《简明物理化学》答案

1、1.等温50dm3AS1fAS=AS1+AS2=nRln2+f每nC12Vv,mT1T1250dm3等容40C40CAS250dm320C2mol298K，5dm3的He(g)，经过下列可逆变化：1)等温压缩到体积为原来的一半2)再等容冷却到初始的压力。求此过程的Q、W、AU、Ah和As。已知c(He,g)=20.8J?K-1?mol-1。p,m解：体系变化过程可表示为等温压缩等容冷去卜W=W+W2=nRTln卡+0=2X8.314X298XlnO.5=-3435(J)Q=Q1+Q2=W，+aU2=-3435+nCAT=-3435+nC(298-298/2)1212v,mv,m=-3435+(

2、-3716)=-7151(J)AU=AU1+AU2=AU2=-3716(J)AS=AS1+AS2=nRlnV2+P2nCdT=2X8.314XlnO.5+2X1.5X8.3141n0.512VTv,mT=-2818(JK-1)2.10mol理想气体从40C冷却到20C，同时体积从250dm3变化到50dm3。已知该气体的C=29.20J?K-1?mol-1,求AS。p,m解：假设体系发生如下两个可逆变化过程5027315+20=10Rln_+10X(29.20-8.314)Xln_=-147.6(JK-1)3.2mol某理想气体(Cpm=29.36J?K-1?mol-1)在绝热条件下由273.

3、2K,1.0MPa膨胀到203.6K,0.1MPa求该过程的Q、W、Au、Ah和山。解：273.2K绝热203.6K1.0MPa膨胀0.1MPaC=29.36JK-1mol-1p,mC=29.36-8.314=21.046JK-1v,m且Q=0U每nCdT=2X21.046X(203.6-273.2)=-2930(J)v,mT1W=-U=2930(J)有一带隔板的绝热恒容箱，在隔板两侧分别充以不同温度的H2和O2，且V=V2(见图)，若将隔板抽去，试求算两种气体混合过程的AS（假设此两种气体均为理想气体）。解：1molO2与。H2V均为双丿1molH2录子分子埋想气体,先由能量衡算求终温。故均

4、有C=5R/2，设终温为T,v,mC(H)(293.2-T)=C(O)(T-283.2)v,m2v,m2nT=288.2K整个混合过程可分以下三个过程进行：恒容AS斗在恒温恒压下混合达状态1mol,O2,283.2K*_1mol,O2,T恒容s21mol,H2,293.2K1mol,H2,T当过程与进行后，容器两侧气体物质的量相同，温度与体积也相同，故压力也必然相同，即可进行过程。三步的熵变分别为:S1=Cv,m(O2)ln288.2283.21X8314ln288.2283.2JK一1=0.364JK一1100g、10C的水与200g、40C的水在绝热的条件下混合，求此过程的熵变。已知水的比

5、热容为4.184J?K-1?g-1。解：绝热混合.Q及+Q放二0。吸=-Q放C?m1(t-t1)=-C?m2(t-t2)t为混合后的温度ttm2001=2=2nt-10=2(40-t)nt=30C=303.15Kttm10021S=100Clnp303.15283.15+200Clnp303.15313.15=1.40(JK1)6-过冷CO2(1)在一59C时其蒸气压为465.96kPa,而同温度下CO2(s)的蒸气压为439.30kPa。求在59C、101.325kPa下，lmol过冷CO2(1)变成同温、同压的固态CO2(s)时过程的AS，设压力对液体与固体的影响可以忽略不计。已知过程中放

6、热189.54J?g-1.解：CO2(1)CO2(s)7.59C,pec%1-59C,p(1)AG-59C,pe-59C,p(s)一JAG4弋3CO2(g)-59C,p(s)AG2=AG4=0AG=AG=Ip(s)Vdp=nRTln=1X8.314X214.2ln439.30=-104.9J驴G2cO/g)-59C,p(1)AGa0,AG5q03p(l)p(l)465.96AG=AH-TASAH=-189.54X44=-8339.76JAS=(AH-AG)/T=-8339.76-(-104.9)=-38.5Jk-1214.22mo1O2(g)在正常沸点一182.97C时蒸发为101325Pa的

