物理化学第一章习题.ppt

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1、p46，11：一绝热圆筒用一铜制隔板分成一绝热圆筒用一铜制隔板分成A、B两室两室各装有温度为各装有温度为400K，压力为，压力为500kPa的的1 mol单原子理单原子理想气体。现将想气体。现将A室气体在恒外压室气体在恒外压pe=100kPa下绝热膨下绝热膨胀至压力为胀至压力为100kPa，系统中，系统中A、B两室气体达到热平两室气体达到热平衡，求最终温度衡，求最终温度T2。解：解：对对A室和室和B室室：1mol500kPa400K1mol500kPa400K1mol100kPaT21molT2A室室B室室 A室室B室室 绝热绝热膨胀膨胀B室为恒容过程，所以，室为恒容过程，所以，A室为恒外压膨

2、胀过程，所以，室为恒外压膨胀过程，所以，铜板在铜板在A、B两室间传热，整体绝热过程，两室间传热，整体绝热过程，所以，所以，-nB 1.5R(T2 T1)-nBR(T2-T1p2/p1)nA 1.5R(T2T1)=T2=(3+p2/p1)T1/4 =(3+100kPa/500kPa)400K/4 =320Kp46，12：1 mol理想气体由理想气体由298K、1.0MPa分别经过分别经过(1)恒温可逆膨胀，恒温可逆膨胀，(2)反抗反抗0.1 MPa外压快速膨胀，外压快速膨胀，(3)自由膨胀，三个过程终压为自由膨胀，三个过程终压为0.1 MPa，分别计算各，分别计算各过程中的过程中的W，Q，U，H

3、。已知理想气体的已知理想气体的Cp,m=29.10JK-1mol-1 解：解：1mol1.0MPa400K1mol0.1MPaT2恒温可逆膨胀恒温可逆膨胀自由膨胀自由膨胀恒外压膨胀恒外压膨胀W=-nRTln(V2/V1)=-nRTlnp2/p1 =1 8.315 298 ln(0.1/1.0)J =-5706JQ=W=5706J U=0，理想气体恒温，理想气体恒温，U=0，H=0(1)(1)恒温可逆过程，恒温可逆过程，T2=T1Q=0 U=W(2)(2)恒外压快速膨胀过程，近似认为绝热过程，恒外压快速膨胀过程，近似认为绝热过程，对于理想气体，对于理想气体，所以，所以，Q=0理想气体恒温，理想气

4、体恒温，U=0，H=0(3)(3)自由膨胀即向真空膨胀，自由膨胀即向真空膨胀，T2=T1pe=0，W=0p47，17：300K、16g 的氧气经绝热可逆过程从的氧气经绝热可逆过程从10 dm3压缩到压缩到6 dm3，然后再经恒温可逆膨胀使气体复，然后再经恒温可逆膨胀使气体复原，求该过程的原，求该过程的W，Q，U，H。已知氧气视为理。已知氧气视为理想气体，想气体，Cp,m=3.5R 解：解：16g10dm3300K绝热可逆压缩绝热可逆压缩恒温可逆膨胀恒温可逆膨胀16g6dm3T216g10dm3T3=T2191 mol 25的水在的水在101325Pa下变成下变成200的水蒸气的水蒸气,求过程的

5、求过程的W、Q、U、H。已知：水的。已知：水的Cp,m(l)=75.29JK-1mol-1,水蒸气的水蒸气的Cp,m(g)=33.58 JK-1mol-1,vapHm(100)=40.637KJmol-1,水蒸气可看水蒸气可看作理想气体。作理想气体。解：据题意知，在解：据题意知，在101325Pa下下，1 mol水的状态水的状态变化框图如下：变化框图如下：t1=25H2O(l)t2=100H2O(l)t2=100H2O(g)t3=200H2O(g)(1)(2)(3)1)为液态水的恒压升温过程为液态水的恒压升温过程 H1=Q1=nCp,m(l)(T2-T1)=1mol75.29J/Kmol(37

6、3K-298K)=5.647kJ 由于液体水在升温过程中体积变化不大，故由于液体水在升温过程中体积变化不大，故W1=0对由固态或液态物质组成的凝聚系统（对由固态或液态物质组成的凝聚系统（Vm/T）p0,所以所以Cp,m-Cv,m0，U1=nCv,m(l)(T2-T1)5.647kJ(2)为水的平衡相变过程：为水的平衡相变过程：Q2=H2 n vapHm n vapHm=40.637kJ W2=-Pe(Vg-Vl)-pvg=-nRT=1mol8.315J/Kmol373K=-3.101kJ U2=Q2+W2=40.637kJ-3.101kJ=37.54kJ(3)为水蒸气的恒压升温过程：为水蒸气的

7、恒压升温过程：Q3=H3=nCp,m(g)(T3-T2)=1mol33.58JK-1mol-1(473K-373K)=3.358kJ W3=-Pe(V3-V2)=-nR(T3-T2)=-1mol8.315J/Kmol(473K-373K)=-831J U3=Q3+W3=3358J-831J=2527J 对于整个过程而言：对于整个过程而言：W=W1+W2+W3=0KJ-3.101KJ-0.831KJ=-3.932KJQ=Q1+Q2+Q3=5.647KJ+40.637KJ+3.358KJ=49.642KJ H=Qp=49.642KJ U=Q+W=49.642KJ-3.932KJ=45.710KJp

