《物理化学部分答案资料》由会员分享,可在线阅读,更多相关《物理化学部分答案资料(24页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、3. 理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功,都可用公式计算,那两种过程的功是否一样?答:不一样。过程不同,终态不相同,即T不一样,因此绝热可逆和绝热不可逆两过程所做功不一样。6. 在相同的温度和压力下,一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水:(1)氢气在氧气中燃烧;(2)爆鸣反应;(3)氢氧热爆炸;(4)氢氧燃料电池。在所有反应中,保持反应始态和终态都相同,请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?答:应该相同。因为热力学能和焓是状态函数,只要始终态相同,无论通过什么途径,其变化值一定相同。这就是:异途同归,值变相等。7. 理想气体向真空绝热膨胀后,他的温度将( )。(A)升高 (B)
2、降低 (C)不变 (D)不一定 答:(C)对于理想气体而言,内能仅仅是温度的单值函数,经真空绝热膨胀后,内能不变,因此体系温度不变。9. 公式DH = Qp适用于哪个过程( )。(A)理想气体绝热等外压膨胀 (B)H2O(s)H2O(g)(C)Cu2+(aq)+2e- Cu(s) (D)理想气体等温可逆膨胀答:(B)式适用于不作非膨胀功的等压过程。1. (1)一系统的热力学能增加了100kJ,从环境吸收了40kJ的热,计算系统与环境的功的交换量;(2)如果该系统在膨胀过程中对环境做了20kJ的功,同时吸收了20kJ的热,计算系统热力学能的变化值。解:根据热力学第一定律:U= W Q,即有:(1
3、)W =UQ = 100 40 = 60kJ(2)U= W Q = -20 20 = 02. 在300 K时,有 10 mol理想气体,始态压力为 1000 kPa。计算在等温下,下列三个过程做膨胀功:(1)在100 kPa压力下体积胀大1 dm3 ;(2)在100 kPa压力下,气体膨胀到压力也等于100 kPa ;(3)等温可逆膨胀到气体的压力等于100 kPa 。解:根据理想气体状态方程pV= nRT,即有:(1) W = -peV= -pe(V2V1) W = -100103110-3 = -100J(2) W = -peV= -pe(V2V1) = - () = - W = -108
4、.314300(1-)= -22.45 kJ(3) W = - =-= -= - W = - 108.314300= -57.43 kJ3. 在373 K恒温条件下,计算1 mol理想气体在下列四个过程中所做的膨胀功。已知始、终态体积分别为25 dm3和100 dm3 。(1)向真空膨胀; (2)等温可逆膨胀;(3)在外压恒定为气体终态压力下膨胀;(4)先外压恒定为体积等于50 dm3 时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50 dm3以后,再在外压等于100 dm3 时气体的平衡压力下膨胀。试比较四个过程的功,这说明了什么问题?解:(1)向真空膨胀,外压为零,所以 (2)等温可逆膨胀 (3)恒外压
5、膨胀 (4)分两步恒外压膨胀 说明作功与过程有关,系统与环境压差越小,膨胀次数越多,做的功也越大。5. 1mol理想气体在122K等温的情况下,反抗恒定外压10.15kPa,从10dm3膨胀的终态100 dm3,试计算Q、W和U、H。解:该过程是理想气体等温过程,故 U =H = 0 W = -peV= -pe(V2V1) W = -10.15103(100.0-10)10-3 = -913.5J根据热力学第一定律:U= W Q,即有:Q= UW = 0 -(-913.5)= 913.5J9. 在300 K时,4 g Ar(g)(可视为理想气体,其摩尔质量MAr=39.95 gmol-1),压
6、力为506.6 kPa。今在等温下分别按如下两过程:反抗202.6 kPa的恒定外压进行膨胀。(1)等温为可逆过程;(2)等温、等外压膨胀,膨胀至终态压力为202.6 kPa。试分别计算两种过程的Q,W,U和H。 解:(1)理想气体的可逆过程, ,4 g Ar的物质的量为: (2)虽为不可逆过程,但状态函数的变化应与(1)相同,即 10. 在573 K时,将1 mol Ne(可视为理想气体)从1000 KPa经绝热可逆膨胀到100 kPa。求Q、W、U和H。解法1: 因该过程为绝热可逆过程,故Q=0。 ,则又 ,则 = = 228K 解法2: 可得: 1. 自发过程一定是不可逆的,所以不可逆过
7、程一定是自发的。这说法对吗?答: 前半句是对的,后半句却错了。因为不可逆过程不一定是自发的,如不可逆压缩过程。6. 相变过程的熵变可以用公式来计算,这种说法对吗?答:说法不正确,只有在等温等压的可逆相变且非体积功等于零的条件,相变过程的熵变可以用公式来计算。8. 110-3 kg 水在 373 K,101325 Pa 的条件下汽化为同温同压的水蒸气,热力学函数变量为 U1,H1和 G1;现把 110-3 kg 的 H2O(温度、压力同上)放在恒 373 K 的真空箱中,控制体积,使系统终态蒸气压也为101325 Pa,这时热力学函数变量为U2,H2和 G2。问这两组热力学函数的关系为( )。(
