物理化学葛华才上课布置的课后习题详细答案(含64学时).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).pdf

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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1葛华才等编葛华才等编物理化学（多媒体版）教材物理化学（多媒体版）教材上课布置上课布置的计算题解的计算题解2013年年6月月23日日最新版最新版若有错误，欢迎告知编者若有错误，欢迎告知编者（电邮：

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第一章第一章热力学第一定律热力学第一定律第二章第二章热力学第二定律热力学第二定律第三章第三章多组分系统多组分系统第四章第四章化学平衡化学平衡第五章第五章相平衡相平衡第六章第六章化学动力学化学动力学第七章第七章电化学电化学第八章第八章界面现象界面现象第九章第九章胶体化学胶体化学说明：

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。

解：

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。

解：

解：

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。

解：

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。

解：

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。

解：

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。

解：

（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