物理化学计算题1(8页).doc

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1、-物理化学计算题1-第 8 页一、1 mol理想气体由1013.25 kPa，5 dm3，609.4 K反抗恒外压101.325 kPa膨胀至40 dm3，压力等于外压，求此过程的W、Q、U、H、S、A、G。已知CV,m=12.5 Jmol1K1；始态熵值S1=200 JK1。解：二、始态为T1=300 K，p1=200 kPa的某双原子理想气体1 mol，经先绝热可逆膨胀使压力降到100 kPa，再恒压加热到T2=300 K，p2=100 kPa的终态，求整个过程的Q，U，H，S，G。解：恒外压Qr=01mol 理想气体T3=300KP3 = 200 kPa1mol 理想气体T2 = P2

2、= 100 kPa1mol 理想气体T1=300Kp1 = 200 kPa等温四、甲醇（CH3OH）在 101.325 kPa 下的沸点（正常沸点）为 64.65，在此条件下的摩尔蒸发焓vapHm=35.32kJmol-1。求在上述温度压力条件下，1 kg 液态甲醇全部成为甲醇蒸气时的Q、W、U、H，S及G。视甲醇蒸气为理想气体。解：根据题意可知，此蒸发过程是在相变温度及其平衡压力下进行的可逆相变化过程，若视甲醇蒸气为理想气体，且忽略液态甲醇的体积，则有 三、1 mol，25 、p的过冷水蒸气在p 下变为同温同压下的水，求过程的W，U，H，S，G。已知25 时水的饱和蒸汽压力为3167 Pa；

3、25 时水的凝聚焓。1 mol, H2O(g)25 , p 1 mol, H2O(l)25 , p 1 mol, H2O(g)25 ,3167 Pa1 mol, H2O(l)25 ,3167 Pa解： H2，S2H1，S1 H相变，S相变 （水的可逆相变过程） (纯凝聚相物质的G随压力变化很小) 六、苯的正常沸点353 K下的vapHm=30.77 kJmol1，今将353 K及101.325 kPa下的1 mol苯液体向真空蒸发为同温同压的苯蒸气（设为理想气体）。（1）试求算在此过程中苯吸收的热Q与做的功W；（2）求苯的摩尔气化熵vapSm及摩尔气化吉布斯函数vapGm；（3）求环境的熵变S

4、amb；（4）应用有关原理判断上述过程是否为可逆过程；（5）298K时苯的饱和蒸汽压是多大。解：（1）向真空蒸发，p=0, 所以W=0； （2） vapGm =0 （3）求环境的熵变Samb （4），所以上述过程不是可逆过程；（5）298K时苯的饱和蒸汽压是多大。 p2=14.63kPa五、设在273.15 K和1.0106 Pa压力下，取10.0 dm3单原子理想气体，用下列几种不同方式膨胀到末态压力为1.0105 Pa:(1)恒温可逆膨胀；(2)绝热可逆膨胀；(3)在外压恒定为1.000105 Pa下绝热膨胀。试计算上述各过程的Q、W、U、H、S。(1). 解：该过程的始末状态如下： 等温

5、可逆膨胀 根据理想气体性质， 在无化学变化、无相变化的等温过程中，根据热一律 = 23.03kJ(2) 绝热可逆过程始末态如下： 理想气体 理想气体 首先利用过程方程求出末态温度，因为只要确定了，则Q、W、U、H、S便可求出。根据题给数据，则 = 绝热指数 由绝热可逆方程 解出（3）绝热恒外压过程 n=4.403mol 理想气体 绝热 Q=0 n=4.403mol 理想气体 T1=273.15K, V1 T2= ， V2 p1=1000000Pa 恒外压膨胀 p2=100000Pa 因为过程是一个绝热不可逆过程， 因此不能应用绝热可逆过程方程来确定系统的末态。但可适用。且理想气体绝热恒外压过程

6、中 ，故有： 代入题给数据解得 七、 理想气体反应在298K时的热力学数据如下： 物质 C2H4(g) H2O(g) C2H5OH(g) 219.6 188.72 282.6 52.26 241.82 235.1.若已知：物质 C2H4(g) H2O(g) C2H5OH(g) 43.56 33.58 65.44 试求373K时的解：.因为 ，移相积分得由移相积分得八、某二元凝聚相图如下图所示，其中C为不稳定化合物。（1） 标出数字所示各相区的稳定相态； （2） 画出a，b和c三条虚线所示的步冷曲线，并描述步冷曲线转折点的相变化情况。（3） 相图中两条三相线的自由度数各是多少？并写出其三相的相平

