物理化学课后习题答案（完整版）

1、第一章1.5两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡密封着标准状态下的空气。若将其中的一个球加热到100C,另一个球则维持0 C,忽略连接细管中气体体积，试求该容器空气的压力。解：由题给条件知，(1)系统物质总量恒定；(2)两球中压力维持相同标准状态：-因此,H2Fn=101.XHihFl/273 1.8如图所示，一带隔板的容器中，两侧分别有同温、不同压的H2与N2，P(H2)=20kpa, P(N2)=10kpa,二者均可视为理想气体。P(H2)T33dm3N21dmP(N2) T（1）保持容器温度恒定 , 抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两 种气体混合后的压力；（2）计算混合气

2、体中H2和N2的分压力；（3）计算混合气体中 H2 和 N2 的分体积。第二章2.2 1mol水蒸气（H20,g在100C, 101.325kpa下全部凝结成液态水，求过程的功。 假设：相对水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。2.11 1mol某理想气体与27C, 101.325kpa的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态，在恒容升温至 97.0 C, 250.00kpa。求过程的 W,Q, U, Ho-1 -1已知气体的体积 Cv,m=20.92J*mol-1 *K-1o2.15容积为0.1 m的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0C, 4 mol的Ar(g)及150 C, 2

3、mol的Cu(s)。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求 末态温度t及过程的二&。已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容，分别为 J-.1 1 - 1_及_4-_；一 J.'1_ ，且假设均不随温度而变。解：图示如下n-4 inolW w 2 mol150 °C假设：绝热壁与铜块紧密接触，且铜块的体积随温度的变化可忽略不计则该过程可看作恒容过程，因此松(如呂XV.如就一上(甌呂)卜円(8用)4 H (c叫w)*(c咲). _&贮u (Cu7 型(Cu, e)1雄血七XV皿伽待(Cm®=74 23 °C4x(20.736-3.314)+2

4、224.435x150假设气体可看作理想气体1 '，贝UbH =畑汨少+同CX战Q叫M=4冥 20.724 丈(74.23 0)+ 2乂24 435x(150-74 23)=2 47 kJ2.25冰(H2O,S)在100kpa下的熔点为0C ,此条件下的摩尔熔化焓1 1 fusHm=6.012KJ*mo*K。已知在-100 C围过冷水(H2O,l )和冰的摩尔定压11 11热容分别为 Cpm( H2O,l) =76.28J*mol *K 和 Cpm( H2O,S =37.20J*mol *K。求在常压及-10 °C下过冷水结冰的摩尔凝固焓。2.26已知水(H2O, l )在1

5、00C的摩尔蒸发焓门八-亠。水一 11和水蒸气在25100C间的平均摩尔定压热容分别为Cpm( H2O,I) =75.75J*mol *K和Cpm(H20,g) =33.76J*mol -1 *K-1。求在25 C时水的摩尔蒸发焓。2.29应用附录中有关物资的热化学数据，计算 25C时反应：''厂-门的标准摩尔反应焓，要求:(1) 应用25 C的标准摩尔生成焓数据;D.Hj审COOCH昇)=-379.07 kJmol'（2）应用25 C的标准摩尔燃烧焓数据解:杳表知； 宀I 'Compo undDf/kJ>mcl- i0丄丘和kJ也& 'C

6、H3OK(?)-238 66-726.5100hccoch30-379.07-979.5hqQ)-285.8300因此，由标准摩尔生成焓=丫 235.830） （- 379.07）- Y （- 238.66）=-473.41 kJ >m of 由标准摩尔燃烧焓=- a %2船）B=- 979 5- 2f G 宓劝二-473.52 kJ >m01' 1A 护2.31 已知25 C甲酸甲脂（HCOOCH ）的标准摩尔燃烧焓为' '-二工-'，甲酸（HCOOH,）、甲醇（CHOH, I ）、水（HO, I ）及二氧化碳（CO, g ）的标准摩尔生成焓分别为

7、、亠二工丄、-238一6百 kJ “ inol"、 2E5.83U mol'及-309.09kJ mol" 应用这些数据求 25C时下列反应的标准摩尔反应焓hcooh+ch3oh(/)=zcooch5()+h2o解：显然要求出甲酸甲脂(HCOOCH )的标准摩尔生成焓HCOOCH3 (/)十 202 閒=+ 2CO2 )乂盅（HCOOCH/卜岔円：（CQ售）十戈亠盅（兀）-亠用（HCOOCH/）亠盅（HCOOCH/卜 2 电盅（C0a, g）十 2Af 盅（Ha 0. I）70；（HCOOCH）=-2x393,509 + 285.S3）+979.5 = -379.1

