人卫版物理化学(第六版)课后习题答案详解

《物理化学》作业习题 物理化学教研组解 2009，7 第一章 热力学第一定律与热化学 1. 一隔板将一刚性决热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去左、 右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则 ΔU、Q、W 为正？为负？或为零？ 解：0WQU 2. 试证明 1mol 理想气体在衡压下升温 1K 时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数 R。 证明： RTnRVVpW)( 12 3. 已知冰和水的密度分别为：0.92×103kg·m-3，现有 1mol 的水发生如下变化： (1) 在 100oC，101.325kPa 下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体； (2) 在 0 oC、101.325kPa 下变为冰。 试求上述过程体系所作的体积功。 解：(1) )(m1096. 1 1092. 0 1018 36 3 3      ＝＝ 冰 V )(m1096. 1 100 . 1 1018 36 3 3      ＝＝ 水 V )(10101. 3373314. 81)( 3JnRTVVpW e  冰水－ (2) )(16. 0)108 . 11096. 1 (101325)( 55JVVpW e   水冰 4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。 (1) Q、W、Q－W、ΔU 是否已经完全确定。 (2) 若在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，则(1)中的各量是否已完全确定？为什 么？ 解：(1) Q－W 与 ΔU 完全确定。 (2) Q、W、Q－W 及 ΔU 均确定。 5. 1mol 理想气体从 100oC、0.025m3 经过下述四个过程变为 100oC、0.1m3： (1) 恒温可逆膨胀； (2) 向真空膨胀； (3) 恒外压为终态压力下膨胀； (4) 恒温下先以恒外压等于气体体积为 0.05m3时的压力膨胀至 0.05 m3， 再以恒外压等于终态压力 下膨胀至 0.1m3。 求诸过程体系所做的体积功。 解：(1) )(4299 025. 0 1 . 0 ln314. 81ln 1 2J V V nRTW (2) 0W (3) )(31010 1 . 0 373314. 81 Pa V nRT p e    )(2325)025. 01 . 0(31010)( 12 JVVpW e  (4) )(62022 05. 0 373314. 81 Pap e    )(310115501550 )05. 01 . 0(31010)025. 005. 0(62022)()( 232121 J VVpVVpW   6. 在一个带有无重量无摩擦活塞的绝热圆筒内充入理想气体，圆筒内壁上绕有电炉丝。通电时气体 缓慢膨胀，设为等压过程。若(1) 选理想气体为体系；(2) 选电阻丝和理想气体为体系。两过程的 Q、 ΔH 分别是等于、小于还是大于零？ 解：(1) 0HQ (2) 00 电功 WHQ 7. 在 373K 和 101.325kPa 的条件下，1mol 体积为 18.80cm3的液态水变为 30200cm3。求此过程的 ΔH 及 ΔU。 解： )(10067. 4 4JQH p  )(10761. 3 10)80.1830200(10132510067. 4)( 4 64 12 J VVpHWQU e    8. 分别判断下列各过程中的 Q、W、ΔU 及 ΔH 为正为负还是为零? (1) 理想气体自由膨胀 (2) 理想气体恒温可逆膨胀 (3) 理想气体节流膨胀 (4) 理想气体绝热反抗恒外压膨胀 (5) 水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态，以水蒸气为体系 (6) 水(101325Pa,273.15K)→冰(101325Pa,273.15K) (7) 在充满氧的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为体系。 解： (1) W＝0， Q＝0、 、ΔU＝ΔH＝0 (2) W0， Q0、ΔU＝ΔH＝0 (3) W＝0， Q＝0、ΔU＝ΔH＝0 (4) W0， Q＝0、ΔU0、ΔU＝ΔH＝0 (6) W0， Q0 9. 已知 H2(g)的 Cp,m=(29.07-0.836×10-3T+2.01×10-6T2)J·K-1·mol-1，现将 1mol 的 H2(g)从 300K 升至 1000K，试求： (1) 恒压升温吸收的热及 H2的 ΔH； (2) 恒容升温吸收的热及 H2的 ΔU。 解：(1) dTTTH 1000 300 23-)6-102.01100.836-(29.07 =20620.53J （2） 2 -3-62 1 (29.07-0.814-0.836102.01 10)d T T UTTT =14800J 10.在在 0℃和 506.6kPa 条件下，2dm3的双原子理想气体体系以下二个过程恒温膨胀至压力为 101.325kPa，求 Q,W, △U,△H。 （1）可逆膨胀； （2）对抗恒外压 101.325kPa 膨胀。 解： （1）W= 111 22 PP506.6 nRTlnln0.446 8.314273 ln pp101.325 V RT1 1 P ＝＝ RT ＝1629J △U=0,Q＝1629J (2)W=P 外△V=101325×（ 2 1 2 nRT V P  ）＝809.586J △H=△U=0 Q=809.586J 11.(1)在 0℃和 506.6kPa 下，1mol 水全部蒸发为水蒸气，求此过程的 Q、W、△U、△H。已知水的汽 化热为 40.7kJ·mol-1. (2)若在 373K、101.325kPa 下的水向真空蒸发，变成同温同压的水蒸气，上述个量又如何？（假 设水蒸汽可视为理想气体） 。 解： （1）相变在恒温恒压且非体积功为零下进行，故 △H＝QP＝40.7KJ W＝P0（Vg－V1） 8.3143733.10 g P VRTKJ   40.73.1037.6 P UQWKJ (2)该相变相真空进行为不可逆相变，Pe＝0，W＝0。因为（2）的始，终态同（1）所以△H，△U 与（1）相同，即△H=40.7KJ,△U=37.6KJ,Q=37.6KJ. 12.1mol 单原子理想气体，始态压力为 202.65kPa，体积为 11.2dm3，经过 pT 为（1）终态的体积与温 度 （2）体系的△U 及△H； （3）该过程体系所作的功。 解： （1） 3 1 1 21 12 3 2 /202650 11.2 10/8.314273 /202.65 273/405.3 136.5 8.314 136.5/405.32.8 PVnRK PTTPTPK Vdm    常数 （2）△U＝3/2×8.314×（136.5-273）＝-1702J △H=5/2×8.314×（136.5－273）＝-2837J (3)PT=B,