[教学研究]《物理化学》天津大学第二版肖衍繁 李文斌 第2章习题答案1.doc

思考题1.由物质的量为n的某纯理想气体组成的系统，若要确定该系统的状态，则系统的(a) p; (b) V; (c) T,UT、p2.答:（d）T、p 。2. 功和热必须确定。（d）。(a)都是途径函数，无确定的变化途径就无确定的数值;(b)都是途径函数，对应某一状态有一确定值;(c)都是状态函数，变化量与途径无关；(d)都是状态函数，始终态确定，其值也确定。答：（a）都是途径函数，无确定的变化途径就无确定的数值。思考题3.在隔离系统中无论发生何种变化，其U；H。(a) 大于零;(c) 等于零；(b) 小于零;（d）无法确定。答：分别填“(c)等于零”； “(d)无法确定”。4.被绝热材料包围的房间内放有一电冰箱，将冰箱门打开的同时供以电能使冰箱运行，室内的温度将。(a) 逐渐降低;(c) 不变;答：（b） 逐渐升高(b) 逐渐升高;(d)无法确定。思考题5.在一恒容绝热箱中置一隔板，将其分为左右两部分。在两侧分别通入温度、压力均不同的同种气体，而后将隔板抽走，气体发生混合。若以箱内全部气体为系统，则混合过程的QU。；W；（a）大于零；（b）小于零；（c）等于零。的适用条件是 。 p(a) 恒压过程; (b) 恒温恒压过程; (c) 组成一定单相系统的恒压不做非体积功过程; (d) 任何过程。答：填入“（c）组成一定单相系统的恒压不做非体积功过程”。答：分别填“等于零”；“等于零”；“等于零”。6.Cp,m=T思考题7. 在标准状态与温度为T下，若已知反应A2B 的标准摩尔反应焓rHm(1) ，反应2AC的标准摩尔反应焓r Hm(2) ，则反应C4B的标准摩尔反应焓 r Hm(3) 与 r H(a) 2rHm(1) - rHm(2) ; (b) 2rHm(1) - rHm(2) ;(c) 2rHm(1) - rHm(2) ; (d) 2rHm(1) - rHm(2)答：填入 “（d）2rHm(1) - r Hm(2)”。8.某一化学反应，已知其rCp,m < 0 ，则该反应的r Hm 的数值随温度升高而.(a) 增大;(b) 减少;(c) 不变;（d）不能肯定。答:填入“（d）不能肯定 ” 。(1)及mrHm(2)的关系为思考题9.在一个体积为 10dm3、绝热良好的容器中发生一化学反应，结果系统的温度升高，压力由 101.325kPa 增大到 1013. 25kPa，系统的体积保持不变，则过程的Q； W； U； H。(a)大于零；(c)等于零;(b)小于零；(d) 不能确定。答：“等于零”;“等于零”;“等于零”;“大于零”。10.可逆过程是(a)变化速率无限小的过程；程；(b)做最大功的过。(c)循环过程;程。答：“（d）(d) 能使系统和环境完全复原的过能使系统和环境完全复原的过程 ” 。11.某气体从一始态出发，经绝热可逆压缩与恒温可逆压缩到相同终态体积V2，则 p2(恒温)热)；p2(绝Wr(恒温)热)。Wr(绝热)；U(恒温)U(绝(a)大于；(b)小于；(c)等于;(d)不能确定。答:p2(恒温) > p2(绝热)； Wr (恒温) > Wr(绝热)；U(恒温) > U(绝热) 。12. pV= 定值 ，只适用于。(a)理想气体绝热不可逆过程；(b)实际气体绝热可逆过程；(c)理想气体绝热可逆过程;(d) 实际气体绝热过程。13. 理想气体经可逆与不可逆两种绝热过程(a)可以达到同一终态；给环境留下不同的影响；(b)可以达到同一终态，但(c)不可能达到同一终态。答： “（c）不可能到达同一终态 ”。14.