《物理化学课后题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学课后题（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、P33 化学热力学-平衡规律3. 1mol理想气体自初态0、1000kPa、2.27dm3,经如图所示途径变化，计算过程的Q、W、U、H值。已知解 根据题意的初态，可知系统的n=1mol，下面计算均省略。（1）循环A：由状态- 由状态状态是等温可逆膨胀到100kPa，即状态的T2=273K，V2=22.70dm3.因为是理想气体等温可逆变化，.由状态状态是等压过程，压缩到2.27dm3.， 或 . 由状态状态是等容过程 所以循环A (2)循环B:由状态-.由状态是绝热可逆膨胀到1000kPa，以及和代入，并取对数得 T2=108.7K绝热变化中 Q=0 . 由状态是等压过程，计算方法与（1）中
2、相同。 . 由状态是等容过程，与（1）中的计算结果完全相同。所以循环B：点评 由计算结果可见：. 循环过程，无论是循环A还是循环B，其，表明热力学能和焓都是状态函数。而Q和W随过程的变化，表明Q和W不是状态函数。 . 在P-V图上绝热线的陡度比等温线大，自同一始态出发，经绝热可逆与等温可逆过程不可能达到同一终态。5. 设某单原子理想气体从始态273K、1000kPa，10dm3，分别经（1）等温可逆（2）绝热可逆（3）绝热不可逆膨胀，到压力为100kPa的终态，试计算各过程的Q、W、U、H。解 （1）等温可逆过程 (2)绝热可逆过程因 所以 Q=0 （3）绝热不可逆过程 Q=0 W=U 解得
3、=174.7K 点评 . 计算时要注意物质的量有时候不是1mol。. 理想气体从同一始态出发，经等温可逆、绝热可逆和绝热不可逆过程不可能达到相同的终态。. 在P-V图上无法表示绝热不可逆过程，只能用点表示出始态和终态。6. 273K和1000kPa下，10dm3单原子理想气体以下列不同的过程膨胀到最终压力为100kPa，求气体最终的体积。（1）等温可逆膨胀（2）绝热可逆膨胀（3）外压为100kPa的绝热膨胀；（4）外压为零的绝热膨胀。解 单原子理想气体 （1）等温可逆膨胀 （2）绝热可逆膨胀 (3) 外压为100kPa绝热膨胀 及 则 解出 (4) 外压为零的绝热膨胀实际上是自由膨胀，终态与进
4、行的高温可逆膨胀相同 点评 理想气体从同一始态出发，经不同过程不能达到同一终态。若利用绝热特点求出T2，同样可求出W。22. 在100kPa下，斜方硫（）转变为单斜硫（）的转变温度为369.9K，已知斜方硫和单斜硫在298.2K的标准燃烧热分别为-296.7kJmol-1和-297.1kJmol-1，求斜方硫转变成单斜硫的晶型转变热。已知，解 =点评 相变过程的热，亦可以利用热化学数据（燃烧热、生成热）计算。这里基尔霍夫定律亦可应用。23. 500K下灼热的C和过热水蒸气反应（1）需吸收热量，该热量一般由同温度下反应（2）所提供，若要产生1mol氢气，需多少摩尔的碳？已知500K时各物质的标准
5、生成热分别为：CO，-110.022；CO2，-393.677；H2O,-243.612。解 由反应（1） 由反应（2） 根据题意，反应（2）放热，提供反应（1）所需的吸收量，133.599、393.677=0.0339mol即500K时至少需燃烧0.0339mol的碳才能产生1molH2.点评 从热化学数据，亦能进行反应物质的量计算。P71 化学热力学-平衡规律2. 某电冰箱内的温度为273K，室温为298K，今欲使1273K的水变成冰，问最少需做多少功？此冰箱对环境放热若干？已知273K时，冰的熔化热为335。解：可逆制冷机的制冷效率为7. 已知液态苯在标准压力下的沸点是80,蒸发热为30
6、.77。今有1mol苯在80,标准压力下与80的热源相接触，使它向合适体积的真空器皿中蒸发，完全变成标准压力的苯蒸气。试计算此过程的总熵变， 并判断此过程是否为自发过程。解： 该过程的始终态与可逆相变过程的始终态相同， 可直接设计为可逆相变过程。 实际过程是向真空蒸发， W = 0 或 此过程是自发过程。 8. 试计算10、标准压力下，1mol的过冷水变成冰这一过程的，并判断此过程能否自发进行。已知水和冰的热容分别为4.184和2.092，0时冰的熔化焓。解：在相同的始终态间可设计下列可逆过程根据状态函数法： 因为实际过程为恒压过程，所以根据基尔霍夫公式 所以此过程能自发进行。 18. 将0.
