物理化学课后习题问题详解.docx

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物理化学课后习题问题详解

第一章

1.5     两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内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0C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。

   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，

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。

H23dm3

P（H2）T

N21dm3

P（N2）T

（1）保持容器内温度恒定,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

2.21mol水蒸气（H2O,g）在100℃，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。

2.111mol某理想气体与27℃，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℃，250.00kpa。

求过程的W,Q,ΔU,ΔH。

已知气体的体积Cv,m=20.92J*mol-1*K-1。

2.15容积为0.1m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0C，4mol的Ar（g）及150C，2mol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

。

已知：

Ar（g）和Cu（s）的摩尔定压热容

分别为

及

，且假设均不随温度而变。

       解：

图示如下

             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            

             假设气体可看作理想气体，

，则

2.25冰（H2O,S）在100kpa下的熔点为0℃，此条件下的摩尔熔化焓ΔfusHm=6.012KJ*mol-1*K-1。

已知在-10~0℃范围内过冷水（H2O,l）和冰的摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=76.28J*mol-1*K-1和Cpm（H2O,S）=37.20J*mol-1*K-1。

求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。

2.26已知水（H2O,l）在100C的摩尔蒸发焓

。

水和水蒸气在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=75.75J*mol-1*K-1和Cpm（H2O,g）=33.76J*mol-1*K-1。

求在25C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

的标准摩尔反应焓，要求：

（1）   应用25C的标准摩尔生成焓数据；

（2）   应用25C的标准摩尔燃烧焓数据。

解：

查表知

Compound

0

0

0

因此，由标准摩尔生成焓

由标准摩尔燃烧焓

2.31     已知25C甲酸甲脂（HCOOCH3,l）的标准摩尔燃烧焓

为

，甲酸（HCOOH,l）、甲醇（CH3OH,l）、水（H2O,l）及二氧化碳（CO2,g）的标准摩尔生成焓

分别为

、

、

及

。

应用这些数据求25C时下列反应的标准摩尔反应焓。

      解：

显然要求出甲酸甲脂（HCOOCH3,l）的标准摩尔生成焓

2.38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；

（3）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

，

的某双原子理想气体1mol，经下列不同途径变化到

，

的末态。

求各步骤及途径的

。

（1）   恒温可逆膨胀；

（2）   先恒容冷却至使压力降至100kPa，再恒压加热至

；

（3）   先绝热可逆膨胀到使压力降至100kPa，再恒压加热至

。

解：

（1）对理想气体恒温可逆膨胀，U=0，因此

（2）     先计算恒容冷却至使压力降至100kPa，系统的温度T:

（3）   同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100kPa时系统的温度T:

             根据理想气体绝热过程状态方程，

      各热力学量计算如下

3.155mol单原子理想气体从始态300K，50kpa，先绝热可逆压缩至100kpa，再恒压冷却使体积小至85dm3。

求整个过程的W,Q,ΔU,ΔH及ΔS。

3.21绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板一侧为2mol的200K，50dm3的单原子理想气体A，另一侧为3mol的400K，100dm3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

             系统的熵变

             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N2（g）。

一侧容积50dm3，内有200K的N2（g）2mol；另一侧容积为75dm3,内有500K的N2（g）4mol；N2（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

      经过第一步变化，两部分的体积和为

      即，除了隔板外，状态2与末态相同，因此

      注意21与22题的比较。

3.29已知苯（C6H6）的正常沸点为80.1C，ΔvapHm=30.878KJ*mol-1。

液体苯的摩尔定压热容Cp,m=142.7J*mol-1*K-1。

今将40.53kpa，80.1C的苯蒸气1mol，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60C.求整个过程的W,Q,ΔU,ΔH及ΔS。

3.36 已知在101.325kPa下，水的沸点为100C，其比蒸发焓

。

已知液态水和水蒸气在100~120C范围内的平均比定压热容分别 为

及

。

今有101.325kPa下120C的1kg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

及

。

解：

设计可逆途径如下

3.40       化学反应如下：

（1）   利用附录中各物质的

数据，求上述反应在25C时的

；

（2）   利用附录中各物质的

数据，计算上述反应在25C时的

；

（3）   25C，若始态CH4（g）和H2（g）的分压均为150kPa，末态CO（g）和H2（g）的分压均为50kPa，求反应的

。

解：

（1）

（2）

      （3）设立以下途径

3.48 已知水在77C是的饱和蒸气压为41.891kPa。

水在101.325kPa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）在此温度范围内水的摩尔蒸发焓。

             （3）在多大压力下水的沸点为105C。

          解：

（1）将两个点带入方程得

（2）根据Clausius-Clapeyron方程

              （3）

第四章

4.3       在25C，1kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度bB介于

和

之间时，溶液的总体积

。

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）   

时水和醋酸的偏摩尔体积。

解：

根据定义

    当

时

4.5       80C是纯苯的蒸气压为100kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7kPa。

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，80C时气相中苯的摩尔分数

，求液相的组成。

      解：

根据Raoult定律

4.7       20C下HCl溶于苯中达平衡，气相中HCl的分压为101.325kPa时，溶液中HCl的摩尔分数为0.0425。

已知20C时苯的饱和蒸气压为10.0kPa，若20C时HCl和苯蒸气总压为101.325kPa，求100g笨中溶解多少克HCl。

      解：

设HCl在苯中的溶解符合Henry定律

4.21   在100g苯中加入13.76g联苯（C6H5C6H5），所形成溶液的沸点为82.4C。

已知纯苯的沸点为80.1C。

      求：

（1）苯的沸点升高系数；

（2）苯的摩尔蒸发焓。

      解：

4.24   现有蔗糖（C12H22O11）溶于水形成某一浓度的稀溶液，其凝固点为-0.200C，计算此溶液在25C时的蒸气压。

已知水的

，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

             假设溶剂服从Raoult定律，则此溶液在25C时的蒸气压

4.27   人的血液（可视为水溶液）在101.325kPa下于-0.56C凝固。

已知水的

。

求：

（1）   血液在37C时的渗透压；

（2）   在同温度下，1dm3蔗糖（C12H22O11）水溶液中需含有多少克蔗糖才能与血液有相同的渗透压。

解：

根据已知条件

      稀水溶液条件下

，因此

      稀水溶液时，渗透压与溶质的性质无关，

第五章

5.9   在真空的容器中放入固态的NH4HS，于25C下分解为NH3（g）与H2S（g），平衡时容器内的压力为66.66kPa。

（1）   当放入NH4HS时容器内已有39.99kPa的H2S（g），求平衡时容器中的压力。

（2）   容器内原有6.666kPa的NH3（g），问需加多大压力的H2S，才能形成NH4HS

解：

反应的化学计量式如下

      由题给条件，25C下

5.11一直下列数据（298.15K）：

物质

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

物质

NH3（g）

CO2（g）

H2O（g）

-16.5

-394.36

-228.57

求298.15K下CO（NH2）2的标准摩尔生成吉布斯函数，以及下列反应的。

CO2（g）+2NH3（g）=H2O（g）+CO（NH2）2（s）