物化作业课后答案.doc

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1、1 第一章 化学热力学基础 1-1 气体体积功的计算式 dV P W e ?-= 中,为什么要用环境的压力e P ?在什么 情况下可用体系的压力体P ? 答: 在体系发生定压变化过程时,气体体积功的计算式 dV P W e ?-= 中, 可用体系的压力体P 代替e P 。 1-2 298K 时,5mol 的理想气体,在(1)定温可逆膨胀为原体积的 2 倍; ( 2 ) 定压下加热到373K ;(3)定容下加热到373K 。已知 C v,m = 28.28Jmol -1K -1。 计算三过程的Q 、W 、U 、H 和S 。 解 (1) U = H = 0 kJ V V nRT W Q 587.8

2、2ln 298314.85ln 1 2=?=-= 11 282.282ln 314.85ln -?=?=?K J V V nR S (2) kJ nC Q H m P P 72.13)298373(,=-=? kJ nC U m V 61.10)298373(,=-=? W = U Q P = - 3.12 kJ 112,07.41298 373ln )314.828.28(5ln -?=+?=?K J T T nC S m P (3) kJ nC Q U m V V 61.10)298373(,=-=? kJ nC H m P 72.13)298373(,=-=? W = 0 112,74.

3、31298 373ln 28.285ln -?=?=?K J T T nC S m V 1-3 容器内有理想气体,n=2mol , P=10P ,T=300K 。求 (1) 在空气中膨胀了1dm 3, 做功多少? (2) 膨胀到容器内压力为 lP ,做了多少功?(3)膨胀时外压总比气体的压力小 dP , 问容器内气体压力降到 lP 时,气体做多少功? dV p dl A p dl f W ?=?=?=外外外 解:(1)此变化过程为恒外压的膨胀过程,且Pa P e 510= J V P W e 1001011035-=?-=?-=- (2)此变化过程为恒外压的膨胀过程,且Pa P e 510=

4、n R T P n R T P n R T P V V P V P W e 109)10( )(12-=-=-=?-= J 6.4489300314.8210 9-=?-= (3) V n R T P dP P P e =-= 1 221ln ln 12121P P nRT V V nRT dV V nRT dV P W V V V V e =-=-=? kJ P P 486.11101ln 300314.82-=?= 1-4 1mol 理想气体在300K 下,1dm 3定温可逆地膨胀至10dm 3,求此过程的 Q 、 W 、U 及H 。 解: U = H = 0 J V V nRT W Q

5、1.574310ln 300314.81ln 1 2=?=-= 1-5 1molH 2由始态25及P 可逆绝热压缩至 5dm -3, 求(1)最后温度;(2)最 后压力; ( 3 ) 过程做功。 解:(1) 351 1178.2410298314.81-=?=dm P nRT V 12,12ln ln T T C V V R m V -= 298 ln 314.82578.245ln 314.82T ?-= K T 3.565 2= (2) Pa V nRT P 53222104.910 53.565314.81?=?=- (3) )2983.565(314.85.21)(12,-?-=-=?

6、-=T T nC U W m V J 8.5555-= 1-6 40g 氦在3P 下从25加热到50,试求该过程的H 、U 、Q 和W 。设氦是理想 气体。( He 的M=4 gmol -1 ) 解: J nC Q H m P P 3.519625314.82 5440)298323(,=?=-=? J nC U m V 8.311725314.82 3440)298323(,=?=-=? W = U Q P = -2078.5J 1-7 已知水在100 时蒸发热为2259.4 Jg -1,则100时蒸发30g 水,过程的U 、H 、 Q 和W 为多少?(计算时可忽略液态水的体积) 解: mo

7、l n 67.118 30= J H Q 67782304.2259=?=?= J nRT PV V V p W g l g 9.5178373314.867.1)(-=?-=-=-= J W Q U 1.62603=+=? 1-8 298K 时将1mol 液态苯氧化为CO 2 和 H 2O ( l ) ,其定容热为 -3267 kJmol -1 , 求定 压反应热为多少? 解: C 6H 6 (l) + 7.5O 2 (g) 6CO 2 (g) +3 H 2O ( l ) kJ g RT Q Q B V P 7.327010)5.76(298314.83267)(3-=?-?+-=+=- 1

