物理化學(xué)課后習(xí)題答案

第一章1.5

兩個容積均為V的玻璃球泡之間用細(xì)管連結(jié)，泡內(nèi)密封著原則狀態(tài)下的空氣。若將其中的一種球加熱到100C，另一種球則維持0C，忽視連接細(xì)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）兩球中壓力維持相似。

原則狀態(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、不一樣壓的H2與N2，P(H2）=20kpa，P(N2)=10kpa,兩者均可視為理想氣體。

H23dm3P(H2）TN21dm3P(N2)T保持容器內(nèi)溫度恒定,抽去隔板，且隔板自身的體積可忽視不計(jì)，試求兩種氣體混合后的壓力；計(jì)算混合氣體中H2和N2的分壓力；計(jì)算混合氣體中H2和N2的分體積。第二章2.21mol水蒸氣（H2O,g）在100℃，101.325kpa下所有凝結(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)水的體積可以忽視不計(jì)。2.111mol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,ΔU,ΔH。已知?dú)怏w的體積Cv,m=20.92J*mol-1*K-1。2.15容積為0.1m3的恒容密閉容器中有一絕熱隔板，其兩側(cè)分別為0C，4mol的Ar(g)及150C，2mol的Cu(s)?，F(xiàn)將隔板撤掉，整個系統(tǒng)到達(dá)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視不計(jì)

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(diǎn)為0℃，此條件下的摩爾熔化焓ΔfusHm=6.012KJ*mol-1*K-1。已知在-10~0℃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100C的摩爾蒸發(fā)焓。水和水蒸氣在25~100℃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(jì)算25C時反應(yīng)的原則摩爾反應(yīng)焓，規(guī)定：（1）

應(yīng)用25C的原則摩爾生成焓數(shù)據(jù)；（2）

應(yīng)用25C的原則摩爾燃燒焓數(shù)據(jù)。解：查表知Compound000因此，由原則摩爾生成焓由原則摩爾燃燒焓2.31

已知25C甲酸甲脂（HCOOCH3,l）的原則摩爾燃燒焓為，甲酸（HCOOH,l）、甲醇（CH3OH,l）、水（H2O,l）及二氧化碳（CO2,g）的原則摩爾生成焓分別為、、及。應(yīng)用這些數(shù)據(jù)求25C時下列反應(yīng)的原則摩爾反應(yīng)焓。

解：顯然規(guī)定出甲酸甲脂（HCOOCH3,l）的原則摩爾生成焓

2.38某雙原子理想氣體1mol從始態(tài)350K，200kpa通過如下五個不一樣過程到達(dá)各自的平衡態(tài)，求各過程的功W。恒溫可逆膨脹到50kpa；恒溫對抗50kpa恒外壓不可逆膨脹；恒溫向真空膨脹到50kpa；絕熱可逆膨脹到50kpa；絕熱對抗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1mol，經(jīng)下列不一樣途徑變化到，的末態(tài)。求各環(huán)節(jié)及途徑的。（1）

恒溫可逆膨脹；（2）

先恒容冷卻至使壓力降至100kPa，再恒壓加熱至；（3）

先絕熱可逆膨脹到使壓力降至100kPa，再恒壓加熱至。解：（1）對理想氣體恒溫可逆膨脹，U=0，因此

（2）

先計(jì)算恒容冷卻至使壓力降至100kPa，系統(tǒng)的溫度T:

（3）

同理，先絕熱可逆膨脹到使壓力降至100kPa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(jì)算如下

3.155mol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,ΔU,ΔH及ΔS。3.21絕熱恒容容器中有一絕熱耐壓隔板，隔板一側(cè)為2mol的200K，50dm3的單原子理想氣體A，另一側(cè)為3mol的400K，100dm3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混合到達(dá)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此外組分。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50dm3，內(nèi)有200K的N2(g)2mol；另一側(cè)容積為75dm3,內(nèi)有500K的N2(g)4mol；N2(g)可認(rèn)為理想氣體。今將容器中的絕熱隔板撤去，使系統(tǒng)到達(dá)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

