物理化學(xué)課后習題答案

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 3dm3P(H2） TN2 1dm3P(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, U, H。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)。現(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fusHm=6.012KJ*mol-1 *K-1。已知在-100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25100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Compound000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, U, H及S。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，vapHm=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, U, H及S。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)5.740130.68191.6205.14104.6-393.51-285.8300-631.66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)