7、衡关系式。解：(1) 1. l 2. l+A(s) 3. A(s) +C(s) 4. l+C(s) 5. l+B(s) 6. B(s) +C(s) (2) 见右图 (3) 相图中两条三相线的自由度数各是0与0。三相线的相平衡关系：上面的三相线 l+A(s) C(s) 下面的三相线 l B(s) +C(s) 九、某二元凝聚相图如下图所示。(1) 标出数字所示各相区的稳定相态； (2) 画出a，b和c三条虚线所示的步冷曲线，并描述步冷曲线转折点的相变化情况。(3) 相图中三相线的自由度数是多少？并写出其三相的相平衡关系式。解：(1) 1. l+A(s) 2. l+a (s) 3. A(s) +a(

8、s) 4. a(s) (2) 见右图 (3) 相图中三相线的自由度数为0。l A(s) +a(s) 十、某二元凝聚相图如下图所示，其中C为稳定化合物。(1)标出数字所示各相区的稳定相态； (2)画出a，b两条虚线所示的步冷曲线，并描述步冷曲线转折点的相变化情况。(3)当沿着a线冷却到c点时，系统中存在那两相？两相物质的质量比如何表示(用线段长度表示)？ 解：(1) 1. l 2. l+A (s) 3. C(s) +l 4. C(s) +l 5. B(s) + C(s) 6. B(s) +l(2) 见右图 (3) 当沿着a线冷却到c点时，系统中存在A(s) + C(s)两相。两相物质的质量比为m

9、A(s) / mC(s) = 。二十二、电池|电动势与温度的关系为写出电池反应(电子得失数为Z=2)。计算时该反应的 (Z=2)解：写出电池反应：阳极反应： 阴极反应： 电池反应： 计算25该反应的、及电池恒温可逆放电时的。 = 1.51710-4V/K =+=63.14kJ/mol = =8.730 kJ/mol二十三、电池|测得查得25，写出电池反应。计算25时电池反应的，并指明电池反应能否自动发生。阳极反应： 阴极反应：电池反应： 该电池反应能自发进行。二十四、电池|测得，温度系数，查得，写出电池反应（电子得失数为Z=2）。求上述反应的和平衡常数。解：阳极反应：Zn= Zn2+(Zn2+

10、)=0.0004+2e-阴极: 2AgCl(s) + 2e- 2Ag + 2Cl-(a2) 电池反应：2AgCl(s) + Zn(s) = 2Ag + Zn2+(a1)+ 2Cl-( a2) 二十五、一级反应，300K时，反应的半衰期为500s，求： 300K反应的速率常数； 同样温度下反应经800s后的转化率。 注：本题在11章复习时做过，当时是3问，第三问是：(3) 400K反应速率常数4.2110-2 s-1，求反应活化能解： 1.3910-3 s-1 , xA=67%(3) , Ea= 34.03 kJ/mol二十六、反应A (g) B (g) + C (g)的半衰期与起始浓度成反比，

11、若A的起始浓度cA,0=1moldm-3，300K时反应进行40秒后，A(g)有30%分解，500K时，反应的半衰期为20秒，求： 确定反应级数； 300K时反应速率常数； 500K时的反应速率常数； 此反应的活化能。解：本反应的半衰期与起始浓度成反比，则本反应为2级反应。 k300K=1/t (1/cA1/cA,0)= 1/40 (1/0.7-1/1)=0.0107 s-1mol-1dm3 k500K=1/t (1/cA1/cA,0)= 1/20 (1/0.5-1/1)=0.05 s-1mol-1dm3 ln(k500K/k300K)=-Ea/R (1/500-1/300), Ea= 9.6

