《简明物理化学-(第二版)全部习题解答-(杜凤沛_高丕英_沈明)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简明物理化学-(第二版)全部习题解答-(杜凤沛_高丕英_沈明)（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 1 第一章第一章 热力学第一定律习题解答热力学第一定律习题解答 1 1mol 理想气体依次经过下列过程：(1)恒容下从 25升温至 100，(2)绝热自由膨胀 至二倍体积，(3)恒压下冷却至 25。试计算整个过程的Q、W、U及H。 解：将三个过程中Q、U及W的变化值列表如下： 过程 Q U W (1) )( 11,初末 TTC mV )( 11,初末 TTC mV 0 (2) 0 0 0 （3） )( 33,初末 TTC mp )( 33,初末 TTC mv )( 33初末 VVp 则对整个过程: K15.298 31 末初 TT= K15.373 31 = 初末 TT Q)( 11,初末T
2、 TnC mv +0+)( 33,初末T TnC mp ） 初末33 (TTnR 18.314(-75)J-623.55J U)( 11,初末T TnC mv +0+)( 33,初末T TnC mv 0 W-)( 33初末 VVp-） 初末33 (TTnR -18.314(-75)J623.55J 因为体系的温度没有改变，所以H0 20.1mol 单原子理想气体，始态为 400K、101.325kPa，经下列两途径到达相同的终态： (1) 恒温可逆膨胀到 10dm3，再恒容升温至 610K； (2) 绝热自由膨胀到 6.56dm3，再恒压加热至 610K。 分别求两途径的Q、W、U及H。若只知
3、始态和终态，能否求出两途径的U及 H？ 解：(1) 始态体积 1 V 11/ p nRT(0.18.314400/101325)dm332.8dm3 W 恒容恒温 WW+0ln 1 2 + V V nRT (0.18.314400 8 .32 10 ln+0)J 370.7J U)( 12, TTnC mV )400610(314. 8 2 3 1 . 0J261.9J 2 QU+W632.6J H)( 12, TTnC mp )400610(314. 8 2 5 1 . 0436.4J (2) Q 恒压绝热 QQ+0+)( 12, TTnC mp 463.4J U 恒压绝热 UU+0+)(
4、12, TTnC mV 261.9J H 恒压绝热 HH+0+ 绝热 Q463.4J WU-Q174.5J 若只知始态和终态也可以求出两途径的 U 及 H，因为 U 和 H是状态函数，其 值只与体系的始终态有关，与变化途径无关。 3. 已知 100，101.325kPa下水的 mvapH 40.67 kJmol -1，水蒸气与水的摩尔体积分别 为 )(gVm30.19dm3mol -1， )(lVm18.0010 -3 dm3mol-1，试计算下列两过程的Q 、 W、U及H。 (1) 1mol水于 100，101.325kPa下可逆蒸发为水蒸气； (2) 1mol水在100恒温下于真空容器中全
5、部蒸发为蒸气，而且蒸气的压力恰好为 101.325kPa。 解：(1)恒压下的可逆变化 QH mvapH n40.67kJ W-Vp 外 -)( 液气外 VVp -101325(30.19-18.0010-3)10-3J -3.06kJ UQ+W(40.67-3.061)kJ37.61kJ (2) 向真空中蒸发，所以W0 由于两过程的始终态相同故 H 和 U与 (1) 相同 Q U-W37.61kJ 4. 1mol乙醇在其沸点时蒸发为蒸气，已知乙醇的蒸发热为858Jg-1，1g蒸气的体积为 607cm3，忽略液体的体积，试求过程的Q、W、U及H。 解： 因为是恒压蒸发 p Q(46858) J
6、17.16kJ W) 12 VVp（ 外 (-1.01310567010 -646) J-3.122kJ UQ+W14.04kJ 3 恒压过程 H p Q14.04kJ 5. 在101.325 kPa下，把一块极小冰粒投入100g、-5 的过冷水中，结果有一定数量的 水凝结为冰，体系的温度则变为0。过程可看作是绝热的。已知冰的熔化热为 333.5 Jg -1，在 -50 之间水的比热容为4.230 JK -1g-1。投入极小冰粒的质量可以忽略 不计。 (1) 确定体系的初、终状态，并求过程的H。 (2) 求析出冰的量。 解： (1) 体系初态： 100g、-5、 过冷水 终态： 0、 冰水混合
7、物 因为是一个恒压绝热过程，所以 HQ0 (2) 可以把这个过程理解为一部分水凝结成冰放出的热量用以体系升温至0。 设析出冰的数量为m，则： tCm p水 Hm fus 1004.2305m333.5 得 m6.34g 6. 0.500g正庚烷放在氧弹量热计中，燃烧后温度升高3.26，燃烧前后的平均温度为25 。已知量热计的热容量为8176 JK -1，计算 25 时正庚烷的恒压摩尔燃烧热。 解：反应方程式 C7H16（l）+ 11O2(g) 7CO2(g) + 8H2O(l) 反应前后气体化学计量数之差 n- 4 V QtC 量热计 (81762.94) J 24.037 kJ mrU 24
