物理化学课后习题集第二章规范标准答案.doc

.* 2.15 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℃,4mol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ΔH 。 已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容Cp,m分别为20.786Jmol-1K-1及24.435 Jmol-1K-1，且假设均不随温度而变。 解: 恒容绝热混合过程 Q = 0 W = 0 ∴由热力学第一定律得过程 ΔU=ΔU(Ar,g)+ΔU(Cu,s)= 0 ΔU(Ar,g) = n(Ar,g) CV,m (Ar,g)(t2－0) ΔU(Cu,S) ≈ΔH (Cu,s) = n(Cu,s)Cp,m(Cu,s)(t2－150) 解得末态温度 t2 = 74.23℃ 又得过程 ΔH =ΔH(Ar,g) + ΔH(Cu,s) =n(Ar,g)Cp,m(Ar,g)(t2－0) + n(Cu,s)Cp,m(Cu,s)(t2－150) = 2.47kJ 或 ΔH =ΔU+Δ(pV) =n(Ar,g)RΔT=48314(74.23－0)= 2.47kJ 2.17 单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5mol，摩尔分数yB=0.4，始态温度T1=400K，压力P1=200kPa，今该混合气体绝热反抗恒外压p=100kPa膨胀到平衡态，求末态温度T2及过程的W, ΔU及ΔH。 2.21 已知水(H2O,l)在100℃的饱和蒸气压ps=101.325kPa，在此温度、压力下水的摩尔蒸发焓 。求在100℃,101.325kPa下使1kg水蒸气全部凝结成液体水时的W，Q，ΔU，ΔH和ΔH。设水蒸气适用理想气体状态方程式。 解: 题给过程的始末态和过程特性如下： n = m/M = 1kg/18.015gmol-1 = 55.509mol 题给相变焓数据的温度与上述相变过程温度一致，直接应用公式计算 W=－pambΔV =－p(Vl-Vg )≈pVg = ng RT=172.2kJ ΔU = Qp + W =－2084.79kJ 2.24蒸气锅炉中连续不断地注入20℃的水，将其加热并蒸发成180℃，饱和蒸气压为1.003Mpa的水蒸气。求每生产1kg水蒸气所需要的热量。 已知：水(H2O,l)在100℃的摩尔蒸发焓，水的平均摩尔定压热容，水蒸气(H2O,g)的摩尔定压热容与温度的函数关系见附录。 解: 2.26 已知水(H2O,l)在100℃的摩尔蒸发焓,水和水蒸气在25～100℃范围间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：由已知温度的相变焓求未知温度的相变焓，常压下对气体摩尔焓的影响通常可以忽略，可直接应用p68公式(2.7.4) 2.30 2.31 2.33 2.34 2.38 某双原子理想气体1mol从始态350K,200kPa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） 恒温下可逆膨胀到50kPa； （2） 恒温反抗50kPa恒外压不可逆膨胀； （3） 绝热可逆膨胀到50kPa； （4） 绝热反抗50kPa恒外压不可逆膨胀。 解: 双原子理想气体 n = 5mol； CV,m =（ 5/2）R； Cp,m = （7/2）R 2.39 5mol双原子理想气体从始态300K,200kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50kPa，再绝热可逆压缩到末态压力200kPa。求末态温度T及整个过程的W，Q，ΔUΔH和ΔH。 解: 理想气体连续pVT变化过程. 题给过程为 由绝热可逆过程方程式得 1) ΔH 和 ΔU 只取决于始末态,与中间过程无关 ΔH = n Cp,mΔT = n Cp,m(T3-T1) = 21.21kJ ΔU = n CV,mΔT = n CV,m(T3-T1) = 15.15kJ W2 =ΔU = n CV,mΔT = n CV,m(T3-T2) = 15.15kJ ∴ W = W1 + W2 = －2.14kJ 3) 由热力学第一定律得 Q =ΔU－W = 17.29kJ