如右图所示，一定量理想气pB体从相同始态出发，经AB与AC两条途径到达B、C，而B、C两点处AC在同一条绝热线上，则(a) ABU> UAC ；(c) ABU> UAC；(b) UAB> ACU;(d) UAB> ACU。V答:“（a）ABU > ACU” 。思考题15. 实际气体的节流膨胀过程应(a) Q = 0 ， H = 0， p< 0(b) Q = 0 ， H < 0， p> 0(c) Q< 0 ， H = 0， p< 0(d) Q > 0 ， H = 0， p< 0答：“(a) Q = 0 ， H = 0， p< 0” 。一、填空题1.一绝热容器中放有绝热的、无质量和无摩擦的活塞，该活塞将容器分隔为体积相等的左、右两室，两室中均充有n，p1、T1的理想气体。若右室中装有一电阻丝，并缓慢通电加热右室气体，于是活塞逐渐往左移动，此时，如以右室气体为系统时，则此过程的Q(右)> 0，W (右)<0；如以左室气体为系统时,则此过程的Q(左)= 0，W (左)> 0；如以整个容器的气体作为系统时,则此过程的Q>0, W= 0。2. 1mol理想气体A，从始态B经途径I到达终态C时，系统与环境交换了Q(I) =-15kJ，W(I)=10kJ。若该1mol理想气体A从同一始态B出发经途径到达同一终态C时系统与环境交换了Q()=-10kJ，则此过程系统与环境交换的W()=过程系统的热力学能变化U=kJ，整个kJ。（填入具体数值）答： 整个过程 U = Q（I）+W（I）= -5kJ由解出Q（I）+ W（I）= Q（）+W（）W（）= 5kJ3. 绝热箱中用一绝热隔板将其分隔成两部分，其中分别装有压力、温度均不相同的两种真实气体。当隔板抽走后，气体便进行混合，若以整个气体为系统，则混合过程的Q=，W=， U=。答：分别填入：“ 0”；“0”；“0”。4. 某系统经历了一过程之后，得知该系统在过程前后的H=U，则该系统在过程前后条件下，才能使H= U成立。答：应填入：“（pV）=0”。5. 对理想气体的单纯pVT变化过程，式dH= nCp,mdT适用于过程；而对于真实气体的单纯pVT变化过程，式dH=nCp,mdT适用于过程。答:分别填入“任意”；“恒压（或等压）”。6.已知水在100时的vapHm=40.63kJ·mol-1，若有1mol、p=101.325kPa、t=100 的水蒸气在恒T、p下凝结为同温、同压的液体水，则此过程的W=kJ， U=kJ。（填入具体数值）设水蒸气为理想气体，液体水的体积可忽略不计。答：W=-p（Vl-Vg）pVg=nRT=3.102 kJQ=-nvapHm=-40.63 kJ·mol-1U=Q +W =-37.53 kJ热力学第一定律习题课7.若将1mol、p=101.325kPa、t=100的液体水放入到恒温100的真空密封容器中,最终变为100、101.325kPa的水蒸气，vapHm=40.63kJ·mol-1，则此系统在此过程中所作的 W=kJ，U=kJ。答：填入“0”；“37.53”。8. 写出在温度T下，下列反应的标准摩尔反应焓rHm是什么化合物的标准摩尔生成焓fHm(B,)，是什么物质的标准摩尔燃烧焓cHm(B,) ？或两者都不是。C(金刚石) + O2(g) = CO2(g) rHm(1)为CH4(g)+2O2(g) =CO2(g)+2H2O(g) r Hm(2)为H2(g)+1/2O2(g) = H2O (l) r Hm(3)为2C(石墨)+4H2(g)+O2(g)=2CH3OH(g)rHm(4)为;答:r H (1)=mcHm(金刚石);r Hm(2)两者皆不是;r H (3)=mCHm(H ,g)=2fHm(H2O,l)r H (4)=2mfHm(CH3OH,g)9. 