第五版物理化学第三章习题答案.docx

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1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第三章热力学其次定律3.1卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。求（1） ）热机效率。（2） ）当向环境作功时，系统从高温热源吸取的热及向低温热源放出的热。解：卡诺热机的效率为依据定义3 2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：（1） ）热机效率。（2） ）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热解： 1由卡诺循环的热机效率得出（2）3 3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求（ 1）热机效率。（ 2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。解 ： （1）可

2、编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -23 4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不行逆热机与卡诺机联合操作时，如令卡诺可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结热机得到的功Wr 等于不行逆热机作出的功W。假设不行逆热机的热机效率大于卡诺热机可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结效率，其结果必定是有热量从低温热源流向高温热源，而

3、违反势热力学其次定律的克劳修斯说法。证： （反证法）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设ir r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结不行逆热机从高温热源吸热，向低温热源放热，对环境作功就逆 向 卡 诺 热 机 从 环 境 得 功从 低 温 热 源吸 热向 高 温 热 源放 热就如使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不行逆热机从高温热源吸取的热相等，即总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境作功，违反了热力学其次定律的开尔文说法，同样也就违反了克劳修斯说法。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2

4、页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3 5 高温热源温度，低温热源温度，今有 120KJ 的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程。解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程3.6 不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。求以下三种情形下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。（1） ）可逆热机效率。（2） ）不行逆热机效率。（3） ）不行逆热机效率。解：设热机向低温热源放热，依据热机效率的定义因此，上面三种过程的总熵变分别为。3.7

5、 已知水的比定压热容。今有 1 kg，10的水经以下三种不同过程加热成 100的水，求过程的。（ 1）系统与 100的热源接触。（ 2）系统先与 55的热源接触至热平稳，再与100的热源接触。（ 3）系统先与 40， 70的热源接触至热平稳，再与100的热源接触。解：熵为状态函数，在三种情形下系统的熵变相同在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 -

6、 - - - - - - - - - - -3.8 已知氮（ N2, g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为将始态为 300 K， 100 kPa 下 1 mol 的 N2g置于 1000 K 的热源中，求以下过程（1）经恒压过程。（ 2）经恒容过程达到平稳态时的。解：（ 1）在恒压的情形下可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -（ 2）在恒容情形

7、下，将氮（N2, g）看作抱负气体将代替上面各式中的，即可求得所需各量3.9 始态为，的某双原子抱负气体1 mol，经以下不同途径变化到，的末态。求各步骤及途径的。（ 1） 恒温可逆膨胀。（ 2）先恒容冷却至使压力降至100 kPa，再恒压加热至。（ 3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa ，再恒压加热至。解：（ 1）对抱负气体恒温可逆膨胀，U = 0 ，因此（2）先运算恒容冷却至使压力降至100 kPa，系统的温度 T:（3）同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa 时系统的温度 T:依据抱负气体绝热过程状态方程，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选

8、 - - - - - - - - - -第 5 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -各热力学量运算如下3.10 1mol 抱负气体在 T=300K 下，从始态 100KPa 到以下各过程，求及。（1） ）可逆膨胀到压力50Kpa。（2） ）抵抗恒定外压 50Kpa，不行逆膨胀至平稳态。（3） ）向真空自由膨胀至原体积的2 倍311 某双原子抱负气体从始态，经不同过程变化到下述状态，求各过程的解： （1） 过程（ 1）为 PVT 变化过程可编辑资料 - -

9、 - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -（ 2）（ 3）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.122 mol 双原子抱负气体从始态300 K，503，先恒容加热至400 K，再恒压加热至体可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dm积增大到 100 dm3，求整个过程的。解：过程图示如下先求出末态的温度因此，可编辑资料 - - - 欢迎下载精

10、品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3 134mol 单原子抱负气体从始态750K，150KPa，先恒容冷却使压力降至50KPa，再恒温可逆压缩至100KPa，求整个过程的解：ab可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎

11、下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.14 3mol 双原子抱负气体从始态，先恒温可逆压缩使体积缩小至， 再恒压加热至，求整个过程的及。解：ab可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 9 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.15 5 mol 单原子抱负气体，从始态300 K，50 kPa 先绝热可逆压缩至100 kPa，再