7、4mol、300K、200.0 kPa的某理想气体，绝热压缩到1000kPa，此过程系统得功4988.4J。已知该理想气体在300K、200.0 kPa时的摩尔熵，平均定压摩尔热容。试求题给过程的，和。解：因为是绝热过程，所以对于理想气体, 则 22. 已知水在100及标准压力下蒸发焓为2259，求1mol 100及标准压力下的水变为100、的水蒸气的，和。解：在相同的始终态间可设计可逆过程如下： 设水蒸气为理想气体，过程(2)为理想气体的恒温可逆过程，则 因为过程(1)为可逆相变过程，所以P108 化学热力学-平衡规律1. 25和标准压力下，有物质的量数为0.4的甲醇水溶液，如果往大量的此种
8、溶液中加1mol的水，溶液的体积增加17.35 cm3；如果往大量的此种溶液中加1mol的甲醇，溶液的体积增加39.01 cm3。试计算将0.4mol的甲醇和0.6mol的水混合时，此溶液的体积，以及此混合过程中体积的变化。已知25和标准压力下甲醇的密度为0.7911gcm-3，水的密度为0.9971gcm-3。解： 由题可知：，根据偏摩尔量集合公式混合后溶液体积 =26.01 cm3混合前后体积变化 2. 在25和100 kPa下，1.0 kg水（A）中加入NaBr（B），所得溶液的体积与溶质B的质量摩尔浓度之间的关系为cm3。试求：当molkg-1时，水（A）和NaBr（B）的偏摩尔体积。
9、解： 将molkg-1代入，得NaBr（B）的偏摩尔体积为：根据偏摩尔量集合公式：P132 化学动力学2. 某物质的分解反应是一级反应，当起始浓度为时，经过反应，分解试求：(1) 计算反应的速率系数；(2) 计算该反应的半衰期 ； (3) 计算起始浓度为时分解所需的时间。解： (1) 一级反应： 解之 (2) (3) 一级反应的转化率只与反应时间有关，与初始浓度无关，反应转化率仍为 ，故反应时间为。4. 某农药水解是一级反应，当20时它在酸性介质中的半衰期为61.5h。（1）试求20时其在酸性介质中的水解速率常数。（2）若70时水解速率常数为0.173h-1，求水解反应的活化能。（3）在20时
10、该一级反应完成90% 需多长时间？解：该物质在20水解时是一级反应(1) t1/2=ln2/k k1= ln2/ t1/2 =0.011h-1(2) 而在70时，k2=0.173 h-1 由公式ln (k2/ k1)=Ea/R (1/T1-1/T2) 代入数据，得：Ea=46.09KJ/mol(3) -ln(1-x)=kt代入数据，得t=209.3h7. 298K时，该分解反应的半衰期t1/2=5.7h，此值与N2O5(g)的起始浓度无关。试求： (1) 该反应的速率常数； (2) N2O5(g)转化掉90%所需的时间。解：分解反应的半衰期与N2O5(g)的起始浓度无关，说明是一级反应。已知反
11、应的半衰期，根据一级反应的半衰期与速率常数的关系，即可计算速率常数。利用一级反应的定积分式，就可计算当y=0.90时所需的时间。 (1) (2) 22. N2O(g)的热分解反应为2N2O(g)2N2(g)+O2(g)，在一定温度下，反应的半衰期与初始压力成正比。在970K时，N2O(g)的初始压力为39.2kPa，测得半衰期为1529s，1030K时，N2O(g)的初始压力为48.0kPa，测得半衰期为212s。(1) 判断该反应的级数。(2) 计算两个温度下的速率常数。(3) 求反应的实验活化能。(4) 在1030K，当N2O(g)的初始压力为53.3kPa时，计算总压达到64.0kPa所需的时间。解：(1) 因为反应的半衰期与初始压力成反比，这是二级反应的特征，即该反应为二级反应。(2) (3)
