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1、浙江大学远程教育学院物理化学课程作业(必做)姓名：应善洋学号：717124222012年级：2017年秋学习中心：台州电大第一章 热力学第一定律一、填空题1. 系统的性质分为广度性质和_强度性质_。2. 热力学第一定律的数学表达式是UQW。3. 水从25加热到35，水的热力学能增大。（填“增大”、“减小”或“不变” ）4. 理想气体在恒定外压下绝热膨胀，气体的焓不变。（填“增大”、“减小”或“不变” ）5. U=Qv的适用条件是封闭系统中等容非体积功为零。6. O2(g)的的标准摩尔燃烧焓等于零（填“小于”、“大于”或“等于” ）。二、简答题1. 什么是系统？什么是环境？答：将一部分物质从其他
2、部分中划分出来，作为研究对象，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. 什么是等压过程？什么是可逆过程？答：等压过程是在环境压力恒定下，系统始，终态压力相同且等于环境压力的过程。某系统经过一过程由状态1变为状态2之后，如果能使系统和环境都完全复原，则该过程称为可逆过程。3. 什么是热力学第一定律？答：自然界一切事物都具有能量，能量有多种形态，能量可以从一种形式转化为另一种形式，能量的总量在转化过程中保持不变。4. 什么是标准摩尔生成焓？什么是标准摩尔燃烧焓？答：在标准压力和指定温度下，由最稳定的单质生成标准状态下1mol化合物的焓变，称为该物质在此温度下的标准摩尔生成
3、焓。在标准压力和指定温度下，1mol物质完全燃烧的恒压热效应称为该物质的标准摩尔燃烧焓。5. Zn与稀硫酸发生放热置换反应，请问在开口瓶中进行还是在闭口瓶中进行放热更多？为什么？答：一样多。Zn+H2SO4=ZnSO4+H2属放热反应，化学放热反应与化学的反应过程无关，只有物质的始、终状态相关。相同物质的量的硫酸和锌反应放热相同与容器无关。当然敞口瓶反应过程中热量散失快，但两者产生的热量是一样的。6. 石墨在充满氧气的定容绝热反应器中燃烧，若以反应器和其中所有物质为系统，请问燃烧前后热力学能和焓如何变化？答：孤立系统，燃烧前后，气体摩尔数不变，温度升高，压力增大，所以燃烧后热力学能不变。焓增大
4、。三、计算题1. 1 mol单原子理想气体在298K时，在恒定外压为终态压力下从15.00dm3等温膨胀到40.00 dm3，求该过程的Q、W、U和H。UH答：nRT/V=(1*8.31*298)/(40/1000)=61.94KPaW=-61.94*(40-15)=-1548.5JQ=-W=1548.5J2. 1 mol水在100、101.3kPa 下蒸发为水蒸气，吸热40.7kJ，求该过程的Q、W、U和H。答：Q40.7KjW=-3.10kJU=37.6KjH=40.7kJ3. 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-
5、411、-811.3、-1383和-92.3 kJmol-1，求下列反应的和2NaCl(s) + H2SO4(l) = Na2SO4(s) + 2HCl(g)答：2NaCl(s)+H2SO4(1)=Na2SO4(s)+2HCl(g)rHme=(H)产物(H)反应物（138392.3*）-(-411*2-811.3)=65.7KJ/mol4. 已知298.2K时，C（石墨）、H2（g）和C2H6（g）的标准摩尔燃烧焓分别为-393.5 kJmol-1、-285.8 kJmol-1和-1559.8 kJmol-1。计算下列反应的和：2C（石墨） + 3H2（g） C2H6（g）答：D84.6kJ/
6、molD=-79.6kJ/mol第二章热力学第二定律一、填空题1. 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。2. 卡诺循环中等温可逆膨胀过程的温度大于等温可逆压缩过程的温度。（填“小于”、“大于”或“等于” ）3. 工作在高温热源373K与低温热源298K之间的卡诺热机的效率为0.2。4. H2气和O2气在绝热钢瓶中发生反应的S大于 零。（填“小于”、“大于”或“等于” ）5. 1 mol 373.2K、101.3kPa 水蒸发为373.2K、101.3kPa 水蒸气的S 108.9 J/K（知水的蒸发热为40.64 kJ/mol）。6. 系统经过不可
7、逆循环过程S环大于 零。（填“小于”、“大于”或“等于” ）7.1mol 100，100kPa气态水的吉布斯能 小于 1mol 100，100kPa液态水的吉布斯能。（填“小于”、“大于”或“等于” ）8. 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的过程。二、简答题1. 什么是自发过程？什么是热力学第二定律？答：自发过程是指一定条件下，不需任何外力介入就能自动发生的过程。热力学第二定律是指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. 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。热力学第二定律指出不可能把热从低温物体传到高温
