物理化學(xué)課后習(xí)題答案.doc

四概念題參考答案1在溫度、容積恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，這時A的分壓和分體積分別是和。若在容器中再加入一定量的理想氣體C，問和的變化為 ( )(A) 和都變大 (B) 和都變小(C) 不變，變小 (D) 變小，不變 答：(C)。這種情況符合Dalton分壓定律，而不符合Amagat分體積定律。2在溫度、容積都恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，它們的物質(zhì)的量、分壓和分體積分別為和，容器中的總壓為。試判斷下列公式中哪個是正確的？ ( )(A) (B) (C) (D) 答：(A)。題目所給的等溫、等容的條件是Dalton分壓定律的適用條件，所以只有(A)的計算式是正確的。其余的之間的關(guān)系不匹配。3 已知?dú)錃獾呐R界溫度和臨界壓力分別為。有一氫氣鋼瓶，在298 K時瓶內(nèi)壓力為，這時氫氣的狀態(tài)為 （ ）(A) 液態(tài) (B) 氣態(tài)(C)氣-液兩相平衡 (D) 無法確定答：(B)。仍處在氣態(tài)。因?yàn)闇囟群蛪毫Χ几哂谂R界值，所以是處在超臨界區(qū)域，這時仍為氣相，或稱為超臨界流體。在這樣高的溫度下，無論加多大壓力，都不能使氫氣液化。4在一個絕熱的真空容器中，灌滿373 K和壓力為101.325 kPa的純水，不留一點(diǎn)空隙，這時水的飽和蒸汽壓 （ ）（A）等于零 （B）大于101.325 kPa（C）小于101.325 kPa （D）等于101.325 kPa答：（D）。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的本性，與是否留有空間無關(guān)，只要溫度定了，其飽和蒸氣壓就有定值，查化學(xué)數(shù)據(jù)表就能得到，與水所處的環(huán)境沒有關(guān)系。5真實(shí)氣體在如下哪個條件下，可以近似作為理想氣體處理？（ ）（A）高溫、高壓 （B）低溫、低壓（C）高溫、低壓 （D）低溫、高壓答：（C）。這時分子之間的距離很大，體積很大，分子間的作用力和分子自身所占的體積都可以忽略不計。6在298 K時，地面上有一個直徑為1 m的充了空氣的球，其中壓力為100 kPa。將球帶至高空，溫度降為253 K，球的直徑脹大到3m，此時球內(nèi)的壓力為 （ ）（A）33.3 kPa （B）9.43 kPa（C）3.14 kPa （D）28.3 kPa答：（C）。升高過程中，球內(nèi)氣體的物質(zhì)的量沒有改變，利用理想氣體的狀態(tài)方程，可以計算在高空中球內(nèi)的壓力。 7使真實(shí)氣體液化的必要條件是 （ ） （A）壓力大于 （B）溫度低于 （C）體積等于 （D）同時升高溫度和壓力答：（B）。是能使氣體液化的最高溫度，若高于臨界溫度，無論加多大壓力都無法使氣體液化。8在一個恒溫、容積為2 的真空容器中，依次充入溫度相同、始態(tài)為100 kPa，2 的（g）和200 kPa，1的，設(shè)兩者形成理想氣體混合物，則容器中的總壓力為 （ ） （A）100 kPa （B）150 kPa （C）200 kPa （D）300 kPa答：（C）。等溫條件下，200 kPa，1氣體等于100 kPa，2氣體，總壓為=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。9在298 K時，往容積都等于并預(yù)先抽空的容器A、B中，分別灌入100 g和200 g水，當(dāng)達(dá)到平衡時，兩容器中的壓力分別為和，兩者的關(guān)系為 （ ） （A） （B） （C）= （D）無法確定答：（C）。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的特性，只與溫度有關(guān)。在這樣的容器中，水不可能全部蒸發(fā)為氣體，在氣-液兩相共存時，只要溫度相同，它們的飽和蒸氣壓也應(yīng)該相等。10在273 K，101.325 kPa時，的蒸氣可以近似看作為理想氣體。已知的摩爾質(zhì)量為154的，則在該條件下，氣體的密度為 （ ） （A） （B） （C） （D）答：（A）。通常將273 K，101.325 kPa稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，在該狀態(tài)下，1 mol 任意物質(zhì)的氣體的體積等于。根據(jù)密度的定義，11在某體積恒定的容器中，裝有一定量溫度為300 K的氣體，現(xiàn)在保持壓力不變，要將氣體趕出1/6，需要將容器加熱到的溫度為 （ ） （A）350 K （B）250 K （C）300 K （D）360 K答：（D）。保持V，p不變，12實(shí)際氣體的壓力（p）和體積（V）與理想相比，分別會發(fā)生的偏差為（ ） （A）p，V都發(fā)生正偏差 （B）p，V都發(fā)生負(fù)偏差 （C）p正偏差，V負(fù)偏差 （D）p負(fù)偏差，V正偏差答：（B）。