物理化学习题答案综述.docx

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物理化学习题答案综述

物理化学习题

第一章热力学第一定律

一、问答题

1.什么是系统？

什么是环境？

答：

将一部分物质从其他部分中划分出来，作为研究的对象，这一部分物质就称为系统；系统之外与系统密切相关的部分称为环境。

2.什么是状态函数？

答：

由系统状态确定的系统的各种热力学性质，称为系统的状态函数。

3.什么是等压过程？

答：

在环境压力恒定下，系统始、终态压力相同且等于环境压力的过程。

4.什么是热力学能？

答：

是系统中物质的所有能量的总和

5.什么是热力学第一定律？

答：

将能量守恒与转化定律应用于宏观的热力学系统即为热力学第一定律。

6.什么是体积功

答：

因系统的体积变化而引起的系统与环境之间交换的功

7.可逆过程有哪些特点？

答：

（1）可逆过程是以无限小的变化进行，系统始终无限接近于平衡态，即整个过程由一系列无限接近于平衡的状态所构成。

（2）系统在可逆过程中作最大功，环境在可逆过程中作最小功，即可逆过程效率最高。

（3）沿与过程原来途径相反方向进行，可是系统和环境完全恢复原态，而没有任何耗散效应。

8.什么是理想气体？

答：

分子本身不占有体积，分子之间没有作用力，实际不存在的假想气体。

当温度不是很低或很高，压力不是很低或很高，或没有其他特殊条件时，一般气体均视为理想气体。

9.什么是标准摩尔生成焓？

答：

规定在标准压力p（100kpa）和指定温度T时，由最稳定单质生成标准状态下1摩尔化合物的焓变称为该化合物在此温度下的标准摩尔生成焓。

10.夏天为了降温，采取将室内电冰箱门打开，接通电源并紧闭门窗（设墙壁门窗均不传热）。

该方法能否使室内温度下降？

为什么？

答：

不能。

该情况相当于一个绝热系统中作电功，电机发热只能使室温升高。

二、判断题（正确打√，错误打×）

1.由于p和V都是状态函数，则pV也是状态函数。

（√）

2.状态函数改变后，状态一定改变。

（√）

3.孤立系统内发生的一切变化过程，其UΔ必定为零。

（√）

4.温度越高，Q值越大。

（×）

5.等压过程是指系统在变化过程中系统的压力等于环境的压力。

（×）

6.不做非体积功是指系统的始态和终态的体积相同。

（×）

7.在标准状态下，最稳定单质的焓值等于零。

（×）

8.O2（g）的标准摩尔燃烧焓等于零。

（√）

9.H2O（l）的标准摩尔燃烧焓等于零。

（√）

10.H2和O2在绝热钢瓶中发生反应的U△等于零。

（√）

三、选择题（选1个答案）

1.是状态函数。

（A）

A．GB．U△C．WD．Q

2.不是状态函数。

（D）

A．HB．UC．SD．G△

3.具有广度性质。

（B）

A．TB、UC．PD．ρ（密度）

4.具有强度性质。

（D）

A．SB．VC．GD．η（粘度）

5.的标准摩尔生成焓等于零。

（A）

A．C（石墨）B．C（金刚石）C．CO2D．CO

6的标准摩尔燃烧焓等于零。

（C）

A．C（石墨）B．C（金刚石）C．CO2D．CO

7.理想气体在外压为101.325kPa下的等温膨胀，该过程的。

（A）

A．Q>0B．Q<0C．U△>0D．U△<0

8.101.325kPa和273.15K的水等温等压变为冰，该过程的。

（D）

A．Q>0B．U△=0C．△H>0D．△H<0

9.下列叙述中不属于状态函数特征的是。

（C）

A．系统变化时，状态函数的改变值只由系统的始、终态决定。

B．系统状态确定后，状态函数的值也确定。

C．状态函数均有加和性。

