物理化学傅献彩课后复习题答案上册Word文档格式.docx
《物理化学傅献彩课后复习题答案上册Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学傅献彩课后复习题答案上册Word文档格式.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
5.最概然速率、根均方速度和数学平均速率，三者的大小关系如何？
各有什么用处？
在Maxwell速率分布曲线上有-•最髙点，该点表示具有这种速率的分子所占的分数最大，这个最高
点所对应的速率称之为最概然速率或
分子的数学平均速率（s）为所有分子速率的数学平均值
根均方速率（G是一个统计平均值■它与各个分子的速率有关•但又不等于任务单个分子的速率.
三种速率之比
%M聲'
7^'
'
】・】28*224
在三者中，最概然速率最小，根均方速率最大,数学平均速率居中.
6.气体在重力场中分布的情况如何？
用什么公式可以计算地球上某一高度的压力？
这样的压力差能否用来发电？
答;
在重力场中，气体分子受到两种互相相反的作用.
无规则热运动将使气体分子均匀分布于它们所能达到的空间，而重力的作用则要使東的气体分子向下聚集•由于这两种相反的作用，达到平衡时，气体分子在空间中并排均匀的分布，密度随高度的增加而减少•
假定在Q〜h的离度范围内温度不变，则P=P.exp（—辔）
由于在上述公式的积分过程中，均将温度看作常数，所以只在高度相差不太大的范国内,可以计算地球上某一高度的压力.虽优存在这样的压力差,但是由于存在重力场的原因，在实际生活中我们不能用这样的压力差来进行发电.
7.在一个密闭容器内有一定量的气体，若升高温度，气体分子的动能和碰撞次数壇加，那分子的平均自由程将如何改变？
在一密闭的容器内，若温度升高，碰撞次数增加,平均速度匕增加根据，平均自由程（Z〉i=¥
由于移动着的分子在单位时间内与其他分子相碰的次数/可以用含S的式子来表示，例如书中以分子平均以90。
的角度互相碰撞为例，推导出Z=》=需我们可以间接证明分子的平均自由程与温度无
8.什么是分子碰撞的有效截面积？
如何计算分子的互碰频率？
设分子的有效半径为「，有效直径为么运动着的分子，其运动的方向与纸面垂直，以有效直径d（d
=2刀为半径作虚线圆，这个面积称为分子碰撞的冇效截面积（品勺・
单位时间、单位怵积中分子平均相據的总次数z应为晶式中,血代表A，B分子的有效半径之和，尸代表折合质量
血坞+£
+=金+佥.
9.什么是气体的隙流？
研究气体隙流有何用处？
答:
气体分子通过小孔向外流出称为隙流.
Graham的隙流定律是指隙流速度与其摩尔质最的平方根成反比，若两种气体在相同的情况下进行比
隙流定律可以用来求气体的摩尔质量，即恋=4禹利用隙流作用也可以分离摩尔质童不同的气体混合物，这在同位素分离中得到了应用.
10.vanderWaals对实际气体作了哪两项校正？
如果把实际气体看作刚球，则其状态方程的形式应该如何？
vanderWaals对实际气体的体积和压力两项上提出了具有物理意义的修正因子q和久这两个因子揭示了真实气体与理想气体有差别的根本原因.
vanderWaals方程式•即J（Vm^b）=RT
11.在同温、同压下，某实际气体的摩尔体积大于理想气体的摩尔体积,则该气体的压缩因子z是大于1还是小于1?
在压力较高或温度较低时，实际气体与理想气体的偏差较大.我们以书中提及的压缩因子（Z）衡量値差的大小.z=修
在同温•同压下，某实际气体的摩尔体积大于理想气体的縻尔体积,则该气体的压缩因子z>
y,pvm>
RT•实际气体的可压缩性比理想气体小.
同理我们可以推岀在相同情况下,若实际气体的摩尔体积小于理想气体的摩尔体积•则该气体的压缩因子ZV1,pVm<
RT.实际气体的可压缩性比理想气体大.
12.
压缩因子图的基本原理建立在什么原理的基础上？
如果有两种性质不同的实际气体•其压力、摩尔体积和温度是否可能都相同？
其压缩因子是否相同？
答汎是vanderWaals气体都可以用统一的对比方程式表示，因为在对比状态方程中
D=8r没有出现气体的特性常数d•6•所以它是一个具有普遍性的方程式•但直接使用对比方程式似嫌太
繁，待别是对高压气体的有关计算，常使用压缩因子图.