由于實(shí)際氣體的分子間有相互作用力，所以實(shí)際的壓力要比理想氣體的小。由于實(shí)際氣體分子自身的體積不能忽略，所以能運(yùn)用的體積比理想氣體的小。四概念題參考答案1對于理想氣體的熱力學(xué)能，有下述四種理解： (1) 狀態(tài)一定，熱力學(xué)能也一定 (2) 對應(yīng)于某一狀態(tài)的熱力學(xué)能是可以直接測定的 (3) 對應(yīng)于某一狀態(tài)，熱力學(xué)能只有一個數(shù)值，不可能有兩個或兩個以上的數(shù)值 (4) 狀態(tài)改變時，熱力學(xué)能一定跟著改變，其中都正確的是： ( )(A) (1)，(2) (B) (3)，(4) (C) (2)，(4) (D) (1)，(3) 答：(D)。熱力學(xué)能是狀態(tài)的單值函數(shù)，其絕對值無法測量。2有一高壓鋼筒，打開活塞后氣體噴出筒外，當(dāng)筒內(nèi)壓力與筒外壓力相等時關(guān)閉活塞，此時筒內(nèi)溫度將 ( )(A) 不變 (B) 升高 (C) 降低 (D) 無法判定 答：(C)。壓縮空氣沖出鋼筒時，筒內(nèi)的氣體對沖出的氣體做功。由于沖出的速度很快，筒內(nèi)氣體來不及從環(huán)境吸熱，相當(dāng)于是個絕熱過程，所以筒內(nèi)氣體的溫度會下降。3有一真空鋼筒，將閥門打開時，大氣（視為理想氣體）沖入瓶內(nèi)，此時瓶內(nèi)氣體的溫度將 （ ）(A) 不變 (B) 升高 (C) 降低 (D) 無法判定 答：(B)。空氣沖入鋼筒時，外面的氣體對沖入鋼筒的氣體做功。由于沖入的速度很快，筒內(nèi)的氣體來不及向環(huán)境放熱，相當(dāng)于是個絕熱過程，所以筒內(nèi)氣體的溫度會升高。4將1 mol 373 K，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水，分別經(jīng)歷：(1) 等溫、等壓可逆蒸發(fā)，(2) 真空蒸發(fā)，變成373 K，標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水氣。這兩種過程的功和熱的關(guān)系為 ( ) (A) W 1< W 2 Q 1> Q 2 (B) W 1< W 2 Q 1< Q 2 (C) W 1= W 2 Q 1= Q 2 (D) W 1> W 2 Q 1< Q 2 答：(A)。過程(1)中，系統(tǒng)要對外做功，W 1<0，而過程（2）是真空蒸發(fā)，W 2=0，所以W 1< W 2。過程(1)中，既要對外做功，又要保持溫度不變，再加上相變所吸的熱，所以Q 1> Q 2。5在一個密閉絕熱的房間里放置一臺電冰箱，將冰箱門打開，并接通電源使冰箱工作。過一段時間之后，室內(nèi)的平均氣溫將 ( )(A) 升高 (B) 降低 (C) 不變 (D) 不一定 答：(A)。對冰箱做的電功，全轉(zhuǎn)化為熱釋放在房間內(nèi)。6 凡是在孤立系統(tǒng)中進(jìn)行的過程，其U和H的值一定是 ( ) (A) U > 0 ，H > 0 (B) U = 0 ，H = 0 (C) U < 0 ，H < 0 (D) U = 0 ，H不確定答：(D)。熱力學(xué)能是能量的一種，遵循能量守衡定律，在孤立系統(tǒng)中熱力學(xué)能保持不變。而焓雖然有能量單位，但它是定義出來的函數(shù)，不是能量，不遵循能量守衡定律，所以在孤立系統(tǒng)中發(fā)生的變化，H的值是不確定的，要根據(jù)具體的變化過程而定。例如，在絕熱鋼瓶里，發(fā)生了一個氣體分子數(shù)不變的放熱氣相反應(yīng)，如，則H大于零。但是，如果發(fā)生的是，雖然反應(yīng)也放熱，但是由于氣體分子數(shù)減少，鋼瓶內(nèi)的壓力下降，H會小于零。7理想氣體向真空作絕熱膨脹后，它的溫度將 （ ）(A) 升高 (B) 降低 (C) 不變 (D) 不一定 答：(C)。理想氣體分子之間的相互引力小到可以忽略不計，體積增大，分子間的勢能并沒有變化，能保持溫度不變8某氣體的狀態(tài)方程為（是大于零的常數(shù)），此氣體向真空作絕熱膨脹，它的溫度將 （ ）(A) 升高 (B) 降低 (C) 不變 (D) 不一定答：(C)。將狀態(tài)方程改寫為，與理想氣體的狀態(tài)方程對照，說明這種氣體的自身體積不能忽略，但是分子間的引力與理想氣體一樣，是小到可以忽略不計的。所以，體積增大，分子間的勢能并沒有變化，能保持溫度不變9公式適用于下列哪個過程 （ ）(A) 理想氣體作絕熱等外壓膨脹。 (B) (C) (D) 理想氣體作等溫可逆膨脹答：(B)。的適用條件是等壓和，兩個條件缺一不可。(A)中是等外壓，而非等壓，(C)中有電功，(D)是個不等壓過程。所以，只有(B)是適用的。10有一個理想氣體的 =Cp/CV =1.40，則該氣體為幾原子分子? ( ) (A) 單原子分子 (B) 雙原子分子 (C) 三原子分子 (D) 四原子分子 答：(B)。根據(jù)能量均分原理，在一般溫度下，單原子分子只有3個平動自由度，所以。因?yàn)槔硐霘怏w的，所以。同理，雙原子分子的，則。