2022年《物理化学》课后习题第一章答案 .pdf

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1、优秀学习资料欢迎下载习题解答第一章1 1mol 理想气体依次经过下列过程：(1)恒容下从25升温至100， (2)绝热自由膨胀至二倍体积， (3)恒压下冷却至25。试计算整个过程的Q、W、U及H。解：将三个过程中Q、U及W的变化值列表如下：过程QUW(1) )(11,初末TTCmV)(11,初末TTCmV0 (2) 0 0 0 （3）)(33,初末TTCmp)(33,初末TTCmv)(33初末VVp则对整个过程 : K15.29831末初TTK15.37331初末TTQ)(11,初末TTnCmv+0+)(33,初末TTnCmp）初末33(TTnR1 8.314 (- 75)J- 623.55J

2、 U)(11,初末 TTnCmv+0+)(33,初末TTnCmv 0 W -)(33初末VVp-）初末33(TTnR-1 8.314 (- 75)J 623.55J 因为体系的温度没有改变，所以H02 0.1mol 单原子理想气体，始态为400K、101.325kPa，经下列两途径到达相同的终态：(1)恒温可逆膨胀到10dm3，再恒容升温至610K；(2)绝热自由膨胀到6.56dm3，再恒压加热至610K。分别求两途径的Q、W、U及H。若只知始态和终态，能否求出两途径的U及H？解： (1) 始态体积1V11/ pnRT( 0.1 8.314 400/101325)dm332.8dm3W恒容恒温

3、WW0ln12VVnRT名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载( 0.1 8.314 4008.3210ln+0)J 370.7J U)(12,TTnCmV)400610(314.8231.0J 261.9JQU+W632.6JH)(12,TTnCmp)400610(314.8251.0436.4J (2) Q恒压绝热QQ0+)(12,TTnCmp463.4J U恒压绝热UU0+)

4、(12,TTnCmV261.9J H恒压绝热HH0+绝热Q463.4J WU-Q174.5J 若只知始态和终态也可以求出两途径的U及H，因为HU和是状态函数，其值只与体系的始终态有关，与变化途径无关。3.已知100， 101.325kPa 下水的mvapH40.67kJ?mol-1，水蒸气与水的摩尔体积分别为)(gVm30.19dm3?mol-1，)(lVm18.00 10-3 dm3?mol-1，试计算下列两过程的Q、W、U及H。(1)1mol 水于 100， 101.325kPa 下可逆蒸发为水蒸气；(2)1mol 水在100恒温下于真空容器中全部蒸发为蒸气，而且蒸气的压力恰好为101.3

5、25kPa。解： (1)恒压下的可逆变化QHmvapHn40.67kJ W-Vp外 -)(液气外VVp- 101325(30.19-18.00 10-3) 10-3J- 3.06kJ UQ+W( 40.67- 3.061)kJ37.61kJ (2) 向真空中蒸发，所以W0 由于两过程的始终态相同故H和U与(1) 相同QU-W37.61kJ 4.1mol 乙醇在其沸点时蒸发为蒸气，已知乙醇的蒸发热为858J?g-1， 1g蒸气的体积为607cm3，名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - -

6、- - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载忽略液体的体积，试求过程的Q、W、U及H。解：因为是恒压蒸发pQ( 46 858) J17.16kJ W)12VVp（外(- 1.013 105 670 10-6 46) J- 3.122kJ UQ+W14.04kJ 恒压过程HpQ14.04kJ 5.在 101.325kPa 下，把一块极小冰粒投入100g、 - 5的过冷水中，结果有一定数量的水凝结为冰，体系的温度则变为0。过程可看作是绝热的。已知冰的熔化热为333.5 J?g-1，在- 50之间水的比热容为4.230J?K-1?g-1。投

7、入极小冰粒的质量可以忽略不计。(1) 确定体系的初、终状态，并求过程的H。(2) 求析出冰的量。解： (1)体系初态： 100g、- 5、过冷水终态：0、冰水混合物因为是一个恒压绝热过程，所以HQ 0 (2)可以把这个过程理解为一部分水凝结成冰放出的热量用以体系升温至0。设析出冰的数量为m，则：tCmp水Hmfus100 4.230 5m 333.5 得m6.34g 6.0.500g 正庚烷放在氧弹量热计中，燃烧后温度升高3.26，燃烧前后的平均温度为25。已知量热计的热容量为8176J?K-1，计算 25时正庚烷的恒压摩尔燃烧热。解：反应方程式C7H16（l）+11O2(g) 7CO2(g)

8、+8H2O(l) 反应前后气体化学计量数之差n- 4 VQtC量热计(8176 2.94)J24.037kJ mrU243070 500100vQ.nkJ5150.88kJ mrHmrU+nRT(5150.88-48.314 298.15 10-3)kJ5141 kJ 7.B2H6(g)的燃烧反应为：B2H6(g)+3O2(g) B2O3(s)+3H2O(g)。在 298.15K 标准状态下每燃名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 -

9、- - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载烧 1mol B2H6(g)放热2020kJ，同样条件下2mol 元素硼燃烧生成1mol B2O3(s)时放热1264kJ。 求 298.15K 下 B2H6(g)的标准摩尔生成焓。 已知 25时mfH( H2O， l)- 285.83kJ?mol-1，水的mvapH44.01kJ?mol-1。解： 2mol 元素硼燃烧生成1mol B2O3(s)时放热 1264kJ，2B(s)+1.5 O2 B2O3(s) mrH- 1264kJ，此反应是B2O3(s)的生成反应，则mfH( B2O3)- 1264kJ 由反应方程式可得：mrHmfH(B2

