物理化学第二、三章习题及答案.ppt

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1、热力学部分热力学部分 总结总结主要计算公式主要计算公式 2.2.恒容热和恒压热恒容热和恒压热适用于dV=0，W=0条件下的三类反应适用于dP=0，W=0条件下的三类反应3.3.摩尔定压热容和摩尔定容热容之间的关系：摩尔定压热容和摩尔定容热容之间的关系：单原子分子单原子分子 双原子分子双原子分子1.1.热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律的数学表达式：适用于封闭体系中的单纯PVT变化、相变化、化学变化或，4.单纯单纯PVT变化变化 U、H的计算的计算，5.理想气体绝热可逆过程方程理想气体绝热可逆过程方程热力学部分热力学部分 总结总结，6.化学反应焓变计算公式：化学反应焓变计算公式：7.体积功

2、定义式体积功定义式1）自由膨胀过程向真空膨胀自由膨胀过程向真空膨胀2）等容过程等容过程 P外外=0=0，W=0 W=P外dV dV=0，W=0=03）等温可逆膨胀等温可逆膨胀4）理想气体绝热可逆体积功计算）理想气体绝热可逆体积功计算热力学部分热力学部分 总结总结 8.熵的定义熵的定义 热力学部分热力学部分 总结总结pVT 变化相变化化学变化变温过程等温气体膨胀、压缩恒压变温恒容变温可逆相变不可逆相变系系统统熵熵变变的的计计算算判据判据适适 用用 范范 围围自发过程方向自发过程方向S孤立系统中任何过程孤立系统中任何过程S增大，增大，S0,dS0A封闭系统，封闭系统，T、V、W0的过程的过程A减小

3、，减小，A0,dA0G封闭系统，封闭系统，T、P、W0的的过程过程G减小，减小，G0,dG0不等式判别过程自发进行的方向；等式作为系统平衡的判据不等式判别过程自发进行的方向；等式作为系统平衡的判据 热力学部分热力学部分 总结总结 9.S、A、G 判据判据 10.G 及及 A 的计算的计算热力学部分热力学部分 总结总结恒恒T过程过程 非恒非恒T1）单纯）单纯 PVT 变化变化恒恒T2）3）化学反应的化学反应的 计算计算热力学部分热力学部分 总结总结11.11.克拉佩龙方程克拉佩龙方程 在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平衡时，上式表示蒸气压随温度的变化率。热力学部分热力学部分 总结总结可用来

4、计算不同温度下的蒸气压或摩尔蒸发热。克-克方程热力学第一定律热力学第一定律 习题习题1、1 mol 某理想气体于某理想气体于27oC，101.325 kPa 的始态下，先受的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态，再恒容升温至某恒定外压恒温压缩至平衡态，再恒容升温至97oC，250.00 kPa。求过程的。求过程的W，Q,U，H。已知气体的。已知气体的Cv,m=20.92 J mol-1K-1解：过程图示如下解：过程图示如下：n=1 molT1=300.15KP1=101.32 KPaV1n=1 molT3=370.15KP3=250.00 KPaV3=V2n=1 molT2=300.15KP

5、2V2 热力学第一定律热力学第一定律 习题习题因为因为V2=V3，则，则p2/T2=p3/T3，p2=p3T2/T3=250.00300.15/370.15 kPa=202.72 kPaW2=0n=1 molT1=300.15KP1=101.32 KPaV1n=1 molT3=370.15KP3=250.00 KPaV3=V2n=1 molT2=300.15KP2V2 所以所以 W=W2+W1=2.497 kJ，热力学第一定律热力学第一定律 习题习题2、在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板的两侧分别为的两侧分别为2mol，0的单原子理想气体的单原子理