12、05 kJ/mol二十七、某溶液中反应A+BC，对A为1级，对B为0级，开始时反应物A与B的物质的量相等，没有产物C。1h后A的转化率为75%，问2h后A尚有多少未反应？解：（1）=ln(1xA) 1xA0.0625, 即2h后尚有6.25%的A未反应十二、80时纯苯的蒸汽压为100KPa，纯甲苯的蒸汽压为38.7KPa，两液体可形成理想液态混合物，若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80中的苯的摩尔分数y（苯）=0.3，求液相的组成。解：设苯为A，甲苯为B，理想液态混合物中任一组分拉乌尔定律，十三、在抽空的真空容器中放人过量固体NH4HS，25 oC时发生分解反应 NH4HS(s) = NH3(

13、g) + H2S(g)，达平衡时系统总压66.66 kPa。(1). 当放入NH4HS 时容器中已有39.99 kPa的H2S(g)，求平衡时容器内的压力；(2). 当容器中原有6.666 kPa的NH3(g)时，问需要多大压力的H2S(g)才能生产NH4HS？解： 上述反应达到平衡时，由于分解反应所产生气体总压力（1） 反应前： 0 39.99kPa平衡时： p1 p0+p1 系统的平衡总压：p=p0+2p1=77.735kPa(2)当反应的JpK时反应才能逆向进行， 十四、由FeCl3水溶液制备Fe(OH)3溶胶，已知稳定剂为FeCl3， 写出Fe(OH)3胶团结构； 若使0.020dm3

14、的Fe(OH)3溶胶聚沉，最少需加入的电解质分别是：1.00 moldm-3的NaCl为0.021dm3，510-3 moldm-3的Na2SO4为0.125dm3，3.33310-3 moldm-3的Na3PO4为0.0074dm3，求各电解质的聚沉值；聚沉能力之比。解： 向负极NaCl聚沉值：51210-3 moldm-3，Na2SO4聚沉值：4.3110-3 moldm-3，Na3PO4聚沉值：0.9010-3 moldm-3 聚沉能力之比：NaCl:Na2SO4:Na3PO4 =1/512:1/4.31:1/0.90=1:119:569十六、在100 oC下，反应COCl2(g) CO

15、(g) + Cl2(g)的K 8.1109，DrSm125.6 J/mol/K。求：（1）100 oC,总压200 kPa时COCl2解离度；（2）100 oC下该反应的DrHm。解：（1）以1mol反应物为基准： 开始 nB/mol 1 0 0 平衡 nB/mol 1- 平衡时系统中总的气体物质的量已知： =由上式得：(2)（3） 由化学反应等温方程式：代入数据，得：十八、0.1dm3的0.01 moldm-3的AgNO3溶液与等体积的0.002 moldm-3的KI溶液在25反应制备AgI溶胶， 写出胶团结构； 指出电泳方向； 对此溶胶，若NaNO3的聚沉值为100 mmoldm-3，试根

16、据Schlze-hardy价数规则估算Na2SO4和Ca(NO3)2的聚沉值。答： 向负极 阴离子聚沉Me -Me2-=(1/1)6(1/2)6=1001.5625，因为NaNO3为100 mmoldm-1所以Na2SO4为1.5625 mmoldm-3，则Ca(NO3)2为100/2 mmoldm-3，即50 mmoldm-3。十九、理想气体反应，已知时，。试求：（1），；（2）说明T、p对平衡转化率的影响。解：（1）根据范特霍夫方程 即将，或者及代入上式得（2） 根据范特霍夫方程，则时，平衡转化率。二十一、已知100时水的表面张力58.85mNm-1，计算100 空气中半径为0.2m的小液

17、滴与肥皂泡的附加压力。电解：小液滴附加压力 588.5 kPa 肥皂泡附加压力 1177.0 kPa二十八、298K某气体分解反应AB+C，反应的半衰期为5.7h，且与反应物的起始浓度无关，求： 此反应的级数； 298K反应的速率常数； 298K时有90%气体A分解所需的时间。 若此反应的反应温度增加10K，其反应速率常数为原来的3倍，求此反应的活化能Ea。解：本反应的反应的半衰期与反应物的起始浓度无关，则本反应为1级反应。 t1/2=5.7=ln2 / k298K, k298K=0.1216 h-1 ln(cA,0/cA)k298K t ， t = 18.93 h ln3=-Ea/R (1/308-1/298), Ea=83.83 kJ/mol二十九、导出HCl合成反应的速率方程:的机理为： 试证：证明： 需求得中间产物与各物理量的关系，对应用稳态近似法：由此二式可得出：