通過第一步變化，兩部分的體積和為

即，除了隔板外，狀態(tài)2與末態(tài)相似，因此

注意21與22題的比較。3.29已知苯（C6H6）的正常沸點(diǎn)為80.1C，ΔvapHm=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1mol，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,ΔU,ΔH及ΔS。3.36

已知在101.325kPa下，水的沸點(diǎn)為100C，其比蒸發(fā)焓。已知液態(tài)水和水蒸氣在100~120C范圍內(nèi)的平均比定壓熱容分別

為及。今有101.325kPa下120C的1kg過熱水變成同樣溫度、壓力下的水蒸氣。設(shè)計(jì)可逆途徑，并按可逆途徑分別求過程的及。解：設(shè)計(jì)可逆途徑如下

3.40

化學(xué)反應(yīng)如下：

（1）

運(yùn)用附錄中各物質(zhì)的數(shù)據(jù)，求上述反應(yīng)在25C時的；（2）

運(yùn)用附錄中各物質(zhì)的數(shù)據(jù)，計(jì)算上述反應(yīng)在25C時的；（3）

25C，若始態(tài)CH4(g)和H2(g)的分壓均為150kPa，末態(tài)CO(g)和H2(g)的分壓均為50kPa，求反應(yīng)的。解：（1）

（2）

（3）設(shè)置如下途徑

3.48

已知水在77C是的飽和蒸氣壓為41.891kPa。水在101.325kPa下的正常沸點(diǎn)為100C。求

（1）下面表達(dá)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(diǎn)為105C。

解：（1）將兩個點(diǎn)帶入方程得

（2）根據(jù)Clausius-Clapeyron方程

（3）第四章4.3

在25C，1kg水（A）中溶有醋酸（B），當(dāng)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到達(dá)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(dāng)時

4.5

80C是純苯的蒸氣壓為100kPa，純甲苯的蒸氣壓為38.7kPa。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，80C時氣相中苯的摩爾分?jǐn)?shù)，求液相的構(gòu)成。

解：根據(jù)Raoult定律

4.7

20C下HCl溶于苯中達(dá)平衡，氣相中HCl的分壓為101.325kPa時，溶液中HCl的摩爾分?jǐn)?shù)為0.0425。已知20C時苯的飽和蒸氣壓為10.0kPa，若20C時HCl和苯蒸氣總壓為101.325kPa，求100g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100g苯中加入13.76g聯(lián)苯（C6H5C6H5），所形成溶液的沸點(diǎn)為82.4C。已知純苯的沸點(diǎn)為80.1C。

求：（1）苯的沸點(diǎn)升高系數(shù)；（2）苯的摩爾蒸發(fā)焓。

解：

4.24

既有蔗糖（C12H22O11）溶于水形成某一濃度的稀溶液，其凝固點(diǎn)為-0.200C，計(jì)算此溶液在25C時的蒸氣壓。已知水的，純水在25C時的蒸氣壓為。

解：首先計(jì)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?jǐn)?shù)有如下關(guān)系

假設(shè)溶劑服從Raoult定律，則此溶液在25C時的蒸氣壓

4.27

人的血液（可視為水溶液）在101.325kPa下于-0.56C凝固。已知水的。求：（1）

血液在37C時的滲透壓；（2）

在同溫度下，1dm3蔗糖（C12H22O11）水溶液中需具有多少克蔗糖才能與血液有相似的滲透壓。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25C下分解為NH3(g)與H2S(g)，平衡時容器內(nèi)的壓力為66.66kPa。（1）

當(dāng)放入NH4HS時容器內(nèi)已經(jīng)有39.99kPa的H2S(g)，求平衡時容器中的壓力。（2）

容器內(nèi)原有6.666kPa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(jì)量式如下