6、想气体A及及5mol，100的双原子理想气体的双原子理想气体B，两气体的压，两气体的压力均为力均为100 kPa。活塞外的压力维持。活塞外的压力维持 100kPa不变。不变。今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气体混合达今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气体混合达到平衡态。求末态温度到平衡态。求末态温度T及过程的及过程的W，U。解：单原子理想气体解：单原子理想气体A A的的 ，双原子理想气体双原子理想气体B B的的 ，因活塞外的压力维持因活塞外的压力维持 100kPa 100kPa不变，不变，过程绝热恒压，过程绝热恒压，Q=QQ=Qp p=H=0H=0，于是有，于是有于是有于是有 22.5T=789

7、5.875K 22.5T=7895.875K 得得 T=350.93K T=350.93K 热力学第一定律热力学第一定律 习题习题3、已知水在已知水在100，101.325 kPa下的摩尔蒸发焓下的摩尔蒸发焓vapHm=40.668 kJmol-1，试分别计算下列两过程，试分别计算下列两过程的的Q，W，U及及H。水蒸汽可按理想气体处理。水蒸汽可按理想气体处理。（1）在）在100，101.325 kPa条件下，条件下，1kg水蒸发为水蒸发为水蒸汽；水蒸汽；（2）在恒定）在恒定100的真空容器中，的真空容器中，1kg水全部蒸发水全部蒸发为水蒸汽，并且水蒸气的压力恰好为为水蒸汽，并且水蒸气的压力恰好

8、为101.325 kPa热力学第一定律热力学第一定律 习题习题4、5 mol双原子理想气体从始态300 K，200 kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50 kPa，再绝热可逆压缩到末态压力200 kPa。（1）求末态温度T；（2）求恒温可逆膨胀过程的W，Q，U和H；（3）求绝热可逆压缩过程的W，Q，U和H；（4）求整个过程过程的W，Q，U和H；解：过程图示如下解：过程图示如下：n=5 molT1=300P1=200 KPan=5 molT3P3=200 KPan=5 molT2=300KP2=50 KPa要确定T3，只需对第二步应用可逆过程方程式。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题n=5 mo

9、lT1=300P1=200 KPan=5 molT3P3=200 KPan=5 molT2=300KP2=50 KPa热力学第一定律热力学第一定律 习题习题n=5 molT1=300P1=200 KPan=5 molT3P3=200 KPan=5 molT2=300KP2=50 KPa5、求在常压及10 下过冷水结冰的摩尔凝固焓。已知冰(H2O,s)在100 kPa下的熔点为0，此条件下的摩尔熔化焓 fusHm6.012 kJmol-1；在100的范围内过冷水(H2O,l)和冰的摩尔定压热容分别为Cp,m(H2O,l)=76.28 Jmol-1K-1和Cp,m(H2O,s)=37.20 Jmo

10、l-1K-1。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题6已知已知25甲酸甲酯的标准燃烧焓甲酸甲酯的标准燃烧焓cHm（HCOOCH3，l）为）为979.5 kJmol-1，甲酸，甲酸(HCOOH，l)、甲醇、甲醇(CH3OH，l)、水、水(H2O，l)及及二氧化碳（二氧化碳（CO2，g)的标准摩尔生成焓的标准摩尔生成焓f Hm分别分别为为424.72 kJmol-1，238.66 kJmol-1，285.83 kJmol-1及及393.509 kJmol-1，应用这些，应用这些数据求数据求25时下列反应的摩尔反应焓。时下列反应的摩尔反应焓。HCOOH(l)+CH3OH(l)HCOOCH3(l+H2

11、O(l)热力学第一定律热力学第一定律 习题习题7计算下列反应的H-U（各反应条件均为298 K和100 kPa）(1)C12H22O11(蔗糖)完全燃烧；(2)(2)C10H8(萘，s)完全氧化为苯二甲酸C6H4(COOH)2(s)。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题8、将2 mol H2(g)置于带活塞的气缸中，若活塞上的外压力很缓慢地减小，使H2(g)在25 时从15 dm3等温膨胀到50 dm3，试求在过程的Q，W，U，H。假设H2(g)服从理想气体行为。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题9、1 mol N2(g)，在298 K和100 kPa压力下，经可逆绝热压缩到5 dm3。

