物理化學 天津大學到課后答案完整版

1、第二章 熱力學第一定律2.1  1mol理想氣體在恒定壓力下溫度升高1，求過程中系統(tǒng)與環(huán)境交換的功。解：理想氣體n = 1mol對于理想氣體恒壓過程,應用式（）W =pambV =p(V2-V1) =(nRT2-nRT1) =8.314J2.2  1mol水蒸氣(H2O,g)在100,101.325kPa下全部凝結成液態(tài)水。求過程的功。假設：相對于水蒸氣的體積，液態(tài)水的體積可以忽略不計。解: n = 1mol  恒溫恒壓相變過程,水蒸氣可看作理想氣體, 應用式（）W =pambV =p(Vl-Vg ) pVg = nRT = 3.102kJ2.3  在2

2、5及恒定壓力下，電解1mol水(H2O,l)，求過程的體積功。         H2O(l)      H2(g)  +  1/2O2(g)解: n = 1mol  恒溫恒壓化學變化過程, 應用式（）W=pambV =(p2V2-p1V1)p2V2 =n2RT=3.718kJ2.4  系統(tǒng)由相同的始態(tài)經(jīng)過不同途徑達到相同的末態(tài)。若途徑a的Qa=2.078kJ,Wa=4.157kJ；而途徑b的Qb=0.692kJ。求Wb.解:&

3、#160;  熱力學能變只與始末態(tài)有關,與具體途徑無關,故 Ua = Ub由熱力學第一定律可得   Qa + Wa = Qb + Wb Wb = Qa + Wa Qb = 1.387kJ  2.5 始態(tài)為25，200 kPa的5 mol某理想氣體，經(jīng)途徑a，b兩不同途徑到達相同的末態(tài)。途經(jīng)a先經(jīng)絕熱膨脹到 -28.47，100 kPa，步驟的功；再恒容加熱到壓力200 kPa的末態(tài)，步驟的熱。途徑b為恒壓加熱過程。求途徑b的及。       解：先確定系統(tǒng)的始、末態(tài)  

4、60;                                            對于途徑b，其功為       根據(jù)熱力學第一定律

5、60;             2.6  4mol某理想氣體，溫度升高20, 求HU的值。       解：根據(jù)焓的定義            2.7  已知水在25的密度=997.04kg·m-3。求1mol水(H2O,l)在25下：（1）壓力從100kPa增加至20

6、0kPa時的H;（2）壓力從100kPa增加至1Mpa時的H。假設水的密度不隨壓力改變，在此壓力范圍內(nèi)水的摩爾熱力學能近似認為與壓力無關。解: 已知 = 997.04kg·m-3   MH2O = 18.015 × 10-3 kg·mol-1凝聚相物質恒溫變壓過程, 水的密度不隨壓力改變,1molH2O(l)的體積在此壓力范圍可認為不變, 則  VH2O = m /= M/H U = (pV) = V(p2 p1 ) 摩爾熱力學能變與壓力無關, U = 0H = (pV) = V(p2 p1 ) 1) H U = (pV) = V(p

7、2 p1 ) = 1.8J2) H U = (pV) = V(p2 p1 ) = 16.2J2.8  某理想氣體Cv,m=3/2R。今有該氣體5mol在恒容下溫度升高50。求過程的W，Q，H和U。解: 理想氣體恒容升溫過程   n = 5mol    CV,m = 3/2RQV =U = n CV,mT = 5×1.5R×50 = 3.118kJW = 0H = U + nRT = n Cp,mT = n (CV,m+ R)T = 5×2.5R×50 = 5.196kJ2.9  某理想

8、氣體Cv,m=5/2R。今有該氣體5mol在恒壓下溫度降低50。求過程的W，Q，U和H。解: 理想氣體恒壓降溫過程   n = 5mol    CV,m = 5/2R   Cp,m = 7/2RQp =H = n Cp,mT = 5×3.5R×(50) = 7.275kJW =pambV =p(V2-V1) =(nRT2-nRT1) = 2.078kJU =HnRT = nCV,mT = 5×2.5R×(-50) = 5.196kJ2.10 2mol某理想氣體，Cp,m=7/2R。由始

