物理化学葛华才上课布置的课后习题详细答案(含64学时)资料下载.pdf

物理化学葛华才上课布置的课后习题详细答案(含64学时)资料下载.pdf

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加说明：

加方方括号括号的为的为64学时教学要求学时教学要求需需加加做的习题做的习题,加加（）为为选做选做题题第一章第一章热力学第一定律热力学第一定律2.两个容器A和B用旋塞连接，体积分别为1dm3和3dm3，各自盛有N2和O2（二者可视为理想气体），温度均为25，压力分别为100kPa和50kPa。

打开旋塞后，两气体混合后的温度不变，试求混合后气体总压及N2和O2的分压与分体积。

解：

根据物质的量守恒建立关系式p总（VA+VB）/298.15=（pAVA/298.15）+（pBVB/298.15）得p总=（pAVA+pBVB）/（VA+VB）=（1001+503）kPa/（1+3）=62.5kPan（N2）=pAVA/RTA=1000000.001/（8.315298.15）mol=0.04034moln（O2）=pBVB/RTB=500000.003/（8.315298.15）mol=0.06051moly（N2）=n（N2）/n（N2）+n（O2）=0.04034/（0.04034+0.06051）=0.4y（O2）=1-y（N2）=1-0.4=0.6分压p（N2）=y（N2）p总=0.462.5kPa=25kPa；

p（O2）=y（O2）p总=0.662.5kPa=37.5kPa分体积V（N2）=y（N2）V总=0.44dm3=1.6dm3；

V（O2）=y（O2）V总=0.64dm3=2.4dm35.2molO2（g）在105Pa恒压下从25加热到45，计算该过程的功。

据题意知系统压力p等于环境压力pe，即p1=p2=peW=-pe（V2-V1）=-p2（nRT2/p2）-（nRT1/p1）=-nR（T2-T1）=-2.0mol8.315JK-1mol-1（318.15K-298.15K）=-333J8.已知CO2的Cp,m=26.75+42.25810-3（T/K）14.2510-6（T/K）2JK-1mol-1，计算27-527温度范围内CO2的平均定压摩尔热容m,pC。

CO2的平均定压摩尔热容：

m,pC=221122121md/（）d/（）pTTTabTcTCTTTTTTT，葛华才编.物理化学（多媒体版）上课布置的计算题解.2=a（T2T1）+0.5b（T22T12）（c/3）（T23T13）/（T2T1）=26.75（800.15300.15）+21.12910-3（800.15）2（300.15）24.7510-6（800.15）3（300.15）3Jmol-1/（800.15300.15）K=22694Jmol-1/500K=45.39JK-1mol-111.一个绝热圆筒用一铜质隔板分成A、B两室。

两室中各装有温度为400K，压力为500kPa的1mol单原子理想气体。

现将A室气体在恒定外压pe100kPa下绝热膨胀至压力为100kPa，系统中A、B两室气体达到热平衡，求最终温度T2。

A和B整体作为系统，Q=0。

对A室变化：

（p1,V1,T1）（p2,V2,T2）总功有W=-p2（V2-V1）=-p2V2+p1V1（p2/p1）=-nAR（T2-T1/5）U=UA+UB=（nA+nB）CV,m（T2-T1）=2nA（3R/2）（T2-T1）根据热力学第一定律U=Q+W代入得T2=（16/20）T1=320K12.1mol理想气体由298K、1.0MPa分别经

（1）恒温可逆膨胀，

（2）反抗0.1MPa外压快速膨胀，（3）自由膨胀，三个过程的终压为0.1MPa。

分别计算各过程的W、Q、U和H。

已知理想气体的Cp,m=29.10JK-1mol-1。

据题意系统的状态变化可用如下框图表示：

（1）为恒温可逆过程，T2T1W=-nRTln（V2/V1）=nRTln（p2/p1）=1mol8.315JK-1mol-1298Kln（0.1MPa/1.0MPa）=-5706J理想气体恒温U=0，H=0所以Q=-W=5706J

（2）恒外压快速膨胀过程可看作一个绝热过程，Q=0，U=W。

即nCV,m（T2-T1）=-p2（V2-V1）=-p2（nRT2/p2-nRT1/p1）对1mol理想气体有Cp,mCV,m=R，由此可得T2=（Cp,m-R）+Rp2/p1T1/Cp,m=（29.10-8.315）+8.3150.1/1298K/29.10=221.4KU=W=nCV,m（T2-T1）=1mol20.786JK-1mol-1（221.4K-298K）=-1592JH=nCp,m（T2-T1）=1mol29.10JK-1mol-1（221.4K-298K）=-2229J（3）自由膨胀即向真空膨胀过程，pe0，故W=0，理想气体恒温H=0且U=0，则Q=014.1mol理想气体由500K、1.0MPa反抗恒外压绝热膨胀到0.1MPa，然后恒容升温至500K，求整个过程的W、Q、U和H。

