物理化学(天大第五版全册)课后习题答案

1、第一章气体pVT性质1-1物质的体膨胀系数V与等温压缩系数T的定义如下:试导出理想气体的T与压力、温度的关系?解：对于理想气体，pV=nRT(nRT / p)TnR 1T V(n RT/ p)pnRT 1 V1-5两个体积均为V的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。 假设将其中一个球加热到100 C,另一个球那么维持 0C,忽略连接管中气体体积，试求该容器内空气的压力。解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。并且设玻璃泡的体积不随温度而变化，那么始态为n nn 22PiV/(RTi)终态ff时Pfnn1 f n? fVVRT1,fT2,fnT1,fT2,f2 PiT

2、1, f T2, fPfVRT1, fT2, fVR T1,f T2, fTiT1, fT2, f2 101.325 373.15 273.15117.00kPa273.15(373.15 273.15)1-8如下列图一带隔板的容器中， 两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均克视为理想气体。亠.3,3Hb3dmNb1dmpTpT1保持容器内温度恒定时抽去隔板，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隔板抽去前后，H2及N2的摩尔体积是否相同?Hb及N2的分压力之比以及它们的分体积各为假设干?P,温度均为To3隔板抽去后，混合气体中解：1抽隔板前两侧压力均为pH2nRT3dm3

3、PlnN2 RT1dm3得：nH2 3nN2而抽去隔板后，体积为 4dm,温度为，所以压力为p 吨 g 3“n 2)竺V22 4dm34nN2RT n n2RT1dm34dm3比拟式1、2，可见抽去隔板后两种气体混合后的压力仍为2抽隔板前,Ha的摩尔体积为Vm,H2RT / p , N的摩尔体积Vm,N2RT / p抽去隔板后7总nH2Vm,H 23n N2RTr)N2Vm,N2nRT / pnN2RT(3nN“N2)RT / p所以有Vm,Hp“H23“N2RT / P , Vm,NRT / p可见，隔板抽去前后， Ha及Na的摩尔体积相同。3yHnN3nN 23nN2yN2PhyH3-p;

4、 Pn4yN2 p所以有3pH2：pN2；p：4p3:1VH2Vn23yH2V ：44yN2V443dm31dm3*1-17试由波义尔温度 Tb的定义式,试证范德华气体的TB=a/ bRTb可表示为式中a、b为范德华常数。解：先将范德华方程整理成nRT2an将上式两边同乘以 V得pV求导数(pV)p T n RTV p (V nb)anV(pV)/ ph(V nb)n RTV2an(V nb)(V n b) nRT0，于是有n RTV2(V nb)2an2V2 an2Vbn 2RT2(V nb)2 an v7bn 2RT(V nb)22(V nb) abRV2Tb= a/ bR当 pi0 时

5、Vts, V-nb2 V2,所以有2-11mol解:第二章热力学第一定律理想气体于恒定压力下升温1C,试求过程中气体与环境交换的功Wpamb (V2乂)pV2PMnRT2 nR£nR T 8.314J2-2功。1mol水蒸气HQ g 丨在 100C, 101.325 kPa下全部凝结成液态水。求过程的解:pamb (Vl Vg)PambVgP(nRT / p) RT8.3145 373.153.102kJ2-3在25C及恒定压力下，电解1mol水HQ l，求过程的体积功。1 H2Q(l) H2(g) -O2(g)21mol H2g和0.50 mol Q 2g，即气体混合物的1mol水

6、HQ, I丨完全电解为解：总的物质的量为1.50 mol，那么有p(n RT/p)pamb (V gV h 2O( l) ) & PambVgnRT2-4-4.157kJ1.50 8.3145系统由相同的始态经过不同途径到达相同的末态。;而途径 b的Q= -0.692kJ 。求 W。298.153.718kJ假设途径a的Q=2.078kJ , W=解:因两条途径的始末态相同，故有= Ub,那么QaWaQbWd即V恒定，又因在此压力范围内水的摩尔热力学能近似0,上式变成为V(P2pjH2O(P2 P1)1M H2Q(p2pj318 103(200 100) 101.8J997.041.3

