2022年《简明物理化学》第二章答案 .pdf

1.2mol 298K ，5dm3的 He(g)，经过下列可逆变化：（1）等温压缩到体积为原来的一半；（2）再等容冷却到初始的压力。求此过程的QWUHS、和。已知),(,gHeCmp20.8J?K-1?mol-1。解：体系变化过程可表示为W=W1+W2=nRTln12VV+0=28.314298ln0.5=-3435(J) Q=Q1+Q2=W1+U2=-3435+nmvC,T=-3435+nmvC,(298-298/2) =-3435+(-3716)=-7151(J) U=U1+U2=U2=-3716(J) S=S1+S2=nRln12VV+21,TTmvTdTnC=28.314ln0.5+21.58.314ln0.5 =-2818(1KJ) 2.10mol 理想气体从40冷却到20，同时体积从250dm3变化到50dm3。已知该气体的mpC,=29.20J?K-1?mol-1，求S。解：假设体系发生如下两个可逆变化过程250dm3 等温50dm3 等容50dm3 40S1 40S220S=S1+S2=nRln12VV+21,TTmvTdTnC=10Rln25050+10(29.20-8.314) ln4015.2732015.273=-147.6(1KJ) 3.2mol 某理想气体 (mpC,=29.36 J?K-1?mol-1)在绝热条件下由273.2K,1.0MPa 膨胀到 203.6K，0.1MPa 求该过程的QWUHS、和。解： 273.2K 绝热203.6K 1.0MPa 膨胀0.1MPa等温压缩等容冷却精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - - mpC,=29.3611molKJmvC,=29.36-8.314=21.0461KJ且 Q=0 U=21,TTmvdTnC=221.046(203.6-273.2)=-2930(J) W=- U=2930(J) 4.有一带隔板的绝热恒容箱，在隔板两侧分别充以不同温度的H2和 O2，且 V1=V2(见图 )，若将隔板抽去，试求算两种气体混合过程的S（假设此两种气体均为理想气体）。解：先由能量衡算求终温。O2 与H2均为双原子分子理想气体，故均有mvC,=5R/2，设终温为 T,则)(2,HCmv(293.2-T)=)(2,OCmv(T-283.2) T=288.2K 整个混合过程可分以下三个过程进行：1mol,O2,283.2K 1mol,O2,T在恒温恒压下混合达状态1mol,H2,293.2K 1mol,H2,T当过程与进行后，容器两侧气体物质的量相同，温度与体积也相同，故压力也必然相同，即可进行过程。三步的熵变分别为：S1=)(2,OCmv2.2832.288ln=2.2832.288ln314.8251KJ=0.3641KJ5.100g、10的水与 200g、40的水在绝热的条件下混合，求此过程的熵变。已知水的比热容为 4.184J?K-1?g-1。解：绝热混合0放吸QQ1mol O2 1mol H2 10,V120 ,V2 恒容 S1 恒容 S2 S3 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 吸Q=-放QC?m1(t-t1)=-C?m2(t-t2) t 为混合后的温度21002001221mmttttt-10=2(40-t) t=30 =303.15K S=10015.28315.303lnpC+20015.31315.303lnpC=1.40(1KJ) 6.过冷 CO2(l)在 59时其蒸气压为465.96kPa，而同温度下CO2(s)的蒸气压为439.30kPa。求在 59、 101.325kPa 下， 1mol 过冷 CO2(l)变成同温、同压的固态CO2(s)时过程的S，设压力对液体与固体的影响可以忽略不计。已知过程中放热189.54J?g-1. 解：CO2(l) CO2(s) 59,pG -59,pCO2(l) CO2(s) -59, p(l) -59, p(s)CO2(g) CO2(g) -59, p(l) -59, p(s) G10,G50 G2=G4=0 G=G3=)()(splpVdp =nRTln)()(lpsp=18.314214.2ln96.46530.439=-104.9J G=H-T S H=-189.54 44=-8339.76JS=(H-G)/T=2.214)9.104(76.8339=-38.51KJ7.2molO2(g)在正常沸点 182.97时蒸发为101325Pa 的气体， 求此过程的S。已知在正常沸点时 O2(l)的mvapH6.820kJ?K-1。