D．经循环过程，状态函数的值不变。

10.理想气体向真空膨胀，其体积从V1增大到V2，则系统做功为。

（A）

A．W=0B．W>0C．W<0D．W=-nRTln（V2/V1）

四、填空题

1.△U=Q+W适用于宏观上静止且无外力场存在的封闭系统。

2.△H=QP的适用条件是封闭系统在非体积功为0且等压。

3.最稳定单质的标准摩尔生成焓等于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。

4.完全燃烧产物的标准摩尔燃烧焓等于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。

5.在充满氧气的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧。

若以反应器以及其中所有物质为系统，则该过程的△H大于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。

6.规定在标准压力p（100kpa）和指定温度T时，1摩尔的物质完全燃烧的等压热效应称为该物质的标准摩尔燃烧焓。

7.C（石墨）的标准摩尔燃烧焓小于CO（g）的标准摩尔生成焓（填“小于”、“大于”或“等于”）。

8.H2（g）的标准摩尔燃烧焓小于H2O（g）的标准摩尔生成焓（填“小于”、“大于”或“等于”）。

9.系统的性质分为广度性质和__强度性质____。

10.水（101325Pa，273.15K）在等温等压下凝结成冰（101325Pa，273.15K）过程的W小于零

（填“小于”、“大于”或“等于”）。

五、计算题

1.1mol理想气体在等压下升高1℃，求系统所做的功。

解：

p1V1=nRT1

p2V2=nRT2

等压过程

W=PdV=nR（T2-T1）=1×R×1=8.314J

2.1mol单原子理想气体在298K时，分别按下列三种方式从15.00dm3膨胀到40.00dm3：

（1）自由膨胀；

解：

（1）自由膨胀过程，

因为理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数，而理想气体自由膨胀过程温度不变，所以：

ΔU=ΔH=f（T）＝0

（2）等温可逆膨胀；

解：

因为理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数，所以等温过程

ΔU=ΔH=0

W=-nRTln（v2/v1）=-1x8.314x298ln（40/15）=-2430J

Q=-w=2430J

（3）在恒定外压为终态压力下等温膨胀。

ΔU=ΔH=0

P=nRT/V=（1×8.314×298）/（40/1000）=61.94KPa

W=-61.94×（40-15）=-1548.5J

Q=-w=1548.5J

分别求上述三种过程的Q、W、ΔU和ΔH。

3.1mol水在100℃、101.325kPa下蒸发为水蒸气，吸热40.7kJ，求该过程的Q、W、△U和△H。

解：

因为在正常相变温度、压力下的相变为可逆相变过程，所以：

ΔH=Qp=Q=40.7KJ

W=-Pe（Vg-Vl）=-PVg=-NRT=-1*8.314*373=-3.101KJ（因为Vg>>Vl）

ΔU=Q+W=40.7-3.101=37.56KJ

4.已知298.2K时，NaCl（s）、H2SO4（l）、Na2SO4（s）和HCl（g）的标准摩尔生成焓分别为-411、-811.3、-1383和-92.3kJ·mol-1，求下列反应2NaCl（s）+H2SO4（l）=Na2SO4（s）+2HCl（g）在298.2K时的△rHmө。

