人卫版物理化学(第六版)课后习题答案详解

物理化学作业习题 物理化学教研组解 2009， 7 第一章 热力学第一定律与热化学 1. 一隔板将一刚性决热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去左、右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则 U、 Q、 W 为正？为负？或为零？ 解： 0 2. 试证明 1想气体在衡压下升温 1K 时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数 R。 证明： )( 12 3. 已知冰和水的密度分别为 ： 03kg有 1水发生如下变化： (1) 在 100蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体； (2) 在 0 变为冰。 试求上述过程体系所作的体积功。 解： (1) )(018 3633 冰V)(018 3633 水V )(101 0 33 1 3 冰水 (2) )( 0 1 3 2 5)( 55 水冰4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终 态。 (1) Q、 W、 Q W、 U 是否已经完全确定。 (2) 若在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，则 (1)中的各量是否已完全确定？为什么？ 解： (1) Q W 与 U 完全确定。 (2) Q、 W、 Q W 及 U 均确定。 5. 1想气体从 100过下述四个过程变为 100 (1) 恒温可逆膨胀； (2) 向真空膨胀； (3) 恒外压为终态压力下膨胀； (4) 恒温下先以恒外压等于气体体积为 的压力膨胀至 以恒外压等于终态压力下膨胀至 求诸过程体系所 做的体积功。 解： (1) )(4 2 9 90 2 (2) 0W (3) )(3 1 0 Tp e )(2 3 2 5) 1 0 1 0)( 12 e (4) )(6 20 2 733 ap e )(310115501550)1010)2022)()( 232121 6. 在一个带有无重量无摩擦活塞的绝热圆筒内充入理想气体，圆筒内壁上绕有电炉丝。通电时气体缓慢膨胀，设为等压过程。若 (1) 选理想气体为体系； (2) 选电阻 丝和理想气体为体系。两过程的 Q、H 分别是等于、小于还是大于零？ 解： (1) 0 (2) 00 电功在 373K 和 条件下， 1积为 液态水变为 30200此过程的 U。 解： )(100 6 )(46412e 8. 分别判断下列各过程中的 Q、 W、 U 及 H 为正为负还是为零 ? (1) 理想气体自由膨胀 (2) 理想气体恒温可逆膨胀 (3) 理想气体节流膨胀 (4) 理想气体绝热反抗恒外压膨胀 (5) 水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态，以水蒸气为体系 (6) 水 (101325 冰 (101325(7) 在充满氧的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为体系。 解： (1) W 0， Q 0、 U H 0 (2) W0， Q0、 U H 0 (3) W 0， Q 0、 U H 0 (4) W0， Q 0、 Q0、 U H 0 (6) W0， 7) W=0， Q=0、 U 0、 H0 9. 已知 H2(g)的 Cp,m=(00将 1 H2(g)从 300K 升至1000K，试求： (1) 恒压升温吸收的热及 H； (2) 恒容升温吸收的热及 U。 解： (1) 100 0300 23- )6 0 1100 . 8 3 6-( 2 9 . 0 7= 2） 2 - 3 - 6 21 ( 2 9 . 0 7 - 0 . 8 1 4 - 0 . 8 3 6 1 0 2 . 0 1 1 0 ) T T =14800J 和 件下， 2 Q,W, U, H。 （ 1）可逆膨胀； （ 2）对抗恒外压 胀。 解：（ 1） W=1 1 122 0 6 . 6n R T l n l n 0 . 4 4 6 8 . 3 1 4 2 7 3 l np p 1 0 1 . 3 2 5V 11P 1629J U=0,Q 1629J (2)W=P 外 V=101325（2 12P ） H= U=0 Q= 11.(1)在 0 和 1全部蒸发为水蒸气，求此过程的 Q、 W、 U、 H。已知水的汽化热为 (2)若在 373K、 的水向真空蒸发，变成同温同压的水蒸气，上述个量又如何？（假设水蒸汽可视为理想气体）。 解：（ 1）相变在恒温恒压且非体积功为零下进行，故 H 8 . 3 1 4 3 7 3 3 . 1 0 R T K J 4 0 . 7 3 . 1 0 3 7 . 6 W K J (2)该相变相真空进行为不可逆相变， 0， W 0。因为（ 2）的始，终态同（ 1）所以 H， 1）相同，即 H= U=态压力为 积为 过 1）终态的体积与温度 （ 2）体系的 H； （ 3）该过程体系所作的功。 