物理化學(xué)課后習(xí)題答案

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第一章 1.5 兩個容積均為V的玻璃球泡之間用細管連結(jié)，泡內(nèi)密封著標準狀態(tài)下的空氣。若將其中的一個球加熱到 100 C，另一個球則維持 0 C，忽略連接細管中氣體體積，試求該容器內(nèi)空氣的壓力。 解：由題給條件知，（1）系統(tǒng)物質(zhì)總量恒定；（2）兩球中壓力維持相同。 標準狀態(tài)： 因此， 1.8 如圖所示，一帶隔板的容器中，兩側(cè)分別有同溫、不同壓的H2與N2，P(H2）=20kpa，P(N2)=10kpa,二者均可視為理想氣體。 H2 3dm3 P(H2） T N2 1dm3 P(N2) T （1） 保持容器內(nèi)溫度恒定,抽去隔板，且隔板本身的體積可忽略不計，試求兩種氣體混合后的壓力； （2） 計算混合氣體中H2和N2的分壓力； （3） 計算混合氣體中H2和N2的分體積。 第二章 2.2 1mol水蒸氣（H2O,g）在100℃，101.325kpa下全部凝結(jié)成液態(tài)水，求過程的功。 假設(shè)：相對水蒸氣的體積，液態(tài)水的體積可以忽略不計。 2.11 1mol某理想氣體與27℃，101.325kpa的始態(tài)下，先受某恒定外壓恒溫壓縮至平衡態(tài)，在恒容升溫至97.0℃，250.00kpa。求過程的W,Q, ΔU, ΔH。已知氣體的體積Cv,m=20.92J*mol-1 *K-1。 2.15 容積為0.1 m3的恒容密閉容器中有一絕熱隔板，其兩側(cè)分別為0 C，4 mol的Ar(g)及150 C，2 mol的Cu(s)?，F(xiàn)將隔板撤掉，整個系統(tǒng)達到熱平衡，求末態(tài)溫度t及過程的。已知：Ar(g)和Cu(s)的摩爾定壓熱容分別為及，且假設(shè)均不隨溫度而變。 解：圖示如下 假設(shè)：絕熱壁與銅塊緊密接觸，且銅塊的體積隨溫度的變化可忽略不計 則該過程可看作恒容過程，因此 假設(shè)氣體可看作理想氣體，，則 2.25 冰（H2O,S）在100kpa下的熔點為0℃，此條件下的摩爾熔化焓ΔfusHm=6.012KJ*mol-1 *K-1。已知在-10~0℃范圍內(nèi)過冷水（H2O,l）和冰的摩爾定壓熱容分別為Cpm（H2O,l）=76.28J*mol-1 *K-1和Cpm（H2O,S）=37.20J*mol-1 *K-1。求在常壓及-10℃下過冷水結(jié)冰的摩爾凝固焓。 2.26 已知水（H2O, l）在100 C的摩爾蒸發(fā)焓。水和水蒸氣在25~100℃間的平均摩爾定壓熱容分別為Cpm（H2O,l）=75.75J*mol-1 *K-1和Cpm（H2O,g）=33.76J*mol-1 *K-1。求在25C時水的摩爾蒸發(fā)焓。 2.29 應(yīng)用附錄中有關(guān)物資的熱化學(xué)數(shù)據(jù)，計算 25 C時反應(yīng) 的標準摩爾反應(yīng)焓，要求： （1） 應(yīng)用25 C的標準摩爾生成焓數(shù)據(jù)； （2） 應(yīng)用25 C的標準摩爾燃燒焓數(shù)據(jù)。 解：查表知 Compound 0 0 0 因此，由標準摩爾生成焓 由標準摩爾燃燒焓 2.31 已知25 C甲酸甲脂（HCOOCH3, l）的標準摩爾燃燒焓為，甲酸（HCOOH, l）、甲醇（CH3OH, l）、水（H2O, l）及二氧化碳（CO2, g）的標準摩爾生成焓分別為、、及。應(yīng)用這些數(shù)據(jù)求25 C時下列反應(yīng)的標準摩爾反應(yīng)焓。 