8、-9 300K 时2mol 理想气体由ldm -3可逆膨胀至 10dm -3 ,计算此过程的嫡变。 解: 11 229.3810ln 314.82ln -?=?=?K J V V nR S 1-10.已知反应在298K 时的有关数据如下 C 2H 4 (g) + H 2O (g) C 2H 5OH (l) f H m ? /kJmol -1 52.3 -241.8 -277.6 C P , m / JK -1mol -1 43.6 33.6 111.5 计算(1)298K 时反应的r H m ? 。 (2)反应物的温度为288K ,产物的温度为348K 时反应的r H m ? 。 解(1) r

9、 H m ? = -277.6 + 241.8 - 52.3 = -88.1 kJmol -1 (2) 288K C 2H 4 (g) + H 2O (g) C 2H 5OH (l) 348K H 1 H 2 H 3 298K C 2H 4 (g) + H 2O (g) C 2H 5OH (l) 298K r H m ? = r H m ? ( 298K ) + H 1 + H 2 + H 3 = -88.1 + ( 43.6 + 33.6 ) (298-288) + 111.5( 348-298) = - 81.75 kJmol -1 1-11 定容下,理想气体lmolN 2由300K 加热

10、到600K ,求过程的S 。 已知11,)006.000.27(2-?+=mol K J T C N m P 解: T R C C m P m V 006.069.18,+=-= ?+=?600 300006.069.18dT T T S 175.14)300600(006.0300600ln 69.18-?=-+=K J 1-12 若上题是在定压下进行,求过程的嫡变。 解: ?+=?600 300006.000.27dT T T S 151.20)300600(006.0300600ln 00.27-?=-+=K J 1-13 101.3kPa 下,2mol 甲醇在正常沸点337.2K 时气

11、化,求体系和环境的嫡变各为多少? 已知甲醇的气化热H m = 35.1kJmol -1 解: 132.2082 .337101.352-?=?=?=?K J T H n S m 体系 12.2082.337351002-?-=?-=?-= ?K J T H n S m 环境环境 1-14 绝热瓶中有373K 的热水,因绝热瓶绝热稍差,有4000J 的热量流人温度为298K 的 空气中,求(1)绝热瓶的S 体;(2)环境的S 环;(3)总熵变S 总。 解:近似认为传热过程是可逆过程 172.103734000-?-=-=?K J S 体系 142.132987 4000-?=?K J S 环境

12、S 总 = S 体 + S 环 = 2.70JK -1 1-15 在298K 及标准压力下,用过量100%的空气燃烧 1mol CH 4 , 若反应热完全用于加热 产物,求燃烧所能达到的最高温度。 CH 4 O 2 CO 2 H 2O (g) N 2 f H m ? /k J mol -1 -74.81 0 -393.51 - 241.82 C P , m / JK -1 mol -1 28.17 26.75 29.16 27.32 解; 空气中 n (O 2) = 4mol , n (N 2) = n (O 2) (79%21%)= 15mol CH 4(g) +2 O 2 CO 2 (g)

13、 + 2H 2O (g) r H m ? ( 298K ) = 2(-241.82) + (-393.51) (-74.81) = - 802.34 kJ 反应后产物的含量为: O 2 CO 2 H 2O (g) N 2 n / mol 2 1 2 15 - 802.34103 + ( 228.17+ 1527.32 + 26.75 + 229.16 )(T-298) = 0 T = 1754K 1-16 298K , P 下,金刚石、石墨的有关数据如下 ?c Hm /kJmol-1 S m /JK-1mol-1 /kgm -3 金刚石 -395.40 2.377 3513 石墨 -393.5

14、1 5.740 2260 讨论:(1) 298K , P 下,石墨能否转变为金刚石? (2) 用加热或加压的方法能否使石墨转变为金刚石, 并计算转变条件. 解:(1) ?r S m (体系) = 2.377 5.740 = -3.363 JK -1 ?r H m = -393.51-(-395.40) = 1.89 kJ ?S (环境) = -1.89103 / 298 = -6.342 JK -1 ?S = ?r S m (体系) + ?S(环境) = -9.705 JK -1 0 因此在298K , P 下,石墨不能转变为金刚石. (2) 由于?r S m 0 , 则?r G m 在任意温度下都大于零,因此,不能通过升 温的方法使石墨转变为金刚石。 因为 且 , 当压力增大时,可以使 V P G T =?)(m T m r V P G ?=?)(0?m V 0?m r G G P m r ?