7、87kJ所以有，Wb Qa Wa Qb 2.078 4.157 0.69232-7 水在25C的密度p =997.04 kg m。求1 mol水HO, I丨在25C下: 1压力从100 kPa增加到200kPa时的 H;2压力从100 kPa增加到1 MPa时的 Ho假设水的密度不随压力改变，在此压力范围内水的摩尔热力学能近似认为与压力无关。解：H U (pV)因假设水的密度不随压力改变，认为与压力无关，318103*(1000 100) 1016.2J2-10 2mol 某理想气体，Cpm Ir。由始态100 kPa , 50 dm3,先恒容加热使压力升 ，m 2高至200 kPa，再恒压泠

8、却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的 W Q H和厶U。解：整个过程示意如下：100331050 10nR2 8.3145T2p2V2200103 50 10 3nR2 8.3145T3P3V3200331025 10nR2 8.3145W2P2(V3V1)200 103W10；W25.00kJ; WT1T3300.70K;UU 0,Q-W -5.00kJ2-12CQ g的G, mX 10-3 X 10-6 T/K2 J300.70K601.4K300.70K(25 50) 10 35000J5.00kJW! W25.00kJ0, H 0-1 -1 mol K2mol2mol2molT1W

9、1 0T2wT3100kPa200kPa200kPa50dm350dm325dm3求：1300K至 800K 间 CQ g的 C p,m ；21kg常压下的CQ g从300K恒压加热至800K的Q解：1：HmCp,mdT800.15K3623OO15K26.75 42.258 10 (T/K) 14.25 10 (T/K) d(T/K)J mol-122.7kJ molCp,m Hm/ T (22.7 103)/500J mol 1 K 145.4J mol 1 K 132： H=n 1X 10+X 22.7 kJ =516 kJ2-20 水HQ I丨在100C的饱和蒸气压 ps=101.32

10、5 kPa，在此温度、压力下水 的摩尔蒸发焓 vapHm 40.668kJ mol 1。求在100C, 101.325 kPa下使1kg水蒸气全部凝 结成液体水时的 Q W U及 H。设水蒸气适用理想气体状态方程。解：过程为 1kgH2Q(g),1000C,101.325kPa' 1kgH2Q(l ),1000 C,101.325kPan 1000/18.01 55.524molPamb (VlVg) pVg ng RT (I000 8.314 373.15)J 172.35kJ18(2258 172.35)2085.65kJ双原子理想气体1mol从始态300K，50kPa，再绝热可逆

11、压缩末态压力200 kPa。求末态温度解：整个过程如下2-235 mol200 kPa，先恒温可逆膨胀到压力为 T及整个过程的 Q, W U及厶H。300K200kPa恒温可逆膨胀300K5mol50kPa p15mol绝热可逆压缩200kPa p25molTp1R/Cp2p,T!200 103350 10R/(7 R/ 2)400K445.80K恒温可逆膨胀过程:Wr nRTIn p2 / Pt5 8.3145300ln350 1020 103J 17289J17.29kJ因是理想气体，恒温， 绝热可逆压缩：Q=0,故U恒温= H 恒温 =05W绝U 绝 n Cv m (T T1) 5 -

12、R(T T1)2558.314 (445.80 300) J 15153J15.15kJ2H 绝 nC p,m (T T1)5 #R(T T1)5 - 8.314 (445.80 300) J 21214J21.21kJ2故整个过程：W=V+W色=-17.29+15.15kJ=2.14 kJ U=A U+A U 绝 H=A H+A H 绝2-25 一水平放置的绝热圆筒中装有无磨檫的绝热理想活塞，左、右两侧分别为50dnf的单原子理想气体 A和50dni的双原子理想气体 B。两气体均为0C、100kPa。A气体内部有 一体积及热容均可忽略的电热丝.现在经通电无限缓慢加热左侧气体A,推动活塞压缩右

13、侧气体B使压力最终到达 200kPa。求：1气体B的最终温度；2气体B得到的功；3 气体A的最终温度；4气体A从电热丝得到的热。解：1右侧气体B进行可逆绝热过程卩2RCp,mR3200107R/2t2T-273.153K 332.97 Kp1100 103因绝热，Q=0,WBUnCV ,m (T2T1 )pM1 1 Cv,m (T2T1)RT100 103 50 10 38.314 273.153气体A的末态温度:5 8.314 (332.97 273.15) J 2738J2.738kJVbnRT2需2P2Va=P2332X 50-30.48dmp1V1T 2P23100 1050 332.