已知25下的热力学数据如下:C(石墨)的标准摩尔燃烧焓cHm=-393.51kJ·mol-1; H (g)的标准摩尔燃烧焓2cHm=-285.83 kJ·mol-1；CH3OH(l)的标准摩尔燃烧焓cHm=-726.51kJ·mol-1;则可求得CH OH(l)的标准摩尔生成焓3fHm=kJ·mol-1。答:C(石墨)+2H2(g)+0.5O2(g)CH3OH(l)f Hm(CH OH,l)=3cHm(石墨)+2cHm(H2,g) -cHm(CH3OH,l)=-238.7 kJ10.正丁醇n-C4H9OH(l)(以A表示)与二乙醚(C2H5)2O(l) (以B表示)为同分异构体，若已知25下fHm(A,l) =-327.1kJ·mol-1，f Hm(B,l)=-251.8kJ·mol-1，cm(A,l) =-2675.8kJ·mol ，则-1(B,l) =1。kJ·mol-解：25 下n-C4H9OH(l) (C2H5)2O(l)ABr H =mfHm(B,l) -fHm(A,l)=c Hm(A,l) -cHm(B,l)c Hm(B,l)=-2751 kJ·mol-1HcHm11.在一容积为5L的绝热、密封容器中发生一化学反应，反应达终态后，体积不变但压力增大了2026.5kPa，则系统反应前后的H=J。（填入具体数值）解：绝热恒容反应，U=0，H=U+(pV) =(pV) = Vp=10.13 kJ12. 1mol某理想气体的CV,m=1.5R，当该气体由p1、V1、T1 的始态经一绝热过程后，系统终态的p2V2乘积与始态的P1V1之差为1kJ，则此过程的W=；H=。答：分别填入 “1.5kJ” ;“2.5 kJ” 。13.物质量为1mol的某理想气体,从体积为V1的始态分别经(a) 绝热可逆膨胀过程; (b)恒压膨胀到同一终态p1、V2、T2。则W(绝热)Q(绝热)W(恒压)，Q(恒压)。答: 分别填入数值上:“W(绝热)>W(恒压) ”, “ < ”。14. 真实气体节流膨胀过程(pV之积变大)，其Q0，H0，U答：应分别填入0 。“ = ” , “ = ” , “ < ”。二 . 选择填空题1.由物质的量为n的某纯理想气体组成的系统，若要确定该系统的状态，则系统的须确定。必（a）p（b）V（c）T，U（d）T，P答：选（d）。2.功和热。选择填入:(a)都是途径函数,无确定的变化途径就无确定的数值;(b)都是途径函数,对应某一状态有一确定值;(c)都是状态函数,变化量与途径无关;(d)都是状态函数,始、终态确定,其值也确定。3. 在隔离系统中,无论发生何种变化,其UU,H。选择填入: (a) 大于零;(c) 等于零;确定(b) 小于零;(d) 无法答：选U定。= 0, HH无法确4. 被绝热材料包围的房间内放有一电冰箱，将冰箱门打开的同时供以电能使冰箱运行，室内的温度将。选择填入: (a) 逐渐降低;高;(c) 不变;(b) 逐渐升(d)。选择填入:(a)大于零;(b)小于零;(c)等于零;(d)无法确定答：选U无法确定。4.被绝热材料包围的房间内放有一电冰箱，将冰箱门打开的同时供以电能使冰箱运行，室内的温度将。选择填入:(a)逐渐降低;(b)逐渐升高;(c)不变;(d)热力学第一定律习题课5. 封闭系统经一恒压过程后，其与环境所交换的热。选择填入: (a) 应等于此过程的U;(b) 应等于该系统的焓;(c) 应等于该过程的H;(d) 因条件不足，无法判断答:(d) 因条件不足，无法判断。(若将恒压看成还有W=0，则选C)6. 1mol 理想气体在恒压下温度升高1K时，则此过程的体积功 W。选择填入: (a)为 8.314J ;(b)(c)(d)为-8.314J ;为0 J ;压力不知,无法计算。答：选（b）-8.314 J 。7.