我们将范氏方程（P+話）（S—6）=RT展开后得竽）+%行乎也可写成尸駱-询
假设两种性质不同的实际气体具有相同的冬和丁,但是由于性质不同，它们分别的a、6值不同，因而它们的P值不同•所以说两种性质不同的实际气体丿、人和丁值不可能同时相同.
因为⑴土，尸上心茅代入匕需后得,2=背•学.
又根据书中提及金二=寻已证明vanderWaals气体的嚅工接近一个常数.所以两种性质不同的
实际气体若具有相同的对比状态•即7r/、r值相同.则它们的压缩因子相同;
否则，压缩因子相同.
第二章热力学第一定律
1.判断下列说法是否正确.
（1）状态给定后，状态西数就有一定的值，反之亦然.
（2）状态函数改变后，状态一定改变.
（3）状态改变后.状态函数一定都改变.
（4）因为&
7=QMH=Qp,所以Q,Qp是特定条件下的状态函数.
（5）恒温过程一定是可逆过程.
（6）汽缸内有一定量的理想气体•反抗一定外压做绝热膨胀，则△H=Qp=O・
（7）根据热力学第一定律，因为能置不能无中生有,所以一个系统若要对外做功，必须从外界吸收热僦.
（8）系统从状态I变化到状态0，若则Q=0,无热量交换.
（9）在等压下，机械搅拌绝热容器中的液体,使其温度上升.则△H=Q>
=0.
（10）理想气体绝热变化过程中，W=2,即Wr=2=G，47'
Wir=2=Ga7'
所以Wr=W【r.
（11）有一个封闭系统，当始态和终态确定后：
（a）若经历一个绝热过程，则功有定值；
（b）若经历一个等容过程，则Q有定值（设不作非膨张功〉；
（c）若经历一个等温过程，则热力学能有定值；
（小若经历一个多方过程，则热和功的代数和有定值.
（】2）某一化学反应在烧杯中进行，放热Q，熔变为AH.，若安排成可逆电池•使始态和终态都相同，这时放热Q，焙变为AH?
，则M
答：
（1）对.
（2）对.（3〉错.
若外界条件不变,即状态给定后，所有的状态函数都有一定的数值•当某一个或某几个状态函数发生•变化时，状态一定改变;
反之，当状态改变，状态函数中一定有某一个或某几个发生变化,而不一定是全部的状态函数都发生改变.
（4）错.热力学能U和烙H是状态函数，它的改变值决宦于系统的起始和终了的状态，与途径无关.功和热决定于引起状态发生变化的方法•于途径有关.在特定条件下，断定Q，、Q就是状态酿数是不充分的.
（5）对.恒温过程是系统与环境的温度随时相等且恒定，是一个热平衡的过程.当系统的诸种性质不随时间而改变，则系统处于热力学平衡状态.满足可逆过程的要求，即保持连续平衡状态的过程.
（6）铢等外压与等压不是同一概念，勿混淆;
绝热膨胀过程中Q=0,而不是Q。
=0.熔是状态函数，在绝热膨胀过程压力由P\至如①至TS<
P\,T2<
T\）可得出AHVO.
（7）错.热力学第一定律说明热力学能（U）、热（Q）和功（W）可以互相转化，又表述了它们转化时的定虽关系，所以它又是一个能量守恒定律•因此可知，系统热力学能的变化是&
7=Q+W.所以功的转化形式不仅有热，也可通过热力学能.
（8）错.热（Q）的变化值与具体的变化途径有关，它不是状态国数.当47=0时•只说明初始和终了的温度相同，而不能说明整个过程的变化情况，故Q不一定为零.
（9）错.、H=Q是在没有其他功的条件下才存在的等式.题目中提及机械搅拌使液体升温•则说明存在机械功，即dW/H0.所以，上面等式AH=Qp不成立.
（10）错•由同一状态I出发，经过绝热可逆过程达到的状态n和经过绝热不可逆过程达到的状态n\两状态的温度一定不相同，故△丁rH△刀R・所以
（11）（a）对.绝热过程三严=G，（T2—TJ.
（b）对.等容过程中（不作非膨胀功）Q，=&
J.
（c）错.等温过程,2=0.
（d）对.多方可逆Q+W=|CvdT.
（12）对.Q是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q值将会不同•熔（H〉是状态函数,只要始终态相同,不考虑所经过的过程，则两焙变值和AH?
相等.
2.回答下列问题.