14、97333200 1 03 2 73.15TbP2Va nAR 气体nAP2VA(pM/RTJRA从电热丝得到的热:100 103 50 1038.314 273.15P2VaP1V13200 10 6952 27315K 759.58K100310502-28比定压热容2.2022mol nBWbQ U W n Cv,m(TB TJ32.2022 - 8.314 (759.58 273.15) 213.356kJ 2.738kJ16.094kJ103kJ 2.738kJ100kPa下冰的熔点为0 C,此时冰的比熔化焓融333.3J g 1。水的均4.184J g 1 K 1。求绝热容器内向1

15、kg50 C的水中投入0.1 kg 0 C的冰后,系统末态的温度。解：变化过程示意如下0.1kg , 0 C冰1kg ,计算时不考虑容器的热容。50C,0.1kg , 0C,1kg ,水水0.1kg ，t，水过程恒压绝热:QpH2100g 333.3J1100g4.184J gg 1 K10001433015.56K4.184J1 11 K 11 1g K (T(T 323.15K) 0273.15K)4602.4TT 311.363K C2-31 100kPa 下,冰H2O,s的熔点为0 C ,在此条件下冰的摩尔熔化焓fusH m 6.012kJ mol1。在-10C0 C范围内过泠水HO,

16、 I丨和冰的摩尔定压热容分别为 Cp, m H2 J mol 1 摩尔凝固焓。解：1 和 O, mH2J mol 1 K 1。求在常压下及-10 C下过泠水结冰的H2O(I), 100CHm H ,mH2O(s), 100CA H3, mH2O(l),00CH2,mH2O(s), 00CH2,mfus H m6.012kJ mol(263.15K273.15K)10) J mol 15.621kJ mol 1H m H 1,m H 2,m H 3,m273.15 K263.15K1Cp,m(H2O,l)dTCp,m(H2O,l) (273.15KH 2,mC p,m( H 2O, s)(76.

17、28 10 6012 37.25621J mol 5149kJ mol3所以此题所给反响的标准摩尔反响焓为B(g) RT-5149kJ(-2) 8.314 298.15 10-3kJ mol 1-5154kJ mol-1263.15KH 2,m27315K CP，m(H2O, S)dT 263.15K)2-32 水H2O, I丨在100 C的摩尔蒸发焓vapHm 40.668kJ mol 1，水和水蒸气在 25100 C的平均摩尔定压热容 分别为 Cp,m(H2O,l) 75.75 J mol 1 K 1 和Cp,m(H2O,g) 33.76 J molK 1。求在25C时水的摩尔蒸发焓。解:

18、日2。(1), 250CHmH2O(g), 250C Hs. m H. mHmH2O(I), 1000CHvap mH2O(g), 1000CHh1,mvap m373 .15 K H3,m298.15 KiCp，m(H2O,l)dTH2,m298.15 K. Cp,m (H 2O,s)dT373.15KCp,m(H2O,l) (373.15Kvap H m C p, m(H2O,g)298.15K)(298.15K373.15K)1(75.75 75 40668 33.76 75)J mol1143817J mol 4.3821kJ mol25 C下，密闭恒容的容器中有10g固体萘CoH s

19、在过量的O2 g中完全燃烧成COg和HOI。过程放热401.727 kJ。求2-33卩C!0H8(s) 1202(g) 10CO2(g) 4H2O(l)的反响进度;2G0H8s的CU m;3C°H3 s的 c H m。解：1反响进度:n/n/1100.078019mol78.019mmol128.1732G0H8s的CU m每摩尔萘的恒容恒温燃烧热为cU m(298.15K)rU m(298.15K)12 8.17310401.727) kJ mol 1rHm(298.15K)rUm(298.15K)25 C的标准摩尔生成焓的数据，计算以下反响的c H m r H m -5154kJ

20、 mol2-34应用附录中有关物质在r H m(298.15K) rUm(298.15K)。(1) 4NH g+5Q g= 4NO g+6H2Og(2) 3NOg+ H2Ol一 2HNOl+NOg(3) Fe2Q s+3C石墨=2Fe s+3CO g解：计算公式如下：rH mB f H m (B, ,T)；UmrH mB (g) RT1 r H m(298.15K)4 90.256 ( 241 .818) 4 ( 46.11) kJ mol 11 1 905.468kJ mol 905.47kJ molrU m(298.15K)905.47 1 8.3145 298.15 10 3 kJ mo