9、態(tài)100kPa,50dm3，先恒容加熱使壓力升高至200kPa，再恒壓冷卻使體積縮小至25dm3。求整個過程的W，Q，H和U。解：過程圖示如下                      由于，則，對有理想氣體和只是溫度的函數(shù)               

10、60;           該途徑只涉及恒容和恒壓過程，因此計算功是方便的                                     根據(jù)熱力學第

11、一定律                               2.15 容積為0.1m3的恒容密閉容器中有一絕熱隔板,其兩側分別為0,4mol的Ar(g)及150,2mol的Cu(s)?，F(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H 。已知：Ar(g)和Cu(s)的摩爾定壓熱容Cp,m分別為20.786

12、J·mol-1·K-1及24.435 J·mol-1·K-1，且假設均不隨溫度而變。 解:  恒容絕熱混合過程    Q = 0     W = 0由熱力學第一定律得過程 U=U(Ar,g)+U(Cu,s)= 0U(Ar,g) = n(Ar,g) CV,m (Ar,g)×(t20) U(Cu,S) H (Cu,s) = n(Cu,s)Cp,m(Cu,s)×(t2150)解得末態(tài)溫度 t2 = 74.23又得過程 H =H(Ar,g) + H(Cu,s)&#

13、160;  =n(Ar,g)Cp,m(Ar,g)×(t20) + n(Cu,s)Cp,m(Cu,s)×(t2150)   = 2.47kJ或 H =U+(pV) =n(Ar,g)RT=4×8314×(74.230)= 2.47kJ       2.21 求1molN2(g)在300K恒溫下從2dm3可逆膨脹到40dm3時的體積功Wr。（1）   假設N2(g)為理想氣體；（2）   假設N2(g)為范德華氣體，其范德

14、華常數(shù)見附錄。解: 題給過程為    n = 1mol 應用式()   （1） N2(g)為理想氣體    p = nRT/V  （2） N2(g)為范德華氣體   已知n=1mol  a =140.8×10-3Pa·m6·mol-2  b= 39.13×10-6m3·mol-1所以2.22 某雙原子理想氣體1mol從始態(tài)350K,200kPa經(jīng)過如下四個不同過程達到各自的平衡態(tài)，求各過程的功W。（1）&#

15、160;  恒溫下可逆膨脹到50kPa；（2）   恒溫反抗50kPa恒外壓不可逆膨脹；（3）   絕熱可逆膨脹到50kPa；（4）   絕熱反抗50kPa恒外壓不可逆膨脹。解: 雙原子理想氣體  n = 5mol；    CV,m =（ 5/2）R ；  Cp,m = （7/2）R     2.23 5mol雙原子理想氣體從始態(tài)300K,200kPa，先恒溫可逆膨脹到壓力為50kPa，再絕熱可逆壓縮到末態(tài)壓力200kPa。求

16、末態(tài)溫度T及整個過程的W，Q，UH和H。解: 理想氣體連續(xù)pVT變化過程. 題給過程為由絕熱可逆過程方程式得    1) H 和 U 只取決于始末態(tài),與中間過程無關H = n Cp,mT = n Cp,m(T3-T1) = 21.21kJU = n CV,mT = n CV,m(T3-T1) = 15.15kJ W2 =U = n CV,mT = n CV,m(T3-T2) = 15.15kJ  W = W1 + W2 = 2.14kJ3) 由熱力學第一定律得 Q =UW = 17.29kJ2.27 已知水(H2O,l)在100的飽和蒸氣壓ps