（1）在盛水槽中放置一个盛水的封闭试管，加热盛水槽中之水，使其达到沸点•试问试管中的水是非会沸腾•为什么？
（2〉夏天将室内电冰箱的门打开，接通电源并紧闭门窗（设堪壁、门窗均不传热），能否使室内温度降低,为什么？
（3）可逆热机的效率最高，在其他条件都相同的前提T，用可逆热机去牵引火车,能否使火车的速度加快•为什么？
（4）Zn与稀硫酸作用，（a）在敞口的容器中进行;
（b）在密闭的容器中进行.哪一种情况放热较多•为什么？
（5）在一铝制筒中装有压缩空气•温度与环境平衡•突然打开筒盖•使气体冲岀，当压力一外界相等时,立即盖上筒盖，过一会儿,筒中气体的压力有何变化？
（6）在N2和H2的物质的凰之比为1:
3的反应条件下合成氨，实验测得在温度Ti和T2时放出的热址分别为Q（乃）和Q（T2），用Kirchhoff定律验证时，与下述公式的计算结果不符•试解释原因（仏）=氏Hm（T】）+J；
ArC,dT
（7〉从同一始态A出发,经历三种不同途径到达不同的终态：
（1）经等温可逆过程从A-B,
（2）经绝热可逆过程从A-C,（3）经绝热不可逆过程从A-D.试问:
（a）若使络态的体积相同点应位于BC虚线的什么位置，为什么？
（b）若使终态的压力相同,D点应位于BC虚线的什么位置，为什么,参见图2-3.
（8）在一个玻璃瓶中发生如下反应：
H2（g）+Cb（g）匹2HCl（g〉
反应前后T.p.V均未发生变化，设所有的气体都可看作是理想气体•因为理想气体的热力学能仅是温
度的函数・U=U（T）,所以该反应的2=0.这个结论对不对？
（1）不会.由于水槽中的水与水的沸点相同，不满足只有环境的温度高于液体的沸点，液体才能沸腾的条件•所以试管中的水不会沸腾.
（2）不能.由于墙壁、门窗不传热•则可把整个屋子看作是一个绝热等容的系统,又因为&
J=Q+W・而Q=0（绝热过程）.电冰箱做电功，即环境对系统做功心0,所以2>
0,温度升高.
（3）不能.热机效率尸g是指从高温热源所吸的热最大的转换成对环境所做的功.但是同时可逆热机循环一周是一个缓慢的过程，所需时间是无限的•又由P^W/t=F・u可推出e将无限的小•因此用可逆热机牵到火车的做法是不实际的•不能增加火车的速度只会降低.
（4）在密闭的容器中进行的反应放热较多.
这是由于在热化学中,Qp=Q+S（RD而在这个反应中Zn+HiSU—ZnSC）,+H2,^=1.又因为该反应为放热反应Q八Q，的值均为负数・IQul>
IQpI.
〈5）筒内的压力变化过程:
当压缩空气气体冲出，在绝热可逆过程有7^=常数，当气体的压力与外界相等时，筒中温度降低.立即盖上筒盖，过一会儿,系统与环境的温度完全相等•温度升髙•则压力也升高，即大于环境中的标准大气压.
（6）bHm=愷,\Hm实际上是指按所给反应式，进行丄为lmol反应时的焙变，实验中测得的数值是反应达到平衡时放出的热童，此时Klmol,因此经过计算使用Kirchhoff定律计算的结果与实验不符.
由各种过程的膨胀功计算中，我们可知绝热可逆膨胀的功最大.绝热过程中，G，（门兀），由于是膨胀过程，所以W<
0.
又因IWr|>
|Ww|，所以T2!
R>
T2r.又根据理想气体状态方程pV=nRT,当V2相同时pQg.当仇相同时，匕'
绝热膨胀在实际过程中是一个降温过程，与等温可逆相比,T2W<
T2<
f.同理，当匕相同时.p2W>
p2K?
当0相同时，匕聲>
匕叭
（8）3=0这个结论不正确.根据热力学第一定律由于反应前后的丁未变,Q=0,W=W.虽然整个反应中V未变，但此化学反应由于光照而引发，以这种的形式对反应做功，所以WHO.
3.可逆过程有哪些基本特征？
请识别下列过程中哪些是可逆过程.
（1）縻擦生热；
（2）室温和大气压力（101.3kPa）下,水蒸发为同温、同压的气；
（3）373K和大气压力（101.3kPa）下,水蒸发为同温、同压的气；
（4）用干电池使灯泡发光;
（5）用对消法测可逆电池的电动势；
（6）N2（g）,Q2（g）在等温、等压条件下温合；
（7）恒温下将1mol水倾人大最溶液中，溶液浓度未变；
（8）水在冰点时变成同温、同压的冰.
可逆过程基本特征：
1过程中的每一步都可向相反的方向进行，而且，系统复原后在环境中并不引起其他变化.
