物理化学第二、三章习题及答案PPT精品文档

1、热力学部分热力学部分 总结总结主要计算公式主要计算公式 2. 2. 恒容热和恒压热恒容热和恒压热UQvHQp适用于dV=0，W=0条件下的三类反应适用于dP=0，W=0条件下的三类反应3. 3. 摩尔定压热容和摩尔定容热容之间的关系：摩尔定压热容和摩尔定容热容之间的关系：RCmV23,RCmP25,RCmV25,RCmP27,单原子分子单原子分子 双原子分子双原子分子RCCmvmp,1. 1. 热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律的数学表达式 ：适用于封闭体系中的单纯PVT变化、相变化、化学变化WQdUWQU或， ， 4. 单纯单纯PVT变化变化 U、 H的计算的计算21TTVdTCU21

2、TTPdTCH， 5. 理想气体绝热可逆过程方程理想气体绝热可逆过程方程2211,VpVppV或常数1221111TT,TVVV或常数/11212/1ppTT,Tp）（）（或常数mvmpCC,热力学部分热力学部分 总结总结， ， ， 6. 化学反应焓变计算公式：化学反应焓变计算公式：),(),()(TBHTBHTHmBcBmBfBmr7. 体积功定义式体积功定义式1） 自由膨胀过程向真空膨胀自由膨胀过程向真空膨胀2） 等容过程等容过程 P外外 = 0= 0， W = 0 W =P外dV dV=0 ，W = 0 = 0 2112lnlnPPnRTVVnRTWr3） 等温可逆膨胀等温可逆膨胀4）理

3、想气体绝热可逆体积功计算）理想气体绝热可逆体积功计算热力学部分热力学部分 总结总结 8. 熵的定义熵的定义 2r211()QSSST 热力学部分热力学部分 总结总结pVT 变化相变化化学变化变温过程等温气体膨胀、压缩恒压变温恒容变温HQpUQV可逆相变不可逆相变系系统统熵熵变变的的计计算算2112lnlnPPnRVVnRST 12.lnTTCnSmVV 12.lnTTCnSmPP )T(STSm,BBBmr 5判据判据适适 用用 范范 围围自发过程方向自发过程方向S孤立系统中任何过程孤立系统中任何过程S增大，增大，S0, dS0A封闭系统，封闭系统，T、V、W0的过程的过程A减小，减小，A0,

4、 dA0G封闭系统，封闭系统，T、P、W0的过程的过程G减小，减小，G0, dG0不等式判别过程自发进行的方向；等式作为系统平衡的判据不等式判别过程自发进行的方向；等式作为系统平衡的判据 TSUAdef TSHGdef 热力学部分热力学部分 总结总结 9. S、A、G 判据判据 610. G 及及A 的计算的计算热力学部分热力学部分 总结总结恒恒T过程过程 STUA STHG 1122STSTHG 非恒非恒T2112PPlnTnRVVlnTnRG 理理想想气气体体1）单纯）单纯 PVT 变化变化恒恒T2）3）化学反应的化学反应的 计算计算 )T,B(H)T,B(H)T(HmCBmfBmr TS

5、TTHTGmrmrmr )T(Gmr )T(STSm,BBBmr 热力学部分热力学部分 总结总结11. 11. 克拉佩龙方程克拉佩龙方程 在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平衡时，上式表示蒸气压随温度的变化率。mmddTVTpH热力学部分热力学部分 总结总结可用来计算不同温度下的蒸气压或摩尔蒸发热。)11(ln12mvap12TTRHpp克-克方程热力学第一定律热力学第一定律 习题习题1、 1 mol 某理想气体于某理想气体于27oC ，101.325 kPa 的始态下，先受的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态，再恒容升温至某恒定外压恒温压缩至平衡态，再恒容升温至97oC ，250.0

6、0 kPa。求过程的。求过程的W，Q, U， H。已知气体的。已知气体的Cv,m=20.92 J mol-1K-1解：过程图示如下解：过程图示如下：n= 1 molT1=300.15KP1=101.32 KPaV1n= 1 molT3=370.15KP3=250.00 KPaV3 = V2n= 1 molT2=300.15KP2V2 0dT0dV热力学第一定律热力学第一定律 习题习题因为因为V2=V3，则，则p2/T2=p3/T3， p2=p3T2/T3=250.00300.15/370.15 kPa=202.72 kPaW2=0n= 1 molT1=300.15KP1=101.32 KPaV