21、l 1907.95kJ mol2rHm(298.15K)2 ( 174.10) 90.25 (3 33.18 285.83) kJ mol 11=71.66kJ molrUm(298.15K)71.66 ( 2) 8.3145 298.15 10 3 kJ mol 166.70kJ mol3rHm(298.15K)3 ( 110.525) ( 824.2) kJ mol 1= 492.63kJ mol 1311rUm(298.15K)492.63 3 8.3145 298.15 10 kJ mol485.19kJ mol1000K2-38CHCOOHg、COg和CHg丨的平均定压热容 Cp,m

22、分别为52.3 J -mol11 1 131.4 J - mol - K , 37.1 J - mol - K。试由附录中各化合物的标准摩尔生成焓计算 时以下反响的rHm。CHCOOHg 丨一 CH g+CQ g解：由附录中各物质的标准摩尔生成焓数据，可得在25C时的标准摩尔反响焓rHm(298.15K) b f Hm(298.15K) 74.81 393.51( 4322)kJ mol 136.12kJ mol 1题给反响的rCp,mBCp,m,B =37.7+31.4-52.3 J - mof - K - mo K所以，题给反响在 1000K时的标准摩尔反响焓1000 KrHm(1000K

23、) rHm(298.15K)298K rCpdT3-1-1x 1000-298.15x 10 kJ - mol - mol2-39 对于化学反响CH4(g) H2O(g)CO(g) 3H2(g)应用附录中各物质在25 C时标准摩尔生成焓数据及摩尔定压热容与温度的函数关系式：1将rHm(T)表示成温度的函数关系式；2求该反响在1000K时的rH m。解：为求 r H m (T )的温度函数关系式，查各物质的定压摩尔热容为H2:Cp,m mol-1-K1 X 10-3J mol-1-2-6-1-3 K X 10 J mol KCOCp,m mol-1 K1 X 10-3J mol-1-2-6-1-

24、3 K X 10 J mol KH2O1丨：C p,mmol-1 K-1X 10-3J-mol-1 K2 X 10-6J mol-1CHg:Cp,mmol-1 K-1X 10-3J-mol-1 K2 X 10-6J mol-1aBbNb =63.867 J-1mol K1;bBBbp = -69.2619 J-1 -11 mol KcBcB ='-69262 J-1 mol K1B再查298.15K时的各物质的标准摩尔生成焓，求rH m(295.15K):rHm(295.15K)= fHm(CO,g)-屮皿(出02)- fHm(CH4,g)1=-110.525-74.81-241.81

25、8kJ mol- = 206.103 kJ mol根据基希霍夫公式TrHm(T)= rHm(295.15K)+%&你 rCp,mdTT2=rH m(295.15K)+( a bTcT2)dT298.15K1 22133=rHm(295.15K)+ a(T 298.15)+ bT (298.15) + bT (298.15) 2 3将rHm(295.15K) , a , b , c的数据代入上式，并整理，可得r H m (T ) =189982+63.867 T/KX 10-3 T/K2 X 10-6T/K3 J mol-12将1000K代入上式计算得-1rH m(T) = 225.17

26、 k J mol第三章热力学第二定律3-1 卡诺热机在Ti=600K的高温热源和T2=300K的低温热源间工作，求：(1)热机的效率；2当环境作功-W=100kJ时，系统从高温热源 Q及向低温热源放出的-Q。解：1W/Qi (Ti T2)/Ti (600 300)/600 0.52 W/Q1100kJ/Q10.5，得 Q1200kJQ1 Q2 W 100kJ Q1 ( W)Q2 100kJ3-5高温热源T1=600K,热源，求此过程的 So解：在传热过程中，低温热源T2=300K。今有120kJ的热直接从高温热源传给低温高温热源的 S:S1低温热源的 S>:S2Qr,1可Q2,r1200

27、00J200J600KQr ,1tT120000J300K400J整个过程的熵变:S2(200400)JK 1200J K 1-1-1-K g。今有3-7水的比定压热容过程加热成100 C的水。求各过程的Sys , Samb及厶Sso oCp = 4.184 J1kg, 10C的水经下述三种不同1系统与100C热源接触；2系统先与55C热源接触至热平衡，再与100C热源接触；3系统先与40C、70C热源接触至热平衡，再与100C热源接触;解：1以水为系统，环境是热源T2 me-T1=1000T dT mcp ln(T2/T1)XX in373.15/283.15J K1 =1154.8 J 2