解：

2NaCl（s）+H2SO4（l）=Na2SO4（s）+2HCl（g）

△rHmө=（∑H）产物-（∑H）反应物=（-1383-92.3*2）-（-411*2-811.3）=65.7KJ/mol

5.已知

（1）Zn（s）+½O2（g）=ZnO（s）△rHmө=351.5kJ·mol-1

（2）Hg（s）+½O2（g）=HgO（s）△rHmө=90.8kJ·mol-1

求（3）Zn（s）+HgO（s）=ZnO（s）+Hg（s）的△rHmө

解：

因为反应

（1）-反应

（2）=反应（3）

所以△rHmө（3）=△rHmө

（1）-△rHmө

（2）=351.5-90.8=260.7KJ/mol

第二章热力学第二定律

一、问答题

1.什么是热力学第二定律？

答：

热量由低温物体传给高温物体而不引起其他变化，是不可能的。

2.什么是卡诺循环？

答：

工作物质从高温热源（T2）吸取热量Q2，一部分做功W，一部分放热Q1给低温热源（T1），这个由处于不同温度的两等温步骤和两绝热步骤所组成的可逆循环即为卡诺循环。

3.熵的物理意义是什么？

答：

熵是系统混乱程度的度量。

4.如何用熵判据判断过程的方向？

答：

孤立系统的熵值永远不会减少，（熵增原理），孤立系统杜绝了一切人为控制则可用熵增原理来判别过程的自发方向。

孤立系统中使熵值增大的过程是自发过程也是不可逆过程；使系统的熵值保持不变的过程是可逆过程，系统处于平衡态；孤立系统中不可能发生使熵值变小的任何过程。

5.如何用吉布斯能判据判断过程的方向？

答：

在等温等压和W=0的条件下，封闭系统自发过程总是朝着吉布斯能减小的方向进行，直至吉布斯能降到极小值（最小吉布斯能原理），系统达到平衡。

6.如何用亥姆霍兹能判据判断过程的方向？

答：

在等温等溶和非体积功W=0的条件下封闭系统自发过程朝着亥姆霍兹能减少的方向进行直至亥姆霍兹能达到极小值（最小亥姆霍兹能原理），系统达到平衡。

7.空调可以把热从低温热源传递到高温热源，这是否与热力学第二定律矛盾？

为什么？

答：

不矛盾，克劳斯说的是“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化”，而冷冻机系列环境作了电功却得到了热，热变为功是不可逆过程，所以环境发生了变化。

8.一般情况下，温度升高，固体溶解度增大，气体溶解度减小，请用热力学原理解释之。

答：

一般情况下，固体溶解是熵增加过程，而气体溶解是熵减少过程。

根据G=△H-TS提高温度对固体溶解有利而对气体溶解不利。

9.什么是热力学第三定律？

答：

在绝对零度，任何纯物质完整晶体的熵等于零。

10.什么是标准摩尔熵？

答：

1摩尔物质处于温度T时在标准状态下的规定熵又称该物质在温度T时的标准摩尔熵。

二、判断题（正确打√，错误打×）

1.根据热力学第二定律，热不能从低温物体传到高温物体。

（×）

2.功可以完全变为热而不发生其它变化。

（√）

3.只要不违反能量守恒，任何过程都有可能发生。

（×）

4.在常压下，0℃水结冰是熵增大过程。

（×）

5.非理想气体经过绝热可逆过程，熵保持不变。

（√）

6.最稳定单质的标准摩尔熵等于零。

（×）

7.金刚石的标准摩尔生成吉布斯能等于零。

（×）

8.某电解反应在等温等压下自发进行，该反应的△G一定小于零。

（×）

9.理想气体绝热可逆膨胀过程的△G等于零。

（×）

10.1mol25℃，101.3kPa液态水向真空膨胀成25℃，101.3kPa水蒸气的△G大于零。

（√）

三、选择题（选1个答案）

1.在等温等压不做非体积功的情况下，下列哪个过程肯定能自发进行？

（C）

A．△H>0，△S>0B．△H>0，△S<0

C．△H<0，△S>0D．△H<0，△S<0

2.1mol90℃、101.325kPa的过冷水蒸气在等温等压下变为水，该过程的。

（D）

A．△G>0，△S>0B．△G>0，△S<0

C．△G<0，△S>0D．△G<0，△S<0

3.1mol0℃、101.325kPa的水在等温等压下变为冰，该过程的。

（A）

A．△G=0，△H<0B．△G=0，△H=0

C．△G<0，△H<0D．△G<0，△H=0

4.化学反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）的。

（A）

A．△H>0，△S>0B．△H>0，△S<0

C．△H<0，△S>0D．△H<0，△S<0

5.反应NH4Cl（s）=NH3（g）+HCl（g）的△rSmө。

（A）

A．大于零B．小于零C．等于零D．不确定

6.当温度升高时，反应NH4Cl（s）=NH3（g）+HCl（g）的△rGmө。

（C）

A．增大B．不变C．减小D．不确定

7.下列说法正确的是。

（C）

A．熵不会减小B．熵总是增大

C．孤立系统中熵不会减小D．孤立系统中熵总是增大

8.下列说法正确的是。

（B）

A．绝热过程的ΔS=0B．绝热可逆过程的ΔS=0

C．绝热过程的ΔS>0D．绝热可逆过程的ΔS>0

9.若N2（g）和O2（g）都视为理想气体，等温等压下，1molN2（g）和1molO2（g）混合后，不发生变化的一组热力学性质是。

（A）

A．U、H、VB．U、H、GC．S、F、GD．V、F、S

10.1mol100℃、101.325kPa的水在等温等压下变为水蒸气，该过程的。

（B）

A．△G=0，△H<0B．△G=0，△H>0

C．△G<0，△H<0D．△G<0，△H>0

四、填空题

1.自发过程的共同特征是具有方向的单一和限度，不可逆，做功的能力。

2.热力学第二定律主要是解决了过程方向限度问题。

3.水和乙醇混合过程的ΔS大于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。

4.苯和甲苯混合过程的ΔG小于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。

5.理想气体的卡诺循环由等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、等温可逆压缩和绝热可逆压缩所组成。