8、7S kJ -d盅=盅HCOOCH/）十切捏 -亠恋（CH?OH；）- Aj 盅（HCOOH7）二-379.178- 285.83 + 238 66 + 424 72 =1 62S kJ rtiol-12.38某双原子理想气体1mol从始态350K, 200kpa经过如下五个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功 W（1）恒温可逆膨胀到50kpa；（2）恒温反抗50kpa恒外压不可逆膨胀；恒温向真空膨胀到50kpa；（4）绝热可逆膨胀到50kpa；（5）绝热反抗50kpa恒外压不可逆膨胀。第三章3.9始态为二二门1, r ，的某双原子理想气体1 mol，经下列不同途径变化到二 匸， 的末态。求

9、各步骤及途径的'。(1) 恒温可逆膨胀；(2) 先恒容冷却至使压力降至100 kPa，再恒压加热至匚;(3) 先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa，再恒压加热至匚。解：(1)对理想气体恒温可逆膨胀，U = 0，因此Q =-WT =RTn = nRTn珂Pi= lx8.3Wx300xln = 1.729 kJ100也童=鱼=竺=5.763 J-K'T 300(2)先计算恒容冷却至使压力降至100 kPa，系统的温度T:7 = 7； = 300x = 15OKp200e1 = «Cl?4IL（7-7；）=lxy x（15C-300）= 3.118HT -14.411-

10、K'1e.=-r）=lx2x（300-150）= 4365kJ 出£ 二加In 互二 20 170 J K"Q = 2 + 2=74 邮口3 = + = 5,76JK_1(3) 同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至 100 kPa时系统的温度T:根据理想气体绝热过程状态方程,=246.1K各热力学量计算如下QH asl = 0thQ2 二站2 二叫丘-T）二xOO-246.1）= 1.568kJ2隔虫务卩翁563J卅e = ea =L568kJ;=5.763J-K_13.15 5mol单原子理想气体从始态 300K, 50kpa，先绝热可逆压缩至100kpa，再恒压冷却

11、使体积小至85dm。求整个过程的 W,Q, U, H及厶So3.21绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板一侧为 2 mol的200 K, 50 dm3 的单原子理想气体 A,另一侧为3 mol的400 K, 100 dm3的双原子理想气体 B。 今将容器中的绝热隔板撤去，气体 A与气体B混合达到平衡。求过程的-】。解：过程图示如下系统的末态温度T可求解如下也3壮%机%°畑+用疋力_ 2 X 3碉并 200 十孑 XX 4DO _.系统的熵变启山C(A )血+用山氏b +血E C*Kji ®)血+卫$尺In 5G兀1叫1二则輕十沁型皿臥迩生沁型20050400100=32.3

12、1-K-1注：对理想气体，一种组分的存在不影响另外组分。即A和B的末态体积均为容器的体积。3.22绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板两侧均为2(g)。一侧容积503adm,有 200 K 的 N(g) 2 mol ;另一侧容积为 75 dm,有 500 K 的 N<g) 4 mol ；2(g)可认为理想气体。今将容器中的绝热隔板撤去，使系统达到平衡态。求过程的。解：过程图示如下同上题，末态温度T确定如下g = %6血卩-%）+衍6卫（F 忌卜Q. 丫 _ 肖以La兀 1 _ Z * 2°°十4 x _ 400 丁牝+闻Bp 133 02 kPaV 125经过第一步变

13、化，两部分的体积和为PPN十农丄二竺匚=7 = 125 dmP即，除了隔板外，状态2与末态相同，因此临=申=临仏）+AE（B）月执5皿仏血 i执£ln +JS0Cr （B）ln + % Win 2*12£375-G忌绻= 51n+2Z?ln+101n + 4/?ln2003x5C500= 10.73J K'1注意21与22题的比较。3.29已知苯（C6H6的正常沸点为80.1 C,A vapHm=30.878KJ*moT。液体苯 的摩尔定压热容 Cp,m=142.7J*mol-1 *K-1。今将 40.53kpa ,80.1 C的苯蒸气 1 mol, 先恒温可逆压缩

14、至101.325kpa,并凝结成液态苯，再在恒压下将其冷却至60 C.求整个过程的W,Q, A U, A H及A SA i - 9257 4kT3.36 已知在101.325 kPa下，水的沸点为100 C,其比蒸发焓一已知液态水和水蒸气在100 120C围的平均比定压热容分别为今有 101.325 .L - I I.'':及门.: 1 I ' kPa下120 C的1 kg过热水变成同样温度、压力下的水蒸气。设计可逆途径, 并按可逆途径分别求过程的匕及丄匚。解：设计可逆途径如下=叫OY爲一可)+旳爲为+朋勺念-石) 二朋匕-讥淞-爲) +用心匸宰舟= 1x(2033-4

15、.224)x20 + 1k 2257.4=22116Ua二岡斗iS2 +冬= 除亡事”丿In 4 4-胡巴孑I呂丿In 393 15+ lx2.0331n-373 15H373 151x22571=1 x4,2241n十393 15373 155.535 kJ K-1AG?=A/f-7aS = 2213.6-393 15x5.935= -11977 kJ3.40 化学反应如下：CH4(g)-bCO2(g)= 2CO(g)+H2(g)(1) 利用附录中各物质的丄数据，求上述反应在25 C时的、H ；(2) 利用附录中各物质的''数据，计算上述反应在25 C时的:，-;(3) 25