28、=1155 J K1SambT2t mepdTT ambmCp(T2 T1)Tamb1000 4184(373.15 283.15 J K 1 = - 1009 J-1K373.15SisoSsysSamb = 1155+-1-1009 J K = 146 J2整个过程系统的厶SysT12 me-T2 me-SsysT匕 dTT-dTT1 TT12 T=1000 XX in 328.15/283.15J K-1=1154.8 JT12T?mCp-dT mcp ln(T2 /)T1 T-1-1-K =1155 J K系统先与55 C热源接触至热平衡时Samb,1Samb,1T2mc- dTmc-

29、(T2 T1)amb ,1Tamb ,11000 4.184(328.15 283.15328.15K 1 = - 573.76 JSamb,2T2t mepdTTamb ,1mCp(T2Ti)Tamb ,2j K 1 = - 504.57 J-1-K1000 4.184(373.15 328.15373.15整个过程的 SmbSamb = Samb ,1 +Samb,2= - 573.76+-1-504.57= -1078 J K所以，S,ISOSsysSamb= 1155+-1078 JK1 = 77J-K-13整个过程系统的厶SysT2 mct12 mCpt1,3 mCp>2 11

30、 icpSsysdTdTdTT1 >T12 >>1,3 >=1000 XX In 328.15/283.15 JT2mCppdTT1 T-2=1154.8 J K-1=1155 Jmcp ln(T2 /)-K1系统先与40 C热源接触至热平衡时Samb,1Samb,1T2 mcpdTmCp(T2 TJTamb ,1Tamb ,11000 4.184(313.15 283.15 ( “J K-400.83 J K1313.15再与70 C热源接触至热平衡时Samb,2Samb,2TCpdTmCp(T2 T1)Tamb ,1Tamb ,1343.15K 1 = - 365.

31、88 J最后与70 C热源接触至热平衡时Samb,3Samb ,3T2mcpdTmCp (T2)Tamb ,1T1Tamb ,1K 1 = - 336.38 J373.15整个过程的 SmbSamb = Samb,1 + Samb,2+ Samb,3=-400.83 +-365.88+ - 336.38= -1103 J所以，S,ISOSsys-1-1Samb= 1155+ C -1103 J K = 52 J K1可逆膨胀到末态压力为50 kPa ;2对抗恒定外压 50 kPa不可逆膨胀至平衡态；3向真空自由膨胀至原体积的两倍。解：1恒温可逆膨胀，dT =0， U = 0，根据热力学第一定律

32、，得nRT ln( p2 / Pi)=- 1 XX 300 X ln 50/100 J = 1729 J=1.729 kJSsysnRln( p2 / p1)-1-1=- 1 XX ln 50/100 J K = 5.764 J KSamb-1-1Qsys / Tamb = 17290/300J K = - 5.764 J K故(2)Q= -W = p=nRT 1-=-1 XX S i so = 0 U = 0 ,amb V2 V1= p amb nRT / p amb-nRT / p 1p amb / p 1300 X 1-0.5 J = 1247 J = 1.247 kJSsysnRln(

33、 p2 / p1)=- 1-1-1XX ln 50/100 J K = 5.764 J KSamb-1Qsys/Tamb =-1247 - 300J K-1=-4.157 J K S iso = Ssys + Samb = 5.764 +-4.1573A U = 0 , W = 0 , Q=0、-1-1 J K = 1.607 J KSambQsys / Tamb = 0因熵是状态函数，故有Ssysn Rl n(V2/VJ n Rl n( 2V1/V1)1 1=1 XX ln2 J K = 5.764 J K S iso = Sys + Samb = 5.764 J Q2 mol ，对抗0.2

34、 Mpa的恒定外压绝热不3-16 始态300 K , 1Mpa的单原子理想气体可逆膨胀平衡态。求整个过程的W U H,A So解：Q = 0 , W = Upamb (V2 V1) n |r(T2 T1)nET2 nRpambpamb代入数据整理得p15T2 = 3.4 T1 X 300K;故 T 2 = 204 KW U22(204 300) J 2395J2.395kJ5H 2尹(204300) J 3991J3.991kJQ = 0 , W = UPamb (V2VJnCV ,m,mix (T2T1)nET2、，V1n 1.75R(T2T1)-V2V2将数据代入,得2.55 T 2 =1