12、恒压冷却至体积为 85dm3 的末态。求整个过程的Q，W ， U， H 及 S。3.16 始态 300K，1MPa 的单原子抱负气体2mol，抵抗 0.2MPa 的恒定外压绝热不行逆膨胀至平稳态。求过程的解：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 10 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.17 组成为的单原子气体 A 与双原子气体 B 的抱负气体混合物共10 mol ，从始态，绝热

13、可逆压缩至的平稳态。求过程的。解：过程图示如下混合抱负气体的绝热可逆状态方程推导如下可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 11 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -简单得到3.18 单原子气体 A 与双原子气体 B 的抱负气体混合物共8 mol，组成为，始态。今绝热抵抗恒定外压不行逆膨胀至末态体积的平稳态。求过程的。解：过程图示如下先确定末态温度，绝热过程，因此可编辑资料 - - -

14、 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 12 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.19 常压下将 100 g，27的水与 200 g，72的水在绝热容器中混合，求最终水温t 及过程的熵变。已知水的比定压热容。解：320将温度均为 300K，压力均为 100KPa 的 100的的恒温恒压混合。求过程，假设和均可认为是抱负气体。解：3.21 绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板一侧为 2mol 的 200K

15、， 的单原子抱负气体 A，另一侧为 3mol 的 400K，100 的双原子抱负气体 B。今将容器中的绝热隔板撤去， 气体 A 与气体 B 混合达到平稳态，求过程的 。解：ABn=2moln=3moln=2+3mol可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 13 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -T=200KT=400KT=. V=V=V=绝热恒容混合过程， Q = 0, W = 0

16、U = 0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结An ACV ,m T2 200）nBCV ,m T 2 400）= 0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B32 R25T2200） 3 2R T2 400）= 0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结T2 = 342.86K注：对抱负气体，一种组分的存在不影响另外组分。即A 和 B 的末态体积均为容器的体积。3.22 绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板两侧均为 N2g。一侧容积 50 dm3，内有 200 K的 N2g 2 mol。另一侧容积为 75 dm3,

17、内有 500 K 的 N2g 4 mol。N2g可认为抱负气体。今将容器中的绝热隔板撤去，使系统达到平稳态。求过程的。解：过程图示如下同上题，末态温度T 确定如下经过第一步变化，两部分的体积和为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 14 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -即，除了隔板外，状态2 与末态相同，因此留意21 与 22 题的比较。3.23甲醇（）在 101.325KPa

18、下的沸点（正常沸点）为，在此条件下的摩尔蒸发焓，求在上述温度、压力条件下，1Kg 液态甲醇全部成为甲醇蒸汽时解：。3.24常压下冰的熔点为0，比熔化焓，水的比定压热熔。在一绝热容器中有1 kg，25的水，现向容器中加入0.5 kg，0的冰，这是系统的始态。求系统达到平稳后，过程的。解：过程图示如下将过程看作恒压绝热过程。由于1 kg ，25的水降温至0为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 15 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归

19、纳 - - - - - - - - - - - -只能导致克冰融解，因此3 25常 压 下 冰 的 熔 点 是， 比 熔 化 焓， 水 的 比 定 压 热 熔，系统的始态为一绝热容器中1kg，的水及 0.5kg的冰，求系统达到平稳态后，过程的熵。解：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 16 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.27 已知常压下冰的熔点为0，摩尔熔化焓，苯的熔点为

20、 5.51，摩尔熔化焓。液态水和固态苯的摩尔定压热容分别为及。今有两个用绝热层包围的容器，一容器中为 0的 8 mol H2Os与 2 mol H2Ol 成平稳，另一容器中为 5.510的 5 mol C6 H 6l 与 5 mol C6H 6s成平稳。现将两容器接触，去掉两容器间的绝热层，使两容器达到新的平稳态。求过程的。解：粗略估算说明， 5 mol C6H 6l完全凝固将使8 mol H2Os完全熔化，因 此，过程图示如下可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 17 页，共 38 页 - - - - - - - - -