解： O2在p， 182.97时的饱和蒸气压为101.325Pa，该相变为等温可逆相变Q=nmvapH故S=Q/T=nmvapH/T=97.18215.27310820.623=1511KJG1 G5 G2 G4 G3 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 8.1mol 水在 100及标准压力下向真空蒸发变成100及标准压力的水蒸气，试计算此过程的S，并与实际过程的热温熵相比较以判断此过程是否自发。解： S=THmvap=2.3731067.403=108.9811molKJ向真空膨胀， W=0, Q=U=H-)(pV =H-nRT=40.67 310-8.314373.2 =37.5671molkJQ/T=2.373567.37=100.6611molKJSQ/T, 所以此过程为不可逆过程9.1molH2O(l) 在 100， 101325Pa 下变成同温同压下的H2O(g) ，然后等温可逆膨胀到4104Pa，求整个过程的S。已知水的蒸发焓mvapH40.67kJ?K-1.解： W1=外pV=p(水OHMpnRT2)nRT=3.1kJ W2=nRTln21pp=8.314373.15 ln40000101325=2.883kJ 故 W=W1+W2=5.983kJ Q1=nmvapH=40.67kJ Q2=W2=2.883kJ 故 Q=Q1+Q2=40.67+2.883=43.55kJ U1=Q1-W1=37.57kJ U= U1=37.57kJ H1=nmvapH=40.67kJ H2=0 故H=H1+H2=40.67kJ S1=Q1/T=15.3731067.403=1091KJS2=nRln21pp=8.3140.93=7.731KJ故S=S1+S2=116.731KJ精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 10.1mol0， 101325Pa 的理想气体反抗恒定的外压力等温膨胀到压力等于外压力，体积为原来的 10 倍，试计算此过程的QWUHSGF、和。解： W=-外pV=-外p(V2-V1)=-外p(10V1-V1) =-109pV1=-0.9RT=-0.9 8.314273.15=-2.04kJ Q=-W=2.04kJ U=H=0 S=nRln12VV=8.314ln10=19.141KJG=H-T S=-5229J-5.23kJ F=U-T S=-5229J-5.23kJ 11.若5时， C5H6(s)的蒸气压为2280Pa，-5时 C6H6(l)凝固时mS35.65J?K-1?mol-1，放热 9874J?mol-1，试求 -5时 C6H6(l)的饱和蒸气压为多少？解：C6H6(l) C5H6(s) 5, p-5, pC6H6(l) C6H6(s) -5, p (l) -5, p(s)C6H6(g) C6H6(g) -5 , p(l) -5, p(s) G10,G50 G2=G4=0 G=G3G=H-T S=-9874-268.2(-35.65)=-312.671molJG3=)()(splpVdp =nRTln)()(lpsp=18.314268.2ln)(2280lp=-312.67 )(lp2632Pa 12.在 298K 及 101325Pa下有下列相变化：CaCO3(文石 ) CaCO3(方解石 ) G1 G5 G2 G4 G3 G精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 已知此过程的mtrsG8001molJ, mtrsV2.7513molcm。试求在298K 时最少需施加多大压力方能使文石成为稳定相？解：CaCO3(文石 ) CaCO3(方解石 ) 298K,p298K,p文石方解石298K, p298K, p设 298K,压力 p时， CaCO3(文石) CaCO3(方解石 ) 这个反应以可逆方式进行，即G2=0 mt r sG=G1+G 2+G3=ppppppppdpVdpVdpVdpV2121=ppdpVV)(21mtrsV)(pp=2.7510-6)101325(p800 p2.91108Pa 13.在3时，冰的蒸气压为475.4Pa，过冷水的蒸气压为489.2Pa，试求在 -3时 1mol 过冷H2O 转变为冰的G 。解：H2O(l) H2O(s) 3, pG -3, pH2O(l) H2O(s) -3, p (l) -3, p(s)H2O(g) H2O(g) -3 , p(l) -3, p(s) G10,G50 G2=G4=0 G=G3=)()(splpVdp =nRTln)()(lpsp=18.314270.2ln2.4894.475=-64.27J G1 G5 G2 G4 G3 G1 G3 G 2 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 14已知 298.15K 下有关数据如下：物质O2(g) )(6126sOHCCO2(g) H2O(l) mfH/J?K-1?mol-10 -1274.5 393.5 285.8 BS/J?K-1?mol-1205.1 212.1 213.6 69.9 求在 298.15K 标准状态下， 1mo l -右旋糖)(6126sOHC与氧反应的标准摩尔吉布斯自由能。