物理化學(xué)：1.第一章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ) 習(xí)題解答

1、第一章 化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)1-1 氣體體積功的計(jì)算式 中，為什么要用環(huán)境的壓力？在什么情況下可用體系的壓力？ 答： 在體系發(fā)生定壓變化過(guò)程時(shí)，氣體體積功的計(jì)算式 中，可用體系的壓力代替。1-2 298K時(shí)，5mol 的理想氣體，在（1）定溫可逆膨脹為原體積的 2 倍； ( 2 )定壓下加熱到373K；（3）定容下加熱到373K。已知 Cv,m = 28.28Jmol-1K-1。 計(jì)算三過(guò)程的Q、W、U、H和S。解 （1） U = H = 0 （2） W = U QP = 3.12 kJ （3） W = 0 1-3 容器內(nèi)有理想氣體，n=2mol , P=10Pq，T=300K。求 (1) 在空氣中

2、膨脹了1dm3，做功多少？ (2) 膨脹到容器內(nèi)壓力為 lPq，做了多少功？(3）膨脹時(shí)外壓總比氣體的壓力小 dP , 問(wèn)容器內(nèi)氣體壓力降到 lPq時(shí)，氣體做多少功？解：（1）此變化過(guò)程為恒外壓的膨脹過(guò)程，且 （2）此變化過(guò)程為恒外壓的膨脹過(guò)程，且 （3） 1-4 1mol 理想氣體在300K下，1dm3定溫可逆地膨脹至10dm3，求此過(guò)程的 Q 、W、U及H。解： U = H = 0 1-5 1molH2由始態(tài)25及Pq可逆絕熱壓縮至 5dm-3, 求（1）最后溫度；(2）最后壓力； ( 3 ) 過(guò)程做功。解：（1） （2） （3） 1-6 40g氦在3Pq 下從25加熱到50，試求該過(guò)程的

3、H、U、Q和W 。設(shè)氦是理想氣體。（ He的M=4 gmol-1 )解： W = U QP = -2078.5J1-7 已知水在100 時(shí)蒸發(fā)熱為2259.4 Jg-1，則100時(shí)蒸發(fā)30g水，過(guò)程的U、H 、 Q和W為多少？（計(jì)算時(shí)可忽略液態(tài)水的體積）解： 1-81-9 298K時(shí)將1mol液態(tài)苯氧化為CO2 和 H2O ( l ) ，其定容熱為 3267 kJmol-1 , 求定壓反應(yīng)熱為多少？解： C6H6 (l) + 7.5O2 (g) 6CO2 (g) +3 H2O ( l )1-101-11 300K時(shí)2mol理想氣體由ldm-3可逆膨脹至 10dm-3 ，計(jì)算此過(guò)程的嫡變。解：

4、1-12已知反應(yīng)在298K時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下 C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (l)f Hm /kJmol-1 52.3 241.8 277.6CP , m / JK-1mol-1 43.6 33.6 111.5計(jì)算（1）298K時(shí)反應(yīng)的r Hm 。 （2）反應(yīng)物的溫度為288K，產(chǎn)物的溫度為348K時(shí)反應(yīng)的r Hm 。解（1） rHm = 277.6 + 241.8 52.3 = 88.1 kJmol-1 （2） 288K C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (l) 348K H1 H2 H3 298K C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (

5、l) 298K rHm = rHm ( 298K ) + H1 + H2 + H3 = 88.1 + ( 43.6 + 33.6 ) (298-288) + 111.5( 348-298)10-3 = - 81.75 kJmol-1 1-13 定容下，理想氣體lmolN2由300K加熱到600K ，求過(guò)程的S。 已知 解： 1-14 若上題是在定壓下進(jìn)行，求過(guò)程的嫡變。解： 1-15 101.3kPa下，2mol甲醇在正常沸點(diǎn)337.2K時(shí)氣化，求體系和環(huán)境的嫡變各為多少？已知甲醇的氣化熱Hm = 35.1kJmol-1解： 1-16 絕熱瓶中有373K的熱水，因絕熱瓶絕熱稍差，有4000J的

6、熱量流人溫度為298K的空氣中，求（1）絕熱瓶的S體；(2）環(huán)境的S環(huán)；(3）總熵變S總。解：近似認(rèn)為傳熱過(guò)程是可逆過(guò)程 S總 = S體 + S環(huán) = 2.70JK-11-17 在298K及標(biāo)準(zhǔn)壓力下，用過(guò)量100%的空氣燃燒 1mol CH4 , 若反應(yīng)熱完全用于加熱產(chǎn)物，求燃燒所能達(dá)到的最高溫度。CH4 O2 CO2 H2O (g) N2f Hm /kJmol-1 74.81 0 393.51 - 241.82CP , m / JK-1mol-1 28.17 26.75 29.16 27.32解; 空氣中 n (O2) = 4mol , n (N2) = n (O2) (79%21%)=

7、15mol CH4(g) +2 O2 CO2 (g) + 2H2O (g) rHm ( 298K ) = 2(-241.82) + (-393.51) (-74.81) = - 802.34 kJ 反應(yīng)后產(chǎn)物的含量為： O2 CO2 H2O (g) N2 n / mol 2 1 2 15 - 802.34103 + ( 228.17+ 1527.32 + 26.75 + 229.16 )(T-298) = 0 T = 1754K1-18在110、105Pa下使 1mol H2O(l) 蒸發(fā)為水蒸氣，計(jì)算這一過(guò)程體系和環(huán)境的熵變。已知H2O(g) 和H2O(l)的熱容分別為1.866 JK-1g

8、-1和4.184 JK-1g-1，在100、105Pa下H2O(l)的的汽化熱為 2255.176 Jg-1。解: 1mol H2O(l , 110, 105Pa ) - 1mol H2O(g , 110, 105Pa ) H1 , S1 H3 , S3 1mol H2O(l , 100, 105Pa ) - 1mol H2O(g , 100, 105Pa ) H2 , S2 = 40.176 kJ = 107.7 JK-1 1-20 1mol ideal gas with Cv,m = 21JK-1mol-1,was heated from 300K to 600K by (1) rever

9、sible isochoric process; (2)reversible isobaric process. Calculate the U separately.解：（1）由題知 U = n Cv,m T = 121（600300）= 6300（J）(2) 對(duì)i.g由于U只是溫度的函數(shù)， 所以U2 = U1 = 6300（J）1-191-21 Calculate the heat of vaporization of 1mol liquid water at 20, 101.325kPa. vapHm(water) = 40.67 kJmol-1, Cp,m(water) = 75.3 JK-1mol-1, Cp,m(water vapor) = 33.2 JK-1mol-1 at 100, 101.325kPa.解： 1mol H2O(l , 20, 105Pa ) - 1mol H2O(g , 20, 105Pa ) H1 , H3 , 1mol H2O(l ,