某化学反应 A(l) + 0.5B(g) = C(g)在500K恒容条件下进行了1mol反应进度时,放热10kJ·mol-1。若该反应气体为理想气体，在500K、恒压条件下同样反应了1mol反应进度时，则放热。选择填入: (a) -7.92kJ·mol-1 ;(b) 7.92kJ·mol-1 ;(c) 10 kJ·mol-1 ;(d)因数据不足,无法计算。答：选（a）-7.92kJ·mol-1。8. 已知反应 2A(g)+B(g)= 2C(g) 在400K下的rHm(400k) = 150kJ·mol-1，而且A(g)、B(g)和C(g)的摩尔定压热容分别为20、30和35J·K-1·mol-1，若将上述反应改在800K下进行，则上述反应的rHm(800k)为kJ·mol-1 。选择填入: (a) 300; (b)150 ;(c) 75 ;(d) 0 。答：选（b） 150 kJ·mol-1。9.在一绝热的、体积为10dm3的刚性密闭容器中发生了某一反应结果压力增加了1013.25kPa，则此反应系统在反应前后的H为：选择填入: (a) 0 kJ ；(b) 10.13 kJ；(c) -10.13 kJ；(d) 因数据不足，无法计算。答：选（b） 10.13 kJ 。10.一定量理想气体从同一始态(p1,V1,T1)出发,经绝热 pb可逆压缩与恒温可逆压缩到相同终态体积V2，则p2(恒温) p2(绝热),|Wr(恒温)|Wr(绝热)|,aQr=01U(恒温)选填: (a)大于；于；U(绝热)。(b)小V2 V1第10题 图V(c)等于； (d)不能确定。答:由图知,应分别填入:小于,小于,小于。热力学第一定律习题课11. 一定量的某理想气体从同一始态出发, 经绝热可逆膨胀和绝热反抗恒外压膨胀到相同终态体积V2, 则： T2(可)在数值上W(可)选择填入: (a)大于；(c)等于;能小于。T2(不),W(不)。(b)小于;(d)可能大于也可答: 应分别填入 (b)小于；（a）大于。12. 1mol某理想气体由100kPa、373K分别经恒容过程(A)和恒压过程(B)冷却至273K，则数值上WAWB，AHBH，QAQB。选择填入: (a)大于;(b)小于;(c)等于;(d)可能大于也可能小于。答: 应分别填入 “(b) 小于”；“（c）等于”; “ (b) 小于”。13.一定量的某理想气体,自始态p1、V1、T1开始，当其经的途径，便能回到始态。选择填入: (a) 绝热可逆膨胀至V2，再绝热不可逆压缩回V1；(b)绝热不可逆膨胀至V2，再绝热可逆压缩回V1；(c) 绝热可逆膨胀至V2，再绝热可逆压缩回V1；(d) 绝热不可逆膨胀至V2，再绝热不可逆压缩回V1。答: 应填入 （c）。14.物质的量为1mol的单原子理想气体，从始态经绝热可逆过程到终态后，对环境做了1.0kJ的功,则此过程的H为选择填入:(a) 1.67kJ；kJ；(c) 1.47kJ；。(b) -1.67(d) -1.87kJ。答: 应填入 （b）-1.67kJ 。15.同一始态的物质量为1mol的理想气体和范德华气体，分别经相同的恒外压绝热膨胀到同一终态体积V 后，则数值上 理)U(理)选择填入: (a)大于；范)，U(范)。(b)小于；(c)等于;(d)可能大于也可能小于。答: 应分别填入 （a）大于；（C）等于。压绝热膨胀到同一终态体积V22后，则数值上TT22(理)TT22(范)，计算题2-1. 5mol理想气体的始态为t1=25、p1=101.325kPa、体积为V1，在恒温下反抗恒定外压膨胀至V2=2V1，p环= 0.5p1，求此过程系统所作的功。解：5mol理想气体始、末态将以框图示出p1=101.325kPaT1=298.15K, V1dT=0p环=0.5p1p2=p环V2=2V1W=-p环(V2-V1)=-0.5p1V1=-0.5nRT1=-0.5×5×8.314×298.15J = -6197J2-2. 