21、 -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -总的过程为恒压绝热过程，3.28 将装有 0.1 mol 乙醚 C2 H52Ol 的小玻璃瓶放入容积为10 dm3 的恒容密闭的真空容器 中，并在 35.51的恒温槽中恒温。 35.51为在 101.325 kPa 下乙醚的沸点。 已知在此条件下乙醚的摩尔蒸发焓。今将小玻璃瓶打破，乙醚蒸发至平稳态。求（ 1）乙醚蒸气的压力。（ 2）过程的。解：将乙醚蒸气看作抱负气体，由于恒温可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - -

22、- - -第 18 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -各状态函数的变化运算如下H H 1 H 2S S1 S2忽视液态乙醚的体积可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 19 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -23.30. 容积为 20 dm3

23、 的密闭容器中共有2 mol HO成气液平稳。已知80， 100下水的饱和蒸气压分别为及， 25 水的摩尔蒸发焓。水和水蒸气在25 100 间的平均定压摩尔热容分别为和。今将系统从 80的平衡态恒容加热到100。求过程的。解：先估算 100 时，系统中是否存在液态水。设终态只存在水蒸气，其物质量为n, 就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 20 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -

24、明显，只有一部分水蒸发，末态仍为气液平稳。因此有以下过程：设立如下途径第一步和第四步为可逆相变，其次步为液态水的恒温变压，第三步为液态水的恒压变温。先求 80和 100时水的摩尔蒸发热 :可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 21 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.31. O 2g的摩尔定压热容与温度的函数关系为已知 25 下 O2g的标准摩尔熵。求 O2g在 100， 50

25、kPa下的摩尔规定熵值。解：由公式3.32. 如参与化学反应的各物质的摩尔定压热容可表示为试推导化学反应的标准摩尔反应熵与温度 T 的函数关系式，并说明积分常数如何确定。解：对于标准摩尔反应熵，有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 22 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -式中3.33. 已知 25时液态水的标准摩尔生成吉布斯函，水在 25时的饱和蒸气压。求 25时水蒸气的标准摩尔

26、生成吉布斯函数。解：恒温下可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 23 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.34. 100的恒温槽中有一带有活塞的导热圆筒，筒中为2 mol N2g及装与小玻璃瓶中的 3 mol H2Ol 。环境的压力即系统的压力维护120 kPa 不变。今将小玻璃瓶打碎，液态水蒸发至平稳态。求过程的。已知：水在 100时的饱和蒸气压为，在此条件下水的摩尔蒸发焓。可

27、编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 24 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.35. 已知 100水的饱和蒸气压为101.325 kPa，此条件下水的摩尔蒸发焓。在置于 100恒温槽中的容积为100 dm3 的密闭容器中，有压力 120 kPa 的过饱和蒸气。此状态为亚稳态。今过饱和蒸气失稳，部分凝结成液态水达到热力学稳固的平稳态。求过程的。解：凝结蒸气的物质量为热力学各量运算如

28、下可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 25 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.36 已知在 101.325 kPa 下，水的沸点为 100，其比蒸发焓。已知液态水和水蒸气在100 120范畴内的平均比定压热容分别为：及。今有 101.325 kPa 下 120的 1 kg 过热水变成同样温度、压力下的水蒸气。设计可逆途径，并按可逆途径分别求过程的及。解：设计可逆途径如下可编辑

29、资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 26 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -3.37 已知在 100 kPa 下水的凝固点为0，在-5 ，过冷水的比凝固焓，过冷水和冰的饱和蒸气压分别为，。今在 100 kPa下，有 -5 1 kg 的过冷水变为同样温度、压力下的冰，设计可逆途径，分别按可逆途径运算过程的及。解：设计可逆途径如下可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名

30、师精选 - - - - - - - - - -第 27 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -其次步、第四步为可逆相变，第一步、第五步为凝结相的恒温变压过程，因此3.38 已知在 -5，水和冰的密度分别为和。在-5，水和冰的相平稳压力为59.8 MPa。今有 -C 的 1 kg 水在 100 kPa 下凝固成同样温 度下的冰，求过程的。假设，水和冰的密度不随压力转变。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 28 页，共 38 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