8、物体，而不引起其它变化，而空调在制冷时，环境作了电功,同时得到了热，所以环境发生了变化。3. 熵的物理意义是什么？如何用熵判据判断过程的方向？答：熵是系统混乱程度的量度，孤立系统的熵值永远不会减少，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，系统处于平衡状态，孤立系统中不可能发生使熵值变小的任何过程。4. 从同一始态出发，绝热可逆过程和绝热不可逆过程不可能到达相同的终态，为什么？答：绝热不可逆过程中，环境做了额外功，导致整体（体系+环境）的熵增加。一切不可逆过程的熵必然是增加的，熵是状态
9、函数。与路径无关。5. 什么是热力学第三定律？什么是标准摩尔熵？答：热力学第三定律是在绝对零度，任何纯物质完整结晶的熵等于零。标准摩尔熵是根据热力学第三定律得到的一摩尔物质在标准压力，指定温度时的熵。三、计算题1. 1mol 300.2K、200kPa的理想气体在恒定外压100kPa下等温膨胀到100kPa。求该过程的S、F和G。答：S5.76J/KF=-1730JG=-1730J2.369.9K的恒温槽在299.9K的室温下放置一段时间后，因恒温槽绝热不良而将4184J的热传给室内空气。（1）求恒温槽熵变和室内空气熵变；（2）该过程是否可逆？答：（1）S槽=-Q/T槽=-4184/（96.9
10、+273）=-11.3 JK-1（2）S空=Q/T空=4184/（26.9+273）=13.95 JK-1（3）因为S总=S槽+S空=-11.3+13.95=2.65 JK-10所以不可逆。3. 求0.2mol 273K、100kPa 的O2与0.8mol 273K、100kPa 的N2混合的熵变。答： p氧=px氧 p氮=px氮S氧 =-n氧R lnx氧=-0.28.314ln0.2=2.676J/kS氮=-n氮R lnx氮=-0.88.314ln0.8=1.484J/K系统熵S系=S氧+S氮=2.676+1.484=4.160J/K4. 0.50 kg 343K 的水与0.10 kg 30
11、3K 的水混合，已知水的Cp,m=75.29J/( Kmol)，求系统的熵变和环境的熵变。答：0.5*75.29*（343T）0.1*75.29*（T303）T336.33S=Cp,m(T/T0)+Cp,m(T/T1)=2.091JK-1S环05. 在298K和标准状态下，已知金刚石的标准摩尔生成焓为1.90 kJmol-1，金刚石和石墨的标准摩尔熵分别为2.38 Jmol-1K-1和5.74Jmol-1K-1，求石墨金刚石的，并说明在此条件下，哪种晶型更加稳定？答：rSm=S金刚石,s- S石墨,s=2.38-5.74=-3.36 Jmol-1K-1r Gm=rH-TrSm=1.90*100
12、0-298*（-3.36）=2901J/mol石墨更稳定6. 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-1206.92 kJmol-1、-635.09kJmol-1和-393.51 kJmol-1，标准摩尔熵分别为92.9 Jmol-1K-1、39.75 Jmol-1K-1和213.74Jmol-1K-1，求：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的。答：=-635.09+（-393.51）-（-1206.92）=178.32kJmol-1=213.74+39.75-92.9=160.59Jmol-1K-1=rH-TrSm=178.32
13、*1000-（273+25）*160.59=130464Jmol-1=130.46kJmol-1第三章多组分系统热力学一、 填空题1. 在蔗糖饱和溶液中，蔗糖晶体的化学势等于溶液中蔗糖的化学势（填“大于”、“小于”或“等于”）。2. 已知水的正常凝固点为273.15K，凝固点降低常数kf=1.86Kkgmol-1，测得0.1000 kg水中含0.0045kg某非挥发性有机物溶液的凝固点为272.68K。该有机物的摩尔质量为0.178kg.mol-1。二、 简答题1. 什么是混合物？什么是溶液？答：混合物是指任何组分可按同样的方法来处理的均相系统。溶液是指各组分不能用同样的方法来处理的均相系统。
14、2. 为什么稀溶液不是混合物?答：溶质含量极少的溶液。稀溶液中溶质的摩尔分数趋近于零，而溶剂的摩尔分数趋近于1，所以稀溶液非常接近于理想溶液，稀溶液中溶剂的行 为与它处于理想溶液时的行为相同。3. 0.01mol/kg 葡萄糖水溶液与0.01mol/kg 氯化钠水溶液的渗透压相同吗？为什么？答：0.01mol/kg葡萄糖水溶液与0.01mol/kg食盐水溶液的蒸气压不同。虽然两者都是稀溶液且质量摩尔浓度相同，但食盐水溶液中的NaCl是强电解质，电离为Na+和Cl-,溶质分子数（离子数）远大于相同质量摩尔浓度的葡萄糖水溶液中的溶质分子数（离子数），因此，0.01mol/kg葡萄糖水溶液大于0.0
15、1mol/kg食盐水溶液的蒸气压。4. 水中加入少量乙醇形成稀溶液，沸点一定升高吗？为什么？ 答：酒精的沸点比水低，所以在水中加入酒精沸点就降低。5. 在冰冻路面撒盐可以融化冰冻，为什么？答：即溶液的凝固点比纯溶剂（水）要低.凝固点是fv 指物质的固相纯溶剂的蒸汽压与它的液相蒸汽压相等时的温度.纯水的凝固点0度.此温度时水和冰的蒸气压相等.但在0度时,含有盐的水溶液的蒸汽压低于纯水的蒸汽压,所以,水溶液在0度就不结冰,继续降低温度才可能结冰.所以这个原理可以用来防止路面上的水结冰.三、计算题1. 20时，质量分数5%的硫酸溶液的密度为1.032g/ml，计算该溶液的硫酸摩尔分数、物质的量浓度和质量摩尔浓度（M水=18.02g/mol，M硫酸=98.06g/mol）。设溶
