第五版物理化学第二章习题答案.docx
《第五版物理化学第二章习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五版物理化学第二章习题答案.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第五版物理化学第二章习题答案
第二章热力学第一定律
2.11mol理想气体在恒定压力下温度升高1℃，求过程中系统与环境交换的功。
解：
理想气体n=1mol
对于理想气体恒压过程,应用式（2.2.3）
W=－pambV=－p（V2-V1）=－（nRT2-nRT1）=－8.314J
2.21mol水蒸气（H2O,g）在100℃,101.325kPa下全部凝结成液态水。
求过程的功。
假设：
相对于水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。
解:
n=1mol
恒温恒压相变过程,水蒸气可看作理想气体,应用式（2.2.3）
W=－pambV=－p（Vl-Vg）≈pVg=nRT=3.102kJ
2.3在25℃及恒定压力下，电解1mol水（H2O,l），求过程的体积功。
H2O（l）＝H2（g）+1/2O2（g）
解:
n=1mol
恒温恒压化学变化过程,应用式（2.2.3）
W=－pambV=－（p2V2-p1V1）≈－p2V2=－n2RT=－3.718kJ
2.4系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。
若途径a的Qa=2.078kJ,Wa=－
4.157kJ；而途径b的Qb=－0.692kJ。
求Wb.
解:
热力学能变只与始末态有关,与具体途径无关,故ΔUa=ΔUb
由热力学第一定律可得Qa+Wa=Qb+Wb
∴Wb=Qa+Wa－Qb=－1.387kJ
1
2.5始态为25℃，200kPa的5mol某理想气体，经途径a，b两不同途径到达相同的末
态。
途经a先经绝热膨胀到-28.47℃，100kPa，步骤的功；再恒容加热到压力
200kPa的末态，步骤的热。
途径b为恒压加热过程。
求途径b的及。
解：
先确定系统的始、末
态
V1
nRT1
=
×
×
=0.0619m3
=
58.314
298.15
P1
200000
V2=V
=nRT
=
5×8.314×244.58
=0.1016m3
P
100000
U=Wa+Qa=（－5.57+25.42）kJ=19.85kJ
对于途径b，其功为
Wb=－p1V=－200000（0.1016－0.0619）J=－7.932kJ
根据热力学第一定律
2.64mol某理想气体，温度升高20℃,求ΔH－ΔU的值。
解：
根据焓的定义
2
-3
2.7已知水在25℃的密度ρ=997.04kg·m。
求1mol水（H2O,l）在25℃下：
（1）压力从100kPa增加至200kPa时的H;
（2）压力从100kPa增加至1Mpa时的ΔH。
假设水的密度不随压力
改变，在此压力范围内水的摩尔热力学能近似认为与压力无关。
解:
已知ρ=997.04kg·m
-3
M
H2O
=18.015
-3
·
-1
×
10
kgmol
凝聚相物质恒温变压过程,
水的密度不随压力改变,1molH2
的体积在此压力范围可认
O（l）
为不变,则VH2O=m/ρ=M/ρ
H－
U=
（pV）=V（p2－p1）
摩尔热力学能变与压力无关,
U=0
∴ΔH=
（pV）=V（p2－p1）
1）
H－
U=
（pV）=V（p2－p1）=1.8J
2）
H－
U=
（pV）=V（p2－p1）=16.2J
2.8某理想气体Cv,m=3/2R。
今有该气体5mol在恒容下温度升高
50℃。
求过程的W，Q，ΔH
和ΔU。
解:
理想气体恒容升温过程n=5molCV,m=3/2R
Q
V
=
V,m
T=5×1.5R×50=3.118kJ
U=nC
W=0
H=
U+nR
T=np,mCT
=n（CV,m+R）
T=5×2.5R×50=5.196kJ
2.9某理想气体C=5/2R。
今有该气体5mol在恒压下温度降低
50℃。
求过程的W，Q，ΔU
v,m
和ΔH。
解:
理想气体恒压降温过程
n=5mol
CV,m=5/2R
Cp,m=7/2R
p
p,mT=5×3.5R－×（50）=－7.275kJ
Q
=H=nC
W=
－
amb
V=－p（V2
1
）=
－
21
）=2.078kJ
p
-V
（nRT-nRT
U=ΔH－nR
T=nCV,m
T=5×2.5R-50）×（=－5.196kJ
2.102mol某理想气体，Cp,m=7/2R。
由始态100kPa,50dm3，先恒容加热使压力升高至200kPa，再恒压冷却使体积缩小至25dm3。
求整个过程的W，Q，ΔH和ΔU。
解：
过程图示如下
3
由于，则，对有理想气体和只是温
度的函数
该途径只涉及恒容和恒压过程，因此计算功是方便的
根据热力学第一定律
4
5
6
2.15容积为0.1m3
的恒容密闭容器中有一绝热隔板
其两侧分别为
0℃,4mol的
Ar（g）及
150℃,2mol的Cu（s）。
现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度
t及过程的
H。
已知：
Ar（g）和Cu（s）的摩尔定压热容Cp,m分别为20.786J·mol-1·
-1
及24.435Jmol·-1·-1，
K
K
且假设均不随温度而变。
解:
恒容绝热混合过程
Q=0
W=0
∴由热力学第一定律得过程
U=
U（Ar,g）+
U（Cu,s）=0
V,m
（Ar,g）
×2－0）
U（Ar,g）=n（Ar,g）C
（t
U（Cu,S）
≈Δ
p,m
×2－150）
H（Cu,s）=n（Cu,s）C（Cu,s）（t
解得末态温度t2
℃
=74.23
又得过程
H=H（Ar,g）+
H（Cu,s）
=n（Ar,g）C
p,m
（Ar,g）
×2－0）+n（Cu,s）Cp,m
×2－150）
（t
（Cu,s）（t
=2.47kJ
或H=U+（pV）=n（Ar,g）RT=4×8314×（74－.230）=2.47kJ
7
8
9
10
11
12
2.21求1molN2（g）在300K恒温下从2dm3可逆膨胀到40dm3时的体积功Wr。
（1）假设N2（g）为理想气体；
（2）假设N2（g）为范德华气体，其范德华常数见附录。
解:
题给过程为n=1mol
应用式（2.6.1）
（1）N2
为理想气体
p=nRT/V
（g）
∴
（2）N2（g）为范德华气体
已知n=1mola=140.8×10-3Pa·m6·mol-2b=39.1310×-6m3·mol-1
所以
2.22某双原子理想气体1mol从始态350K,200kPa经过如下四个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功W。
（1）恒温下可逆膨胀到50kPa；
（2）恒温反抗50kPa恒外压不可逆膨胀；
（3）绝热可逆膨胀到50kPa；
（4）绝热反抗50kPa恒外压不可逆膨胀。
解:
双原子理想气体
n=5mol；CV,m=（5/2）R；Cp,m=（7/2）R
13
2.235mol双原子理想气体从始态300K,200kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50kPa，再绝热可逆压缩到末态压力200kPa。
求末态温度T及整个过程的W，Q，UΔH和ΔH。
解:
理想气体连续pVT变化过程.题给过程为
由绝热可逆过程方程式得
1）H和U只取决于始末态,与中间过程无关
H=nCp,m
T=nCp,m
3
1
（T
-T）=21.21kJ
U=nCV,m
T=nCV,m（T3-T1）=15.15kJ
W
2
=
U=nC
T=nCV,m
（T-T
）=15.15kJ
V,m
32
∴W=W1+W2=－2.14kJ
3）由热力学第一定律得Q=ΔU－W=17.29kJ
14
15
16
17
18
2.27已知水（H2O,l）在100℃的饱和蒸气压ps=101.325kPa，在此温度、压力下水的摩尔蒸发
焓。
求在100℃,101.325kPa下使1kg水蒸气全部凝结成液体水时的W，Q，UΔH和ΔH。
设水蒸气适用理想气体状态方程式。
解:
题给过程的始末态和过程特性如下：
-1
n=m/M=1kg/18.015gmol·=55.509mol
题给相变焓数据的温度与上述相变过程温度一致，直接应用公式计算
W=
－
p
ambV=－p（Vl
-V
g）≈pVg=gn
RT=172.2kJ
U=Qp+W=－2084.79kJ
2.28已知100kPa下冰的熔点为0℃，此时冰的比熔化焓。
水的平均比定
压热容求在绝热容器内向1kg50℃的水中投入0.1kg0℃的冰后，系统末态
的温度。
计算时不考虑容器的热容。
解：
假设冰全部熔化，末态温度为t：
整个过程绝热H=ΔH1+ΔH2+ΔH3
其中
整理可得末态温度t=38.21℃
19
20
2.30蒸气锅炉中连续不断地注入20℃的水，将其加热并蒸发成180℃，饱和蒸气压为
1.003Mpa的水蒸气。
求每生产1kg水蒸气所需要的热量。
已知：
水（H2
在
℃的摩尔蒸发焓
，水的平均摩尔定压热容
O,l）
100
，水蒸气（H2O,g）的摩尔定压热容与温度的函数关系见附录。
解:
21
2.31100kPa下冰（H2O,s）的熔点为0℃.在此条件下冰的摩尔熔化焓。
已知在-10～0℃范围内过冷水（H2O,l）和冰的摩尔定压热容分别为
和。
求在常压及-10℃下过冷水结
冰的摩尔凝固焓。
解:
在100kPa、273.15K下，水和冰互相平衡，所以在100kPa、263.15K的过冷水凝固为冰
就偏离了平衡条件，因此该过程为不可逆相变化，设计途径如下：
2.32已知水（H2O,l）在100℃的摩尔蒸发焓,水和水蒸气在25～
100℃范围间的平均摩尔定压热容分别为
和
求在25℃时水的摩尔蒸发焓。
解：
由已知温度的相变焓求未知温度的相变焓，常压下对气体摩尔焓的影响通常可以忽略，
可直接应用p68公式（2.7.4）
22
23
2.34应用附录中有关物质在25℃的标准摩尔生成焓的数据，计算下列反应在25℃时的
和。
解：
题给各反应的和分别计算如下:
（1）
（2）
（3）
2.35应用附录中有关物质的热化学数据,计算25℃时反应的标准摩尔反应焓,
要求:
（1）应用附录中25℃的标准摩尔生成焓的数据;
（2）应用附录中25℃的标准摩尔燃烧焓的数据.
解:
（1）由
24
得:
（2）先分别求出CH3OH（l）、HCOOCH3（l）的标准摩尔燃烧焓.
应用附录查出在25℃时
CH3OH（l）、HCOOCH3（l）的燃烧反应分别为:
再应用公式
得:
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
升级会员 