1mol理想气体由202.65kPa、10dm3恒容升温，压力增大到2026.5kPa，再恒压压缩至体积为1dm ，求整个过程的W、Q、 U及3H。将已知以框图示出：p1=202.65kPaV1= 10dm3p1=2026.5kPaV2= V1p3= p2V3= 1dm3分析：理想气体简单状态变化，且始末态温度相等；第一步不做体积功。思路：对理想气体，热力学能和焓都仅是温度的函数，由此求U和 H；由热力学第一定律及体积功的计算公式求热和功。解： 因p3V3=p1V1故T1=T3故整个过程U =0H=0由热力学第一定律- Q = W = W2 = -p2(V3-V2) = 18.24 kJ此题也可分部求解，而后求各量之和。但比较可知，总体考虑问题的解法最佳。2-6.在容积为200dm3的容器中放有20、253.313kPa的某种理想气体，已知其Cp,m=1.4Cv,m，若该气体的Cp,m近似为常数，求恒容下加热该气体至80 时所需的热。分析：理想气体简单状态变化，恒容加热。思路：公式 Qv=U=nCv,m(T2-T1) , 由已知中求出各相关量。解：n=p1V1/RT1=20.787 mol由 Cp,m=1.4Cv,m， Cp,m-Cv,m=RCv,m=2.5RQv =U=nCv,m(T2-T1) = 25.92 kJC p,m (H 2O, l ) = 75.31J K 1 mol 1 ,C p,m(H 2O, g) = 33.56J K 1 mol 1分析：变温、变压且有相变，抓住状态函数的特点，在不改变始末状态条件下，设计包括可逆相变在内的途径求解，以框图示出设计途径，以便解题。1mol H2O（l）p1=101.325kPaT1= 298K（1）1mol H2O（g）p*=303.975kPaT1= 406K（3）1mol H2O（l）p = p1T = 373.15K（2）1mol H2O（g）pT = 373.15KH = H 1+ H 2 + H 3U = H - (pV)(a)H 1 = n(l )C p ,m (l )(T T1 ) = 5.660H 2 = n vap H m = 40.63-109kJH 3 = n(g)C p ,m (g)(T2 T ) = 1.102H = 47.392kJkJkJ(b) 整个过程的(pV) = p*V(g) p1V(l) p*V(g) =n(g)RT2= 3.375 kJU = H- (pV) = 44.017 kJ并非各状态函数增量的求得均需按各分途径加和或均按总过程2-8.已知100、101.325kPa下水的vapHm=40.63 kJ·mol-1，水蒸气与水的摩尔体积分别为Vm(g) = 30.19 dm3·mol-1，Vm(l)=18.00×10-3dm3·mol-1，试计算下列两过程的Q、 、WU及 H 。(a)1mol液体水于100、101.325kPa下可逆蒸发为水蒸气；(b) 1mol液体水在100恒温下于真空容器中全部蒸发为蒸气，且蒸气压力恰为101.325kPa。分析： (a)为可逆相变，(b)为不可逆相变。解：（a）恒温、恒压、W=0，可逆相变Q = H =n vapHm = 40.63 kJW = -p nVm(g)-nVm(l) = -3.057 kJU = Q + W = 37.57kJ或 U = H-(PV) = H-pV(g)-V(l)= H + W = 37.57kJ(b) 恒温、W=0，向真空蒸发的不可逆相变，但始末态与(a)同(抓住状态函数的特点)始末态不变，状态函数的增量不变H=40.63 kJU = 37.57kJ向真空蒸发，系统不做功，故W = 0由热力学第一定律，Q= U - W = U = 37.57kJ2-11. 