17、=101.325kPa，在此溫度、壓力下水的摩爾蒸發(fā)焓。求在100,101.325kPa下使1kg水蒸氣全部凝結成液體水時的W，Q，UH和H。設水蒸氣適用理想氣體狀態(tài)方程式。解: 題給過程的始末態(tài)和過程特性如下：        n = m/M = 1kg/18.015g·mol-1 = 55.509mol 題給相變焓數(shù)據(jù)的溫度與上述相變過程溫度一致，直接應用公式計算W=pambV =p(Vl-Vg )pVg = ng RT=172.2kJU = Qp + W =2084.79kJ2.28 已知100kPa

18、下冰的熔點為0，此時冰的比熔化焓。水的平均比定壓熱容求在絕熱容器內(nèi)向1kg50的水中投入0.1kg0的冰后，系統(tǒng)末態(tài)的溫度。計算時不考慮容器的熱容。解：假設冰全部熔化，末態(tài)溫度為t：           整個過程絕熱  H = H1 +H2 +H3其中        整理可得末態(tài)溫度  t = 38.212.30 蒸氣鍋爐中連續(xù)不斷地注入20的水，將其加熱并蒸發(fā)成180，飽和蒸氣壓為1.003Mpa的水蒸氣

19、。求每生產(chǎn)1kg水蒸氣所需要的熱量。已知：水(H2O,l)在100的摩爾蒸發(fā)焓，水的平均摩爾定壓熱容，水蒸氣(H2O,g)的摩爾定壓熱容與溫度的函數(shù)關系見附錄。解: 2.31 100kPa下冰(H2O,s)的熔點為0.在此條件下冰的摩爾熔化焓。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和。求在常壓及-10下過冷水結冰的摩爾凝固焓。解: 在100kPa、273.15K下，水和冰互相平衡，所以在100kPa、263.15K的過冷水凝固為冰就偏離了平衡條件，因此該過程為不可逆相變化，設計途徑如下：2.32 已知水(H2O,l)在100的摩爾蒸發(fā)焓,水和水蒸氣在25100范圍間的

20、平均摩爾定壓熱容分別為和求在25時水的摩爾蒸發(fā)焓。解：由已知溫度的相變焓求未知溫度的相變焓，常壓下對氣體摩爾焓的影響通?？梢院雎裕芍苯討胮68公式()2.34 應用附錄中有關物質在25的標準摩爾生成焓的數(shù)據(jù)，計算下列反應在25時的和。解：         題給各反應的和分別計算如下:(1)  (2)   (3)  2.35 應用附錄中有關物質的熱化學數(shù)據(jù),計算25時反應的標準摩爾反應焓,       &

21、#160; 要求: （1）應用附錄中25的標準摩爾生成焓的數(shù)據(jù);（2）應用附錄中25的標準摩爾燃燒焓的數(shù)據(jù).解: (1) 由得:(2) 先分別求出CH3OH(l)、HCOOCH3(l)的標準摩爾燃燒焓.  應用附錄查出在25時        CH3OH(l)、HCOOCH3(l)的燃燒反應分別為:        再應用公式得: 第五章 化學平衡5.1   在某恒定的溫度和壓力下，取的A(g)進行如下化學反應  

22、60;                         若，試證明，當反應進度時，系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)G值為最小，這時A, B間達化學平衡。                  

23、0;              5.2   已知四氧化二氮的分解反應                            在298.15 K時，。試判斷在此溫度及下列條

24、件下，反應進行的方向。（1）    N2O4(100 kPa), NO2(1000 kPa);（2）    N2O4(1000 kPa), NO2(100 kPa);（3）    N2O4(300 kPa), NO2(200 kPa);解：由Jp進行判斷             5.3        1000

25、 K時，反應                            的。現(xiàn)有與碳反應的氣體混合物，其組成為體積分數(shù)    ，。試問：    （1）T = 1000 K，p = 100 kPa時，等于多少，甲烷能否形成？    &#

26、160;  （2）在1000 K下，壓力需增加到若干，上述合成甲烷的反應才可能進行。5.4        已知同一溫度，兩反應方程及其標準平衡常數(shù)如下：       求下列反應的。                     解：所給反應 = (2)(1)，因此5

