物理化学：1.第一章化学热力学基础 习题解答

1、第一章 化学热力学基础1-1 气体体积功的计算式 中，为什么要用环境的压力？在什么情况下可用体系的压力？ 答： 在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式 中，可用体系的压力代替。1-2 298K时，5mol 的理想气体，在（1）定温可逆膨胀为原体积的 2 倍； ( 2 )定压下加热到373K；（3）定容下加热到373K。已知 Cv,m = 28.28Jmol-1K-1。 计算三过程的Q、W、U、H和S。解 （1） U = H = 0 （2） W = U QP = 3.12 kJ （3） W = 0 1-3 容器内有理想气体，n=2mol , P=10Pq，T=300K。求 (1) 在空气中

2、膨胀了1dm3，做功多少？ (2) 膨胀到容器内压力为 lPq，做了多少功？(3）膨胀时外压总比气体的压力小 dP , 问容器内气体压力降到 lPq时，气体做多少功？解：（1）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且 （2）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且 （3） 1-4 1mol 理想气体在300K下，1dm3定温可逆地膨胀至10dm3，求此过程的 Q 、W、U及H。解： U = H = 0 1-5 1molH2由始态25及Pq可逆绝热压缩至 5dm-3, 求（1）最后温度；(2）最后压力； ( 3 ) 过程做功。解：（1） （2） （3） 1-6 40g氦在3Pq 下从25加热到50，试求该过程的

3、H、U、Q和W 。设氦是理想气体。（ He的M=4 gmol-1 )解： W = U QP = -2078.5J1-7 已知水在100 时蒸发热为2259.4 Jg-1，则100时蒸发30g水，过程的U、H 、 Q和W为多少？（计算时可忽略液态水的体积）解： 1-81-9 298K时将1mol液态苯氧化为CO2 和 H2O ( l ) ，其定容热为 3267 kJmol-1 , 求定压反应热为多少？解： C6H6 (l) + 7.5O2 (g) 6CO2 (g) +3 H2O ( l )1-101-11 300K时2mol理想气体由ldm-3可逆膨胀至 10dm-3 ，计算此过程的嫡变。解：

4、1-12已知反应在298K时的有关数据如下 C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (l)f Hm /kJmol-1 52.3 241.8 277.6CP , m / JK-1mol-1 43.6 33.6 111.5计算（1）298K时反应的r Hm 。 （2）反应物的温度为288K，产物的温度为348K时反应的r Hm 。解（1） rHm = 277.6 + 241.8 52.3 = 88.1 kJmol-1 （2） 288K C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (l) 348K H1 H2 H3 298K C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (

5、l) 298K rHm = rHm ( 298K ) + H1 + H2 + H3 = 88.1 + ( 43.6 + 33.6 ) (298-288) + 111.5( 348-298)10-3 = - 81.75 kJmol-1 1-13 定容下，理想气体lmolN2由300K加热到600K ，求过程的S。 已知 解： 1-14 若上题是在定压下进行，求过程的嫡变。解： 1-15 101.3kPa下，2mol甲醇在正常沸点337.2K时气化，求体系和环境的嫡变各为多少？已知甲醇的气化热Hm = 35.1kJmol-1解： 1-16 绝热瓶中有373K的热水，因绝热瓶绝热稍差，有4000J的

6、热量流人温度为298K的空气中，求（1）绝热瓶的S体；(2）环境的S环；(3）总熵变S总。解：近似认为传热过程是可逆过程 S总 = S体 + S环 = 2.70JK-11-17 在298K及标准压力下，用过量100%的空气燃烧 1mol CH4 , 若反应热完全用于加热产物，求燃烧所能达到的最高温度。CH4 O2 CO2 H2O (g) N2f Hm /kJmol-1 74.81 0 393.51 - 241.82CP , m / JK-1mol-1 28.17 26.75 29.16 27.32解; 空气中 n (O2) = 4mol , n (N2) = n (O2) (79%21%)=

7、15mol CH4(g) +2 O2 CO2 (g) + 2H2O (g) rHm ( 298K ) = 2(-241.82) + (-393.51) (-74.81) = - 802.34 kJ 反应后产物的含量为： O2 CO2 H2O (g) N2 n / mol 2 1 2 15 - 802.34103 + ( 228.17+ 1527.32 + 26.75 + 229.16 )(T-298) = 0 T = 1754K1-18在110、105Pa下使 1mol H2O(l) 蒸发为水蒸气，计算这一过程体系和环境的熵变。已知H2O(g) 和H2O(l)的热容分别为1.866 JK-1g

8、-1和4.184 JK-1g-1，在100、105Pa下H2O(l)的的汽化热为 2255.176 Jg-1。解: 1mol H2O(l , 110, 105Pa ) - 1mol H2O(g , 110, 105Pa ) H1 , S1 H3 , S3 1mol H2O(l , 100, 105Pa ) - 1mol H2O(g , 100, 105Pa ) H2 , S2 = 40.176 kJ = 107.7 JK-1 1-20 1mol ideal gas with Cv,m = 21JK-1mol-1,was heated from 300K to 600K by (1) rever

9、sible isochoric process; (2)reversible isobaric process. Calculate the U separately.解：（1）由题知 U = n Cv,m T = 121（600300）= 6300（J）(2) 对i.g由于U只是温度的函数， 所以U2 = U1 = 6300（J）1-191-21 Calculate the heat of vaporization of 1mol liquid water at 20, 101.325kPa. vapHm(water) = 40.67 kJmol-1, Cp,m(water) = 75.3 JK-1mol-1, Cp,m(water vapor) = 33.2 JK-1mol-1 at 100, 101.325kPa.解： 1mol H2O(l , 20, 105Pa ) - 1mol H2O(g , 20, 105Pa ) H1 , H3 , 1mol H2O(l ,