物理化学 习题答案 第二章 热力学第一定律课后答案

第二章热力学第一定律

一、选择题

l.B2.D3.B4.D5.D6.B7.C8.D9.D10.B11.B

二、判断题

1.x2.43.44.x5.46.x7.48.x9.410.411.x

三、计算题

1.解：

n=lmol(H2)P环,a=0n=lmol(H2)

pi=101.325kPa------------------>P2=50.663kPa

Ti=273.15Kp环,b=50.663kPaTI="=273.15K

两种途径都是恒外压膨胀，且都是恒温。

(1)Pij；,a=0»W(a)=-p坏,a(V2—Vl)=0;

(2)〃环,b=50.663kPa,W(b)=一〃环,b(%—Vi)

=—0.5pi(2V1-V1)=—0.5pM=-0.5〃RT；

..・川(b)=-0.5x1x8.314x273.15J=-1135J。

2.解:

n=3mol(pg)恒温可逆n=3mol(pg)

Pi=P2=

Vi=20dm3V2=50dm3

Ti=298.15K72=298.15K

pi=〃R7/Vi=3x8.314x298.15/(20x103)Pa=371,8kPa

P2=〃R77V2=3X8.314x298.15/(50x10_3)Pa=148.7kPa

因为是理想气体恒温可逆过程,

.-.W=-/7/?Tln^-=-3x8.314x298.15xIn—J=-6814JO

rJ"乂20

3.解：

n=m/M=50/28mol=1.79mol

正向恒温可逆压缩，W,=nRTIn乙=1.79x8.314X298XIn—J=13.29kJ

Pi0.1

逆向反抗恒外压膨胀到始态，p环=pi=0.1MPa,

=-p\(Vi—V2)--p\(nRT/p\—nRT/pi)=—nRT(l——)

Pi

=-1.79x8.314x298x11—?]j=-4.21kJ

4.解：

(1)恒压过程：p%、=pi=p2=p,W=—p(V2~V\)=—nR(T2~T[)=-20.78kJ；

(2)恒容过程：W=0；

(3)理想气体恒温可逆过程：叱.=〃RTln^=—86.15kJ；

P\

(4)理想气体自由膨胀：W=0；

5.解：

(1)卬=-P环(丫2—0)=—101.3x103x(1.677—1.043X10-3)x18.02x10~3J=-3059J；

(2)环％=—101.3x1()3x1677X18.02X10-3J=-3()61J；

1x8.314x373.15

(3)V2~-din3=30.63dm3；

P1013

W=-p环(V2-V1)--101.3x(30.63-18.02xl.043xl0-3)J=-3101Jo

6.解：

(1)冰变成水：

1Q()21Q02

w=-p环(丫水一丫冰)=-101.3xl03x(—：--—：—)X106J=0.0864J；

0.95840.9168

(2)冰变成水蒸气：

、小8.314x37318.02

卬=一〃环(^气—1丫Z冰)=—1in0i1.o3xl()3xz(--------------------)J=-3o0n9n9nJio

101.3xl030.9168xl06

7.解:Fe(s)+2HCl(aq)->FeCl2(aq)+H2(g)

(1)AV=0,W=~p^AV=Q；

(2)H2反抗恒外压做功：W=-p环(丫2—0)=~pV2=—pV2=-nRT

___50

x8.314x298J=-2220Jo

_5?8

8.解:

理想气体(pg)\H理想气体(pg)

〃、0、、7〃、P2、V2>T

△H=bU+A(pV)=AU+A(〃R7)

理想气体恒温的单纯pVT变化中，AL/=O,所以△H=AU+〃HAT=O,

计算表明，理想气体作单纯pVT变化时其焰不随系统的压力和体积等变化，在这

种情况下系统的焰只是温度的函数。

9.解：

W=~p(V2-V1)=~\n(g)RT=~\n(H2)/?T=-1x8.314x291.15J=-2.42kJ；

\H=QP=~151.5kJ,AU=Q/,+W=(—151.5—2.42)曰=一153.9kJ0

10.解:

n=2mol(H2)dp=On=1mol(Hi)

pi=100kPaP2=pi=100kPa

Ti=400K72=1000K

0,=A”=〃G”“AG=2x29.2x(lOOO-4OO)J=35.O4kJ,

AU=\H-A(pV)=AH-nR(T2—Ti)=25.06kJ,

W=AU—0/,=-9.98kJ。

11.M：

乃招2Tl加=0.1x409/0.15=273K,

QxAU=〃Ck〃,Ah(3x29・4—8・31)x(409—273)J=8,635kJ，W=0,

=△U+〃RAT=8635+3x8.314x(409-273)J=12.04kJ。

12.解:

A(蒸气)AHiA(蒸气)A/72A(液体)

n=2mol(H2)n=2mol(H2)〃=2mol(H2)

pi=50663Pap2=101325Pap3=101325Pa

T)=400K?2=350K7>350K

\H\=nCP,m(72-TI)=2x30x(350-400)J=-3.00kJ,

A“2二〃xAiqHm=—2x38kJ=-76kJ,

A”=A/7i+A“2=(-3-76)kJ=-79kJ,

3

At/=A/7-A(pV)=AH-(~pVs)=^H+nRT=(—79+2x8.314x400x10")kJ=-72.35kJ。

13.解：

这个过程包括液态水的汽化过程和水蒸气与氮气的定温、定压混合过程。

水汽化后与氮气形成的混合气体中，水汽与氮气的分压分别为：

p水=0•y*=101.3x^kPa=75.98kPa,pm=p,yN2=101.3x^-kPa=25.33kPa,

QP=\H=\H\+AW2+AH3=(O+1.5x40.67+0)kJ=6l.OlkJ,

W=-p环(％一%)=-"RT=-1.5x8.314x373J=-4.65kJ,

AU=Qp+W=(61.01—4.65)kJ=56.36kJ。

14.解:

1

A,,//®(298K)=A,.H®(Y)-A,.//®(A)-A,./7®(B)=(-241-52+235)kJ-mol

=—58kJ,mol'1

11

veCp.„,(B)=Cp,„,(Y)-C^JA)-C^/B)=(30.0-19.1-4.2)J-K-mol

=6.7J-K-1-mol-1

A,“：；(773K)=(298K)+vBCpj„(B)dT

=-58000J+6.7x(773-298)J=-54.82kJ-mol1

Q=A,”：(298K)=-54.82kJ•mol-1

31

Art/®=-{ZvB(g)}7?T=-54.82xlO-(l-2)x8.314x773=-48.39kJ•moF

W=~p^V=~{Z%(g)}RT=-6.43kJ•mol1

15.解：

由(1)式一(4)式+(3)式一(2)式X，得

2

1315

C2H5Cl(g)+—。2=-C12(g)+2CO2(g)+-H2O(g)

△,“：(298K)=A”i-AH4+AH3-；AH2=-1286kJ•mol-1

△,U：(298K)=△，吊(298K)-也魄(g)}/?T

5113

=一1286X103-(-+2+----1)x8.314x298

224

=-1286-1.858kJ•mol-1

=1287.8kJ,mol'1

16.解：

Cl2H22。11(s)+1202(g)-12co2(g)+11H2O(1)

20X23

(1)A//?=Q片------x342.3J-mol'=-5635kJ•mol-1

0.1265

1

A,,W,®=-{ZvB(g)}/?r=-5635