27、.5        已知同一溫度，兩反應方程及其標準平衡常數(shù)如下：                            求下列反應的。           &

28、#160;         解：所給反應 = 2×(2)(1)，因此                    注：平衡組成的計算關鍵是物料衡算。5.6   在一個抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫，若它們之間沒有發(fā)生反應，則在375.3 K時的分壓分別為47.836 kPa和44.7

29、86 kPa。將容器保持在375.3 K，經(jīng)一定時間后，總壓力減少至86.096 kPa，且維持不變。求下列反應的K 。                            解：反應各組分物料衡算如下           

30、60;                       因此，                    5.7   使一定量摩爾比為1:3的氮、氫混合氣體在1174

31、K，3 MPa下通過鐵催化劑以合成氨。設反應達到平衡。出來的氣體混合物緩緩地通入20 cm3鹽酸吸收氨。用氣量計測得剩余氣體的體積相當于273.15 K，101.325 kPa的干燥氣體（不含水蒸氣）2.02 dm3。原鹽酸溶液20 cm3需用濃度為52.3 mmol·dm-3的氫氧化鉀溶液18.72 cm3滴定至終點。氣體通過后只需用同樣濃度的氫氧化鉀溶液15.17 cm3。求1174 K時，下列反應的。               

32、                          5.8        五氯化磷分解反應                

33、;            在200時的，計算：       （1）200，200 kPa下PCl5的解離度。       （2）摩爾比為1:5的PCl5與Cl2的混合物，在200，101.325 kPa下，求        達到化學平衡時PCl5的解離度。解：（1）設200，200 kPa下五氯化磷的解離度為

34、，則5.9        在994 K，使純氫氣慢慢地通過過量的CoO(s)，則氧化物部分地被還原為Co(s)。出來的平衡氣體中氫的體積分數(shù)。在同一溫度，若用CO還原CoO(s)，平衡后氣體中一氧化碳的體積分數(shù)。求等物質的量的一氧化碳和水蒸氣的混合物在994 K下，通過適當催化劑進行反應，其平衡轉化率為多少？       解：兩還原反應的化學計量式分別為         

35、60;                         一氧化碳與水蒸氣的反應                         &

36、#160;         顯然，(3) = (2) (1)，因此                                  設一氧化碳和水蒸氣的物質的量分別為n，平衡轉化率為a，則

37、                                                 因此，  &

38、#160;                         5.10    在真空的容器中放入固態(tài)的NH4HS，于25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）&

39、#160;   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：反應的化學計量式如下              5.11    現(xiàn)有理想氣體反應                   

40、60; 開始時，A與B均為1 mol，25下，反應達到平衡時，A與B的物質的量各為(1/3) mol。（1）    求此反應的K 。（2）    開始時，A為1mol，B為2mol。（3）    開始時，A為1mol，B為1mol，C為0.5 mol。（4）    開始時，C為1mol，D為1mol。分別求反應達平衡時C的物質的量。解：（1）           &#

41、160;                （2）                            （3）        

42、60;                   （4）                     5.12    將1mol的SO2與1 mol O2的混合氣體，在101.325 kPa及903 K下通過盛

43、有鉑絲的玻璃管，控制氣流速度，使反應達到平衡，把產(chǎn)生的氣體急劇冷卻，并用KOH吸收SO2及SO3。最后量得余下的氧氣在101.325 kPa，273.15 K下體積為13.78 dm3，試計算下列反應在903 K時的及。                                

44、60;  解：平衡時反應掉的O2為                            因此，平衡時各組分的物質的量為                 

45、60;  n總1.615mol5.13    383.3 K，60.483 kPa時，從測定醋酸蒸氣的密度所得到的平均摩爾質量是醋酸單體分子摩爾質量的1.520倍。假定氣體分子中只含有單分子及雙分子。求下列反應的。                            解：醋酸單體分子摩爾

