物理化学习题解析-万洪文詹正坤

万洪文教科书习题全解万洪文教科书习题全解第一部分化学热力学化学热力学第一部分化学热力学化学热力学第一章热力学基本定律第一章热力学基本定律习题O g 1-40.1 Gc 6H 6(l)p蒸发，沸点353.35K，已知LHM (c6h6)=30.80 kjmol-1。在这个过程中，试着计算q，w，U和H的值。解决方案：等温和等压相变。N/mol=100/78，g h=q=n lhm=39.5 kj，w=-nrt=-3.77 kj，u=q w=35.7 kj o1-5建造一个容积为1000m3、室温为290K、气压为p的礼堂，今天需要吸收多少热量才能将温度升至300K？(如果空气被视为理想气体，且其Cp，m已知，m为29.29JK-1 mol-1。)T 300=nC dT Q pV解决方案：在同等压力下理想气体温度上升(n变化)。=PMD，290米，rt o=1.2107 j1-6单原子理想气体，在恒定的外部压力下从600千帕斯卡绝热膨胀至1.0兆帕。计算此通道的q、w、U和H。(Cp，m=2.5 R)解：理想气体的绝热不可逆膨胀q=0。u=w，即nCV，m(T2- T1)=-p2(V2-V1)。T2=384K，因为V2=nRT2/p2，V1=nRT1/p1。u=w=ncv，m (T2-t1)=-5.39 kj，h=NCP，m (T2-t1)=-8.98 kj o p，1摩尔单原子理想气体在298.15K、6101.3kPa压力下的1-7绝热膨胀，最终压力为o if(1)可逆膨胀(2)抵抗恒定的外部压力P膨胀，并在非绝热膨胀过程中找到气体的最终温度；空气体对外所做的工作；气体的热力学能量变化和焓变化。(已知Cp，m=2.5 R)。解：(1)绝热可逆膨胀：=5/3，过程方程p11- t1 =p21- T2 ，T2=145.6k，u=w=ncv，m (T2-t1)=-1.9kj，h=NCP，m (T2-t1)=-3.17kjo (2)相对于恒定外部压力p膨胀，T2=198.8K通过u=w，即，nCV，m(T2-T1)=-p2(V2)获得同样，U=w=-1.24 kj，H=-2.07 kj . 1-8在100和P0(水蒸气被认为是理想气体)下，在相同的温度和压力下，水变成水蒸气，然后等温膨胀可以逆转为O p，并计算整个过程的U和H。已知glhm (H2O，373.15k，o p)=40.67kjmol-1。解决方法：该过程是理想气体的等温等压可逆相变等温可逆膨胀，下一步U和H都为零。gH=LHM=40.67千焦，U=H(PV)=37.57千焦1-9高压容器含有未知气体，可能是氮气或氩气。在29K时，取出样品，可逆地从5dm3膨胀到6dm3，温度下降21K。你能告诉我容器里是什么样的气体吗？(如果单原子气体的cv，m=1.5r，双原子气体的cv，m=2.5r)解：绝热可逆膨胀：T2=277K，过程方程T1V1-1=T2V2-1，=7/5容器为N2。1-10毫升单原子理想气体(CV，m=1.5R)，温度273K，体积22.4dm3，通过路径a变为温度546K，体积22.4 dm3；之后，温度变为546K，44.8dm3经由路线B的体积；最后，系统通过路径c返回到其初始状态。尝试找出：(1)每种状态下的气压；(2)系统通过各种渠道的Q、W、U、H值；(3)周期的Q、W、U、H。解决方案：路线A :等容加热，路线B等温膨胀，路线C等压冷却。O (1)p1=p，p2=2p O，p3=p O (2)理想气体3336U=ncv，mt，h=ncp，mt . a路径，W=0，Q=U，所以Q，W，U，H分别等于3.40kJ，0，3.40kJ，5.67kJ B路径，U=H=0，q=-w，所以Q，W，U，H分别等于3.15kJ路径c，W=-pv，Q=UW，所以Q，W，U，H分别等于-5.67 kj，2.27 kj，-3.40 kj，-5.67 kj (3)循环U=H=0，Q=-W=3.403.15(-5.67)=0.88 kj 1-112mol双原子分子理想气体。