7、气体，求此过程的AS。已知在正常沸=6.820kJ?K-1。解：o2在p，-182.97C时的饱和蒸气压为101.325Pa，该相变为等温可逆相变Q=nAHvapm2x6.820 x103故AS=Q/T=nAH/T=151JK-1vaPm273.15-182.97点时O2(l)的A2vapHm8.1mol水在100C及标准压力下向真空蒸发变成100C及标准压力的水蒸气，试计算此过程的AS，并与实际过程的热温熵相比较以判断此过程是否自发。AH4067x103解：AS=pm=108.98JK-1mol-1T373.2向真空膨胀，W=0,Q=AU=AH-A(pV)=AH-nRT=40.67X103-

8、8.314X373.2=37.567kJmol_1Q/T=100.66JK一1mol一1373.2ASQ/T,所以此过程为不可逆过程9.lmolH2O(1)在100C,101325Pa下变成同温同压下的H2O(g),然后等温可逆膨胀到4x104Pa,求整个过程的AS。已知水的蒸发焓AH=40.67kJ?K-1vapmnRTM解：W=p外AV=p0(-h2O)nRT=3.1kJW2=nRT1n厶=8.314X373.15Xln101325=2.883kJ2p400002故W=W1+W2=5.983kJQ1=nAH=40.67kJ1vapmQ2=W2=2.883kJ故Q=Q1+Q2=40.67+2

9、.883=43.55kJAU1=Q1-W1=37.57kJAU=AU=37.57kJAH=nAH=40.67kJ1vapmAH2=0故AH=AH1+AH2=40.67kJ40.67x103pAS,=Q,/T=一=109JK-1AS2=nRln1=8.314X0.93=7.73JK-111373.152p2故AS=AS1+AS2=116.73JK-112101mol0C,101325Pa的理想气体反抗恒定的外压力等温膨胀到压力等于外压力，体积为原来的10倍，试计算此过程的Q、W、Au、Ah、aS、人6和人尸。解:W=-p外Av=-p外(V2-V1)=-p外(10V1-V1)9=-p0V1=-0.

10、9RT=-0.9X8.314X273.15=-2.04kJ1Q=-W=2.04kJAU=AH=0AS=nRlnV2=8.314Xln10=19.14JK-1V1AG=AH-TAS=-5229J-5.23kJAF=AU-TAS=-5229J-5.23kJ11.若一5C时，C5H6(s)的蒸气压为2280Pa,-5C时C6H6(l)凝固时ASm=35.65J?K-1?mol-1，放热9874J?mol-1,试求-5C时C6H6(l)的饱和蒸气压为多少?解:C6H6(l)PC5H6(s)15C,p-5C,pC6H6(1)-5C,p(l)C6Hg6(S)-5C,p(s)SG2C6H6(g)-5C,p(

11、l)G0,AG50G=G3卞GP3C6H6(g)-5C,p(s)G2=G4=0G=H-TS=-9874-268.2X(-35.65)=312.67J.mol-1gJp(s)Vdp=nRTln凹=X8.314X268.2Xln型=-312.673p(l)p(l)p(l)np(l)=2632Pa12在298K及101325Pa下有下列相变化：CaCO3（文石）一CaCO3（方解石）已知此过程的AG0=800J.mol-1,AV9=2.75cm3.mol-1。试求在298K时最少需施trsmtrsm加多大压力方能使文石成为稳定相？解：CaCO3（文石）CaCO3（方解石）298K,p0298K,p0

12、卜G11G3文石AG方解石2298K,p298K,p设298K,压力p时，CaCO3（文石）aCO3（方解石）这个反应以可逆方式进行,即G2=0AG9=2+22+23m=JPVdp+JpVdp=VJpdp-V912192pppJdpp9trsm123=(VV)fpdp=AV0(p-p9)120trsmp=2.75X10-6X(p-101325)=800p=2.91X108Pa13.在一3C时，冰的蒸气压为475.4Pa，过冷水的蒸气压为489.2Pa，试求在-3C时1mol过冷H2O转变为冰的AG。解：H2O(l)H2O(s)3C,pG-3C,p-3C,p(1)H,肘2|AGH2O(s)-3C