8、47，21 298.15K时，使时，使4.6g的乙醇的乙醇(摩尔质量为摩尔质量为46 gmol-1)在在弹式热量计中恒容燃烧，放出弹式热量计中恒容燃烧，放出136.68kJ的热量的热量，忽，忽略压力对焓的影响。略压力对焓的影响。（1）计算乙醇的标准摩尔燃烧焓）计算乙醇的标准摩尔燃烧焓 cHm（2）乙醇恒压燃烧的反应焓）乙醇恒压燃烧的反应焓（3）已知）已知298.15K时时H2O(l)和和CO2(g)的标准摩尔生的标准摩尔生成焓分别为成焓分别为-285.83kJmol-1，-393.51kJmol-1，计算，计算C2H5OH(l)的的 fHm过程过程1 1，理想气体绝热可逆压缩，可以利用绝热过，

9、理想气体绝热可逆压缩，可以利用绝热过程方程：程方程：过程过程2 2为理想气体恒温，为理想气体恒温，U2 =0 H2 =0 U =U1 H =H1过程过程1 1绝热，绝热，Q1=0W1 =U1=U =706.7J U2 =0W2 =-Q2=-nRT2ln(V3/V2)=-16/32 8.315 368 ln(10/6)=-781.5JW=W1 +W2=706.7-781.5=-74.8JQ=Q1 +Q2=781.5Jx x=n乙醇乙醇/v乙醇乙醇=(0-4.6)/46 mol/(-1)=0.1 mol解解:S SvB(g)=2-3=-1C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l

10、)cU =Qv=-136.68kJ恒容反应，恒容反应，=+S SvB(g)RT cHm cUm（1）=-136.68/0.1+(-1)8.315 298.15/1000kJmol-1=-1369.28kJmol-1C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)（2）恒压反应，恒压反应，Qp=cH =x x cHm=(-1369.28 0.1)kJ=-136.93kJ=136.68+0.1 (-1)8.315 298.15/1000kJmol-1=-136.93kJmol-1QV+x x S SvB(g)RTQp=或：或：C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(

11、l)（3）=2(-393.51)+3(-285.83)+1369.28kJmol-1=-275.23kJmol-1 rHm =2 fHCO2,m +3 fHH2O,m-fH乙醇乙醇,m rHm =cH乙醇乙醇,m 2 fHCO2,m +3 fHH2O,m-fH乙醇乙醇,m=cH乙醇乙醇,m p47，2225的的C6H6(l)cHm=-3267.5 kJmol-1，CO2(g)及及H2O(l)的的 cHm分别为分别为-393.51kJmol-1，-285.83kJmol-1，C6H6(l)，C(石墨石墨)和和H2(g)的的Cp,m分别为分别为135.77JK-1mol-1，8.527JK-1mo

12、l-1和和28.82JK-1mol-1，求，求25和和60时时C6H6(l)的的 fHm反应反应(4)反应反应(2)6+反应反应(3)3-反应反应(1)(1)C6H6(l)+7.5O2(g)=6CO2(g)+3H2O(l)(2)(2)Hm,1=-3267.5kJmol-1 (3)(2)C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)Hm,2=-393.51kJmol-1(4)(3)H2(g)+(1/2)O2(g)=H2O(l)Hm,3=-285.83kJmol-1(4)C6H6(l)的生成反应，的生成反应，3H2(g)+6C(石墨石墨)=C6H6(l)6 fHm,2 +3 fHm,3-fHm=cHm,

13、1 =6(-393.51)+3(-285.83)-(-(-3267.5)kJmol-1=48.95kJmol-1解解:1)25时，时，2)60时，时，T1=25+273=298KT2=60+273=333K=48.95kJmol-1+(135.77-3 28.82-6 8.527)JK-1mol-1 (333-298)K/1000=48.89kJmol-1 求反应求反应H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在在598K，105 Pa 时的反应焓时的反应焓 rHm(598K)。已知。已知 298K 时时 HCl(g)的的 fHm=-92.307 kJmol-1,HCl(g)，Cl2(g)和和 H

14、2(g)的的Cp,m 分别为分别为 29.1 JK-1mol-1、33.91 JK-1mol-1，28.82 JK-1mol-1。解：解：已知已知T1 时时 H1,求求T2 时时 H2，且，且 rCp,m 为常为常 数，用数，用基希霍夫公式基希霍夫公式:rHm (T2)=rHm(T1)+rCp,m(T2-T1)p47，23 rC p,m=2Cp,mHCl(g)-Cp,mH2(g)-Cp,m Cl2(g)=(229.1-33.91-28.82)JK-1mol-1 =-4.53 JK-1mol-1=2(-(-92.307)-0-0 kJmol-1 =-=-184.614 kJmol-1 rHm (298K)=2 fHmHCl(g)-fHmH2(g)-fHmCl2(g)=-184614+(-4.53)(598-298)Jmol-1=-185973 Jmol-1 rHm (598K)