16、 C,若始态 CH(g)和 H2(g)的分压均为 150 kPa,末态 CO(g)和 H2(g)的分压均为50 kPa，求反应的丄丄解：( 1)A尼 二工尽 依卜 2其 197674 + 2x130.684- 213.74-186,264= 256.7121 rndK-1上占；=2日亠塩B)=-2x110.525+393.509 + 74.31E=247269 k! mol K'1缶巳=屮¥_亞虚=157.269xl03 -298.15x 256.712=170.73kJmol-1(2)二2呂亠代(£)二2址廿7168十夯4359十血力E=17 0.743 kJ-m

17、or1(3)设立以下途径 11 in-OMp)i：ii昌訂i ri - 叫叫色.g 100 k Pnf缸 lOGkP*F=298 I5K150；林严-仏Rb注十R肚匹= -2R In-Pai戸 elI=6.7421 J mol K_1此齐二-科/In 也-叱Rin 如二-4SIn 型P ClZpi刘= -23.O513J mol-1 K_lAA = AX 十蝎-碍=256,712 + 6.7421+23,0513二 286.505J-mor1. K'1二亠H； = 247.259kJ. mol-L- 75i A = 247.2 旳幻 cP 298.15x285,505=161.85 k

18、J mor13.48 已知水在77C是的饱和蒸气压为 41.891 kPa。水在101.325 kPa下的正常沸点为100C。求(1)下面表示水的蒸气压与温度关系的方程式中的A和B值(2)在此温度围水的摩尔蒸发焓(3) 在多大压力下水的沸点为105 Co解：(1)将两个点带入方程得891xlQ3) = -+ 艮 1(101.325X103)=-+ E350A5373.15J = 2179.133, £ = 10-84555(2)根据 Clausius-Clapeyron 方程=2.303AX = 2.3Q3xx2179.133 = 41 717 kJ-mol _12了9 A33lgp

19、/Pa=:+10.84555h p =124O41kPa378.15第四章4.3在25C, 1 kg水（A）中溶有醋酸（B）,当醋酸的质量摩尔浓度bB介于 Z ：锂和-1-11之间时,溶液的总体积叶cn? =1002.935 +员磁切/鮒.*+01394気/（罰.kg_1）f。求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成bB的函数关系。（2）匚九-丄时水和醋酸的偏摩尔体积。解：根据定义/3 = 111101-51.332十也一】= 51.832+0.2788/fibolmol-1£ = 18,0681 -1,0025jB /mQl kg_1f jan3 - hiqI _15

20、cm<mol-1 = 52.250 cm353- mol 18.0625 cm= 51.832 + 0,2788x1 0 f = is.0681-0.0025x1.54.580C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa两液体可形成理想液态混合物。若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 C时气 相中苯的摩尔分数，求液相的组成。解：根据Raoult定律一h侏）卄侏）苯）十僻） 100 + 0.300x（38.7-100）=0142店仲苯）=1-） = 0.8584.7 20C下HCI溶于苯中达平衡，气相中 HCI的分压为101.325 kPa时，溶液中HCI的摩尔分数为

21、0.0425。已知20 C时苯的饱和蒸气压为10.0 kPa, 若20 C时HCI和苯蒸气总压为101.325 kPa，求100 g笨中溶解多少克 HCI。xM =上型二去切）可阪，边琴-迥 X 0.0425= 0 033315 Ml) 旳(HC1)乃（HCI）101.325ene Wfaci)j-i c,f xfHCll fbenzene1-0 0383178 114解：设HCI在苯中的溶解符合Henry定律4.21 在100 g苯中加入13.76 g联苯（C6H5C6H5所形成溶液的沸点为82.4G已知纯苯的沸点为80.1Co求：（1）苯的沸点升高系数；（2）苯的摩尔蒸发焓解:A23x04

22、x154.2112 58 K mol-113.76k.= 31.4kJ mol'18.3Wx35325能与血液有相同的渗透压x7ail34xlQ-324.24现有蔗糖（C12H22O1）溶于水形成某一浓度的稀溶液，其凝固点为-0.200 C,计算此溶液在25 C时的蒸气压。已知水的-L 丄“. 纯水在25C时的蒸气压为=' 。解：首先计算蔗糖的质量摩尔浓度由4.6知，质量摩尔浓度和摩尔分数有以下关系1 +如见/=01075x18015x1=1933x10_31 + 0.1075x18.015x10假设溶剂服从Raoult定律，则此溶液在25C时的蒸气压= 0-B K=(血液在37 C时的渗透压; 在同温度下，1 dm3蔗糖（C12H22O1）水溶液中需含有多少克蔗糖才-1533316