7、1n= 1 molT3=370.15KP3=250.00 KPaV3 = V2n= 1 molT2=300.15KP2V2 0dT0dVkJJppnRTpnRTpnRTVVpW497. 21325.10172.20215.300314. 81) 1()(1211121221所以所以 W=W2+W1=2.497 kJ，kJkJWUQkJJTTRCnTTnCHkJJTTnCUmvmpmv033. 1)497. 2464. 1 (046. 2)15.30015.370()314. 892.20(1 )()(464. 1)15.30015.370(92.201 )(13,13,13,热力学第一定律热力

8、学第一定律 习题习题2、 在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板的两侧分别为的两侧分别为2mol，0的单原子理想气体的单原子理想气体A及及5mol ，100的双原子理想气体的双原子理想气体B，两气体的压，两气体的压力均为力均为100 kPa 。活塞外的压力维持。活塞外的压力维持 100kPa不变不变。今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气体混合。今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气体混合达到平衡态。求末态温度达到平衡态。求末态温度T及过程的及过程的W，U。解：单原子理想气体解：单原子理想气体A A的的 ，双原子理想气体双原子理想气体B B的的 ， 因活塞外的

9、压力维持因活塞外的压力维持 100kPa 100kPa不变不变，过程绝热恒压，过程绝热恒压，Q=QQ=Qp p= =H=0H=0，于是有，于是有于是有于是有 22.5T=7895.875K 22.5T=7895.875K 得得 T=350.93K T=350.93K 热力学第一定律热力学第一定律 习题习题3、已知水在已知水在100 ，101.325 kPa下的摩尔蒸发焓下的摩尔蒸发焓vapHm=40.668 kJmol-1，试分别计算下列两过程，试分别计算下列两过程的的Q，W，U及及H。水蒸汽可按理想气体处理。水蒸汽可按理想气体处理。（1）在）在100，101.325 kPa条件下，条件下，1

10、kg水蒸发为水蒸发为水蒸汽；水蒸汽；（2）在恒定）在恒定100的真空容器中，的真空容器中，1kg水全部蒸发水全部蒸发为水蒸汽，并且水蒸气的压力恰好为为水蒸汽，并且水蒸气的压力恰好为101.325 kPa热力学第一定律热力学第一定律 习题习题4、5 mol双原子理想气体从始态300 K，200 kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50 kPa，再绝热可逆压缩到末态压力200 kPa。（1）求末态温度T；（2）求恒温可逆膨胀过程的W，Q，U和H；（3）求绝热可逆压缩过程的W，Q，U和H；（4）求整个过程过程的W，Q，U和H；解：过程图示如下解：过程图示如下：n= 5 molT1=300P1=200 KP

11、an= 5 molT3P3=200 KPan= 5 molT2=300KP2=50 KPa0VdT0rQ要确定T3，只需对第二步应用可逆过程方程式。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题只是温度的函数，所以和由于理想气体的对于双原子理想气体：HU0.844530050200)(57,5 . 2,5 . 3C/721/ )1(132,KKTppTRCRmvmpkJJTTnCHkJJTTnCUmpmv1.221)3000.8445(R/275)(5.115)3000.8445(R/255)(13,13,）（）（n= 5 molT1=300P1=200 KPan= 5 molT3P3=200 KPa

12、n= 5 molT2=300KP2=50 KPa0VdT0rQ热力学第一定律热力学第一定律 习题习题kJkJQUWkJJppnRTVVnRTQQQ14. 2)29.1715.15(29.17)50/200ln300314. 85(lnln0W-WQ,WQ0U211212111111为恒温可逆过程，则：便的，而第一步绝热过程，计算热是方整个过程由于第二步为n= 5 molT1=300P1=200 KPan= 5 molT3P3=200 KPan= 5 molT2=300KP2=50 KPa0VdT0rQ5、求在常压及10 下过冷水结冰的摩尔凝固焓。已知冰(H2O, s)在100 kPa下的熔点为