現(xiàn)在，相當(dāng)于，這是雙原子分子的特征。11反應(yīng)的計量方程為，當(dāng)以5 mol 與4 mol 混合發(fā)生反應(yīng)，最后生成2 mol 。則該反應(yīng)進(jìn)度等于 ( )(A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol 答：(A)。根據(jù)反應(yīng)的計量方程，現(xiàn)在用生成物來表示反應(yīng)的進(jìn)度，則 顯然，反應(yīng)物和都是過量的。12欲測定某有機(jī)物的燃燒熱Qp，一般使反應(yīng)在氧彈中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)測得的熱效應(yīng)為QV。已知兩種熱效應(yīng)之間的關(guān)系為，式中的n是指 ( ) (A) 生成物與反應(yīng)物總物質(zhì)的量之差 (B) 生成物與反應(yīng)物中，氣相物質(zhì)的物質(zhì)的量之差 (C) 生成物與反應(yīng)物中，凝聚相物質(zhì)的物質(zhì)的量之差 (D) 生成物與反應(yīng)物的總的熱容差 答：(B)。nRT一項(xiàng)來源于（pV）一項(xiàng)，若假定氣體是理想氣體，在溫度不變時（pV）就等于nRT13 在下述等式中，正確的是 ( )(A) (B) (C) (D) 答：(C)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓的定義，只有(C)是正確的。因?yàn)槭侵紕?，其?biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓規(guī)定為零。的燃燒產(chǎn)物是，而不是。14在298 K時，石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的值 ( )(A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能確定 答：(C)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的定義，穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓規(guī)定為零?，F(xiàn)在人為選定，將石墨作為碳的穩(wěn)定單質(zhì)。15在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，已知，則金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的值等于 ( ) (A) (B) (C) (D) 答：(D)。因?yàn)槿藶檫x定，將石墨作為碳的穩(wěn)定單質(zhì)，所以石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，即。金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是金剛石燃燒為二氧化碳反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焓變，即 利用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的公式，就可以得到金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。 所以 或者，根據(jù)石墨變?yōu)榻饎偸慕Y(jié)晶狀態(tài)變換反應(yīng) 這個反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變就等于金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，利用兩個物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓，就可以進(jìn)行計算 16某氣體的狀態(tài)方程為，b為大于零的常數(shù)，則下列結(jié)論正確的是 ( ) (A) 其焓H只是溫度T的函數(shù) (B) 其熱力學(xué)能U只是溫度T的函數(shù) (C) 其熱力學(xué)能和焓都只是溫度T的函數(shù) (D) 其熱力學(xué)能和焓不僅與溫度T有關(guān)，還與氣體的體積Vm或壓力p有關(guān)答：（B）?？梢詮膬煞N途徑進(jìn)行解釋：（1） 將已知方程改寫為，與理想氣體的狀態(tài)方程對照，說明這種氣體的自身體積不能忽略，但是分子間的引力與理想氣體一樣，是小到可以忽略不計的。那么，它的熱力學(xué)能也只是溫度的函數(shù)。因?yàn)楦鶕?jù)焓的定義式，還會牽涉到體積，所以（C）不一定正確。*（2）用數(shù)學(xué)的方法來證明。藉助于Maxwell方程（見第三章），可以導(dǎo)出一個重要關(guān)系式對已知方程，求， 或者，在公式的雙方，都乘以，得 等式左邊消去相同項(xiàng)，并因?yàn)?