C做等壓變化,由蓋呂薩克定律有=,解得TC=300 K,即tC=27 .(2)因為狀態(tài)A和狀態(tài)C溫度相等,且理想氣體的內能是所有分子的動能之和,溫度是分子平均動能的標志,所以在這個過程中U=0,由熱力學第一定律U=Q+W得Q=-W.在整個過程中,氣體在B到C過程對外做功,故W=-pBV=-200 J.即Q=-W=200 J,是正值,所以氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C過程中是吸熱,吸收的熱量Q=200 J.答案:(1)-73 27 (2)吸收熱量200 J12.如圖所示,ABC為粗細均勻的“L”形細玻璃管,A端封閉,C端開口.開始時AB豎直,BC水平,BC內緊靠B端有一段長l1=30 cm的水銀柱,AB內理想氣體長度l2=20 cm.現將玻璃管以B點為軸在豎直面內逆時針緩慢旋轉90°,使AB水平.環(huán)境溫度不變,大氣壓強p0=75 cmHg,求:(1)旋轉后水銀柱進入AB管的長度;(2)玻璃管旋轉過程中,外界對封閉氣體做正功還是做負功?氣體吸熱還是放熱?解析:(1)對封閉氣體,初態(tài)壓強為p0,末態(tài)為p1,設玻璃管截面積為S,水銀進入AB管的長度為x,根據玻意耳定律p0Sl2=p1S(l2-x)又p1=p0+pl1-px代入數據得x=5 cm.(2)外界對氣體做正功,而氣體的溫度不變,則內能不變,由熱力學第一定律可知,氣體放熱.答案:(1)5 cm(2)正功放熱13.(2019·湖南師大附中模擬)如圖所示,一個內壁光滑的圓柱形汽缸,高度為L、底面積為S,缸內有一個質量為m的活塞,封閉了一定質量的理想氣體.溫度為熱力學溫度T0時,用繩子系住汽缸底,將汽缸倒過來懸掛起來,汽缸處于豎直狀態(tài),缸內氣體高為L0.已知重力加速度為g,大氣壓強為p0,不計活塞厚度及活塞與缸體的摩擦,求:(1)采用緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離,缸內氣體的溫度至少要升高到多少?(2)從開始升溫到活塞剛要脫離汽缸,缸內氣體壓力對活塞做功多少?(3)當活塞剛要脫離汽缸時,缸內氣體的內能增加量為U,則氣體在活塞下移的過程中吸收的熱量為多少?解析:(1)氣體等壓變化,由蓋呂薩克定律得=解得T=.(2)對活塞,由平衡條件得mg+pS=p0S氣體對活塞做的功為W=pS(L-L0)解得W=(p0S-mg)(L-L0).(3)由熱力學第一定律得U=W+Q,又外界對氣體做功W=-W氣體吸收的熱量Q=U+(p0S-mg)(L-L0).答案:(1)T0(2)(p0S-mg)(L-L0)(3)U+(p0S-mg)(L-L0)- 6 -