本文格式为Word版，下载可任意编辑《物理化学》第四版 课后习题答案 周亚平 天津大学 第一章 第一章 第一章 第一章气体的 气体的 气体的 气体的pVT pVT pVT pVT性质 性质 性质 性质1.1物质的体膨胀系数与等温压缩率的定义如下 试推出梦想气体的，与压力、温度的关系 解：根据梦想气体方程 1.5两个容积均为V的 玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空 气若将其中的一个球加热到100°C ，另一个球那么维持0°C，疏忽连接细管中 气体体积，试求该容器内空气的压力 解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持一致 标准状态： 因此，1.9如下图，一带隔板的容器内，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均 可视为梦想气体 （1）保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可疏忽不计，试 求两种气体混合后的压力 （2）隔板抽取前后，H2及 N2的摩尔体积是否一致？ （3）隔 板抽取后，混合气体中H2及N2的分压立之比以及它们的分体积各为若 干？ 解：（1）等温混合后 即在上述条件下混合，系统的压力认为。
（2）混合气体中某组分的摩尔体积怎样定义？ （3）根据分体积的定义对于分压 1.11室温下一高压釜内有常压的空气，为举行测验时确保安好，采用同样温度 的纯氮举行置换，步骤如下：向釜内通氮气直到4倍于空气的压力，今后将釜内 混合气体排出直至恢复常压重复三次求釜内结果排气至恢复常压时其中气体 含氧的摩尔分数 解：分析：每次通氮气后至排气恢复至常压p， 混合气体的摩尔分数不变 设第一次充氮气前，系统中氧的摩尔分数为，充氮气后，系统中氧的 摩尔分数为，那么，重复上面 的过程，第n次 充氮气后，系统的摩尔分数为 ， 因此 1.13今有0°C ，40.530kPa的N2气体，分别用梦想气体状态方程及vander Waals方程计算其摩尔体积测验值为 解：用梦想气体状态方程计算用vanderWaals计算，查表得知，对于N2气（附录七） ，用MatLabfzero函数求得该方程的解为 也可以用直接迭代法，，取初值 ，迭代十次结果 1.1625°C 时饱和了水蒸气的湿乙炔气体（即该混合气体中水蒸气分压力为同 温度下水的饱和蒸气压）总压力为138.7kPa，于恒定总压下冷却到10°C ，使 片面水蒸气凝聚为水。
试求每摩尔干乙炔气在该冷却过程中凝聚出水的物质的 量已知25°C 及10°C时水的饱和蒸气压分别为3.17kPa及1.23kPa 解：该过程图示如下 设系统为梦想气体混合物，那么1.17一密闭刚性容器中弥漫了空气，并有少量的水但容器于300K条件下大 平衡时，容器内压力为101.325kPa若把该容器移至373.15K的沸水中，试 求容器中到达新的平衡时应有的压力设容器中始终有水存在，且可疏忽水的任 何体积变化300K时水的饱和蒸气压为3.567kPa 解：将气相看作梦想气体，在300K时空气的分压为 由于体积不变（疏忽水的任何体积变化），373.15K时空气的分压为 由于容器中始终有水存在，在373.15K时，水的饱和蒸气压为101.325 kPa，系统中水蒸气的分压为101.325kPa，所以系统的总压其次章 其次章 其次章 其次章热力学第确定律 热力学第确定律 热力学第确定律 热力学第确定律2.5始态为25°C，200kPa的5mol某梦想气体，经途径a，b两不同途径到达 一致的末态途经a先经绝热膨胀到-28.47°C ，100kPa，步骤的功 ；再恒容加热到压力200kPa的末态，步骤的热。
途径b为恒压加热过程求途径b的及 解：先确定系统的始、末态 对于途径b，其功为 根据热力学第确定律 2.64mol的某梦想气体，温度升高20°C ，求的值 解：根据焓的定义2.102mol某梦想气体，由始态100kPa，50dm3，先恒容加热 使压力体积增大到150dm3， 再恒压冷却使体积缩小至25dm3求整个过程的 解：过程图示如下 由于，那么，对有梦想气体和只是温度 的函数 该途径只涉及恒容和恒压过程，因此计算功是便当的 根据热力学第确定律 2.13已知20°C 液态乙醇(C2H5OH，l)的体膨胀系数，等温压 缩率，密度，摩尔定压热容 求20°C ，液态乙醇的解：由热力学其次定律可以证明，定压摩尔热容和定容摩尔热容有以下 关系 2.14容积为27m3的 绝热容器中有一小加热器件，器壁上有一小孔与100kPa 的大气相通，以维持容器内空气的压力恒定今利用加热器件使器内的空气由0°C 加热至20°C，问需供应容器内的空气多少热量已知空气的 假设空气为梦想气体，加热过程中容器内空气的温度平匀 解：在该问题中，容器内的空气的压力恒定，但物质量随温度而变更 注：在上述问题中不能应用，虽然容器的体积恒定。