12、试计算：（设气体为理想气体）(1)N2(g)的最后温度；(2)N2(g)的最后压力；(3)需做多少功。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题第三章习题第三章习题热力学第二定律热力学第二定律1.卡诺热机在T1=795K的高温热源和T2=300K的低温热源间工作，求：（1）热机的效率；（2）当从高温热源吸热Q1=250 kJ时，系统对环境作的功-W及向低温热源放出的 Q2。2.始态为T1=300K，p1=200kPa 的某双原子气体 1 mol，经下列不同途径变化到T2=300K，p2=100 kPa的末态。求各步骤及途径的Q，S。（1）恒温可逆膨胀：（2）先恒容泠却至使压力降至100kPa，再恒

13、压加热至T2；（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100kPa，再恒压加热至T2；3.某双原子理想气体从T1=300K，p1=100 kPa，V1=100 dm3 的始态，经不同过程变化到下述状态，求各过程的S。（1）T2=600K，V2=50 dm3；（2）T2=600K，p2=50 kPa；（3）p2=150 kPa，V2=200 dm3；4.4 mol 单原子理想气体从始态750 K，150 kPa，先恒容冷却使压力降至 50 kPa，再恒温可逆压缩至 100 kPa。求整个过程的Q，W，U，H，S。5.绝热恒容容器中有一绝热隔板，隔板一侧为 2 mol 的200 K，50dm3的单原子理想

14、气体A，另一侧为 3 mol的400K，100 dm3的双原子理想气体B。今将容器中绝热隔板抽去，气体A与气体B混合达到平衡态。求过程的S。6.将装有0.1mol乙醚(C2H5)2O(l)的微小玻璃放入的小玻璃瓶放入容积为10dm3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101.325kPa下乙醚的沸点。已知在此条件下乙醚的摩尔蒸发焓vapHm=25.104kJmol-1。今将小瓶打破，乙醚蒸发至平衡态。求：（1）乙醚蒸气的压力；（2）过程的Q，U，H及S。（2）画出如下框图7.已知苯（C6H6）在101.325kPa下于80.1 沸腾，vapHm=30.878 k

15、Jmol-1。液体苯的摩尔定压热容Cp，m=142.7 Jmol-1K-1。今将40.53 Kpa，80.1 的苯蒸气 1 mol，先恒温可逆压缩至101.325kPa，并凝结成液态苯，再在恒压下将其冷却至60。求整个过程的Q，W，U，H及S。8.已知25时液态水的标准摩尔生成吉布斯函数为-237.129 kJmol-1。水在25时的饱和蒸气压p=3.1663 kPa。求25时水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数。9.100的恒温槽中有一带活塞的导热圆筒，筒中 为2 mol N2（g）及装于小玻璃瓶中的 3 mol H2O（l）。环境的压力即系统的压力维持 120 kPa 不变。今小玻璃瓶打碎，液态

16、水蒸发至平衡态。求过程的Q，W，U，H，S，A及G。已知：水在100时的饱和蒸气压为ps=101.325 kPa，在此条件下水的摩尔蒸发焓vapHm=40.668 kJmol-1。解：本题虽然系统的压力为120kPa，大于水在100时的饱和蒸气压，但因有N2（g）存在，在气相中水蒸气的分压小于其饱和蒸气压时，水即可蒸发。本题的水量较多，水是全部蒸发，还是部分蒸发，我们先计算为好。10.已知100水的饱和蒸气压为101.325 kPa，在此条件下水的摩尔蒸发焓vapHm=40.668 kJmol-1。在置于100恒温槽中的容积为100 dm3 的密闭容器中，有压力 120kPa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定的平衡态。求过程的Q，U，H，S，A及G。11.已知水在77时的饱和蒸气压为48.891 kPa。水在101.325 kPa下的正常沸点为100。求（1）下面表示水的蒸气压与温度关系的方程式中A和B值；（2）在此温度范围内水的摩尔蒸发焓；（3）在多大压力下水的沸点为105。12.求证：（1）；（2）对理想气体。13、求证：