《工科大学化学》张平民 物理化学部分课后习题答案Word格式文档下载.docx

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-Q=W=17.727kJQ=-17.727kJ

因恒容W=0

=Qv=Cv,m（T2-T1）=20.79×

（370-300）=1455.3J=1.455kJ

=（20.79+R）×

70=2037.3J=2.037kJ

整个过程：

W=17.727kJ；

Q=-17.727+1.455=-16.27kJ；

=1.455kJ；

=2.037kJ。

2．设有0.1kgN2，温度为273.15K，压强为101325Pa，分别进行下列过程，求、、及。

（1）恒容加热至压强为151987.5Pa；

（2）恒压膨胀至原体积的2倍；

（3）恒温可逆膨胀至原体积的2倍；

（4）绝热可逆膨胀至原体积的2倍。

①△U=QV=1.01×

104J，△H=1.42×

104J，W=0；

②△H=QP=28.4kJ，△U=20.20kJ，W=-8.11kJ；

③Q=5622J，W=-5622J，△H=△U=0J；

④Q=0，W=△U=-4911J，△H=-6875J）

将N2气视为双原子理想气体，则

Cp,m=29.10J·

mol-1·

K-1;

Cv,m=20.79J·

K-1

（1）W=0,末态温度T2=1.5T1=1.5×

273.15K

∴=Qv=nCv（T2-T1）=（100/28）×

20.79×

（1.5×

273.15-273.15）=1.01×

104J

=nCp（T2-T1）=（100/28）×

29.10×

273.15-273.15）=1.42×

（2）末态温度T2=2T1=2×

273.15K

=Qp=nCp（T2-T1）=（100/28）×

（2×

273.15-273.15）=28388J=28.4kJ

=nCv（T2-T1）=（100/28）×

273.15=20201J=20.20kJ

W=-P=-101325×

（100/28）×

8.314×

273.15/101325=-8110J=-8.11kJ

（3）理想气体恒温，==0,

W=-Q=-（100/28）×

273.15×

ln2=-5622J=-5.62kJ

（4）运用理想气体绝热过程方程：

T2=（1/2）0.4×

T1=（1/2）0.4×

273.15=207K

Q=0

W==nCv,m=（100/28）×

（207-273.15）=-4911J=-4.911kJ

=（100/28）×

（207-273.15）=-6875J=-6.875kJ

3．在373.15K、101325Pa下，1mol水缓慢蒸发。

水的蒸发热为40.593kJ·

mol-1，1kg水的体积为1.043dm3，1kg水蒸气的体积为1677dm3。

求：

（1）蒸发过程中体系的、、、；

（2）如忽略Ｖ液，并设水蒸气为理想气体，为何值，并与

（1）的结果比较。

（答案：

①△U=37536J，△H=QP=40593J，W=-3057J；

②W=-3102J）

（1）W=P=-P（V气-V液）

=-101325×

18×

（1.677-1.043×

10-3）×

10-3=-3057J

=Qp=40593J

=Q+W=40593-3057=37536J

（2）如忽略V液，则W=-PV气=-nRT=-3102J

4．在298.15K、101325Pa下，1molH2与0.5molO2生成1molH2O（ｌ），放热285.90kJ。

设Ｈ2及Ｏ2在此条件下均为理想气体，求。

若此反应在相同的始、末态的条件下改在原电池中进行，做电功为187.82kJ，求、及。

①△U=-282.18kJ；

②Q=-98.08kJ，W=-184.10kJ，△U=-282.18kJ）

（1）反应为：

H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）（恒温恒压）

H=-285.9kJ

若忽略H2O（l）的体积，则

=H-（∆n）RT，∆n=-1.5所以：

=-282.18kJ

（2）不变

总功：

W=电功+体积功=-187.82+1.5RT=-184.1kJ

Q=-W=-282.18+184.1=-98.1kJ

5．在绝热密闭容器内装水1kg。

开动搅拌器使容器中的水由298K升温至303K。

已知液体水的≈＝75.31J·

K-1，求、及，结果说明什么?

Q=0，W=20.92kJ，△U=20.92kJ，△H=20.92kJ）

因绝热，故Q=0，又因为恒容且Cv,m为常数，故

==1000×

75.31×

（303-298）/18=20.92kJ

=nCp,m（T2-T1）=20.92kJ

W==nCv,m（T2-T1）=20.92kJ

讨论：

此过程所得的功为非体积功，即W’≠0,尽管过程是恒容的，而Qv≠.