通过pT=常数的可逆过程，初始状态为202.65千帕，11.2德姆3，最终状态为405.20千帕。得到了最终状态的体积V2温度T2和w，u，h(CP，m=3.5 r)。解决方法：p1T1=p2T2，T1=136.5K T2=68.3 k，v2=2.8dM3，u=ncv，Mt=-2.84 kj，h=NCP，Mt=-3.97 kj，w=-2 nrdt，w=-2nRt=2.27 kj 1-122mol，101.33 kpa，将373K的液态水装入一个小球，将该球装入一个373打破这个球，只要使H2O(l)蒸发到101.33千帕，373千H2O(g)(以H2O(g)为理想气体)就能找到这个过程的Q，W，U，H；如果蒸发过程在常压下进行，q、w、u和h的值分别是多少？已知在373 K和101.33千帕时，水的蒸发热为40.66千焦摩尔-1。解决方案：101.33千帕，373千焦水(l)H2O(g) (1)等温等压可逆相变，H=Q=ngl hm=81.3千焦，w=-nrt=-6.2千焦，U=qw=75.1千焦(2)蒸发至真空，W=0，初始和最终状态相同，H=81.3千焦，U=75.1千焦，Q=U=75.1千焦1-13压缩373千焦，1-13计算这个过程的Q，U，H。假设冷凝水的体积可以忽略不计，水蒸气可以视为理想气体，水的汽化热为22.59JG-1。 2解决方案：该过程可视为：n=4.9摩尔理想气体等温压缩n=3.92摩尔水蒸汽等温等压可逆相变。g w=-pv n rt=27kj，q=pv n LHM=-174 kj，理想气体等温压缩U，H为零，相变H=n glhm=-159 kj，U=H-(PV)=H n rt=-147 kj 1-14试以T为纵坐标和S为横坐标，画出卡诺循环的T-S图，并证明该线所包围的区域是系统吸收的热量和1-15摩尔的单原子理想气体沿T=aV (a为常数)的路径从273K可逆地加热到573K，得到该路径的W，U，S。解决方案：可逆路径T=aV (a为常数)，即等压可逆路径W=-NR(T2-T1)=-2.49 kJU=NCV，mT=3.74 kJ，S=NCP，MLN (T2/T1)=15.40 JK-11-161摩尔理想气体从25膨胀至0.1 1MPa，假设过程为：(1)等温可逆膨胀；(2)膨胀至真空。计算每个过程的熵变化。解决方法：(1)等温可逆膨胀；S=NRln(V2/V1)=19.14 JK-1(2)初始和最终状态相同的理想气体S=19.14 JK-1 1-17，27，20dm3在等温条件下膨胀至50dm3，假设过程为：(1)可逆膨胀；(2)自由膨胀；(3)在恒定的外部压力下，抵抗氧气的膨胀。计算上述过程的q、w、U、H和S。解决方案：理想气体等温膨胀，U=H=0，S=nRln(V2/V1)=15.2 JK-1。(1)可逆膨胀W=-NRTln(V2/V1)=-4.57千焦，Q=-W=4.57千焦(2)自由膨胀W=0，Q=-W=0 (3)恒定外压膨胀W=-pv=-3.0千焦，Q=-W=3.0千焦1-18理想气体(Cp，m=29.10JK千焦-1摩尔-1)从初始状态(400千帕，200千帕)变化至中规定的最终状态试着分别计算每个过程的Q、W、U、H和S。(1)等容加热至600K；(2)等压冷却至300K；(3)相对于恒定的外部压力，绝热膨胀至P0；(4)绝热可逆膨胀到p . o .解决方案：理想气体U=NCV，T，H=NCP，T，S=NRLN(P1/P2)NCP，MLN (T2/T1) (1)等体积温升T2=600 K，W=0，Q=U，S=NCV，MLN (T2/T1)，因此Q，W，U，H，S分别等于20.79kJ，20.79kJ。