已知100、101.325kPa下水的vapHm=40.63 kJ·mol-1，0、101.325kPa下冰的熔化热fusHm=6.02 kJ·mol-1，冰、水及水蒸气的平均摩尔定压热容分别为 37.6 J·K-1·mol-1、75.31 J·K-1·mol-1及33.6 J·K-1·mol-1。 求-10、101.325kPa下冰的摩尔升华焓为若干？分析： 相变焓应与相变过程相对应，故应在所求始末态间设计对应的一系列相变过程，找出对应相变焓之间的关系。设计相变过程以下面框图示出。1mol H2O（s）t1= -10 subHm1mol H2O（g）t2 = t1（1）1mol H2O（s）t3= 0 （2）1mol H2O（l） （3）t4= 0 （5）1mol H2O（g）t6= 100 （4）1mol H2O（l）t5= 100 由：状态函数的增量与变化途径无关subHm=H 1+fusHm+H 3+vapHm+H5H 1 = nCp,m(s) (t2-t1) = 0.376 kJ·mol-1fusHm= nfusHm (冰) = 6.02 kJ·mol-1H 3 = nCp,m(l) (t5-t4) = 7.531 kJ·mol-1vapHm=nvapHm(水) = 40.63 kJ·mol-1H 5 =nCp,m(g) (t2-t5) = -3.696 kJ·mol-1故，所求subHm=H = 50.86 kJ·mol-1i2-12.冰在101.325kPa下的熔点为273.15K，现有1kg、268.15K的过冷水,在101.325kPa下因受环境的影响，过冷水凝结成冰。由于凝结很快来不及与四周换热，因此可看成绝热过程。若已知水在273.15K时的摩尔熔化热fusHm=6.02 kJ·mol-1，水的质量定压热容Cp= 4238.4J·K-1·kg-1，冰的密度为 916.8 kg·m-3，水的密度为958.4 kg·m-3。求：(a)析出了多少冰？(b)凝固过程的Q、W、 U 及H。分析： 过冷水恒压下部分结冰，且Q=0。在始末态间设计相变过程以下面框图示出。(a) 1kg H2O（l）T1=268.15K（1）1kg H2O（l）H=Q=0 H2O（l）mlH2O（s）msT=273.15K（2）部分水结冰T2=273.15KH H =H =mC 水)(T -TH2= (-(-fusHm) ms/Mm = 0.06342 kg代入，解出H=H11+HH22=00H11=mCpp(水)(T22-T11)mss=0.06342kg2··s(b)系统凝固是在恒压、绝热条件下，故Q = H= 0由热力学第一定律， U = WU = W = -p(V末-V始)= -p(1/固)-(1/液)ms= -0.3042 J或 U = H - (pV) = -p(V末-V始)2-13.如教材图示。一带有活塞(无摩擦、无质量)的气缸中装有3mol (g)，气缸底部有一玻璃瓶，瓶内充有5mol液体水。活塞上维持202.650kPa的恒定环境压力。在100下将玻璃瓶打碎，水即进行蒸发，求达平衡时过程的Q、W、U及U及QH。已知100时水的vapHm=40.63 kJ·mol-1，并设氮气与水蒸气为理想气体，液体水体积可忽略不计。分析：玻璃瓶打碎后，气相水蒸气分压逐渐变大，至压力101.325kPa，与氮气压力相等(氮气压力降低)，由阿伏加德罗定律，水蒸气的量也应为3mol，系统体积增加一倍。无质量)的气缸中装有3molNN22(g)，气缸底部有m解：以框图示出始终态