，所以?這說明了，在溫度不變時，改變體積或壓力，熱力學(xué)能保持不變，所以只有（B）是正確的。五習(xí)題解析9在300 K時，有 （可視為理想氣體，），壓力為506.6 kPa。今在等溫下分別按如下兩種過程，膨脹至終態(tài)壓力為202.6 kPa， 等溫可逆膨脹； 等溫、等外壓膨脹。分別計算這兩種過程的Q，W，U和H。解： 理想氣體的可逆變化過程，。 的物質(zhì)的量為： 雖為不可逆過程，但還是等溫過程，所以。 10 在573 K時，將1 mol Ne（可視為理想氣體）從1 000 kPa經(jīng)絕熱可逆膨脹到100 kPa。求Q，W，U和H。解：因該過程為絕熱可逆過程，故，。首先應(yīng)計算出終態(tài)溫度。根據(jù)理想氣體的絕熱可逆過程方程式 因?yàn)槭抢硐霘怏w，根據(jù)狀態(tài)方程有，代入上式，可得 移項(xiàng)得 因?yàn)槎栊詺怏w是單原子分子氣體，根據(jù)能量均分原理，所以。理想氣體的，代入上式，得 解得 11有的單原子分子的理想氣體，始態(tài)為273 K，1 000 kPa。現(xiàn)分別經(jīng)等溫可逆膨脹，絕熱可逆膨脹，絕熱等外壓膨脹，到達(dá)相同的終態(tài)壓力100 kPa。請分別計算終態(tài)溫度、終態(tài)體積和所做的功。解： 等溫可逆膨脹， ， 解法1：根據(jù)理想氣體的絕熱可逆過程方程式 因?yàn)槭抢硐霘怏w，根據(jù)狀態(tài)方程有，代入上式，可得 移項(xiàng)得 因?yàn)槎栊詺怏w是單原子分子氣體，根據(jù)能量均分原理，所以。理想氣體的，代入上式，得 解得 解法2：運(yùn)用絕熱可逆過程方程式 ，即，對于單原子理想氣體 對于理想氣體的絕熱不可逆過程，不能使用絕熱可逆過程方程式。但是這個公式無論對絕熱可逆還是絕熱不可逆過程都能使用。所以對于絕熱等外壓膨脹，用公式求終態(tài)溫度。因?yàn)?解得 9在下列過程中，Q ，W，U，H，S，G和A的數(shù)值，哪些等于零？哪些函數(shù)的值相等？ (1) 理想氣體真空膨脹 (2) 實(shí)際氣體絕熱可逆膨脹 (3) 水在正常凝固點(diǎn)時結(jié)成冰 (4) 理想氣體等溫可逆膨脹 (5) H2(g)和O2(g)在絕熱鋼瓶中生成水 (6) 在等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下，下列化學(xué)反應(yīng)達(dá)成平衡 答：（1） ，（2） （3） （4） （5） （6） ，10 298 K時，一個箱子的一邊是1 mol N2 (100 kPa)，另一邊是2 mol N2 (200 kPa )，中間用隔板分開。問在298 K時，抽去隔板后的熵變值如何計算？答：設(shè)想隔板可以活動，平衡時隔板兩邊氣體的壓力均為150 kPa。在等溫、等壓下，相同的理想氣體混合時的熵變等于零，即。只要計算氣體從始態(tài)壓力到終態(tài)壓力的熵變， 11 指出下列理想氣體，在等溫混合過程中的熵變計算式。(1) (2) (3) 答： (1) 。因?yàn)橄嗤瑲怏w混合，總體積沒變，相當(dāng)于每個氣體的體積都縮小了一半。(2) 。因?yàn)槔硐霘怏w不考慮分子自身的體積，兩種氣體的活動范圍都沒有改變。(3) 。因?yàn)橥悮怏w混合，體積是原來體積的加和，氣體的活動范圍都沒有改變，僅是加和而已。12四個熱力學(xué)基本公式適用的條件是什么？ 是否一定要可逆過程？答： 適用于組成不變的均相封閉系統(tǒng)，不作非膨脹功的一切過程。不一定是可逆過程。因?yàn)樵诠酵茖?dǎo)時，雖然用了的關(guān)系式，這公式只有對可逆過程成立，但是由于基本公式中計算的是狀態(tài)函數(shù)的變化量，對于不可逆過程，可以設(shè)計一個始終態(tài)相同的可逆過程進(jìn)行運(yùn)算。四概念題參考答案1理想氣體在等溫條件下反抗恒定外壓膨脹，該變化過程中系統(tǒng)的熵變及環(huán)境的熵變應(yīng)為： （ ）(A) >0，=0 （B） <0，=0(C) >0，<0 （D） <0，>0答：（C）。理想氣體等溫膨脹，體積增加，熵增加，但要從環(huán)境吸熱，故環(huán)境的熵減少。2在絕熱條件下，用大于氣缸內(nèi)的壓力迅速推動活塞壓縮氣體，氣體的熵變：( ) (A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能確定 答：(A)。封閉系統(tǒng)的絕熱不可逆過程，熵增加，這就是熵增加原理。因?yàn)闅怏w的體積雖然變小了，但是它的溫度升高了，總的熵一定是增加的。3和在絕熱鋼瓶中反應(yīng)生成水的過程( ) (A) H = 0 (B) U = 0 (C) S = 0 (D) G = 0 答：(B)。因?yàn)殇撈渴呛闳莸?，并與外界無功和熱的交換，所以能量守衡，U = 0。4在273.15 K和101 325 Pa條件下，水凝結(jié)為冰，系統(tǒng)的下列熱力學(xué)量中，何者一定為零？ ( )(A) U (B) H (C) S (D) G 答：(D)。