解：顯然要求出甲酸甲脂（HCOOCH3, l）的標準摩爾生成焓 2.38 某雙原子理想氣體1mol從始態(tài)350K，200kpa經(jīng)過如下五個不同過程達到各自的平衡態(tài)，求各過程的功W。 (1) 恒溫可逆膨脹到50kpa； (2) 恒溫反抗50kpa恒外壓不可逆膨脹； (3) 恒溫向真空膨脹到50kpa； (4) 絕熱可逆膨脹到50kpa； (5) 絕熱反抗50kpa恒外壓不可逆膨脹。 第三章 3.9 始態(tài)為，的某雙原子理想氣體1 mol，經(jīng)下列不同途徑變化到，的末態(tài)。求各步驟及途徑的。 （1） 恒溫可逆膨脹； （2） 先恒容冷卻至使壓力降至100 kPa，再恒壓加熱至； （3） 先絕熱可逆膨脹到使壓力降至100 kPa，再恒壓加熱至。 解：（1）對理想氣體恒溫可逆膨脹，DU = 0，因此 （2） 先計算恒容冷卻至使壓力降至100 kPa，系統(tǒng)的溫度T: （3） 同理，先絕熱可逆膨脹到使壓力降至100 kPa時系統(tǒng)的溫度T: 根據(jù)理想氣體絕熱過程狀態(tài)方程， 各熱力學(xué)量計算如下 3.15 5mol單原子理想氣體從始態(tài)300K，50kpa，先絕熱可逆壓縮至100kpa，再恒壓冷卻使體積小至85dm3。求整個過程的W,Q, ΔU, ΔH及ΔS。 3.21絕熱恒容容器中有一絕熱耐壓隔板，隔板一側(cè)為2 mol的200 K，50 dm3的單原子理想氣體A，另一側(cè)為3 mol的400 K，100 dm3的雙原子理想氣體B。今將容器中的絕熱隔板撤去，氣體A與氣體B混合達到平衡。求過程的。 解：過程圖示如下 系統(tǒng)的末態(tài)溫度T可求解如下 系統(tǒng)的熵變 注：對理想氣體，一種組分的存在不影響另外組分。即A和B的末態(tài)體 積均為容器的體積。 3.22 絕熱恒容容器中有一絕熱耐壓隔板，隔板兩側(cè)均為N2(g)。一側(cè)容積50 dm3，內(nèi)有200 K的N2(g) 2 mol；另一側(cè)容積為75 dm3, 內(nèi)有500 K的N2(g) 4 mol；N2(g)可認為理想氣體。今將容器中的絕熱隔板撤去，使系統(tǒng)達到平衡態(tài)。求過程的。 解：過程圖示如下 同上題，末態(tài)溫度T確定如下 經(jīng)過第一步變化，兩部分的體積和為 即，除了隔板外，狀態(tài)2與末態(tài)相同，因此 注意21與22題的比較。 3.29 已知苯（C6H6）的正常沸點為80.1C，ΔvapHm=30.878KJ*mol-1。液體苯的摩爾定壓熱容Cp,m=142.7J*mol-1 *K-1。今將40.53kpa，80.1C的苯蒸氣1 mol，先恒溫可逆壓縮至101.325kpa,并凝結(jié)成液態(tài)苯，再在恒壓下將其冷卻至60C.求整個過程的W,Q, ΔU, ΔH及ΔS。 3.36 已知在101.325 kPa下，水的沸點為100 C，其比蒸發(fā)焓 。已知液態(tài)水和水蒸氣在100 ~ 120 C范圍內(nèi)的平均比定壓熱容分別 為及。今有101.325 kPa下120 C的1 kg過熱水變成同樣溫度、壓力下的水蒸氣。設(shè)計可逆途徑，并按可逆途徑分別求過程的及。 解：設(shè)計可逆途徑如下 3.40 化學(xué)反應(yīng)如下： （1） 利用附錄中各物質(zhì)的數(shù)據(jù)，求上述反應(yīng)在25 C時的； （2） 利用附錄中各物質(zhì)的數(shù)據(jù)，計算上述反應(yīng)在25 C時的； （3） 25 C，若始態(tài)CH4(g)和H2(g)的分壓均為150 kPa，末態(tài)CO(g)和H2(g)的分壓均為50 kPa，求反應(yīng)的。 解：（1） （2） （3）設(shè)立以下途徑 3.48 已知水在77 C是的飽和蒸氣壓為41.891 kPa。