13、,p(s)-3C,p(1)XG3H2O(g)-3C,p(s)AGa0,AG5q0AG2=AG4=0AG=AG3Vdp=nRT1n需=5饶=-64.27J14已知298.15K下有关数据如下:物质O9(g)CO2(g)H2O(l)AH9/J?K-1?mol-1fm0-1274.5393.5285.8S9/J?K-1?mol-1B?205.1212.1213.669.9求在298.15K标准状态下，1mola-右旋糖(C6H12O6(s)与氧反应的标准摩尔吉布斯自由能。6126解：因为化学反应一般是在恒T、恒V下或者在恒T、恒p下进行，所以求化学反应的AG最基本公式应为AG(T)=AH(T)-TA

14、S(T)rmrmrm本题求298.15K、标准状态下a-右旋糖的氧化反应如下：298.15K标准状态下C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)故的计算式为AG9(298.15K)的计算式为rmAG9(298.15K)=AH9(298.15K)-298.15KXAS9(298.15K)rmrmrm据题给数据AH9(298.15K)=fmAH9(298.15K)Bfm=6AfH9m(H2O,l)+6AfH9m(CO2,g)-AfHm9(C6H12O6,s)=6X(-285.8kJmol_1)+6X(-393.6kJmolt)-(-1274.5kJmol_1)=-2801.3

15、kJ?mol-1AS9(298.15K)=工uS9(29&15K)rmBm=6S9m(H2O,l)+6S9m(CO2,g)-Sm9(C6H12O6,s)-6Sm9(O2,g)m2m2m6126m2=258.3JKtmol_1AG0(298.15K)=AH0(298.15K)-298.15K乂AS0(298.15K)rrmrm=-2801.3kJmolT-298.15KX258.3X10-3kJmol一1=-2878.3kJmol_115.生物合成天冬酰胺的AG0为一19.25kJ?mol-1,反应式为：rmTOC o 1-5 h z天冬氨酸+NH+ATP天冬酰胺+AMP+PPi(无机焦磷酸)(

16、0)已知此反应是由下面四步完成的：天冬氨酸+ATP卩-天冬氨酰腺苷酸+PPi(1)卩-天冬氨酰腺苷酸+NH+天冬酰胺+AMP(2)B-天冬氨酰腺苷酸+H2O天冬氨酸+AMP(3)ATP+H2OAMP+PPi(4)已知反应(3)和(4)的AG0分别为一41.84kJ?mol-1和一33.47kJ?mol-1,求反应(2)的AG0值.rmrm解：反应方程式(1)+(2)n(0)AG0(1)+AG0(2)=AG0rmrmrm又有反应方程式2X(1)+(2)+(3)-(4)=(0).2AG0(1)+AG0(2)+AG0(3)-AG0(4)=AG0rmrmrmrmrm.AG0(1)+AG0(2)=-19

17、.25TOC o 1-5 h zrmrm2AG0(1)+AG0(2)=-19.25-33.47+41.84rmrmnAG0(2)=-27.62kJ.mol_1rm16固体碘化银Agl有a和卩两种晶型，这两种晶型的平衡转化温度为146.5，由a型转化为B型时，转化热等于6462J?mol-1。试计算由a型转化为B型时的AS。解：AgI(a)Agl(B)S=Q/T=AH/T=6462/419.7=15.4JK-1mol一1rm17试判断在10C及标准压力下，白锡和灰锡哪一种晶形稳定。已知在25C及标准压力下有下列数据：物质AH0/(J?mol-1)fmS0/(J?K-1?mol-1)m,298C/(J?K-1?mol-1)p,m白锡052.3026.15灰锡219744.7625.73解：Sn（白）Sn（灰）AH0(298.2K)=-2197J.mol-1rmAS0(298.2K)=44.76-52.30=-7.45(JrmKtmol_1)AH0(283.2K)=AH0(298.2K)