物理化学课后习题答案

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 100 C，另一个球则维持 0 C，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。 H2 3dm3P(H2） TN2 1dm3P(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2.2 1mol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。2.11 1mol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, U, H。已知气体的体积Cv,m=20.92J*mol-1 *K-1。2.15 容积为0.1 m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0 C，4 mol的Ar(g)及150 C，2 mol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fusHm=6.012KJ*mol-1 *K-1。已知在-100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100 C的摩尔蒸发焓。水和水蒸气在25100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 25 C时反应的标准摩尔反应焓，要求：（1） 应用25 C的标准摩尔生成焓数据；（2） 应用25 C的标准摩尔燃烧焓数据。解：查表知Compound000因此，由标准摩尔生成焓由标准摩尔燃烧焓2.31 已知25 C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25 C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1 mol，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100 kPa，再恒压加热至；（3） 先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa，再恒压加热至。解：（1）对理想气体恒温可逆膨胀，DU = 0，因此 （2） 先计算恒容冷却至使压力降至100 kPa，系统的温度T: （3） 同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa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 3.15 5mol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, U, H及S。3.21绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板一侧为2 mol的200 K，50 dm3的单原子理想气体A，另一侧为3 mol的400 K，100 dm3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50 dm3，内有200 K的N2(g) 2 mol；另一侧容积为75 dm3, 内有500 K的N2(g) 4 mol；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，vapHm=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60C.求整个过程的W,Q, U, H及S。3.36 已知在101.325 kPa下，水的沸点为100 C，其比蒸发焓。已知液态水和水蒸气在100 120 C范围内的平均比定压热容分别 为及。今有101.325 kPa下120 C的1 kg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25 C时的；（2） 利用附录中各物质的数据，计算上述反应在25 C时的；（3） 25 C，若始态CH4(g)和H2(g)的分压均为150 kPa，末态CO(g)和H2(g)的分压均为50 kPa，求反应的。解：（1） （2） （3）设立以下途径 3.48 已知水在77 C是的饱和蒸气压为41.891 kPa。水在101.325 kPa下的正常沸点为100 C。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105 C。 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25 C，1 kg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 80 C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。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，80 C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。 解：根据Raoult定律 4.7 20 C下HCl溶于苯中达平衡，气相中HCl的分压为101.325 kPa时，溶液中HCl的摩尔分数为0.0425。已知20 C时苯的饱和蒸气压为10.0 kPa，若20C时HCl和苯蒸气总压为101.325 kPa，求100 g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100 g苯中加入13.76 g联苯（C6H5C6H5），所形成溶液的沸点为82.4 C。已知纯苯的沸点为80.1 C。 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-0.200 C，计算此溶液在25 C时的蒸气压。已知水的，纯水在25 C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25 C时的蒸气压 4.27 人的血液（可视为水溶液）在101.325 kPa下于-0.56 C凝固。已知水的。求：（1） 血液在37 C时的渗透压；（2） 在同温度下，1 dm3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25 C下分解为NH3(g)与H2S(g)，平衡时容器内的压力为66.66 kPa。（1） 当放入NH4HS时容器内已有39.99 kPa的H2S(g)，求平衡时容器中的压力。（2） 容器内原有6.666 kPa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，25 C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)5.740130.68191.6205.14104.6-393.51-285.8300-631.66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)