第一章化学热力学基础习题解答.docx

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第一章化学热力学基础习题解答

第一章--化学热力学基础-习题解答

第一章化学热力学基础

1-1气体体积功的计算式

中，为什么要用环境的压力

？

在什么情况下可用体系的压力

？

答：

在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式

中，

可用体系的压力

代替

。

1-2298K时，5mol的理想气体，在

（1）定温可逆膨胀为原体积的2倍；

（2）定压下加热到373K；（3）定容下加热到373K。

已知Cv,m=28.28J·mol-1·K-1。

计算三过程的Q、W、△U、△H和△S。

解

（1）△U=△H=0

（2）

W=△U–QP=－3.12kJ

（3）

W=0

1-3容器内有理想气体，n=2mol,P=10Pθ，T=300K。

求

（1）在空气中膨胀了1dm3，做功多少？

（2）膨胀到容器内压力为lPθ，做了多少功？

（3）膨胀时外压总比气体的压力小dP,问容器内气体压力降到lPθ时，气体做多少功？

解：

（1）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且

（2）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且

（3）

1-41mol理想气体在300K下，1dm3定温可逆地膨胀至10dm3，求此过程的Q、W、△U及△H。

解：

△U=△H=0

1-51molH2由始态25℃及Pθ可逆绝热压缩至5dm-3,求

（1）最后温度；

（2）最后压力；（3）过程做功。

解：

（1）

（2）

（3）

1-640g氦在3Pθ下从25℃加热到50℃，试求该过程的△H、△U、Q和W。

设氦是理想

气体。

（He的M=4g·mol-1）

解：

W=△U–QP=-2078.5J

1-7已知水在100℃时蒸发热为2259.4J·g-1，则100℃时蒸发30g水，过程的△U、△H、Q和W为多少？

（计算时可忽略液态水的体积）

解：

1-8298K时将1mol液态苯氧化为CO2和H2O（l），其定容热为－3267kJ·mol-1,求定压反应热为多少？

解：

C6H6（l）+7.5O2（g）→6CO2（g）+3H2O（l）

1-9300K时2mol理想气体由ldm-3可逆膨胀至10dm-3，计算此过程的嫡变。

解：

1-10．已知反应在298K时的有关数据如下

C2H4（g）+H2O（g）→C2H5OH（l）

△fHmӨ/kJ·mol-152.3－241.8－277.6

CP,m/J·K-1·mol-143.633.6111.5

计算

（1）298K时反应的△rHmӨ。

（2）反应物的温度为288K，产物的温度为348K时反应的△rHmӨ。

解

（1）△rHmӨ=－277.6+241.8－52.3=－88.1kJ·mol-1

（2）288KC2H4（g）+H2O（g）→C2H5OH（l）348K

↓△H1↓△H2↑△H3

298KC2H4（g）+H2O（g）→C2H5OH（l）298K

△rHmӨ=△rHmӨ（298K）+△H1+△H2+△H3

=－88.1+[（43.6+33.6）×（298-288）+111.5×（348-298）]×10-3

=-81.75kJ·mol-1

1-11定容下，理想气体lmolN2由300K加热到600K，求过程的△S。

已知

解：

1-12若上题是在定压下进行，求过程的嫡变。

解：

1-13101.3kPa下，2mol甲醇在正常沸点337.2K时气化，求体系和环境的嫡变各为多少？

已知甲醇的气化热△Hm=35.1kJ·mol-1

解：

1-14绝热瓶中有373K的热水，因绝热瓶绝热稍差，有4000J的热量流人温度为298K的空气中，求

（1）绝热瓶的△S体；

（2）环境的△S环；（3）总熵变△S总。

解：

近似认为传热过程是可逆过程

△S总=△S体+△S环=2.70J·K-1

1-15在298K及标准压力下，用过量100%的空气燃烧1molCH4,若反应热完全用于加热产物，求燃烧所能达到的最高温度。

CH4O2CO2H2O（g）N2

△fHmӨ/kJ·mol-1－74.810－393.51-241.82

CP,m/J·K-1·mol-128.1726.7529.1627.32

解;空气中n（O2）=4mol,n（N2）=n（O2）×（79%÷21%）=15mol

CH4（g）+2O2→CO2（g）+2H2O（g）

△rHmӨ（298K）=2×（-241.82）+（-393.51）–（-74.81）=-802.34kJ

反应后产物的含量为：

O2CO2H2O（g）N2

n/mol21215

-802.34×103+（2×28.17+15×27.32+26.75+2×29.16）（T-298）=0

T=1754K

1-16．在110℃、105Pa下使1molH2O（l）蒸发为水蒸气，计算这一过程体系和环境的熵变。

已知H2O（g）和H2O（l）的热容分别为1.866J·K-1·g-1和4.184J·K-1·g-1，在100℃、105Pa下H2O（l）的的汽化热为2255.176J·g-1。

解:

1molH2O（l,110℃,105Pa）----→1molH2O（g,110℃,105Pa）

↓∆H1,∆S1↑∆H3,∆S3

1molH2O（l,100℃,105Pa）----→1molH2O（g,100℃,105Pa）

∆H2,∆S2

=40.176kJ

=107.7J·K-1

1-171molidealgaswithCv,m=21J·K-1·mol-1,washeatedfrom300Kto600Kby

（1）reversibleisochoricprocess;

（2）reversibleisobaricprocess.Calculatethe△Useparately.

解：

（1）由题知

△U=nCv,m△T=1×21×（600－300）=6300（J）

（2）对i.g由于△U只是温度的函数，

所以△U2=△U1=6300（J）

1-18Calculatetheheatofvaporizationof1molliquidwaterat20℃,101.325kPa.△vapHmӨ（water）=40.67kJ·mol-1,Cp,m（water）=75.3J·K-1·mol-1,Cp,m（watervapor）=33.2J·K-1·mol-1at100℃,101.325kPa.

解：

1molH2O（l,20℃,105Pa）----→1molH2O（g,20℃,105Pa）

↓∆H1,↑∆H3,

1molH2O（l,100℃,105Pa）----→1molH2O（g,100℃,105Pa）

∆H2

△H=△H1+△H2+△H3=nCp,m（l）△T+n△vap

+nCp,m（g）△T

=1×75.3×（100-20）×10-3+1×40.67+1×33.2×（20-100）×10-3

=44.04kJ