物理化学热力学第一定律习题答案.doc

第二章 热力学第一定律2-1 1mol理想气体于恒定压力下升温1，试求过程中气体及环境交换的功W。解：体系压力保持恒定进行升温，即有P外=P，即反抗恒定外压进行膨胀，2-2 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a的Qa=2.078kJ，Wa= -4.157kJ；而途径b的Qb= -0.692kJ。求Wb。解：应用状态函数法。因两条途径的始末态相同，故有Ua=Ub，则 所以有，2-3 4mol 某理想气体，温度升高20，求H -U的值。解： 方法一： 方法二：可以用H=U+(PV)进行计算。2-4 某理想气体。今有该气体5 mol 在恒容下温度升高50，求过程的W，Q，H 和U。解：恒容：W=0；根据热力学第一定律，：W=0，故有Q=U=3.118kJ2-5 某理想气体。今有该气体5 mol 在恒压下温度降低50，求过程的W，Q，H 和U。解： 2-6 1mol 某理想气体，。由始态100 kPa，50 dm3，先恒容加热使压力升高至200 kPa，再恒压泠却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的W，Q，H 和U。解：整个过程示意如下：2-7 4 mol 某理想气体，。由始态100 kPa，100 dm3，先恒压加热使体积升增大到150 dm3，再恒容加热使压力增大到150kPa。求过程的W，Q，H 和U。解：过程为2-8 单原子理想气体A及双原子理想气体B的混合物共10 mol，摩尔分数yB=0.4，始态温度T1=400 K，压力p1=200 kPa。今该混合气体绝热反抗恒外压p=100 kPa膨胀到平衡态。求末态温度T2及过程的W，U，H。解：先求双原子理想气体B的物质的量：n（B）=yB×n=0.4×10 mol=4 mol；则单原子理想气体A的物质的量：n（A）=（10-4）mol =6 mol单原子理想气体A的，双原子理想气体B的过程绝热，Q=0，则 U=W代入得 T2= 331.03KH还可以由分别计算HA和HB之后求和。（请同学们自行计算）2-9 在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板的两侧分别为2mol，0的单原子理想气体A及5mol ，100的双原子理想气体B，两气体的压力均为100 kPa。活塞外的压力维持 100kPa不变。今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气体混合达到平衡态。求末态温度T及过程的W，U。解：单原子理想气体A的，双原子理想气体B的因活塞外的压力维持 100kPa不变，过程绝热恒压，Q=Qp=H=0，于是有于是有 22.5T=7895.875K 得 T=350.93K 2-10 求1mol N2（g）在300K恒温下从2 dm3 可逆膨胀到40 dm3这一过程的体积功Wr，Q，U及H。假设N2（g）为理想气体。解：由于N2（g）视为理想气体,则理想气体恒温可逆膨胀功为= -1×8.3145×300×ln（40÷2）J = -7472J = -7.472 kJU=0，H=0，（恒温，理想气体）U=Q+W 所以Q= -W= 7.472 kJ2-11 某双原子理想气体10 mol 从始态350K，200 kPa经过如下四个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功W。（1）恒温可逆膨胀到50 kPa；（2）恒温反抗50 kPa恒外压不可逆膨胀；（3）绝热可逆膨胀到50kPa；（4）绝热反抗50 kPa恒外压不可逆膨胀。解：（1）理想气体恒温可逆膨胀到50 kPa：（2）恒温反抗50 kPa恒外压不可逆膨胀:（3）绝热可逆膨胀到50kPa: 绝热，Q=0，（4）绝热反抗50 kPa恒外压不可逆膨胀绝热，Q=0， 上式两边消去nR并代入有关数据得3.5T2=2.75×350K 故 T2=275K2-12 0.5 mol 双原子理想气体1mol 从始态300K，200 kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50kPa，再绝热可逆压缩末态压力200 kPa。求末态温度T及整个过程的Q，W，U及H。解：整个过程如下理想气体绝热可逆过程：恒温可逆膨胀过程：因是理想气体，恒温，U恒温=H恒温=0绝热可逆压缩：Q=0，故故整个过程：W=Wr+W绝= （-1.729+1.515）kJ=0.214 kJU=Ur+U绝=（0+1.515）=1.515kJH=Hr+H绝=（0+2.121）=2.121kJ2-13 已知水（H2O，l）在100的饱和蒸气压p*=101.325 kPa，在此温度、压力下水的摩尔蒸发焓。求在100，101.325 kPa 下使1 mol水蒸气全部凝结成液体水时的Q，W，U及H。设水蒸气适用理想气体状态方程。解：凝结过程为 H（凝结）= H（蒸发）2-14 100 kPa 下，冰（H2O，s）的熔点为0，在此条件下冰的摩尔熔化焓。已知在-100范围内过泠水（H2O，l）和冰的摩尔定压热容分别为Cp，m（H2O，l）=76.28和Cp，m（H2O，s）=37.20。求在常压条件下10时过泠水结冰的摩尔凝固焓。解： H1，m H3，m2-15 25下，密闭恒容的容器中有10g 固体萘C10H8（s）在过量的O2（g）中完全燃烧成CO2（g）和H2O（l）。过程放热401.727 kJ。求（1）的反应进度；（2）C10H8（s）的； （3）C10H8（s）的。解：（1）M萘=128.173，反应进度：（2）C10H8（s）的：Qv=U= -401.727 kJ每摩尔萘的恒容恒温燃烧热为(压力变化对燃烧热基本无影响，因为温度未变，dU=CvdT公式具有普适性，适用于气、液、固) （3）所以本题所给反应的标准摩尔反应焓为2-16 已知25甲酸乙酯（HCOOCH3，l）的标准摩尔摩尔燃烧焓为-979.5 ，甲酸（HCOOH，l）、甲醇（CH3OH，l）、水（H2O，l）及二氧化碳（CO2，g）的标准摩尔生成焓数据分别为-424.72，-238.66，-285.83及-393.509。应用这些数据求25时下列反应的标准摩尔反应焓。解：（1）先求。燃烧反应 + 2×- =（反应热即为燃烧热）所以有= + 2×- =2×（-393.509）+2×（-285.83）-（-979.5）kJ·mol-1 = - 379.178 kJ·mol-1（2） =（-379.178）+（-285.83）-（-424.72）-（-238.66）kJ·mol-1 = - 1.628 kJ·mol-12-18 容积为0.1m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0，4 mol 的Ar（g）及150，2mol 的Cu（s）。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度t及过程的H。 已知：Ar（g）和Cu（s）的摩尔定压热容Cp，m分别为20.786及24.435，且假设均不随温度而变。解：用符号A代表Ar（g），B代表Cu（s）;因Cu是固体物质，Cp，mCv，m；而Ar（g）：过程恒容、绝热，W=0，QV=U=0。显然有得所以，t=347.38-273.15=74.232-32 已知水（H2O，l）在100的摩尔蒸发焓，水和水蒸气在25100的平均摩尔定压热容分别为和。求在25时水的摩尔蒸发焓。解： H1，m H3，m第 5 页