已知理想气体的CV,m=20.786JK-1mol-1。

1molT1=298Kp1=1.0MPa

（1）恒温可逆

（2）恒外压膨胀（3）自由膨胀T2p2=0.1MPaBA作业11题图绝热圆筒pA葛华才等编.物理化学（多媒体版）教材的计算题解.高等教育出版社3解：

据题意，1mol理想气体的状态变化框图如下：

因为T3=T1，理想气体的始终态的内能和焓相同，故U0，H0又Q1=0，U1W1即有nCV,m（T2-T1）=-p2（V2-V1）=-（nRT2-nRT1P2/p1）T2=T1（CV,m+Rp2/p1）/（CV,m+R）=500（20.786+8.3150.1/1.0）K/（20.786+8.315）=371.4KW=U1=nCV,m（T2-T1）=1mol20.786JK-1mol-1（371.4K-500K）=-2673J因为恒容，所以W20。

整个过程：

W=W1=-2673J，Q=-W=2673J17.300K、16g的氧气经绝热可逆过程从10dm3压缩到6dm3，然后再经等温可逆膨胀使体积复原，求该过程的W、Q、U和H。

已知Cp,m=7R/2，O2视为理想气体。

据题意，氧气的状态变化框图如下：

=Cp,m/CV,m=（7R/2）/（5R/2）=1.40对绝热可逆过程有112211TVTVT2=T1（V1/V2）-1=300K（10/6）1.4-1=368.0KU=31TTnCV,mdT=nCV,m（T3-T1）=（16/32）mol5/28.315JK-1mol-1（368.0K-300K）=706.7JH=31TTnCp,mdT=nCp,m（T3T1）=（16/32）mol7/28.315JK-1mol-1（368.0K-300K）=989.4J因为Q1=0，W1=U1Q1=U1=U706.7J故U20W2=-Q2=-nRT2ln（V3/V2）=-0.5mol8.315JK-1mol-1368Kln（10dm3/6dm3）=-781.5JQ=Q2=781.5JW=706.7J-781.5J=-74.8J19.1mol25的水在101325Pa下变为200的水蒸气，求过程的W、Q、U和H。

已知：

水的Cp,m（l）=75.29JK-1mol-1，水蒸气的Cp,m（g）=33.58JK-1mol-1，vapHm（100）=40.637kJmol-1，水蒸气可看作理想气体。

T1=300KV1=10dm3T2=?

V2=6dm3T3=T2V3=10dm3绝热可逆等温可逆1molT1=500Kp1=1.0MPaQ=0T2p2=0.1MPadV=0T3=500Kp3葛华才编.物理化学（多媒体版）上课布置的计算题解.4解：

据题意，在101325Pa下1mol水的状态变化框图如下：

（1）为液态水的恒压升温过程H1=nCp,m（l）（T2-T1）=1mol75.29JK-1mol-1（373K-298K）=5.647kJ

（2）为水的平衡相变过程：

H2nvapHmnvapHm=40.637kJ（3）为水蒸气的恒压升温过程：

H3=nCp,m（g）（T3-T2）=1mol33.58JK-1mol-1（473K-373K）=3.358kJ对于整个过程而言：

H=H1+H2+H3=5.647kJ+40.637kJ+3.358kJ=49.642kJQp=H=49.642kJU=H-pVH-pV（g,终）=H-nRT（,终态）=（49.62-1*8.315*0.47315）kJ=45.686kJWU-Q=45.686-49.642-3.956kJ考虑到实际加热水的过程与上框图类似，分步计算各过程的Q和W再累加，亦可认为正确。

当然Q和W是过程量，应与实际过程有关。

21.在298.15K时，使4.6克的乙醇（摩尔质量为46g/mol）在弹式量热计中恒容燃烧，放出136.68kJ的热量。

忽略压力对焓的影响。

（1）计算乙醇的标准摩尔燃烧焓cmH。

（2）乙醇恒压下燃烧的反应热。

（3）已知298.15K时H2O（l）和CO2（g）的标准摩尔生成焓分别为-285.83kJmol-1、-393.51kJmol-1，计算C2H5OH（l）的fmH。

（1）乙醇燃烧反应：

CH3CH2OH（l）+3O2（g）2CO2（g）+3H2O（l）cmU=-136.68kJ/（4.6/46）mol=-1366.8kJmol-1cmH=cmU+vB（g）RT=（-1366.8+（-1）8.315298.1510-3）kJmol-1=-1369.28kJmol-1

（2）Qp=QV+ppVppVp（V产物-V反应物）g=（ng）RTvB（g）RT=n乙醇/v乙醇=（0-4.6）/46mol/（-1）=0.1molvB（g）=2-3=-1Qp-QV=vB（g）RT=0.1（-1）8.315298.15J=-247.91J即有Qp=QV-247.91J=-136.68kJ-247.91J=-136.93kJt1=25H2O（l）

（1）t2=100H2O（l）t2=100H2O（g）t3=200H2O（g）（3）

（2）葛华才等编.物理化学（多媒体版）教材的计算题解.高等教育出版社5（3）cmH=2fmH（CO2）+3fmH（H2O）-fmHCH3CH2OH（l）fmHCH3CH2OH（l）=2fmH（CO2）+3fmH（H2O）-cmH=2（-393.51）+3（-285.83）-（-1369.28）kJmol-1=-275.23kJmol-122.25时C6H6（l）的cmH=-3267kJmol-1