等溫、等壓、不作非膨脹功的可逆相變，Gibbs自由能等于零。5一定量的理想氣體向真空作絕熱膨脹，體積從變到，則熵變的計算公式為 （ ）（A） （B）（C） （D）無法計算答：(B)。雖然真空絕熱膨脹是一個不可逆過程，但是理想氣體的溫度不變，可以設(shè)計一個始、終態(tài)相同的等溫可逆膨脹過程，用（B）式來計算熵變。6在對和的混合氣體進(jìn)行絕熱可逆壓縮，系統(tǒng)的熱力學(xué)函數(shù)變化值在下列結(jié)論中正確的是： ( )(A) U = 0 (B) A = 0 (C) S = 0 (D) G = 0 答：(C)。絕熱可逆過程是恒熵過程，由于QR= 0，所以S = 0。7 1 mol 單原子分子理想氣體，溫度由T1變到T2時，等壓可逆過程，系統(tǒng)的熵變?yōu)?，等容可逆過程，系統(tǒng)的熵變?yōu)?，兩著之比等于? )(A) (B) (C) (D) 答：(D)。等壓、變溫可逆過程，等容、變溫可逆過程，?，F(xiàn)在溫度區(qū)間相同，單原子分子理想氣體的，所以，相當(dāng)于摩爾等壓熱容與摩爾等容熱容之比。8純的在 373 K，的條件下，可逆汽化為同溫同壓的，熱力學(xué)函數(shù)的變量為 U1，H1和 G1；現(xiàn)把純的（溫度、壓力同上），放在373 K 的恒溫真空箱中，控制體積，使系統(tǒng)終態(tài)的蒸氣壓也為，這時熱力學(xué)函數(shù)變量為U2，H2和 G2。這兩組熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系為： ( ) (A) U1> U2， H1> H2， G1> G2 (B) U1< U2， H1< H2， G1< G2 (C) U1= U2， H1= H2， G1= G2 (D) U1= U2， H1> H2， G1= G2 答：(C)。系統(tǒng)的始態(tài)與終態(tài)都相同，所有熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)的變量也都相同，與變化途徑無關(guān)。9 298 K時，1 mol 理想氣體等溫可逆膨脹，壓力從1 000 kPa變到100 kPa，系統(tǒng)的Gibbs自由能的變化值為 ( ) (A) (B) (C) (D) 答：(D)。理想氣體等溫可逆膨脹，10對于不做非膨脹功的隔離系統(tǒng)，熵判據(jù)為： ( ) （A） （B） （C） （D）答：(D)。在不做非膨脹功時，保持系統(tǒng)的U，V不變，即膨脹功等于零，這就是一個隔離系統(tǒng)。11甲苯在時的正常沸點(diǎn)為110，現(xiàn)在將1 mol甲苯放入與110的熱源接觸的真空容器中，控制容器的容積，使甲苯迅速氣化為同溫、同壓的蒸氣。如下描述該過程的熱力學(xué)變量正確的是 （ ）（A） （B）（C） （D）答：(D)。甲苯的始、終態(tài)與等溫、等壓可逆蒸發(fā)的始終態(tài)完全相同，所以狀態(tài)函數(shù)的變化量也相同。對于等溫、等壓可逆相變，。12 某實(shí)際氣體的狀態(tài)方程為，其中為大于零的常數(shù)，該氣體經(jīng)等溫可逆膨脹后，其熱力學(xué)能將 ( ) (A) 不變 (B) 增大 (C) 減少 (D) 不能確定 答：(A)?？梢詫⒃搶?shí)際氣體的狀態(tài)方程改寫為，與理想氣體的狀態(tài)方程相比，只對體積項(xiàng)進(jìn)行了校正，說明該實(shí)際氣體分子本身所占的體積不能忽略，但對壓力項(xiàng)沒有進(jìn)行校正，說明該氣體分子之間的相互作用可以忽略，這一點(diǎn)與理想氣體相同，所以在膨脹時，不需克服分子間的引力，所以在等溫膨脹時，熱力學(xué)能保持不變。這種氣體作絕熱真空膨脹時，溫度也不會改變。13在封閉系統(tǒng)中，若某過程的，應(yīng)滿足的條件是（ ） （A）等溫、可逆過程 （B）等容、可逆過程 （C）等溫、等壓、可逆過程 （D）等溫、等容、可逆過程答：（A）。在等溫、可逆過程中，Helmholtz自由能的變化值就等于對環(huán)境做的最大功，包括膨脹功和非膨脹功，這就是將Helmholtz自由能稱為功函的原因。在定義Helmholtz自由能時，只引入了等溫的條件。14 熱力學(xué)第三定律也可以表示為 ( ) (A) 在0 K時，任何晶體的熵等于零 (B) 在0 K時，任何完整晶體的熵等于零 (C) 在0 時，任何晶體的熵等于零 （D）在0 時，任何完整晶體的熵等于零 答：(B)。完整晶體通常只有一種排列方式，根據(jù)描述熵的本質(zhì)的Boltzmann公式，可得到，在0 K時，完整晶體的，則熵等于零。15純在標(biāo)準(zhǔn)壓力和正常沸點(diǎn)時，等溫、等壓可逆汽化，則( ) (A) vapU$=vapH$，vapA$=vapG$，vapS$> 0 (B) vapU$<vapH$，vapA$<vapG$，vapS$> 0 (C) vapU$>vapH$，vapA$>vapG$，vapS$< 0 (D) vapU$<vapH$，vapA$<vapG$，vapS$< 0答：(B)。任何液體在汽化時，其vapS$> 0。在正常沸點(diǎn)等溫、等壓可逆汽化時，vapG$=0，液體等壓變?yōu)闅怏w時，要對環(huán)境做功，所以vapA$<0，vapU$<vapH$。16在 -10、101.325kPa下，1mol水凝結(jié)成冰的過程中，下列哪個公式仍適用 （ ）(A) U = TS (B) (C) H = TS + Vp (D) GT,p = 0答：(B)。過冷水結(jié)冰是一個不可逆過程，但是溫度保持不變，根據(jù)Gibbs自由能的定義式，在等溫時，這個公式總是可以使用的。只是和的數(shù)值要通過設(shè)計可逆過程進(jìn)行計算。五習(xí)題解析5有2 mol單原子分子理想氣體，由始態(tài)500 kPa，323 K 加熱到終態(tài)1 000 kPa，373 K。試計算此氣體的熵變。 解：這是一個p,V,T都改變的過程，計算熵變要分兩步進(jìn)行。第一步，等溫可逆改變壓力的過程，第二步，等壓可逆改變溫度的過程，熵變的計算式為 11 1mol 理想氣體，在273 K等溫可逆地從1 000 kPa膨脹到100 kPa，試計算此過程的Q，W以及氣體的U，H，S，G和A 。解： 理想氣體等溫可逆膨脹，U = 0 ，H =0， 三思考題參考答案1偏摩爾量與摩爾量有什么異同？答：對于單組分系統(tǒng)，只有摩爾量，而沒有偏摩爾量。或者說，在單組分系統(tǒng)中，偏摩爾量就等于摩爾量。只有對多組分系統(tǒng)，物質(zhì)的量也成為系統(tǒng)的變量，當(dāng)某物質(zhì)的量發(fā)生改變時，也會引起系統(tǒng)的容量性質(zhì)的改變，這時才引入了偏摩爾量的概念。系統(tǒng)總的容量性質(zhì)要用偏摩爾量的加和公式計算，而不能用純的物質(zhì)的摩爾量乘以物質(zhì)的量來計算。2什么是化學(xué)勢？與偏摩爾量有什么區(qū)別？答：化學(xué)勢的廣義定義是：保持某熱力學(xué)函數(shù)的兩個特征變量和除B以外的其他組分不變時，該熱力學(xué)函數(shù)對B物質(zhì)的量求偏微分。通常所說的化學(xué)勢是指它的狹意定義，即偏摩爾Gibbs自由能，即在等溫、等壓下，保持除B以外的其它物質(zhì)組成不變時，Gibbs自由能隨B物質(zhì)的量的改變的變化率稱為化學(xué)勢。用公式表示為： 偏摩爾量是指，在等溫、等壓條件下，保持除B以外的其余組分不變，系統(tǒng)的廣度性質(zhì)X隨組分B的物質(zhì)的量的變化率，稱為物質(zhì)B的某種廣度性質(zhì)X的偏摩爾量，用表示。也可以看作在一個等溫、等壓、保持組成不變的多組分系統(tǒng)中，當(dāng)時，物質(zhì)B所具有的廣度性質(zhì)，偏摩爾量的定義式為 化學(xué)勢與偏摩爾量的定義不同，偏微分的下標(biāo)也不同。但有一個例外，即Gibbs自由能的偏摩爾量和化學(xué)勢是一回事，狹意的化學(xué)勢就是偏摩爾Gibbs自由能。3Roult 定律和Henry定律的表示式和適用條件分別是什么？答：Roult 定律的表示式為：。式中為純?nèi)軇┑恼魵鈮?，為溶液中溶劑的蒸氣壓，為溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。該公式用來計算溶劑的蒸氣壓。適用條件為：定溫、稀溶液、非揮發(fā)性溶質(zhì)，后來推廣到液態(tài)混合物。Henry定律的表示式為：。式中，和分別是物質(zhì)B用不同濃度表示時的Henry系數(shù)，Henry系數(shù)與溫度、壓力、溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)有關(guān)。適用條件為：定溫、稀溶液、氣體溶質(zhì)，溶解分子在氣相和液相有相同的分子狀態(tài)。對于液態(tài)混合物，Henry定律與Roult定律是等效的，Henry系數(shù)就等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮骸?什么是稀溶液的依數(shù)性？稀溶液有哪些依數(shù)性？答： 稀溶液依數(shù)性是指在溶劑的種類和數(shù)量固定后，這些性質(zhì)只取決于所含溶質(zhì)粒子的數(shù)目，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。 稀溶液中由于溶劑的蒸氣壓降低，因而導(dǎo)致如下依數(shù)性質(zhì)： （1）凝固點(diǎn)下降；（2）沸點(diǎn)升高；（3）滲透壓。四概念題參考答案12 mol A物質(zhì)和3 mol B物質(zhì)在等溫、等壓下，混合形成理想液態(tài)混合物，該系統(tǒng)中A和B的偏摩爾體積分別為1.7910-5 m3mol-1，2.1510-5 m3mol-1 ，則混合物的總體積為 ( ) (A) 9.6710-5 m3 (B) 9.8510-5 m3 (C) 1.00310-4 m3 (D) 8.9510-5 m3 答：(C)。 運(yùn)用偏摩爾量的加和公式 2下列偏微分中，能稱為偏摩爾量的是 （ ）（A）（B）（C）（D）答：（A）。根據(jù)偏摩爾量定義，凡是容量性質(zhì)才有偏摩爾量，而且一定要符合等溫、等壓、除B以外的其他組成不變時，某容量性質(zhì)隨物質(zhì)B的物質(zhì)的量的變化率，才能稱為偏摩爾量，只有（A）符合。3下列偏微分中，不是化學(xué)勢的是 （ ）（A）（B）（C）（D） 答：（B）?；瘜W(xué)勢的廣義定義是，在保持某熱力學(xué)函數(shù)相應(yīng)的兩個特征變量和除B以外的其他組分不變的情況下，該熱力學(xué)函數(shù)對求偏微分稱為化學(xué)勢。焓的兩個特征變量是，所以（B）是偏摩爾量，而不是化學(xué)勢。4 已知373 K時，液體A的飽和蒸氣壓為133.24 kPa，液體B的飽和蒸氣壓為66.62 kPa。設(shè)A和B 形成理想液態(tài)混合物，當(dāng)A在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5時，在氣相中A的摩爾分?jǐn)?shù)等于 ( ) (A) 1 (B) 1/2 (C) 2/3 (D) 1/3答：(C)。 用Roult定律算出總蒸氣壓，再把A的蒸氣壓除以總蒸氣壓。 或 5在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，苯和甲苯形成理想的液態(tài)混合物。第一份混合物體積為2 dm3，苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.25，苯的化學(xué)勢為m1,第二份混合物的體積為1 dm3，苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5，化學(xué)勢為2，則 ( ) (A) m1>2 (B) m1<2 (C) m1=2 (D) 不確定 答：(B)。化學(xué)勢是偏摩爾Gibbs自由能，是強(qiáng)度性質(zhì)，與混合物的總體積無關(guān)，而與混合物的濃度有關(guān)。根據(jù)理想液態(tài)混合物的化學(xué)勢表示式， 因?yàn)榈谝环葜斜降哪柗謹(jǐn)?shù)低于第二份中的摩爾分?jǐn)?shù)，故化學(xué)勢小。6在溫度T時，純液體A的飽和蒸氣壓為，化學(xué)勢為，并且已知在大氣壓力下的凝固點(diǎn)為，當(dāng)A中溶入少量與A不形成固態(tài)溶液的溶質(zhì)而形成稀溶液時，上述三個物理量分別為，和，則 ( ) (A) ， (B) ， (C) ， (D) ， 答：(D)。純液體A的飽和蒸氣壓和化學(xué)勢比稀溶液中的大，加入溶質(zhì)后，稀溶液的凝固點(diǎn)會下降。7在298 K時，A和B兩種氣體單獨(dú)在某一溶劑中溶解，遵守Henry定律，Henry常數(shù)分別為kA和kB，且知kA> kB，則當(dāng)A和B（平衡時）的壓力相同時，在一定量的該溶劑中所溶解的A和B的量的關(guān)系為 （ ） (A) A 的量大于 B 的量 (B) A 的量小于 B 的量 (C) A 的量等于 B 的量 (D) A 的量與B的量無法比較答：(B)。根據(jù)Henry定律，當(dāng)平衡壓力相同時，Henry常數(shù)大的氣體溶質(zhì)，其溶解的量反而小。8在400 K時，液體A的蒸氣壓為，液體B 的蒸氣壓為，兩者組成理想液態(tài)混合物。在達(dá)平衡的溶液中，A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.6，則氣相中B的摩爾分?jǐn)?shù)等于 ( ) (A) 0.60 (B) 0.50 (C) 0.40 (D) 0.30答：(B)。用Roult定律算出總蒸氣壓，再把B的蒸氣壓除以總蒸氣壓 9在50時，液體A的飽和蒸氣壓是液體B的飽和蒸氣壓的3倍，A和B兩液體形成理想液態(tài)混合物。達(dá)氣-液平衡時，在液相中A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5，則在氣相中B的摩爾分?jǐn)?shù)為 ( ) (A) 0.15 (B) 0.25 (C) 0.5 (D) 0.65答：(B)。用Roult定律算出總蒸氣壓，再把B的蒸氣壓除以總蒸氣壓 10在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，有兩瓶含萘的苯溶液。在第一瓶中有溶液，溶有0.5 mol萘，化學(xué)勢為。在第二瓶中有溶液，溶有0.25 mol萘，化學(xué)勢為。兩個化學(xué)勢大小的關(guān)系為 ( ) (A) (B) (C) (D) 答：(D)。 化學(xué)勢是偏摩爾Gibbs自由能，是強(qiáng)度性質(zhì)，與混合物的總體積無關(guān)，而與混合物的濃度有關(guān)。兩份的濃度相同，故化學(xué)勢相等。11在時，的化學(xué)勢為，的化學(xué)勢為，兩者大小的關(guān)系為 ( )(A) (B) (C) (D) 無法比較答：(C)。