46、質量為，設單分子及雙分子       的              物質的量分別為，則              5.14    （1）在1120 °C下用H2還原FeO(s)，平衡時混合氣體中H2的摩爾分數(shù)為0.54。求FeO(s)的分解

47、壓。已知同溫度下                            （2）    在煉鐵爐中，氧化鐵按如下反應還原：              求1120 °

48、;C下，還原1 mol FeO需要CO若干摩爾？已知同溫度下                   解：（1）各反應計量式如下                         

49、60;  顯然，（3）=（1）+（2）                     （2）氧化鐵還原反應                          

50、;  顯然，                            因此所需CO(g)的物質的量為1 + 2.38 = 3.38 mol。5.15    求下列反應在298.15 K下平衡的蒸氣壓。        

51、60;            已知298.15 K下個物質的標準摩爾生成吉布斯函數(shù)如下。物質CuSO4·5H2O(s)CuSO4·3H2O(s)CuSO4·H2O(s)CuSO4·H2O(s)H2O(g)-1879.6-1399.8-917.0-661.8-228.6解：               

52、0;     解： 利用計算利用計算11t/305070901001101/T0.0032990.0030950.0029140.0027540.002680.00261p/kPa0.8273.99915.955.2397.47167log (kPa)-0.082490.6019511.2013971.7421751.9888712.222716直線的斜率m =3.345×103解：當溫度T=473K時 473K, -235.34 x 0x2×(-235.34) = 40.21x430.47kJ·mol1解：第六章 相平衡6

53、.1        指出下列平衡系統(tǒng)中的組分數(shù)C，相數(shù)P及自由度F。（1）    I2(s)與其蒸氣成平衡；（2）    CaCO3(s)與其分解產(chǎn)物CaO(s)和CO2(g)成平衡；（3）    NH4HS(s)放入一抽空的容器中，并與其分解產(chǎn)物NH3(g)和H2S(g)成平衡；（4）    取任意量的NH3(g)和H2S(g)與NH4HS(s)成平衡。（5）    I2作為

54、溶質在兩不互溶液體H2O和CCl4中達到分配平衡（凝聚系統(tǒng)）。解：  （1）C = 1, P = 2, F = C P + 2 = 12 + 2 = 1.      （2）C = 31 = 2, P = 3, F = CP + 2 = 23 + 2 = 1.      （3）C = 311 = 1, P = 2, F = CP + 2 = 12 + 2 = 1.      （4）C = 31 = 2, P = 2,

55、F = CP + 2 = 22 + 2 = 2.      （5）C = 3, P = 2, F = CP + 1 = 32 + 1 = 2.6.2        已知液體甲苯（A）和液體苯（B）在90時的飽和蒸氣壓分別為= 和。兩者可形成理想液態(tài)混合物。今有系統(tǒng)組成為的甲苯-苯混合物5 mol，在90 下成氣-液兩相平衡，若氣相組成為求：（1）    平衡時液相組成及系統(tǒng)的壓力p。（2）    平衡時氣、

56、液兩相的物質的量解：（1）對于理想液態(tài)混合物，每個組分服從拉烏爾定律，因此             （2）系統(tǒng)代表點，根據(jù)杠桿原理6.3  單組分系統(tǒng)的相圖示意如右圖。試用相律分析圖中各點、線、面的相平衡關系及自由度。6.4   已知甲苯、苯在90下純液體的飽和蒸氣壓分別為54.22 kPa和136.12 kPa。兩者可形成理想液態(tài)混合物。取200.0 g甲苯和200.0 g苯置于帶活塞的導熱容器中，始態(tài)為一定壓力下

57、90的液態(tài)混合物。在恒溫90下逐漸降低壓力，問（1）壓力降到多少時，開始產(chǎn)生氣相，此氣相的組成如何？（2）壓力降到多少時，液相開始消失，最后一滴液相的組成如何？（3）壓力為92.00 kPa時，系統(tǒng)內(nèi)氣-液兩相平衡，兩相的組成如何？兩相的物質的量各位多少？6.6        101.325 kPa下水(A)-醋酸(B)系統(tǒng)的氣-液平衡數(shù)據(jù)如下。100102.1104.4107.5113.8118.100.3000.5000.7000.9001.00000.1850.3740.5750.8331.000（1）畫出氣-液平衡的