8、 307 0 500 100 v Q. . n =kJ5150.88kJ mrH mrU +nRT(5150.88-48.314298.1510-3)kJ5141 kJ 7. B2H6(g)的燃烧反应为：B2H6(g) + 3O2(g) B2O3(s) + 3H2O(g)。在298.15 K标准状态 下每燃烧1mol B2H6(g) 放热2020 kJ，同样条件下2mol元素硼燃烧生成1mol B2O3(s) 时放热1264 kJ。 求298.15K下B2H6(g) 的标准摩尔生成焓。 已知25 时 mfH (H2O， l)-285.83kJ mol -1，水的 mvapH 44.01kJmo
9、l -1。 解：2mol元素硼燃烧生成1mol B2O3(s)时放热1264kJ， 2B(s) + 1.5 O2 B2O3(s) mrH -1264kJ，此反应是B2O3(s) 的生成反应，则 mfH (B2O3)-1264kJ 由反应方程式可得： mrH mfH (B2O3,s)+3 mfH (H2O,l)+ mvapH - mfH (B2H6,g) mfH ( B2H6，g) mfH (B2O3)+3( mfH （H2O，l）+ mvapH )- mrH 4 mfH (B2O3)-1264kJ, mrH -2020kJ 可求得 mfH ( B2H6，g)30.54kJmol -1 8. 试
10、求反应CH3COOH(g) CH4(g) + CO2(g)在727 的反应焓。已知该反应在25 时的反应焓为 -36.12 kJmol -1。 CH3COOH(g)、CH4(g)与CO2(g) 的平均恒压摩尔热容 分别为52.3、37.7与 31.4 Jmol -1K-1。 解：反应的 prC 37.7 + 31.4 - 52.3 16.8 Jmol -1K-1 由基尔霍夫方程可得： )K1000( mrH )K298( mrH +tCp (-36.12+16.870210 -3) kJmol-1-24.3 kJmol-1 9. 反应H2(g)+ 2 O 2 1 (g)H2O(l)，在298K
11、时，反应热为-285.84kJmol -1。试计算反应在 800K的热效应 mrH (800K)。已知：H2O(l)在373K、 p时的蒸发热为40.65kJmol -1； mp C , (H2)29.07-0.84 10 -3 T/K; mp C , (O2)36.16 + 0.85 10 -3 T/K mp C , (H2O,l)75.26; mp C , ( H2O,g)30.0 + 10.71 10 -3 T/K mp C , 单位均为JKmol -1，等式左边均除以该量纲。 解：设计如下的过程： 298K H2(g) + 2 O 2 1 (g) H2O(l) （1） 3 H H2O(
12、l) 373.15K 1 H 2 H H vap H2O(g) 373.15K 4 H 800K H2(g) + 2 O 2 1 (g) H2O(g) （2） 由此可得： mrH (800K). mrH (298K) + 3 H+ H vap + 4 H- 1 H- 2 H -285.84 + 75.26 (373.15 - 298) 10 -3 + 40.65 +tt d)1071.100 .30( 3 800 15.373 + -ttd1084. 007.29( 800 298 3 ） + 5 -ttd)1085 . 0 16.36( 2 1 800 298 3 +J/mol -247.4
13、kJmol -1 10. 1mol、20、101.325kPa 的空气，分别经恒温可逆和绝热可逆压缩到终态压力 506.625kPa，求这两过程的功。空气的 mp C , 29.1JKmol -1。空气可假设为理想气体。 解：恒温可逆过程 W)/ln( 21 ppnRT 8.314293.15ln(101325/506625)Jmol -13.922kJmol-1 绝热可逆过程,设终态温度为 2 T 则 r r p p T T = 1 2 1 1 2 )( 其中 4 . 1 314. 8 1 . 29 1 . 29 , , = = mV mp C C r 可以求得 2 T464.3K 则 WU
14、)( 12, TTnC mV 1(29.1-8.314)(464.3-293.15)J 3.56kJ 11. 在一带理想活塞的绝热气缸中，放有 2mol、298.15K 、1519.00kPa 的理想气体，分别 经(1)绝热可逆膨胀到最终体积为 7.59dm3；(2)将环境压力突降至 506.625kPa 时，气体 作快速膨胀到终态体积为 7.59dm3。求上述两过程的终态 2 T、 2 p及过程的H、W。 已知该气体 mp C , 35.90JKmol -1。 解：(1) 111 VpnRT = 所以 33 111 dm26. 3m)00.1519/15.298314. 82(/=pnRTV 对绝热可逆过程有 1 2 1 1 2 ( = r V V T T ） 3 . 1 314. 89 .35 9 .35 = = 可求得 2 T231.5K； kPa1 .507Pa 1059. 7 5 .231314. 82 3 2 2 2 = = V nRT p WU)( 12, TTnC mV )( 12, TTRCn mp -3694J H)( 12, TTnC mp 235.90(231.5-298.15)J-4808J (2) W-Vp 外 -506.625 (7.39 - 3.26)J -2194J UW-2194J