6．5mol双原子理想气体，从101325Pa、410.3L的始态出发，经＝常数的可逆过程（即体系在变化过程中＝常数）压缩至末态压强为202650Pa。

求

（1）末态的温度；

（2）此过程的、、、。

①T=500K；

②△U=-51.96kJ，△H=-72.75，W=41.57kJ，Q=-93.53kJ）

（1）始态温度T1=P1V1/（nR）=101325×

410.3×

10-3/（5×

8.314）=1000K

所以末态温度T2=P1T1/P2=101325×

1000/202640=500K

（2）==（5×

5/2）×

（500-1000）=-51963J=-51.96kJ

==（5×

7/2）×

（500-1000）=-72748J=-72.75kJ

-W=（∵PT=K）

∵V=nRT/P=nRT2/K,dV=2RTdT×

n/K

∴-W=

=2×

5×

8.314（500-1000）=-41570J=-41.57kJ

W=41.57kJ

Q=-W=-51.96-41.57=-93.53kJ

7．横放的绝热圆筒内装有无摩擦、不导热的活塞。

在其两侧均盛有101325Pa、273K的理想气体54Ｌ，并在左侧引入电阻丝使气体缓慢加热，直至活塞将右侧气体压缩至压强为202650Pa为止。

已知气体的＝12.47J·

Ｋ-1。

（1）右侧气体最后的温度及所得的功；

（2）左侧气体最后温度及所得的热。

①T=360.31K，W=2.620kJ；

②T=732.4K，W=2.620kJ）

右侧，相当于绝热可逆压缩：

始P°

273.15K

54dm3

末202650Pa,T2

V2

末202650Pa,T’2

V’2

γ=Cp,m/Cv,m=1.666

T1/T’2=（P1/P2）（γ-1）/γ

即：

273.15/T’2=（101325/202650）0.666/1.666

∴T’2（右）=360.3K

右、左侧气体的n=101325×

0.054/（8.314×

273.15）=2.409mol

右侧得功W=∆U=Cv（T’2-T1）=2.409×

12.47×

（360.31-273.15）=2.62kJ

右侧末态体积V’2=2.409×

360.36/202650=0.03561m3

左侧末态体积V2（左）=0.054+（0.054-0.03561）=0.07239m3

左侧末态温度T2（左）=202650×

0.07239/（2.409×

8.314）=732.4K

左侧做功=右侧得功W（左）=-2.620kJ

（左）==2.409×

（732.4-273.15）=13796J

Q（左）=-W=13796-2620=16416J=16.42kJ

8．设有绝热硬木箱，原为真空，在箱上刺一极小的细孔，空气缓慢地流入箱内。

如箱外空气温度为，并将空气视为理想气体，证明箱内外压强相等时箱内空气温度为，式中。

证：

此过程为绝热不可逆过程，设装满箱子需nmol的气体，则过程示意图如下：

设nmol空气在箱外的温度为T0，压强为P0，体积为V0。

体系：

nmol空气及绝热箱；

环境：

其余空气

因Q=0则=W

=nCv,m=nCv,m（T-T0）

空气流入真空时并不作功，但其余空气对nmol空气（体系）所作的功就相当将气泡（P0,V0）的气体全部压进箱内，故W=P0⨯V0

nCv,m（T-T0）=P0⨯V0，或nCv,m（T-T0）=nRT0

T=（Cv,m+R）T0/Cv,m=γT0

9．某礼堂容积为1000m3，室温为283K，压强为101325Pa，欲使其温度升至293K，需吸热多少?

设空气＝，如室温由293K降至283K，当室外温度为273K时，问需导出多少热?

Q1=12.315×

103kJ；

Q2=-11.676×

103kJ）

（1）将礼堂的墙壁视为绝热，因要维持室内压强为101325Pa，故室内空气的n将会随温度的升高而变化。

Qp=Cp,m=Cp,m

=（Cp,mPV/R）ln（T2/T1）

=[7R×

101325×

1000/（2R）]ln（293/283）=12315039J=1.2315×

104kJ

（2）降温时，要维持压强一定，则n必定增加，有一部分空气进入礼堂（此部分空气由273K热至283K）需加热，进入礼堂的空气：

∆n=n2-n1=PV/RT2-PV/RT1=PV/R（1/T2-1/T1）

=[101325×

1000/8.314]（1/283-1/293）=1.47×

103mol

需加热：

∆H1=∆nCp,m（T2-T0）=1.47×

（7R/2）×

（283-273）=428kJ

将礼堂内原有空气降温需导出热：

∆H2=Qp2=n1Cp,m（T2-T1）

=101325×

1000×

（283-293）×

（7R/2）/（8.314×

293）=-12104kJ

总的应导出的热：

Qp=Qp1