这是 由于，从 小孔中排出去的空气要对环境作功所作功计算如下： 在温度T时 ，升高系统温度dT，排出容器的空气的物质 量为所作功 这正等于用和所计算热量之差 2.15容积为0.1m3的 恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0°C，4mol 的Ar(g)及150°C ，2mol的Cu(s)现将隔板撤掉，整个系统达成热平衡，求 末态温度t及 过程的已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容分别为 及，且假设均不随温度而变 解：图示如下 假设：绝热壁与铜块精细接触，且铜块的体积随温度的变化可忽 略不计 那么该过程可看作恒容过程，因此假设气体可看作梦想气体，，那么 2.16水煤气发生炉出口的水煤气的温度是1100°C ，其中CO(g)和H2(g)的摩尔 分数均为0.5若每小时有300kg的水煤气由1100°C 冷却到100°C，并用所 收回的热来加热水，是水温由25°C 升高到75°C求每小时生产热水的质量 CO(g)和H2( g)的摩尔定压热容与温度的函数关系查本书附录，水 的比定压热容 解：300kg的水煤气中CO(g)和H2( g)的物质量分别为 300kg的水煤气由1100°C 冷却到100°C所放热量 设生产热水的质量为m， 那么2.18单原子梦想气体A于双原子梦想气体B的混合物共5mol，摩尔分数 ，始态温度，压力。
今该混合气体绝热抵挡恒外 压膨胀到平衡态求末态温度及过程的 解：过程图示如下 分析：由于是绝热过程，过程热力学能的变化等于系统与环境间 以功的形势所交换的能量因此， 单原子分子，双原子分子 由于对梦想气体U和H均 只是温度的函数，所以2.19在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板的两侧分别为2mol，0°C 的单原子梦想气体A及5mol，100°C 的双原子梦想气体B，两气体的压力均为 100kPa活塞外的压力维持在100kPa不变今将容器内的隔板撤去，使两种 气体混合达成平衡态求末态的温度T及 过程的 解：过程图示如下 假定将绝热隔板换为导热隔板，达热平衡后，再移去隔板使其混 合，那么 由于外压恒定，求功是便当的由于汽缸为绝热，因此 2.20在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板隔板靠活塞一侧为2mol，0°C 的单原子梦想气体A，压力与恒定的环境压力相等；隔板的另一侧为6mol，100°C的双原子梦想气体B，其体积恒定今将绝热隔板的绝热层去掉使之变成 导热板，求系统达平衡时的T及 过程的 解：过程图示如下鲜明，在过程中A为恒压，而B为恒容，因此 同上题，先求功 同样，由于汽缸绝热，根据热力学第确定律 2.235mol双原子气体从始态300K，200kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50 kPa，在绝热可逆压缩到末态压力200kPa。
求末态温度T及 整个过程的 及 解：过程图示如下 要确定，只需对其次步应用绝热状态方程，对双原子气体 因此 由于梦想气体的U和H只 是温度的函数， 整个过程由于其次步为绝热，计算热是便当的而第一步为恒温 可逆 2.24求证在梦想气体p-V图 上任一点处，绝热可逆线的斜率的十足值大于恒温 可逆线的十足值证明：根据梦想气体绝热方程， 得，因此 因此绝热线在处的斜 率为 恒温线在处的斜率为 由于，因此绝热 可逆线的斜率的十足值大于恒温可逆线的十足值 2.25一水平放置的绝热恒容的圆筒中装有无摩擦的绝热梦想活塞，活塞左、右 两侧分别为50dm3的 单原子梦想气体A和50dm3的双原子梦想气体B两气体 均为0°C ，100kPaA气体内部有一体积和热容均可疏忽的电热丝现在经过 通电缓慢加热左侧气体A，使推动活塞压缩右侧气体B到最终压力增至200kPa求 ：（1）气体B的末态温度 （2）气体B得到的功 （3）气体A的末态温度 （4）气体A从电热丝得到的热 解：过程图示如下 由于加热缓慢，B可看作体验了一个绝热可逆过程，因此 功用热力学第确定律求解 气体A的末态温度可用梦想气体状态方程直接求解，将A与B的看作整体，W=0，因此 2.25在带活塞的绝热容器中有4.25mol的某固态物质A及5mol某单原子梦想 气体B，物质A的。
始态温度，压力 今以气体B为系统，求经可逆膨胀到时，系统的 及过程的 解：过程图示如下将A和B共同看作系统，那么该过程为绝热可逆过程作以下假设 （1）固体B的体积不随温度变化；（2）对固体B，那么 从而 对于气体B 2.26已知水（H2O ,l）在100°C的饱和蒸气压，在此温度、压 力下水的摩尔蒸发焓求在在100°C，1 01.325kPa下 使1kg水蒸气全部凝聚成液体水时的设水蒸气适用梦想气体状 态方程式 解：该过程为可逆相变2.28已知100kPa下冰的熔点为0°C，此时冰的比熔化焓热 J·g- 1.水的平均定压热容求在绝热容器内 向1kg50°C的水中投入0.1kg0°C的冰后，系统末态的温度计算时 — 9 —。