35、.75 TCV,m,mix1X 400K,故 T 2 = 274.51 KW U 8 1.75R (274.51 400) JC p,m ,mix14610J14.61kJS nCp mln E nRin 巴TiPi52040.2i2 -R in 2 Rin J K 1 230011 1 16.033 26.762 J K 10.729J K 10.73J K3-18 单原子气体 A与双原子气体 B的理想气体化合物共 8 mol，组成为y B= 0.25 , 始态T1 = 400 K , V = 50 dm 3。今绝热对抗某恒定外压不可逆膨胀至末态体积V = 250 dm3的平衡态。求过程的

36、W U,A H,A So解：先求混合物的摩尔定压热容53ysCp,m(B)0.25 -R 0.75 -R 1.75Rb22Cv ,m,mixR 1.75 R R 2.75RH 8 2.75R (274.51 400) J 22954J22.95kJnB yBn 0.25 8mol 2mol, nA 6molS(A)t2nACp,m ( A) ln -T1nARinV263R in124006 Rin250J501 28.172 80.29 J K152.118J KS(B) nB Cp,m (B) inB Rin V11V12 S(A) S(B) (52.118 11.112)J KR in

37、274.512 Rin250K 1240050 15.651 26.763J K 111.112J K63.23J K 13-19常压下将100 g , 27 C的水与200g , 72C的水在绝热容器中混合，求最终温1 1度t及过程的厶S。水的比定压热容 cp = 4.184 J g Ko解：Q = 0 , H = 0 , H + H2 = 0100XX T2 - 300.15K+200XX T2 - 345.15K=0T2 -300.15K + 2x T2 -345.15K=0T2 =330.15 K即t =57CS100 4.184,330.15 in2004.184in 330.15

38、J K 1 = 2.68 J K300.15345.1513-27下冰的熔点为0 C,摩尔熔化焓 fusf HO= 6.004 k J moi- C，摩尔熔化焓 fusHU C6H6= 9.832 k J moi-1。液态水和固态苯的定压摩尔热容Cp, m HO, i= 75.37-1-1 , _一 -1-1J moi K 及 G, m CoHb, s= 122.59 J moi K。今有两个用绝热层包围的容器，一容器中为C6H6I丨与5 mol C 6皿s成平衡。现将两容器接触，去掉两容器间的绝热层，使两容器到达新的平衡。求过程的 解：设液态苯全部凝固，冰全部融化，于是示意如下8molH 2

39、O(s), 2molH2O(l), 0o C5molC6H 6 (s), 5molC6H 6 (l), 5.51o C-18mol X 6004 J mol +10mol X 75.37 J厂、-10C 的 8 mol HbO s与 2 mol H2C的 5 molSoQ 0 8molH2O(l), 2molH 2。(1), t 5molC6H6(s), 5molC6H6(s),t-1K T2 - 273.15K-1 mol-mol-1+5mol X -9832J mol +10mol X 122.59 J1979.6 T 2 =548610.395KTc, occc，假设合理。8 60042

40、73.15S(H2。)=175.845+11.392277.31110 75.37lnJ K273.15、 -1J K = 187.24 J-K1-1-K XT2-278.66K=0S(C6H6)5 ( 9832) 10278.66=-176.416 - 5.953277.31 122.59lnJ278.66J K-1 = -182.37 J1 1 -K - 182.37 J K-K1-K1 S = S + S = 187.24 J3-29苯GH丨在101.325kPa下于80.1 C沸腾，体苯的摩尔定压热容CP, m = 142.7 J mol-1 K-1。今将40.53 Kpa , 80.