解：因为化学反应一般是在恒T、恒 V 下或者在恒T、恒 p下进行，所以求化学反应的G 最基本公式应为)(TGmr=)(THmr-T)(TSmr本题求 298.15K 、标准状态下 -右旋糖的氧化反应如下: )(6126sOHC+6)(2gO6)(6)(22lOHgCO故的计算式为mrG（298.15K ）的计算式为mrG（298.15K ）=mrH(298.15K)-298.15K mrS(298.15K) 据题给数据mfH(298.15K)=)15.298(KHmfB=6mfH(H2O,l)+6mfH(CO2,g)- mfH(sOHC,6126) =6(-285.81molkJ)+6(-393.61molkJ)-(-1274.51molkJ) =-2801.3 kJ?mol-1 mrS(298.15K)= )15.298(KSmB=6mS(H2O,l)+6mS(CO2,g)-mS(),(6126sOHC-6mS(O2,g) =258.311molKJ)15.298(KGr=mrH(298.15K)-298.15K mrS(298.15K) =-2801.31molkJ-298.15K258.310-31molkJ=-2878.31molkJ298.15K 标准状态下mrmrmrSHG,精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 15 生物合成天冬酰胺的mrG为19.25kJ?mol-1，反应式为：天冬氨酸 +4NHATP天冬酰胺PPiAMP（无机焦磷酸）（0）已知此反应是由下面四步完成的：天冬氨酸ATP -天冬氨酰腺苷酸PPi(1) -天冬氨酰腺苷酸+4NH天冬酰胺AMP(2) -天冬氨酰腺苷酸OH2天冬氨酸AMP(3) ATPOH2AMPPPi(4) 已知反应 (3)和(4)的mrG分别为 41.84kJ?mol-1和 33.47kJ?mol-1，求反应 (2)的mrG值. 解：反应方程式 (1)+(2)(0) mrG(1)+mrG(2)= mrG又有反应方程式2(1)+(2)+(3)-(4)=(0) 2mrG(1)+mrG(2)+mrG(3)-mrG(4)=mrGmrG(1)+mrG(2)=-19.25 2mrG(1)+mrG(2)=-19.25-33.47+41.84 mrG(2)=-27.621molkJ16固体碘化银AgI 有 和 两种晶型，这两种晶型的平衡转化温度为146.5，由 型转化为型时，转化热等于6462J?mol-1 。试计算由 型转化为 型时的S。解：AgI( ) AgI( ) S=Q/T=mrH/T=6462/419.7=15.411molKJ17试判断在10及标准压力下，白锡和灰锡哪一种晶形稳定。已知在25及标准压力下有下列数据：物质mfH/(J?mol-1) 298,mS/(J?K-1?mol-1) mpC,/(J?K-1?mol-1) 白锡0 52.30 26.15 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 灰锡2197 44.76 25.73 解：Sn(白) Sn(灰) mrH(298.2K)=-21971molJmrS(298.2K)=44.76-52.30=-7.45 （11molKJ）mrH(283.2K)=mrH(298.2K)+2.2832.298,dTCmpr=-2197+(25.73-26.15) (283.2-298.2) =-2197+6.3=-2190.7(1molJ) mrS(283.2K)=mrS(298.2K)+dTTCpr2.2832.298=-7.45+(25.73-26.15) ln2.2982.283=-7.43(11molKJ) mrG(283.2K)=mrH(283.2K)-TmrS(283.2K) =-2190.7-283.2(-7.43) =-86.5(1molJ) Sn(白) Sn(灰) 的反应可自发进行 灰锡较白锡稳定精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 文档编码：KDHSIBDSUFVBSUDHSIDHSIBF-SDSD587FCDCVDCJUH 欢迎下载 精美文档欢迎下载 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - - -