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1、应用物理化学习题及部分思考题解答刘志明 孙清瑞 吴也平 编解黑龙江八一农垦大学齐 齐 哈 尔 大 学河 南 科 技 大 学2009年7月31日第一章 热力学定律思考题1. 设有一电炉丝浸入水槽中(见下图)，接上电源，通以电流一段时间。分别按下列几种情况作为体系，试问U、Q、W为正、为负，还是为零？以水和电阻丝为体系； 以水为体系； 以电阻丝为体系； 以电池为体系； 以电池、电阻丝为体系； 以电池、电阻丝和水为体系。 答：该题答案列表如下。序号体系水和电阻丝水电阻丝电池电池、电阻丝电池、电阻丝、水环境电池电池、电阻丝水、电池水、电阻丝水Q00=00=00=00U000c2，；若c2c1，c1、c
2、2分别为溶液一侧和溶剂一侧的浓度。 5. 下列物理量中，哪一组是广度性质的状态函数？(1). Cp，Cv，S，Hm (2). Um，T，P，Vm (3). Vm，Hm，U (4). H，V，U，G 答：（4）组，即H，V，U，G是广度性质的状态函数。6. 回答下列问题：(1)在水槽中放置一个盛水的封闭试管，加热水槽中的水，使其达到沸点。试问试管中的水是否沸腾？为什么？(2)可逆热机的效率最高.在其它条件都相同的前提下，用可逆热机去牵引火车，能否使火车的速度加快，何故？(3)锌和硫酸反应：a)在敞口瓶中进行；b)在封口瓶中进行。何者放热多？为何？答：(1)不会。液体沸腾必须有一个大于沸点的环境热
3、源，槽中之水的温度与水的沸点温度相同无法使试管内的水沸腾。(2)不会。可逆过程的特点之一就是过程变化无限缓慢，因此在其它条件相同的情况下，可逆热机带动的机车速度最慢。 (3)“a”相当于敞开体系，“b”相当于封闭体系。由相关定义，敞开体系有物质和能量的交换；封闭体系无物质交换，但有能量的交换。所以体系与环境交换的能量后者多，即“b”放热多。7. 下列说法是否正确？为何？(1)溶液的化学势等于溶液中各组分的化学势之和；(2)对于纯组分，化学势等于其自由能； (3)稀溶液中，组分B的浓度可用xB、bB、cB、表示，其标准态的选择不同，则组分B的化学势也不同； (4)气体的标准态压力均为p、温度均为
4、T，且符合理想气体行为，所以纯气体只有一个标准态；(5)在同一溶液中，若标准态规定不同，活度也不同；(6)二组分理想溶液的总蒸气压大于任一组分的蒸气分压； (7)在298K时，0.01molkg-1的糖水的渗透压与0.01molkg-1食盐水的渗透压相等；(8)298K时，A和B两种气体单独在某一溶剂中溶解，平衡时相应的亨利系数为kA和kB。已知kAkB，若A和B同时溶解在该溶剂中达到平衡，当气相中A和B平衡分压相等时，则溶液中A的浓度大于B的浓度；(9)凡熵增加的过程都是自发过程；(10)不可逆过程的熵永不减少； (11)体系达平衡时熵值最大，自由能最小；(12)一封闭体系，当始终态确定后：
5、若经历一个绝热过程，则功有定值；若经历一个等容过程，则Q有定值；若经历一个等温过程，则内能有定值；若经历一个多方过程，则热和功的差值有定值。答：(1) 不对。化学势是某组分的偏摩尔Gibbs自由能。溶液可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。(2) 不对，至少不严密。应该说纯组分的化学势等于其摩尔Gibbs自由能。(3) 不对。浓度表示方式不同，则所取标准态也不同，它们的标准态时的化学势是不相等的。但是，B物质在该溶液中的化学势只有一个数值，是相同的。(4) 不对。虽然气体的标准态都取压力为p、温度为T ，且符合理想气体行为，但对理想气体，该标准态是真实状态，对实际气体，该标
6、准状态是假想状态。(5) 对。aB = cB/B。cB规定不同，aB也不同；(6) 对。因为二组分理想溶液的总蒸气压等于两个组分的蒸气压之和。(7) 不相等。渗透压是溶液依数性的一种反映。稀溶液中，依数性只与粒子的数目有关，而与粒子的性质无关。食盐水中一个分子NaCl会离解成两个离子，粒子数不同，且溶质离子扩散可穿过半透膜，膜两侧浓度差是不同的。(8)不对，由亨利定律，当压力相等时，亨利常数与浓度成反比，溶液中A的浓度小于B的浓度；(9)不对，没有说明条件，在孤立系统中才有熵增加原理。(10)对，不可逆总是向着熵增大的方向运动。(11)不对，在孤立体系达平衡时熵值最大。自由能最小原理也是有条件
7、的，在封闭体系内才适用； (12) a)不一定，功不是状态函数；b)不一定，热不是状态函数；c)对；d)不一定，热功差值在非体积功为零的封闭体系，为一状态函数内能。8. 夏天将室内电冰箱门打开，接通电源紧闭门窗（设墙壁门窗均不传热），能否使室内温度降低？何故？答：不会降低只会升高。接通冰箱电源并打开门之后，冰箱将进入箱内的空气冷却，并把热量通过散热器放回室内，此过程的吸、放热量是相等的。冰箱内外交换的热量与冰箱电功之和恒定，但冰箱的电动机和制冷机在工作时，各电器部分和机械部分会因内耗而发热，这部分热量也散入室内，就会使室内的温度升高。9. 一铝制筒中装有压缩空气，突然打开筒盖，使气体冲出（视为
8、绝热膨胀过程），当压力与外界相等时，立即盖上筒盖，过一会儿后筒中气体压力将如何变化？答：压缩空气突然冲出筒外，可视为绝热膨胀过程，终态为室内气压P，筒内温度降低，盖上筒盖过一会儿后，温度升至室温，筒内压力升高，压力大于P。10. 不可逆过程一定是自发的，而自发过程一定是不可逆的。判断这种说法的正确性并举例说明。答：前半句不对，如：气体的不可逆压缩过程是非自发过程。后半句对。11. 北方人冬天吃冻梨前，先将冻梨放入凉水中浸泡，过一段时间后冻梨内部解冻了，但表面结了一层薄冰。试解释原因。答：凉水温度比冻梨温度高，使冻梨解冻。冻梨含有糖分，故其凝固点低于水的冰点，当冻梨内部解冻时，要吸收热量，而解冻
9、后的温度仍略低于水的冰点，所以冻梨内部解冻了而表面上凝结一层薄冰。12. 试比较水处于下列各种不同状态时化学势的高低：(1)373K、101.3kPa，液态；(2)373K、202.6kPa，液态；(3)373K、101.3kPa，0.2%蔗糖水溶液；(4)373K、101.3kPa，0.2%葡萄糖水溶液。答：4312。习 题1. 1mol理想气体，始态体积为25dm3，温度为373.15K，分别经下列过程等温膨胀到终态体积为100dm3。试计算体系所作的功：(1)可逆膨胀；(2)向真空膨胀；(3)先在外压等于体积为50 dm3时气体的平衡压力下，使气体膨胀到50 dm3，再在外压等于体积为1
10、00 dm3时气体的平衡压力下进行膨胀。 解：(1)定温可逆膨胀过程 W= nRT ln(V1/V2) = 18.314373.15ln25/100 =4.302kJ(2)向真空膨胀 P外 =0W =P外(V2V1) = 0(3)W =p(VV1)P2(V2V)=nRT(VV1)/V(V2V)/V2 =18.314373.15(5025)/50(10050)/100 =3102kJ2. 1mol单原子理想气体，始态p1=202.65kPa,T1=298.15K，经下述两个不同的过程达到终态p2=101.325kPa，T2=348.15K。分别计算两个过程的Q、W、U和H。并指出计算结果说明什么
11、问题？(1)先定压加热再定温可逆膨胀；(2)先定温可逆膨胀再定压加热。解：（1）、（2）两个途径如下所示。过程(2)过程(1)定温可逆膨胀定温加热定温可逆膨胀n=1molp2=101.325kPaT1=298.15Kn=1molp1=202.65kPaT1=298.15K定压加热n=1molp1=202.65kPaT2=348.15Kn=1molp2=101.325kPaT2=348.15K 过程（1）是定压加热过程：W1=-p1(V”-V1)-nRT(T2-T1) =-18.314(348.15-298.15)J=-415.7J =(5/2)R(T2-T1) =(5/2)8.314(348.
12、15-298.15)J=1039JU1=Qp1+W1=1039-415.7=623.3J 定温可逆过程：U2=0，H2=0=18.314348.15ln(2/1)J=2006J因此，过程（1）：W=W1+W2=-415.7J-2006J=2422JQ=Q1+Q2=1039J+2006J=3045J U=U1+U2=623.3J+0=623.3J H=H1+H2=1039J+0=1039J途径（2）是定温可逆膨胀过程是理想气体恒温过程：U1=0，H1=0=18.314298.15ln(2/1)J=1718J 定压过程：W2=-p2(V1-V)=-nR (T2-T1)=-18.314(348.15-298.15)J=-415.7J=(5/2)R(T2-T1)=2.58.314(348.15-298.15)J=1039JU2=Qp2+W2=1039J-415.7J=623.3J因此，过程（2）：W=W1+W2=-1718J-415.7J=-2134JQ=Q1+Q2=1718J+1039J=2757J