8、A)U1 U2,H1 H2,G1 G2 (B)U1 U2,H1 H2,G1 H2,G1= G2答:(C)系统始态与终态都相同,所有热力学状态函数的变量也都相同,与变化途径无关。5. 有2mol单原子理想气体由始态500kPa、323K加热到终态1000kPa、3733K。试计算此气体的熵变。解:理想气体的p、V、T变化设置过程如下:2mol,500kPa,323K2mol,1000kPa,373K2mol,1000kPa,323KSS1S2dT=0dp=0 理想气体等温可逆过程:即有:U=H=0 ,则有QR=-W= S1 =28.314ln= -11.52 JK-1理想气体等压可逆过程:S2=
9、S2= =5.98 JK-1S = S1+S2 = -11.52+5.98 = -5.54 JK-112. 300 K时1 mol理想气体,压力从100kPa经等温可逆压缩到1000kPa,求Q, W, DU, DH, DS, DA和DG。 解:理想气体等温可逆压缩,T = 0 ,U = 0 ,H =0 W = 5.74 kJ Q = -W = -5.74 kJ S = = -19.1 JK-1 =5.74 kJ14. 在 373 K ,101.325 kPa条件下,将2mol的液态水可逆蒸发为同温、同压的水蒸气。计算此过程的Q,W,U,H和S,已知 101.325 kPa, 373 K 时水
10、的摩尔汽化焓为 40.68 kJmol-1。 水蒸气可视为理想气体,忽略液态水的体积。 解:水在正常温度和压力的可逆相变化,则: Qp= vapH= = 2 mol 40.68 kJmol-1 = 81.36 kJ vapU =vapH - p(Vg- Vl) vapH - nRT = 81.36 28.31437310-3 = 75.16 kJW= vapU - Qp = 75.16 81.36 = -6.20 kJ vapS = = 218.12 JK-1 23. 在600K、100kPa压力下,生石膏的脱水反应为:CaCO32H2O(s)CaCO3(s)+ 2H2O(g)试计算该反应进度
11、为1mol时的Q,W,DrU,DrH,DrS,DrA和DrG。已知各物质298.15K、100kPa时的热力学数据如下 物质DfH(kJmol-1)S(Jmol-1K-1)C平,m(Jmol-1K-1)CaCO32H2O(s)-2021.12193.97186.20CaCO3(s)-1432.68106.7099.602H2O(g)-241.82188.8333.58解:CaCO32H2O(s)CaCO3 + 2H2O(g)W = - peV= - p(V2-V1)= -ngRT = -28.314600 = -9.98 kJ Qp= H=r+ =2fH (H2O,g) +fH (CaCO3,
12、s)- fH (CaCO32H2O,s)+2Cp,m(H2O,g)+ Cp,m(CaCO3,s)- Cp,m(CaCO32H2O,s)(T2-T1)= 104.8103-5870.88= 98.93 kJmol-1 rUm= Q+ W = 98.93- 9.98 = 88.95 kJmol-1 Sm(600K)=r+ =(2188.83+106.7-193.97)+(233.58+99.60-186.20) = 290.39-13.60 = 276.79 Jmol-1K-1 Am=rUm -TSm = 88.95103-276.79600 = -76.65 kJmol-1 Gm =rHm -T
13、Sm= 98.93103-276.79600 = -67.14kJmol-13. Roult 定律和Henry定律的表示式和适用条件分别是什么?答:Roult 定律的表示式为:式中为纯溶剂的蒸气压,为溶液中溶剂的蒸气压, 为溶剂的摩尔分数。该公式用来计算溶剂的蒸气压。公式适用条件为:定温、稀溶液、非挥发性溶质,后来推广到液态混合物。Henry定律的表示式为: 式中kx,km和kc是用于物质B用不同浓度表示时的Henry系数,Henry系数与温度、压力、溶质和溶剂的性质有关。 Henry定律说明挥发性溶质在液体里的溶解度与其平衡分压成正比。只有溶质在气相和液相中分子状态相同时才能使用该定律。对于液态混合物,Henry定律与Roult定律是等效的。5. 溶液的化学势等于溶液中各组分的化学势之和,这样说对不对?答:不对。化学势是某组分的偏摩尔Gibbs自由能。溶液中可以分为溶剂的化学势或溶质的化学势,而没有整个溶液的化学势。9. 在室温下,物质的量浓度相同的蔗糖溶液与食盐水溶液的渗透压是否相等?答: 不相等。渗透压是溶液依数性的一种反映。依数性只与粒子的数目有关,而与粒子的性质无关。食盐水中,NaCl会离解成两个离子,所以物质的量浓度相同的食盐水的渗透压可以是蔗糖溶液的两倍。2. 下列偏微分中,能