水在101.325 kPa下的正常沸點為100 C。求 （1）下面表示水的蒸氣壓與溫度關(guān)系的方程式中的A和B值。 （2）在此溫度范圍內(nèi)水的摩爾蒸發(fā)焓。 （3）在多大壓力下水的沸點為105 C。 解：（1）將兩個點帶入方程得 （2）根據(jù)Clausius-Clapeyron方程 （3） 第四章 4.3 在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），當醋酸的質(zhì)量摩爾濃度bB介于和之間時，溶液的總體積 。求： （1） 把水（A）和醋酸（B）的偏摩爾體積分別表示成bB的函數(shù)關(guān)系。 （2） 時水和醋酸的偏摩爾體積。 解：根據(jù)定義 當時 4.5 80 C是純苯的蒸氣壓為100 kPa，純甲苯的蒸氣壓為38.7 kPa。兩液體可形成理想液態(tài)混合物。若有苯-甲苯的氣-液平衡混合物，80 C時氣相中苯的摩爾分數(shù)，求液相的組成。 解：根據(jù)Raoult定律 4.7 20 C下HCl溶于苯中達平衡，氣相中HCl的分壓為101.325 kPa時，溶液中HCl的摩爾分數(shù)為0.0425。已知20 C時苯的飽和蒸氣壓為10.0 kPa，若20C時HCl和苯蒸氣總壓為101.325 kPa，求100 g笨中溶解多少克HCl。 解：設(shè)HCl在苯中的溶解符合Henry定律 4.21 在100 g苯中加入13.76 g聯(lián)苯（C6H5C6H5），所形成溶液的沸點為82.4 C。已知純苯的沸點為80.1 C。 求：（1）苯的沸點升高系數(shù)；（2）苯的摩爾蒸發(fā)焓。 解： 4.24 現(xiàn)有蔗糖（C12H22O11）溶于水形成某一濃度的稀溶液，其凝固點為-0.200 C，計算此溶液在25 C時的蒸氣壓。已知水的，純水在25 C時的蒸氣壓為。 解：首先計算蔗糖的質(zhì)量摩爾濃度 由4.6知，質(zhì)量摩爾濃度和摩爾分數(shù)有以下關(guān)系 假設(shè)溶劑服從Raoult定律，則此溶液在25 C時的蒸氣壓 4.27 人的血液（可視為水溶液）在101.325 kPa下于-0.56 C凝固。已知水的。求： （1） 血液在37 C時的滲透壓； （2） 在同溫度下，1 dm3蔗糖（C12H22O11）水溶液中需含有多少克蔗糖才能與血液有相同的滲透壓。 解：根據(jù)已知條件 稀水溶液條件下，因此 稀水溶液時，滲透壓與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)， 第五章 5.9 在真空的容器中放入固態(tài)的NH4HS，于25 C下分解為NH3(g)與H2S(g)，平衡時容器內(nèi)的壓力為66.66 kPa。 （1） 當放入NH4HS時容器內(nèi)已有39.99 kPa的H2S(g)，求平衡時容器中的壓力。 （2） 容器內(nèi)原有6.666 kPa的NH3(g)，問需加多大壓力的H2S，才能形成NH4HS 解：反應(yīng)的化學(xué)計量式如下 由題給條件，25 C下 5.11一直下列數(shù)據(jù)（298.15K）： 物質(zhì) C（石墨） H2(g) N2（g） O2（g） CO(NH2)2(s) 5.740 130.68 191.6 205.14 104.6 -393.51 -285.83 0 0 -631.66 物質(zhì) NH3(g) CO2(g) H2O(g) -16.5 -394.36 -228.57 求298.15K下CO(NH2)2的標準摩爾生成吉布斯函數(shù) ，以及下列反應(yīng)的 。 CO2(g)+2NH3(g)=H2O(g)+CO(NH2)2(s)