2经过无限慢的膨胀与压缩.
3在可逆膨胀中系统做的功最大•在系统复原可逆压缩过程中对环境做的功最小.
（3）.（5）和（8〉的过程为可逆过程•其余均不是.
4.试将如下的两个不可逆过程设计成可逆过程：
（1）在298K.101.3kPa圧力下•水蒸发为同温.同压的气；
⑵在268KJ01.3kPa压力下冰凝结为同温、同压的冰.
（l）H2O（L298K.10L3kPa）―H2O（g,298K^101.3kPa）
H2O（h373K<
101.3kPa）
等温等压町逆蒸发「
H2O（g>
373K,101.3kPa）.
等压可逆降温
等压可逆升温
H2CXh273KJ01.3kPa）
等温等压町逆凝结
H2O（s,273KJ01.3kPa）.
（2）H2O（1,268KJOI.3kPa）—H2O（s,268KJOI.3kPa）
f等压可逆降温
5.判断下列各过程中的QW.W和可能知道的值■用>
0V0或=0表示.
（1）如图2-5所示，当电池放电后，选择不同的对象为研究系统，
1以水和电阻丝为系统_
2以水为系统
3以电阻丝为系统
4
///////////////A
以电池和电阻丝为系统
5以水、电池和电阻丝为系统；
（2）vanderWalls气体等温自由膨胀；
（3）密闭非绝热容器中盛有锌粒和盐酸，容器上部有可移动的活
⑷GHe（s,10L3kPa,Tf）—QH^dUOl.3kPa,7}）»
（5）恒容绝热容器中发生如下反应
H：
（g）4-Cl2（g）—2HCl（g）
（6）恒容非绝热容器中•发生与（5〉相同的反应,反应前后温度相同'
（7）在大量的水中•有一个含有H2（g）,Q（g）的气泡•通一电火花使其化合变为水，以H2（g）・Q（g）混合气为系统，忽略电火花能屋；
⑻理想气体Joule-Thomson的节流过程.
（l）（DW>
0,水和电阻丝为-幣体看待Q=0,W=Q+W>
2以水为系统•对外不做功,W=0,系统吸热Q〉0,故2=W+QA0.
3以电阻丝为系统•电阻丝的状态未发生改变•所以^17=0.系统放热QV0.所以W>
0・
4以电池电阻丝为系统，不存在对外做功,W=o.系统为放热反应・Q<
0,AUnQ+WCO.
5以电池水和电阻丝为系统，该系统成为孤立系统・MJ=O・Q=O・W=O.
（2）外压为零的膨胀过程为自由膨胀,W=O.
膨胀后体积增加•温度升高•是吸热反应,QAO.所以可知,2=Q+抄>
（3）由于Zn+2HC1—ZnCl24-H2f体积增加•活塞移动，对外做功,WVO.此反应为放热反应，所以Q<
0.同理,2=Q+WVO.
（4）由固体变为液体，在凝固点和等压条件下,吸热.Q=Qa=AH>
0.-A（/）V）=-p（V/-V,X
Q.^JJ=Q+W>
（5）恒容绝热的容器中发生反应,Q=Q=O・W=0故AU=O；
因为该反应为放热反应,反应后温度升髙，由理想气体状态方程可知P=帶:
V不变"
随丁增加而增加.又因△H=e+A（pV）=V（Ap）>
（6）恒容容器内W=0；
由于是非绝热容器，该反应为放热反应，故Q=QVO；
同理2V0.△H=2<
0（由于系统最终能恢复原状态,A（/>
V）=0）.
（7〉2Hz+Q==2H2（）,W=—况匕一匕）反应后气体体积减歩（以压、02为系统）所以W>
0.该反应为吸热反应,Q<
0热力学能滅少,2<
（8〉节流过程的待点是:
①绝热过程②前后焙值相等.故Q=O,AH=O.
又因为理想气体节流前后温度未发生改变,&
；
=（）;
同理由2=Q+W,可知W=0・
6.请列举4个不同类型的等熔过程.
几种不同类型的等熔过程分别为：
自由膨胀；
等温可逆膨胀;
等温可逆压缩Joule-Thomson节流过程.
7.在下列关系式中，请指岀哪几个是准确的，哪几个是不准确的•并简单说明理由.
⑴乂圧.（石墨.sgHFMCOzQ,
（2）^H^（H2,g）=^H-（H2O,g）,
（3）&
（N2，g）=mH^（2NQ,g）,
（4）ZJkH»
（SO2.g）=0,
（5）心圧（出0吃）=氏円二（氏0,1）+厶叩/^（1420,1）,
根据标准摩尔生成熔和标准摩尔燃烧的定义可知均指生成1mol纯物质的焙变.由此可知
（1）和
（2）正确；
（3）错误.