解：（ 1） 3112 1 1 232/ 2 0 2 6 5 0 1 1 . 2 1 0 / 8 . 3 1 4 2 7 3/ 2 0 2 . 6 5 2 7 3 / 4 0 5 . 3 1 3 6 . 58 . 3 1 4 1 3 6 . 5 / 4 0 5 . 3 2 . 8P V n R T P T P KV d m 常 数 （ 2） U 3/2 H=5/2 273） 3),P=B/T V=, 2） 2 V,M=将 1该理想气体于 27、 受某恒外压恒温压缩至平衡态，再将此平衡态恒容升温至 97，此时压力为 整个过程的 Q,W, H。 解： 3=3=(97+273) 101 300/101325=0e P2=2 300/101=821542（ 10102=0 W=2= U = 370 H=（ （ 370 = U+W=103= 105积增大一倍， Q=1674J. H=2092J。 （ 1）计算终态的温度、压力和此过程的 W、 U。 （ 2）若该气体经恒温和恒容两步可逆过程到达上述终态，试计算 Q,W, U, H。 解：（ 1） H m（ 得 , = 2092 2 7 3 . 2 3 7 3 . 82 . 5 8 . 3 1 4 K 5 41 1 2121 0 3 7 3 . 8 6 . 8 1 0 3 . 2 2P V T U ( 1255J W=U=167419J (2)因始终态与（ 1）相同，所以状态函数得改变值与（ 1）相同，即 U 1255J, H=2092J. 第一步恒温可逆过程： W=1574J 第二步恒容可逆过程： W=0,所以 W=2=1574J Q= U+W=2829J 和 该过程的 U。 解：双原子理想气体 52 72R ,M 数 1(121 273（ （ 1 U=(224 W=U=1674829J 16某理想气体的 =始状态为 298k。经一可逆绝热膨胀至 （ 1）终态的温度与压力。 （ 2）该过程的 U。 解 ：（ 1） = 2 8 4 1 . 41 . 4 3 1 1 5 . 2 8 6 ） 98 3 0 3 1 1 5 ） 226K (2)n 331113 0 3 . 9 9 1 0 1 . 4 3 1 0 0 . 1 7 6 m o 3 1 4 2 9 8 （ ） （ ） U 226 H 226 0105绝热可逆膨胀到 30计算此过程的 Q,W, H 及 U。（假设 解：双原子理想 气体， 52 72R ,M 2 5410 2 . 0 1 0 4 . 3 1 0 ） 因为绝热， Q=0 W= 5 3 4 3 32 . 0 1 0 1 0 1 0 4 . 3 1 0 3 0 1 0 1 . 8 1 01 . 4 1 J U W= 103J 对于理想气体， v= 则 H U 103J （ ） p P( )p 证： H=U+P=（ ） p+P( )p （ ） p P( )p （ ） P证：对 ） ） =U+ （ ） V=（ ） V+V( )V （ ） V+V( )p=（ ） p+（ ） ( )V （ ） V= （ ） p=V+V（ ） V= ） （ ） V （ ） P的 正庚烷在恒容条件下完全燃烧使热容为 ，求正庚烷在 25燃烧的 H. 解 ： l)+11g） =7g） +8l） M=100 H=V+ T+ 100/+(7 298 98K、 （ 1） 2g） +g） =2g） +3S（斜方） 2)2C(石墨 )+g） =2 g） 3） H2(g) g） 2g） ：（ 1） 10 0 298 2) 103（ 2 298 3) 184 103（ 2 298 始时含 100反应进行时 成了 2O。请计算下述反应方 程式的反应进度： 2 2 22 2 22 2 2122221 1 12 4 2H O H H H O解：（ 1） 4 41 (2) =4/2=2 3） 48123 已知下列反应在 298 （ 1） s） 1/2g） s） 2)H2(g) S（ s） 2g） l) 3)2s） S(s) 2O2(g) s） 4） 1/2g） +1/2g） =g） 反应 2s） l) )+2g）在 298K 时的 解：根据赫斯定律，反应 3 4 2 1 2 2 2-( 2+（ 103298 98（ 1） l） +g） =7g） +3l) 2） C（ s） O2(g) g） 3943)H2(g)+1/2O2(g)=l) 286 l） 的标准生成热 。 解 ： 7C(s) 3g） g） g） 该反应（ 2） 7（ 3） 3（ 1） 98 （ 1） C(金刚石 ) O2(g) g） 2)C（石墨） g） g） C(石墨 )=C（金刚石）在 298 解： 3g) l） 在 解： 49227 3（ （ 3268） 632 632 103-（ 298 7 s） s） K+( ) ） 知 ）和 s）的摩尔生成焓分别为 K+（ ）的摩尔生成焓。 解： K+（ ）的 （ 8在 2982O(l)的标准摩尔生成焓为 知在 25至 100的温度范围内 g）、O2(g)及 l）的 分别为 100时 l）的标准摩尔生成焓。 