13、0，此条件下的摩尔熔化焓 fusHm6.012 kJmol-1；在100的范围内过冷水(H2O, l)和冰的摩尔定压热容分别为Cp,m(H2O, l)=76.28 Jmol-1K-1和Cp,m (H2O, s)=37.20 Jmol-1K-1。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题6已知已知25甲酸甲酯的标准燃烧焓甲酸甲酯的标准燃烧焓cHm（HCOOCH3，l）为）为979.5 kJmol-1，甲酸，甲酸(HCOOH，l)、甲醇、甲醇(CH3OH，l)、水、水(H2O，l)及及二氧化碳（二氧化碳（CO2，g)的标准摩尔生成焓的标准摩尔生成焓f Hm分别分别为为424.72 kJmol-1，23

14、8.66 kJmol-1，285.83 kJmol-1及及393.509 kJmol-1，应用这些，应用这些数据求数据求25时下列反应的摩尔反应焓。时下列反应的摩尔反应焓。HCOOH (l) + CH3OH (l) HCOOCH3 (l + H2O (l)热力学第一定律热力学第一定律 习题习题7计算下列反应的H-U（各反应条件均为298 K和100 kPa）vC12H22O11 (蔗糖)完全燃烧；v(2) C10H8 (萘，s)完全氧化为苯二甲酸C6H4(COOH)2 (s)。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题8、将2 mol H2(g)置于带活塞的气缸中，若活塞上的外压力很缓慢地减小，使

15、H2(g)在25 时从15 dm3等温膨胀到50 dm3，试求在过程的Q，W，U，H。假设H2 (g) 服从理想气体行为。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题9、1 mol N2(g)，在298 K和100 kPa压力下，经可逆绝热压缩到5 dm3。试计算： （设气体为理想气体）(1) N2 (g)的最后温度；(2) N2 (g)的最后压力；(3)需做多少功。热力学第一定律热力学第一定律 习题习题第三章习题第三章习题热力学第二定律热力学第二定律1.卡诺热机在T1=795K的高温热源和T2=300K的低温热源间工作，求：（1）热机的效率；（2）当从高温热源吸热Q1=250 kJ时，系统对环境作

16、的功 -W及向低温热源放出的 Q2。2. 始态为T1=300K，p1=200kPa 的某双原子气体 1 mol，经下列不同途径变化到T2=300K，p2=100 kPa的末态。求各步骤及途径的Q，S。（1）恒温可逆膨胀：（2）先恒容泠却至使压力降至100kPa，再恒压加热至T2；（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100kPa，再恒压加热至T2；3. 某双原子理想气体从T1=300K，p1= 100 kPa，V1= 100 dm3 的始态，经不同过程变化到下述状态，求各过程的S。（1）T2 = 600K，V2= 50 dm3；（2）T2 = 600K，p2= 50 kPa；（3）p2= 150 k

17、Pa，V2= 200 dm3 ；4. 4 mol 单原子理想气体从始态750 K，150 kPa，先恒容冷却使压力降至 50 kPa，再恒温可逆压缩至 100 kPa。求整个过程的Q，W，U，H，S。5. 绝热恒容容器中有一绝热隔板，隔板一侧为 2 mol 的200 K，50dm3的单原子理想气体A，另一侧为 3 mol的400K，100 dm3的双原子理想气体B。今将容器中绝热隔板抽去，气体A与气体B混合达到平衡态。求过程的S。6.将装有0.1mol乙醚(C2H5)2O(l)的微小玻璃放入的小玻璃瓶放入容积为10dm3的恒容密闭的真空容器中，并在35.51的恒温槽中恒温。35.51为在101

18、.325kPa下乙醚的沸点。已知在此条件下乙醚的摩尔蒸发焓vapHm= 25.104kJmol-1。今将小瓶打破，乙醚蒸发至平衡态。求：（1）乙醚蒸气的压力；（2）过程的Q，U，H及S 。（2）画出如下框图7. 已知苯（C6H6）在101.325kPa下于80.1 沸腾，vapHm= 30.878 kJmol-1。液体苯的摩尔定压热容Cp，m = 142.7 Jmol-1K-1。今将40.53 Kpa，80.1 的苯蒸气 1 mol，先恒温可逆压缩至101.325kPa，并凝结成液态苯，再在恒压下将其冷却至60。求整个过程的Q，W，U，H及S 。8.已知25时液态水的标准摩尔生成吉布斯函数为 - 237.129 kJmol-1。水在25时的饱和蒸气压p=3.1663 kPa。求25时水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数。9.100的恒温槽中有一带活塞的导热