10、O3,s)+3mfH( H2O,l)+mvapH-mfH(B2H6,g) mfH( B2H6，g)mfH(B2O3)+3(mfH（H2O，l）+mvapH)-mrHmfH(B2O3)- 1264kJ, mrH- 2020kJ 可求得mfH( B2H6，g) 30.54kJ?mol-18.试求反应CH3COOH(g) CH4( g)+ CO2(g)在 727的反应焓。已知该反应在25时的反应焓为 - 36.12kJ?mol-1。CH3COOH(g) 、CH4( g) 与 CO2(g)的平均恒压摩尔热容分别为52.3、37.7 与 31.4J?mol-1?K-1。解：反应的prC37.7+31.4

11、- 52.316.8 J?mol-1?K-1由基尔霍夫方程可得：)K1000(mrH)K298(mrH+tCp(- 36.12+16.8702 10-3)kJ?mol-1- 24.3kJ?mol-19.反应 H2(g)+2O21(g)H2O(l) ，在 298K 时，反应热为 - 285.84kJ?mol-1。 试计算反应在800K的热效应mrH(800K)。已知： H2O(l) 在 373K、p时的蒸发热为40.65kJ?mol-1；mpC,(H2)29.07- 0.84 10-3T/K mpC,(O2)36.16+0.8510-3T/K mpC,(H2O,l) 75.26 mpC,( H2

12、O,g)30.0+10.7110-3T/K mpC,单位均为J?K?mol-1，等式左边均除以该量纲。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载解：设计如下的过程：298K H2(g) + 2O21(g) H2O(l) （1）3HH2O(l) 373.15K 1H2HHv a pH2O(g) 373.15K 4H800K H2(g) + 2O21(g) H2O(g) （2）由此可得：m

13、rH(800K). mrH(298K)+3H+Hvap+4H-1H-2H- 285.84+75.26(373.15- 298) 10-3+40.65 +tt d)1071.100.30(380015.373-ttd1084.007.29(8002983）-tt d)1085.016.36(218002983J/mol- 247.4kJ?mol-110.1mol、 20、101.325kPa 的空气，分别经恒温可逆和绝热可逆压缩到终态压力506.625kPa，求这两过程的功。空气的mpC,29.1J?K?mol-1。空气可假设为理想气体。解：恒温可逆过程W)/ln(21ppnRT 8.314 2

14、93.15 ln(101325/506625)J?mol-13.922kJ?mol-1绝热可逆过程, 设终态温度为2T则rrppTT12112)(其中4. 1314.81.291.29,mVmpCCr可以求得2T464.3K 则WU)(12,TTnCmV 1 (29.1- 8.314) (464.3- 293.15)J 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载3.56kJ 11.在一

15、带理想活塞的绝热气缸中，放有2mol、298.15K 、1519.00kPa 的理想气体，分别经(1)绝热可逆膨胀到最终体积为7.59dm3；(2)将环境压力突降至506.625kPa 时，气体作快速膨胀到终态体积为7.59dm3。求上述两过程的终态2T、2p及过程的H、W。已知该气体mpC,35.90J?K?mol-1。解： (1) 111VpnRT所以33111dm26.3m)00.1519/15.298314.82(/ pnRTV对绝热可逆过程有12112(rVVTT）3.13 1 4.89.359 .35r可求得2T231.5K k Pa1.507Pa1059.75 .231314.8

16、23222VnRTpWU)(12,TTnCmV)(12,TTRCnmp- 3694J H)(12,TTnCmp 2 35.90 (231.5- 298.15)J- 4808J (2)W-Vp外 - 506.625 (7.39- 3.26)J- 2194J UW- 2194J U)(12,TTnCmV所以2T258.42K 则kPa14.566Pa1059.742.258314.823222VnRTpH)(12,TTnCmp2 35.90 (258.42- 298.15)J- 2853J 12.一摩尔单原子理想气体，从态1 经态 2、态 3 又回到态1，假设 A、B、C 三过程均为可逆过程。设气

17、体的mpC,R23。试计算各个状态的压力p并填下表。V/dm3?mol-1T/K 273 546 A C B 44.8 22.4 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载步骤过程的名称QWUA 等容可逆3405J 0 3405J B 等温可逆3146J -3146J 0 C 等压可逆-5674J 2269J -3405J 333111TVpTVp且31312,2TTVV1p3p101

18、.325kPa 222111TVpTVp且31212,TTVV2p21p13. 一摩尔单原子理想气体，始态为2 101.325kPa、11.2dm3，经pT常数的可逆过程(即过程中pT常数 )压缩到终态为4 101.325kPa，已知RCmV23，。求：(1) 终态的体积和温度。(2) 过程的U和H。(3) 体系所作的功。解：(1) K12.273314.812 .11325.1012111nRVpT由2211TpTp得，K58.136K12.273101325410132522T则33222dm8.2m101325458.136314.81pnRTV (2) U)(12,TTnCmV314.

19、823( 136.58- 273.15)J - 1703J H)(12,TTnCmp314. 825( 136.58- 273.15)J - 2838.6J (3) VpVpWdd外cnRTpnRTVnRTpV2,TcnRTVd2d名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载VpWdTcnRTTcd2TnRTd2J)12.27358.136(314.82)(212TTnRJ227014.

20、 设有压力为p、 温度为 293K 的理想气体3dm3， 在等压下加热， 直到最后的温度为353K。计 算 过 程 的W、U、H和Q。 已 知 该 气 体 的 等 压 摩 尔 热 容 为mpC,(27.28+3.2610-3T)J?K?mol-1。解：0.125molmol293314.81031013253RTpVn等压加热，则pQH21,TTmpdTnCdTT)1026.328.27(125.03532933212.5J W-Vp外-p(pnRTpnRT12) J)353293(314.8125.0)(21TTnR- 62.3J UQ+W(212.5-62.3)J150.2J名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -