物理化学 傅献彩 上册习题答案.docx

1、物理化学 傅献彩 上册习题答案第二章 热力学第一定律思考题、:、 一封闭系统，当始终态确定后:(a）当经历一个绝热过程，则功为定值；（b）若经历一个等容过程,则Q有定值：（c）若经历一个等温过程，则热力学能有定值：(d）若经历一个多方过程，则热与功得与有定值。解释:始终态确定时，则状态函数得变化值可以确定，非状态函数则不就是确定得.但就是热力学能U与焓没有绝对值，只有相对值，比较得主要就是变化量。2、 从同一始态出发,经历三种不同途径到达不同得终态：(1）经等温可逆过程从A；（2）经绝热可逆过程从A；(3）经绝热不可逆过程从AD。试问:（）若使终态得体积相同,D点应位于BC虚线得什么位置,为什

2、么？(b)若使终态得压力相同，D点应位于BC虚线得什么位置,为什么,参见图解释： 从同一始态出发经一绝热可逆膨胀过程与一经绝热不可逆膨胀过程，当到达相同得终态体积V2或相同得终态压力p2时，绝热可逆过程比绝热不可逆过程作功大,又因为W（绝热）=CV（T2-T1）,所以2(绝热不可逆)大于T(绝热可逆)，在V相同时，=nRT/V，则2（绝热不可逆）大于 p2（绝热可逆)。在终态p相同时,V =nT/p ,V2(绝热不可逆)大于 2(绝热可逆).不可逆过程与等温可逆过程相比较：由于等温可逆过程温度不变,绝热膨胀温度下降，所以T2(等温可逆）大于T2（绝热不可逆）；在2相同时，p2（等温可逆)大于

3、p（绝热不可逆)。在p相同时,V2(等温可逆)大于V2（绝热不可逆）.综上所述，从同一始态出发经三种不同过程，当2相同时，D点在B、C之间,p2(等温可逆)2(绝热不可逆） p2(绝热可逆）当p2相同时,D点在B、C之间，2（等温可逆) V2(绝热不可逆）V2（绝热可逆）。总结可知:主要切入点在温度T上,绝热不可逆做功最小。补充思考题 Cp,m就是否恒大于Cv，m？有一个化学反应,所有得气体都可以作为理想气体处理，若反应得Cp,m,则反应得Cv,m也一定大于零吗？解释:（1）C，不一定恒大于C,m。气体得Cp,m与，m得关系为：上式得物理意义如下：恒容时体系得体积不变,而恒压时体系得体积随温度

4、得升高要发生变化。(1） 项表示,当体系体积变化时外界所提供得额外能量；(） 项表示，由于体系得体积增大，使分子间得距离增大,位能增大，使热力学能增大所需得能量;由于与都为正值，所以与得差值得正负就取决于项。如果体系得体积随温度得升高而增大，则，则;反之,体系得体积随温度得升高而缩小得话,，则。通常情况下，大多数流体(气体与液体)得；只有少数流体在某些温度范围内,如水在0得范围内,随温度升高体积就是减小得，所以。对于理想气体，则有 。（2)对于气体都可以作为理想气体处理得化学反应,则有 即 所以,若反应得，m0, 反应得v，不一定大于零习题解答【2】有10mol得气体（设为理想气体)，压力为1

5、00kPa，温度为30,分别求出温度时下列过程得功:(1)在空气压力为10kP时，体积胀大1d3;（2）在空气压力为10kPa时，膨胀到气体压力也就是100kpa;（3)等温可逆膨胀至气体得压力为10kPa、【解】（）气体作恒外压膨胀：故=1010Pa（103)m3=10J(2）=10mo8、1K1ml-130K=2、45KJ（)=0mol8、314J-1mol30=5、43kJ总结：得计算有多种方式，最一般得就是公式,当外压恒定时,可以写成，这两个公式并不一定局限于平衡态，也不局限于理想气体，如题4,当变化为可逆过程时，此时由于外压内压相差极小值，因而可用内压代替外压,可写成积分形式，进而可

6、利用气体状态方程代入，不同得气体有不同得状态方程。若为理想气体且等温,则可写成，等压则为,等容则为0,绝热则为【4】在291K与10kPa下，1moZn（s)溶于足量稀盐酸中，置换出1mo2（g）,并放热152。若以Z与盐酸为系统，求该反应所做得功及系统热力学能得变化.解 该反应 Z(s）HCl（a)=ZnC2(s）+2(g）所以 【】在298时,有2molN2(g),始态体积为1m3,保持温度不变,经下列三个过程膨胀到终态体积为50dm3，计算各过程得U，W与Q得值.设气体为理想气体.（)自由膨胀;(2)反抗恒外压100kPa膨胀；(3)可逆膨胀。【解】(1)自由膨胀 P外0 那么W=0又由

7、于就是等温过程则U= H=0根据U=QW 得Q0（）反抗恒外压100kPa膨胀WP外V0(5015）-、5J由等温过程得 U= H=0根据U=Q+W 得=3、（3）可逆膨胀同样由等温过程得 U=0 =0Q=5、96【16】在120、100kPa压力下,有1mlCaCO3（）完全分解为CaO(s)与CO（），吸热10k。计算过程得，U,H与Q。设气体为理想气体。【解】由于就是等压反应,则H=p=180kJW-PVp(g-l）=n1mol、314JK1ml-1120K9976、8J=-9、98k=Q+W=180k+（9、9k)17、kJ【3】mo单原子理想气体，始态(1）得温度为27K,体积为2、

8、4d3，经历如下三步，又回到始态，请计算每个状态得压力、W与U。(1)等容可逆升温由始态(1)到54得状态（2）；（)等温（46)可逆膨胀由状态(2)到44、8dm3得状态（3）；（3)经等压过程由状态（3)回到始态（1）。【解】 （)由于就是等容过程,则 W1=U1=1+W1=Q1=3/28、314（46-23)=3404、58J（） 由于就是等温过程，则 U2=0 根据U=Q 得2=-2又根据等温可逆过程得： W2Q2=W2=16、5J(3）、 由于就是循环过程则:U=U+UU=0得U3=-（U1+2)-U1=344、58JW3=PV=P(3-V)=10132(0、0240、448)=22

9、69、68JQ3=U3=-304、58-69、68J=-64、6J总结:理解几个方程得适用范围与意义：，当时,对于任何等压过程都适用,特别就是在相变过程中用得比较多，如题2,适合于时，封闭平衡态,状态连续变化得等压过程,但对于理想气体,则除等温过程中其她都适合,从出发，并不局限于理想气体，而，,从Cv，C得定义出发，只要均适合。在计算过程中利用Cv，C来计算会简便很多。【12】 0.kg乙醇在其沸点时蒸发为气体.已知蒸发热为kJkg1,蒸气得比容为0.07m3g-1。试求过程得，H,W与Q（计算时略去液体得体积).解 （）乙醇在沸点蒸发就是等温等压可逆过程，又 【7】理想气体等温可逆膨胀，体积

10、从1膨胀到10V1,对外作了41、5kJ得功，系统得起始压力为202、65kP.()求始态体积V1;（2)若气体得量为2mol,试求系统得温度。【解】 （1) 根据理想气体等温可逆过程中功得公式: 又根据理想气体状态方程，所以 ()由(1）式， 则 【10】、ml单原子理想气体,从始态:73K,20k，到终态32,100ka,通过两个途径：(1）先等压加热至323K，再等温可逆膨胀至100kPa；(）先等温可逆膨胀至10kPa，再等压加热至323K、请分别计算两个途径得Q,W，U与H，试比较两种结果有何不同，说明为什么。【解】（1) (2) 可见始终态确定后功与热与具体得途径有关，而状态函数得

11、变化与与途径无关。【11】 23K，压力为5105Pa时，N2(g）得体积为、0dm在外压为0kPa压力下等温膨胀，直到N2（g)得压力也等于10ka为止。求过程中得W，U,H与Q。假定气体就是理想气体。【解】 (1)由于N2作等温膨胀 即 由于 ，T=0，则U=0，Q=W=80、5J【17】证明：，并证明对于理想气体有，。【证明】 、 ，两边对T求微商，得由于；所以 、 对理想气体得等温过程有：但, 所以选 对理想气体得等温过程有： 但， 所以所以： 补充证明:，【证明】、 等压下除以得：即:、从这一定义出发,由于即 即 ，在等压下对V求导得:2、 又：即: 所以: 【20】 1molN2（

12、），在98K与100a压力下,经可逆绝热过程压缩到53.试计算(设气体为理想气体)：（1）N（g）得最后温度;(2)2(g)得最后压力；(3)需做多少功。【解】 (1）1oH经过绝热可逆过程(设为理想气体),则 根据得 (2） 根据得（3)由于就是绝热反应 Q=555、J【21】理想气体经可逆多方过程膨胀,过程方程为，式中C，均为常数，。（1）若2,mol气体从V1膨胀到V2,温度由T1=573到T=473,求过程得功W;（2）如果气体得，求过程得Q，U与H。【解】 (1）由于2=C，则p=cV2=1mol8、314JKml-（47K53K）=-83、4J()对于理想气体, Q=UW=209J

13、(831、J）-1258、6J【22】 在298K时，有一定量得单原子理想气体（），从始态000kPa及0dm经下列不同过程，膨胀到终态压力为00kP，求各过程得,H,Q及。(1)等温可逆膨胀；（2)绝热可逆膨胀；（3）以=1、3得多方过程可逆膨胀。试在pT图中化画出三种膨胀功得示意图，并比较三种功得大小。【解】（1)等温可逆膨胀 由于就是理想气体得等温过程则 U=H=Q=W119、89kJ（2)绝热可逆膨胀 Q=0又p1rT=常数 得 代入数据得 =、9K（3)以=1、3得多方过程可逆膨胀对于多方过程有 p=C, 又理想气体得状态方程为V=nRT/p所以整理得将p=200kPa,p2=100

14、P，T1=298K=1、3代入得2=14、7K则Q=-W=2、95kJ（、55k）=3、6kJ 为了作图，求个过程得终体积：对于等温可逆过程根据 p1V1p2V2 得 V=400m3对于绝热可逆过程根据 pr常数 得 V2=120dm对于多方过程根据pV=常数得 V=200d 作图得: 由图可知:W(1)W（3）（2)【25】某电冰箱内得温度为23K，室温为28K，今欲使1kg3K得水变成冰,问最少需做多少功？已知27K时冰得融化热为35kJk1。解：3、k即环境对体系要做3、6J得功【26】 有如下反应，设都在298K与大气压力下进行,请比较各个反应得U与H得大小,并说明这差别主要就是什么因

15、素造成得。(1）C12H2O11（蔗糖)完全燃烧；（）C0H（萘，s)完全氧化为苯二甲酸CH（COOH)2（s）;（3）乙醇得完全燃烧;（4）PS（s）完全氧化为PbO()与SO2(g)。【解】（）CH2O11(蔗糖）完全燃烧；21（蔗糖）+12O（）11H2O(g)+12CO2（g)(2）C10H（萘,）完全氧化为苯二甲酸6H4（COOH）2（s）；(3）乙醇得完全燃烧；(4）PbS()完全氧化为Pb()与S(g)。由上可见与得不同主要就是由各自得燃烧热不同而造成得.【2】 在2、K及10kPa压力时，设环丙烷、石墨及氢气得燃烧焓分别为-29kJmol-1、393、8kJol1及25、84

16、l1。若已知丙烯CH6（）得标准摩尔生成焓为,试求：(）环丙烷得标准摩尔生成焓;(2)环丙烷异构化变为丙烯得摩尔反应焓变值。【解】 (1）环丙烷得生成反应为:3C（s)+32（）C36(g）=3(93、8)+3（-285、84）-(-2092）kJmol1=3、08Jmol1(2)36（g)CH3CH=C(g）=20、5kJol-3、08Jo-32、58mol1【3】某高压容器中含有未知气体,可能时氮气或氩气.今在298K时,取出一些样品，从m绝热可逆膨胀到6m3,温度降低了21K,试判断处容器中就是何种气体？设振动得贡献可忽略不计。（1） 单原子气体,，（2） 双原子气体,，（g）为双原子气体，Ar（g）为单原子气体,又因为上述过程就是绝热过程,根据过程方程Vr-=K可以求得r得数值，(其中r=/）以此确定容器中气体Ar（g）还就是N2（g).【解】 对于单原子理想气体，,，r/=5/3对于双原子理想气体,，r=/=75而绝热过程，Tr1=K可得:1V1-2V2r29K(510)r（2921）K（610)r-1两边取对数求解得：r=1、4故为单原子理想气体，可见容器中得气体为N（）。