6.△G=△H-T△S的适用条件是等温过程。

7.吉布斯能判据的适用条件是封闭系统等温等压和非体积功为零。

8.1mol100℃，101.3kPa液态水的吉布斯能等于1mol100℃，101.3kPa气态水的吉布斯能（填“小于”、“大于”或“等于”）。

9.合成氨反应的ΔS小于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。

10.亥姆霍兹能判据的适用条件是等温等容和非体积功为零。

五、计算题

1.1mol甲苯在其沸点383.2K时蒸发为气，已知该温度下甲苯的汽化热为362kJ·kg-1，求该过程的Q、W、△H和△G。

解：

Q=362*0.092=33.304KJ

W=-P（Vg-VI）=-PVg=-RT=-8.314*383.2=-3185.9248J

△H=Q=33.304KJ

△G=0

2.计算下列等温（25℃）反应的熵变：

2C（石墨）+3H2（g）→C2H6（g）

已知25℃时C（石墨）、H2（g）和C2H6（g）的标准摩尔熵分别为：

5.74J·mol-1·K-1、130.6J·mol-1·K-1和229.5J·mol-1·K-1。

解：

ΔrSmθ=Smθ，C2H6,g-3Smθ，H2,g-2Smθ，C,s

=229.5-3*130.6-2*5.74=-173.78J·mol-1·K-1

3.有一大恒温槽，其温度为96.9℃，室温为26.9℃，经过相当时间后，有4184J的热因恒温槽绝热不良而传给室内空气，试求：

（1）恒温槽的熵变；

（2）空气的熵变；（3）试问此过程是否可逆。

解：

（1）ΔS槽=-Q/T槽=-4184/（96.9+273）=-11.3J·K-1

（2）ΔS空=Q/T空=4184/（26.9+273）=13.95J·K-1

（3）因为ΔS总=ΔS槽+ΔS空=-11.3+13.95=2.65J·K-1＞0

所以不可逆。

4.在25℃和标准状态下，已知金刚石的标准摩尔生成焓为1.90kJ·mol-1，金刚石和石墨的标准摩尔熵分别为2.44J·mol-1·K-1和5.69J·mol-1·K-1，求石墨→金刚石的ΔrGθm，并说明在此条件下，哪种晶型更加稳定？

解：

ΔrSmθ=Sθ，金刚石,s-Sθ，石墨,s=2.44-5.69=-3.25J·mol-1·K-1

ΔrGθm=ΔrHθ-TΔrSmθ=1.90*1000-（25+273）*（-3.25）=2868J/mol=2.87KJ/mol

石墨更稳定

5.在25℃和标准状态下，已知CaCO3（s）、CaO（s）和CO2（g）的标准摩尔生成焓分别为-1206.92kJ·mol-1、-635.09kJ·mol-1和-393.51kJ·mol-1，标准摩尔熵分别为92.9J·mol-1·K-1、39.75J·mol-1·K-1和213.74J·mol-1·K-1，求：

CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）的ΔrGmθ。

解：

ΔrHθ=-635.09+（-393.51）-（-1206.92）=178.32kJ·mol-1

ΔrSmθ=213.74+39.75-92.9=160.59J·mol-1·K-1

ΔrGθm=ΔrHθ-TΔrSmθ

=178.32*1000-（273+25）*160.59=130464J·mol-1=130.46kJ·mol-1

第三章化学平衡

一、问答题

1.什么是标准生成吉布斯能？

答：

在标准压力Pθ下，最稳定单质的吉布斯能为零，由稳定单质生成一摩尔某化合物时反应的标准吉布斯能变化就是该化合物的标准生成吉布斯能△Gmθ

2.化学反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）必须在高温下进行，请用热力学原理解释之。

答：

化学反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）是吸热反应，提高反应温度可以增大平衡常数，有利于反应正向进行。