已知，對于純組分系統(tǒng)，則。因?yàn)椋?。在下，會自發(fā)變?yōu)椤＜丛谙嗤瑴囟认?，加壓可以使熔化?2在兩只燒杯中，各盛有1 kg。向A杯中加入0.01 mol蔗糖，向B杯中加入0.01 mol NaCl，溶解完畢后，兩只燒杯按同樣的速度冷卻降溫，則 ( ) (A) A杯先結(jié)冰 (B) B杯先結(jié)冰 (C) 兩杯同時結(jié)冰 (D) 不能預(yù)測其結(jié)冰的次序 答：(A)。稀溶液的依數(shù)性只與粒子的數(shù)量有關(guān)，而與粒子的性質(zhì)無關(guān)。B杯內(nèi)溶入的是NaCl，NaCl在水中解離，其粒子數(shù)幾乎是A杯中的兩倍，B杯中溶液的凝固點(diǎn)下降得多，所以A杯先結(jié)冰。13在恒溫的玻璃罩中，封入一杯糖水（A杯）和一杯純水(B杯)，使兩杯的液面相同，將玻璃罩抽成真空。經(jīng)歷若干時間后，兩杯液面的高度將是 ( ) (A) A 杯高于 B 杯 (B) A 杯等于 B 杯 (C) A 杯低于 B 杯 (D) 視溫度而定 答：(A)。純水的飽和蒸氣壓大于糖水，純水不斷蒸發(fā)，蒸氣在含糖水的A 杯中不斷凝聚，所以A 杯液面高于B 杯。14冬季建筑施工中，為了保證施工質(zhì)量，常在澆注混凝土?xí)r加入少量鹽類，其主要作用是？ ( ) (A) 增加混凝土的強(qiáng)度 (B) 防止建筑物被腐蝕 (C) 降低混凝土的固化溫度 (D) 吸收混凝土中的水份答：(C)?；炷林屑尤肷倭葵}類后，使凝固點(diǎn)下降，防止混凝土結(jié)冰而影響建筑物的強(qiáng)度。15鹽堿地的農(nóng)作物長勢不良，甚至枯萎，其主要原因是 ( ) (A) 天氣太熱 (B) 很少下雨 (C) 肥料不足 (D) 水分從植物細(xì)胞向土壤倒流 答：(D)。 鹽堿地中含鹽量高，水在植物細(xì)胞中的化學(xué)勢大于在鹽堿地中的化學(xué)勢，水分會從植物細(xì)胞向土壤滲透，使農(nóng)作物長勢不良。四概念題參考答案1在等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下，當(dāng)反應(yīng)的時，該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向?yàn)?( ) (A) 正向自發(fā)進(jìn)行 (B) 逆向自發(fā)進(jìn)行 (C) 無法判斷 (D) 反應(yīng)不能進(jìn)行答：(C)。 判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，要用等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下的變化值，而不能用的值。除非該反應(yīng)是在標(biāo)準(zhǔn)壓力下進(jìn)行，則，反應(yīng)能逆向自發(fā)進(jìn)行?；蛘呤且粋€絕對值很大的負(fù)值，改變壓力商也不可能改變的符號，則也小于零，這時可以估計反應(yīng)能自發(fā)正向進(jìn)行。2理想氣體混合物在化學(xué)反應(yīng)達(dá)平衡時，應(yīng)該使用下列哪個關(guān)系式？ （ ） （A） （B）（C） （D）答：（B）。根據(jù)理想氣體化學(xué)勢的表示式，對數(shù)項(xiàng)中用表示，在化學(xué)反應(yīng)等溫式中，對數(shù)項(xiàng)中是壓力商，達(dá)平衡時，是平衡時的壓力商，所以標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是，相應(yīng)的Gibbs自由能的變化值為。3理想氣體反應(yīng)的與溫度T的關(guān)系為：。若要使反應(yīng)的平衡常數(shù)大于1，則應(yīng)控制的反應(yīng)溫度為 ( ) (A) 必須低于409.3 (B) 必須高于 (C) 必須低于 (D) 必須等于答：(C)。與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的關(guān)系式為，要使，則。從已知的關(guān)系式，解得。要使反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下能自發(fā)正向進(jìn)行，必須小于零，所以，根據(jù)已知的關(guān)系式，反應(yīng)溫度必須低于。4在973 K時，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。若將如下各分壓的理想氣體混合在一起，在相同溫度下，反應(yīng)的方向?qū)?( ) (A) 向右進(jìn)行 (B) 向左進(jìn)行 (C) 處于平衡狀態(tài) (D) 無法判斷答：（A）。有一個可以作為判據(jù)的化學(xué)反應(yīng)等溫式為如果若，則，反應(yīng)可自發(fā)向右正向進(jìn)行。這個反應(yīng)的值為遠(yuǎn)小于的值，所以反應(yīng)自發(fā)向