⑷由于SOz+^Q—SO.‘SU在Oz中可以完全燃烧生成沁，所以乂比/盹，g）H0.
<
5）H2O
（1）―H2O（g）ArH^（373心=5叩居（压0,1）=氏圧（压（）诣）一氏皿（出0,1）结果正确.
（6）根据定义AeH：
.（H2,g）=^H-（H2O,g）等式成立.所以题中表示结果错误.
是否恒大于Gt?
有一个化学反应，所有的气体都可以作为理想气体处理，若反应的AG.m>
0,则反应的△G’m也一定大于零吗？
证明心-6=（黑）厂（黑）V
_〃（U+0V）\_四\
\ar丿aUta-
=（謀）（薛）厂（黔）V
=（黑）》+（鬻）T（霁）（霁）厂（畀）V十+（第）j（動
对于理想气体'
（韵「=0,（霁）广甞,—叔Cp.m_G'
.m=R可知C"
永远大于Cv.m当C,m>
0时，则Gm也一定大于零.
第三章热力学第二定律
1.指岀下列公式的适用范围.
（1）i\nixS=—
（2）2=7tRln4~CpInyr—ziRln+Q4n?
（3）dU=7ViS-pdV；
（4）AG=jvdp；
（5）AS,M2G作为判据时必须满足的条件.
（1〉理想气体的等温等压过程，并符合分体积定律••切==訂・存在的每种气体的压力都相等•且等于气体的总压力.
（2）适用于非等温过程中爛的变化值.在计算一定虽的理想气体由状态I（p・W•门）改变到状态n（Zh.V2.T2）时，可由两种可逆过程的加和而求得.等号两边是两种不同的分步计算方法.
（3）对于封闭系统只做体积功时适用.
（4）对于锌温条件下•封闭系统只做体积功时适用.
（5）爛判据:
对于隔离系统或绝热系统.dS^OHelmhokz自由能判据在等温等容下做其他功的条件下•若系统任其口然，叫自发变化总是朝向A减少的方向进行•直至系统达到平衡.Gibbs自由能判据:
在等温等压下，不做其他功，任期自然进行，则自发变化是朝G减少的方向进行•直至系统达到平衡.
2.判断下列说法是否正确•并说明原因.
（1）不可逆过程一定是处肆的,而自发过程一定是不可逆的：
（2）凡爛增加过程都是自发过程；
（3）不可逆过程的爛永不减少；
（4）系统达平衡时，爛值最大,Gibbs自由能最小；
（5）当某系统的热力学能和体积恒定时,K0的过程不可能发生；
（6）某系统从始态经过一个绝热不可逆过程到达终态.现在要在相同的始、终态之间设计一个绝热可逆过程；
（7）在一个绝热系统中•发生了一个可逆过程•系统从状态1变到了状态2,不论用什么方法，系统再也回不到原来状态了；
（8）理想气体的等温膨胀过程•△U=0・系统所吸的热全部变成了功•这与Kelvin的说法不符；
（9）冷冻机可以从低温热源吸热放给髙温热源，这与Clausius的说法不符；
（10）G恒大于Cv.
（1）错.自发过程-定是不可逆过程•而不是所有的不可逆过程都是自发的，有时需要环境对系统做功•才可进行不可逆过程.
（2）错.爛判据使用是有条件的，适用于隔离系统或绝热系统.
（3）错.在隔离系统中，如果发生了不可逆变化,则爛增加.
（4）错.不应笼统的全部定义为系统.在绝热系统或隔离系统•当系统达到平衡状态之后、媳值绘大;
在等温等压不做其他功的条件F,直至系统达到平衡后,Gibbs自由能最小.
（5〉错.不完全正确•这种说法只适用于隔离系统且不做非膨胀功的条件下才可以成立.
（6）错.绝热不可逆过程^S>
0.绝热可逆过程AS=0.爛是一个状态函数，由于两过程有同样的始态，同时aS值不同，则可以认为最终到达的终态的性质不同.故题中说法不能实现.
⑺对.在绝热系统中，从状态1到状态2△%>
（）；
而同样在该条件下，由状态2到状态1%>
0・系统的埔水远增加，故系统再也回不到原来状态了.
（劝错.Kelvin：
不可能从单热源取出热使之完全变为功•而不发生其他变化.理想气体等温膨胀过程中・山=0・系统，所吸的热全部变成了体积膨胀所做的体积功.这与keWin记述相符.
（9
升级会员 