3.乙苯脱氢生成苯乙烯C6H5C2H5（g）＝C6H5CH=CH2（g）+H2（g）

是吸热反应，通入过热水蒸气（不参加反应）可以提高苯乙烯产率，为什么？

答：

乙苯脱氢生成苯乙烯是吸热反应，提高反应温度有利；该反应也是增加体积的反应，减少压力有利。

通过通入过热水蒸气即可以提供热量，维持较高的反应温度，同时还由于水蒸气不参加反应，起稀释作用，与减少压力效果等同。

二、判断题（正确打√，错误打×）

1.对于合成氨反应3H2（g）+N2（g）=2NH3（g），提高压力可以增大平衡常数，从而提高产率（×）

2.增加反应物浓度，使△rGm减小，有利于反应正向进行。

（√）

3.某化学反应的0GΔmr<θ，在等温等压不做非体积功的条件下，该反应将自发进行。

（×）

4.标准平衡常数没有单位，而经验平衡常数一定有单位。

（×）

5.标准平衡常数和经验平衡常数都与反应物浓度无关。

（√）

6.温度越高，平衡常数越大。

（×）

7.θmrGΔ表示化学反应达到平衡时产物与反应物的吉布斯能差。

（×）

8.加入催化剂虽然不能改变经验平衡常数，但可以改变标准平衡常数。

（×）

三、选择题（选1个答案）

1.改变反应物的浓度将影响化学平衡，这是由于发生改变所致。

（B）

A．θmrGΔB．△rGm

C．经验平衡常数D．标准平衡常数

2.已知反应N2+3H2=2NH3的标准平衡常数为K1ө，反应（g）NH（g）H

23（g）N21322=+的标准平衡常数为K2ө，两者的关系为。

（D）

A．K1ө=K2өB．K1ө=2K2өC．K1ө=½K2өD．K1ө=（K2ө）2

3.反应N2O5（g）=N2O4（g）+½O2（g）的△rHmө=41.84kJ·mol-1，为了提高N2O4的产率，可以采取的措施是。

（B）

A．降低温度、提高压力B．降低压力、提高温度

C．降低温度、降低压力D．提高温度、提高压力

4.若298K时反应N2O4（g）＝2NO2（g）的Kө=0.1132，则当N2O4和NO2的分压均为1.0kPa时，该反应。

（A）

A．向生成NO2的方向进行B．向生成N2O4的方向进行

C．正好达到化学平衡D．难于判断其进行方向

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5.1000K时反应Fe（s）+CO2（g）＝FeO（s）+CO（g）的Kө=1.84，当气相中CO2和CO的摩尔数之比为65∶35时，则。

（B）

A．Fe不会被氧化B．Fe将被氧化

C．正好达化学平衡D．难于判断其进行方向

6.某气态反应为放热反应，在727℃时的Kө=3.4×10-5，已知△rHmө=-189kJ·mol-1，则在827℃时的Kө=。

（C）

A．3.4×10-5B．3.4×10-4C．4.3×10-6D．4.3×10-7

四、填空题

1.已知反应C（s）+O2（g）=CO2（g）的标准平衡常数为K1ө，CO（g）+½O2（g）=CO2（g）的标准平衡常数为K2ө，2C（s）+O2（g）=2CO（g）的标准平衡常数为K3ө，则K3ө与K1ө和K2ө的关系为（K1ө/K2ө）2。

2.已知反应CO（g）+½O2（g）=CO2（g）的标准平衡常数为K1ө=6.443，则反应2CO2（g）=2CO（g）+O2（g）的标准平衡常数K2ө=0.02409。

3.当反应PCl5（g）=PCl3（g）+Cl2（g）达平衡时，增大系统总压力，平衡向左移动。

4.当反应PCl5（g）=PCl3（g）+Cl2（g）达平衡时，加入惰性气体，但维持系统总压力不变，平衡向右移动。

5.当反应NH4Cl（s）=NH3（g）+HCl（g）达平衡时，提高反应温度，平衡向右移动。

6.445℃时，Ag2O（s）分解压力为20974kPa，该分解反应Ag2O（s）=2Ag（s）+½O2（g）的ΔrGmө=-15.92kJ·mol-1。

五、计算题

1.合成氨时所用的氢气和氮气的比例是3∶1，在673K、1013.25kPa下，平衡混合物中氨的物质的量分数为0.0385，求N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）的标准平衡常数。

解：

N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）

反应前130

a3a2a

反应后1-a3-3a2a

2a/【（1-a）+（3-3a）+2a】=0.0385

a=0.0744-2a=3.8523-3a=2.7781-a=0.926

N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）

0.24040.72110.0385

Kp=（XNH3）2/[（XN2）（XH2）3]=0.0385*0.0385/[0.2404*（0.7211）3]

=1.644*10-2*（1013.25）-2

Kθ=Kp（