41、1 C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 C °求整个过程的 Q, W U,A H及厶S o解：把苯蒸气看作是理想气体，恒温可逆压缩时，U1=0, H=0,于是有=4.87 J-1vapH= 30.878 kJ mol。液W nRTln(p2/pj 1 8.3145 353.25 ln(101.325/40.53) J 2691JV2= -p amb Vi Vg & pamVg = ng RT= 1 XX 353.25J =2937.1 J W & 0; W= W 1 + W + W3= 2691+29

42、37.1+0J= 5628 J = 5.628 kJ Ui = 0 , Q = W1 = 2937 J ; Q2 = -30878 J333.15KQ3nCpmdT 1 14.27 (333.15 353.25)J2868J3353.25K p,mQ = Q1 + Q2 + Q 3 = -2691+ -30878+- 2868= - 36437J = -36.437 kJ U = Q + W = - 36.437 kJ + 5.628 kJ = - 30.809 kJ H = H + H2+ H3 = 0 +-30.868+-2.868 kJ = - 33.746 kJ3-34 100 C的恒

43、温槽中有一带活塞的导热圆筒，筒中为2 mol N2g及装于小玻璃瓶中的3 mol H 201。环境的压力即系统的压力维持120 kPa 不变。今小玻璃瓶打碎，液态水蒸发至平衡态。求过程的Q W U, H,A S,A A及厶Go：水在100C时的饱和蒸气压为 ps=101.325kPa，在此条件下水的摩尔蒸发焓厶 vapHm=-140.668 kJ mol °解：见书本例3.5.2p122此题虽然系统的压力为120kPa,大于水在100 C时的饱和蒸气压，但因有 N2 g存在，在气相中水蒸气的分压小于其饱和蒸气压时，水即可蒸发。 此题的水量较多，水是全部蒸发，还是局部蒸发，我们先计算为

44、好。先求水的蒸发量。水在 100C时的饱和蒸气压为 ps=101.325kPa，末态g的分压p2 Nk, g=p - p HbO = 18.675 kPa° N2 g的物质的量为2 mol，据分压定律，求得水 蒸气的物质的量为n(H2O,g) p(H2O,g)/ p(N2) n(N2) (101.325/18.675) 2mol5.426nol可见，3mol的水全部蒸发成水蒸气。因 H N2, g=0,A HH20, g=3% vapH=3X 40.668kJ =122.004 kJH 122.004kJ QpW = - p V= - n gRT = - n H2O, gRT= -

45、3 XX 373.15J = - 9.308 kJ U = Q + W = 122.004 kJ - 9.308 kJ = 112.696 kJ3 1 1S(H2O)H /T (122.004 10 /373.15)J K 326.957J K1 1S(N2)IRIn(p1,N2 / P2,n2)2 8.3141n(120/18.675) J K 30.933J K1 S= S HO+ S N2=357.89 J K- A = U - T S = 112696 J-X 357.89 J = -20850 J = - 20.850 kJ G = H - T S = 122004 J-X 357.

46、89 J = -11543 J = - 11.543 kJ3-35 100C水的饱和蒸气压为101.325kPa，在此条件下水的摩尔蒸发焓厶vapH=40.668 kJ mol-1。在置于100C恒温槽中的容积为100 dm3的密闭容器中，有压力120kPa的过饱和蒸气。此状态为亚稳态。今过饱和蒸气失稳，局部凝结成液态水到达热力学稳定的 平衡态。求过程的 Q U,A H,A S,A A及厶G解：先计算容积为100 dm3的密闭容器中水蒸气的物质的量：始态:ngp VRT!120 103 100 1038.3145 373.15mol3.8680mol末态：ngp2V2RT101.325 103

47、100 10 38.3145 373.15mol3.2659mol可设计如下过程3.8680mol H20(g) h 3.2659mol H20(g), 0.6021mol H2OU) 120kPa,100dm3,373.15 K101.325kPa, 100dm3,373.15KA H HV3.8680mol H2O(g)h2 3.2659mol tOg), 0.6021mol H2OQ)101.325kPa, 373.15K101.325kPa, 373.15K H=A0 H=A fX-40.668kJ= - 24.486 kJ U = H - pV7 H - n gRT=- 24.486

48、 -0.6121XXX 10- kJ = -22.618 kJ恒容，W=0 U = Q = - 22.618 kJ2利用附录中各物质的fGm数据，计算上述反响在25C时的rGm ；=5.440、 -1-65.62J K =-60.180 J-K1 A =: U - T S =:- 22618 -X-60.180 J = -162 J = - 0.162 kJ G = H - T S =: -24486-X-60.180 J = -2030 J = - 2.030 kJ3-40化学反响如下:CH4(g)CO2(g)一2CO(g) 2H2(g)1S ( 3.868 8.3145 ln(101.325/120) 24486/373.15)J K1利用附录中各物质的 Sm,fHm数据，求上述反响在25C时的rSm , rGm ；325C，假设始态CH