29.10千焦，42.15千焦，-1 (2)等压冷却T2=300千焦，W=-pv，Q=UW，S=NCP，mln (T2/t1)所以Q，W，U，H，S分别等于-14.55千焦，4.16千焦，10.4千焦，14.55千焦。41.86 JK-1(3)恒定外部压力绝热膨胀q=0，W=U，T2=342.9k，S=nrln(P1/p2)NCP，mln (T2/t1)=6.40jk-1，T2=328k，因此，Q、W、U、H、S分别等于0，(4)绝热可逆膨胀S=0，Q=0，=7/5，P1 V1=P2 V27.47 kJ，41.86 JK-1(3)恒定外部压力绝热膨胀Q=0，W=U，=342.9k，S=nrln(/p2)NCP，mln(01-19汽车发动机(通常为点火式四冲程内燃机)的工作过程可理想化为以下循环过程(奥托循环):(1)利用飞轮的惯性吸入燃料气体并进行绝热压缩(2)进行点火和燃烧，气体在恒定体积的上止点被加热(3)气体绝热膨胀以进行外部工作(4)气体在恒定体积的下止点被排出并冷却。 绝热指的理论效率。=1.4，V1/V2=6.0，找到了汽车发动机的三种解决方案： 绝热可逆压缩 定容V2加热 绝热可逆膨胀 定容V1冷却 Q=CV (T3-T2)， Q-=CV (T1-T4)。=| q q-|/q使用绝热可逆过程方程，=1-(T2-T3)/(t1-T4)=1-(v1/v2)1-=1-6-0.41-20水从初始状态(沸点372.8K)蒸发至真空至372.8K，水蒸气。计算过程G的S(LHM=40.60 kJmol-1)G溶液：设计等温等压可逆相变 S=LHM/T=109JK-1G1-21已知水的沸点为100，Cp，m(H2O，l )=75.20JK-1mol-1，LHM(H2O)=40.67G kJmol-1，Cp，M (H2O，G)=33.57jk-1 mol-1，O (1)计算过程：1摩尔H2O (1，100，p) 1摩尔H2O (g，100，p 0)；O (2)计算过程：1摩尔H2O(1，60，p) 1摩尔H2O (g，60，p 0)。解决方案g: (1)等温等压可逆相变S=LHM/t=109 JK-1(2)设计等压过程H2O (1，60) H2O (1，100) H2O (g，100) H2O (g，60)，gH=CP，m(l)tLHM-CP，m(G)t=42.34 kj，U=Hpv=Hrt=39.57 kj GS=CPo已知对于这种理想气体，Sm(300K)=150.0JK-1mol-1，Cp，m=30.00JK-1mol-1。解决方案：u=ncv，Mt=26.0 kj，h=NCP，Mt=36.0 kjoosm(600k)=sm(300k)s=233.2 JK-1mol-1f=u-(ts)=-203.9 kj，g=h-(ts)=-193.9 kjs=NCP。Mln(T2/T1)=83.2JK-1 O 1-23将装有0.1摩尔乙醚液体的小玻璃泡放入35的恒温瓶中，压力为10dm3，瓶中装有N2(g)。打破小玻璃泡后，乙醚完全汽化，形成的混合气体可视为理想气体。已知乙醚G在101325帕的沸点是35。其LHM=25.10千焦摩尔-1。计算：(1)混合气体中乙醚的分压；(2)氮的H、S、G；(3)乙醚的H、S、G。溶液：(1)对乙醚=NRt/V=25.6千帕(2)在此过程中，氮气的压力、温度和体积不变，H、S和G均为零。(3)对于乙醚，可认为是：理想气体的等温等压可逆相变等温加压，GGH=N LHM=2.51 kJ，S=NLHM/T-NRLN(P2/P1)=9.3 JK-1，G=H-TS=-0.35 kJ 4 O 1-24。一个单位的化学反应是在等温(298.15千)和等压(P)条件下直接进行的，如果放在可逆电池中，释放40千焦耳的热量，吸收4千焦耳的热量。(1)计算反应的RSM(2)计算可逆电池中直接反应和反应的熵，生成IS；(3)计算反应的rhm(4)计算系统在外部能够提供的最大电力。解决方案：(1)RSm=QR/T=13.42