解： 373K） = 298K） + 398298 1 2(g) 3H2(g) 2g）在 298此反应在 398K 时的 知： (N2,g)（ 1010P,M(H2,g)（ 1010P,M(g)（ 1010： 10 10 398298= H2(g) )=2g） 291K） 1 且 )的熔点为 化热为 1 。 I2(l)的沸点为 发热为 1。)和 I2(l)的 分别为 H2(g)、 )及 g）的 均为 7/73 解： 73K) 291K） +n ， P,M,P,l（ s） CP,l（ l） CP,l（ g） 2+ =03+ )291473(27)291473(*2*27 33 106 7 74 7 3(27) 7( 9 6(=二章 热力学第二定律 . 想气在 3000K 时压力为 1519等温膨胀最后体积变到 10算该过程的 H、U 及 S。 解： )(151911 mo )( 0 03 1 12m a x 0 2. 1 27体积为 1真空膨胀至体积为 10 体系的熵变。若使该 27 1 恒温可逆膨胀至 10 熵变又是多少？由此得出怎样的结论？ 解：真空膨胀体系的熵变为： )(12 )(12 0与 0.1 0混合，求熵变。 解：设混合后温度为 03018 t=02 7 ,3=00锡 250g，落在 10中，略去水的蒸发，求达到平衡时此过程的熵变。 解： 50 0273 50 S=在 100 真空蒸发，变成 100 水蒸气，试计算此过程的总环境体系 、 S，并判断此过程是否自发。 解： 1 100 总环环 ， 0 100 (l) g) 1 0 93 7 3 1 0环环环环1 S =0 该过程自发进行。 10 ， 1凝结成这一过程的环境体系 、 和总S，并判断此过程是否为自发过程。 S 1(l) s) 1S 3S 0 0 1(l) 2S (s) 解： 111m 112 m o m o 1321 m o 12 m o m o 1321 m o 4 6 4 6T 环总 该过程可以自发进行。 隔板抽去，求平衡后 S 。设气体的均是 1 1气 1气 10V 20 解：设混合后温度为 o l l 5室内有一冰箱，冰箱内的温度为 0问欲使 1结成冰，至少须做功若干？此冰箱对环境放热若干？已知冰的熔化热为 1解：可逆热机效率最大 温槽，其温度为 温为 过相当时间后，有 4184J 的热因恒温绝热不良而传给室内空气，试求： （ 1） 恒温槽的熵变 ; （ 2） 空气的熵变； （ 3） 试问此过程是否可逆。 解： 8 8 4111 苯在其沸点 蒸发为气，求该过程的 Q,W, , 和已知该温度下甲苯的汽化热为 362 1 1 1 甲苯（ l） 甲苯（ s） ： O 于 ： (1) 由 温 可 逆 压 缩 到 求Q,W,孤和 ,;(2)若自始至终用 608.0 外压，等温压缩到终态，求上述各热力学量的变化。 解： (1) o (2) W 环08 3 9 1 83 1 8 83 1 33 Q=W=1(, 与 相同。 12. 25气从 热可逆压缩到 ,1013256 求 Q,W, ,., 。已知 25 1 （设氧为双原子理想气体，57,27. RC 解：绝热可逆过程， Q=0, 0S 1 4 83 1 0 5 310单原子理想气体，绝热膨胀至 算 Q,W, , 。 (a) 外；(b) ;外(c) 0外p。（单原子分子理想气体，35,23. RC 解： (a) 外的绝热过程为可逆过程。 b)是不可逆过程 则外外 c)Q=0,W=0, 0,0 1212112. 5 ， 1冷水蒸气变为 25 液态水，求此过程的 S 及 G 。已知 25 的饱和蒸气压为 化热为 2217 1上述过程能否自发进行？ 解： 1 15 25 , （ g） 水（ l） 11, 33, 1 15 25 22 , 水（ g） 水（ l） , 何者为零？ (1) 理想气体卡诺循环。 (2) 氢气和氧气在绝热钢瓶中发生反应。 (3) 非理想气体的绝热节流膨胀。 (4) 液态水在 蒸发为气体。 (5) 理想气体的绝热节流膨胀。 (6) 理想气体向真空自由膨胀。 (7) 理想气体绝热可逆膨胀。 (8) 理想气体等温可逆膨胀。 解： (1) , 均为零 (2) 0U (3) 0H (4) 0G (5) 0H (6) 0U (7) 0S (8) 0,0 16某溶液中化学反应，若在等温等压（ 进 行，放热 ,104 4 J 若使该反应通过可逆电池来完成，则吸热 4000J。试计算： (1) 该化学反应的 S 。 (2) 当该反应自发进行（即不作电功）时，求环境的熵变及总熵变。 (3) 该体系可能作的最大功。 解： (1) (2)04(3) 17已知 -5 ，固态苯的蒸气压为 冷苯蒸气压为 苯蒸气为理想气体，求 1冷苯凝固为固态苯的 G 。 解： 1 15 -5 5G（ l） 苯（ s） 1G 5G 1 15 -5 （ l） 苯（ s） 2G 4G 1 15 3G-5 （ g） 苯（ g） 01 d 18计算下列恒温反应的熵变化： 2C（石墨） +3 2H （ g）62298 （ g） 已知 25 的 标 准 熵 如 下 ： C （ 石 墨 ） 1211 0; m o o C 11 解： 2C（石墨） +3 2H （ g）62298 （ g） 62 19计算下列恒温反应（ 298K）的 )()()( 32562982266 已知 25 3256 111 m o o 解：由附表查