58、溫度-組成圖。（2）從圖上找出組成為的氣相的泡點。（3）從圖上找出組成為的液相的露點。（4）105.0 時氣-液平衡兩相的組成是多少？（5）9 kg水與30 kg醋酸組成的系統(tǒng)在105.0 達到平衡時，氣-液兩相的質量各為多少？解：（1）氣-液平衡的溫度-組成圖為       （2）的氣相的泡點為110.3。       （3）的液相的露點為112.7。       （4）105.0時氣-液平衡兩相的組成，。

59、0;      6.7  已知水-苯酚系統(tǒng)在30液-液平衡時共軛溶液的組成為：L1（苯酚溶于水），8.75 %；L2（水溶于苯酚），69.9 %。（1） 在30，100 g苯酚和200 g水形成的系統(tǒng)達液-液平衡時，兩液相的質量各為多少？（2）在上述系統(tǒng)中若再加入100g苯酚，又達到相平衡時，兩液相的質量各變到多少？ 解：（1）系統(tǒng)代表點，根據(jù)杠桿原理6.8  水-異丁醇系統(tǒng)液相部分互溶。在101.325 kPa下，系統(tǒng)的共沸點為89.7 。氣(G)、液(L1)、液(L2)三相平衡時的組成依次為：70.0

60、 %；8.7 %；85.0 %。今由350 g水和150 g異丁醇形成的系統(tǒng)在101.325 kPa壓力下由室溫加熱，問：（1）溫度剛要達到共沸點時，系統(tǒng)處于相平衡時存在哪些相？其質量各為多少？（2）當溫度由共沸點剛有上升趨勢時，系統(tǒng)處于相平衡時存在哪些相？其質量各為多少？6.9  恒壓下二組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)氣-液平衡的溫度-組成圖如附圖，指出四個區(qū)域內(nèi)平衡的相。解：各相區(qū)已標于圖上。      l1, B in A.      l2, A in B.6.10  

61、  為了將含非揮發(fā)性雜質的甲苯提純，在86.0 kPa壓力下用水蒸氣蒸餾。已知：在此壓力下該系統(tǒng)的共沸點為80，80時水的飽和蒸氣壓為47.3 kPa。試求：（1）氣相的組成（含甲苯的摩爾分數(shù)）；（2）欲蒸出100 kg純甲苯，需要消耗水蒸氣多少千克？6.11    液體H2O(A)，CCl4(B)的飽和蒸氣壓與溫度的關系如下：            4050607080907.3812.3319.9231.1647.3470.1028.842.

62、360.182.9112.4149.6       兩液體成完全不互溶系統(tǒng)。（1）繪出H2O-CCl4系統(tǒng)氣、液、液三相平衡時氣相中H2O，CCl4的蒸氣分壓對溫度的關系曲線；（2）從圖中找出系統(tǒng)在外壓101.325 kPa下的共沸點；（3）某組成為（含CCl4的摩爾分數(shù)）的H2O-CCl4氣體混合物在101.325 kPa下恒壓冷卻到80時，開始凝結出液體水，求此混合氣體的組成；（4）上述氣體混合物繼續(xù)冷卻至 70時，氣相組成如何；（5）上述氣體混合物冷卻到多少度時，CCl4也凝結成液體，此時氣相組成如何？6.12    AB二組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)的液-固平衡相圖如附圖，試指出各個相區(qū)的相平衡關系，各條線所代表的意義，以及三相線所代表的相平衡關系。6.13    固態(tài)完全互溶、具有最高熔點的A-B二組分凝聚系統(tǒng)相圖如附圖。指出各相區(qū)的相平衡關系、