物理化学天大版作业问题

《物理化学》《物理化学》( (天津大学第四版天津大学第四版) )作业问题作业问题 华南理工大学应用化学系葛华才编写华南理工大学应用化学系葛华才编写2004.6.102004.6.10 第第 1 10202030304040505060607070909101011111212 章章 第一章第一章 气体的性质气体的性质 作业问题作业问题 1.5 状态变化 瓶 1（n, p,V, T）+瓶 2（n, p,V, T）→瓶 1（n1, p’,V, T）+瓶 2（n2, p’,V, T’） 本题的关键是要找变化前后的守恒量：物质的量 ，建立关系式 2n = n1 +n2 再利用理想气体状态方程n=pV/RT 即可求解。 1.6漏写坐标轴名和图名。使用非国标单位：atm。没给出计算的数值。 H23dm3N21dm3 pTpT 恒 T 混合 H2 ,N24dm3 p T 1.9．两种气体的恒温混合过程如下： (1) 混合后的总压 p’ = nRT/V = [n(N2)+n(H2)]RT/4dm3 = [(p×1dm3/RT)+ (p×3dm3/RT)] RT/4dm3 = p 即等于混合前的压力。 (2) 摩尔体积 Vm= V/n =RT/p ，仅与温度和（系统）压力有关。混合前后温度和压力均 相同，所以摩尔体积相同。注意：应用时应为总压，不能用分压。 (3) 过程为恒温恒压混合且是理想气体，所以混合前纯组分的体积即为分体积: V(H2) = 3 dm3,V(N2) = 1dm3；[ 亦可按 V(H2)= y(H2) V(总) 计算] 分压比 p(H2): p(N2)= y(H2) ：y(N2) =n(H2)/ n(N2) = (p×3dm3/RT)/ (p×1dm3/RT) = 3 ：1 1 / 20 对于理想气体： 分压是指某组分占所有可空间所具有的压力； 分体积是指某组分压力为 总压时具有的体积。 1.17 系统状态变化如下： T1=300K p1=101.325kPa 恒 V T2=300K p2 对于容器中的水气，是非恒质量过程，关系复杂；而空气的变化是恒质量且恒容过程，因 此可根据理想气体状态方程，建立空气状态变化的关系式:n 空气= p空气V/RT，即 (p1-3.567kPa)V/RT1 =(p2-101.325kPa)V/RT2 所以p2=101.325kPa + (p1-3.567kPa) T2 /T1 =101.325kPa + (101.325kPa-3.567kPa)×373.15K/300K = 222.920 kPa 本题的关键是：空气的量和体积不变建立方程求压力。 另外需知水在 100 ℃ 时的饱和蒸气压为 101.325kPa（作为常识需知！ ） 。 总压 = 空气分压 + 水的饱和蒸气压 2 / 20 第第 2 2 章章 热力学第二定律热力学第二定律【 【到开始到开始】】 作业问题： 5 解：状态变化如下H 1mol H2O(l) T1=373.15K p1=101325Pa H1=Q1 H 1mol H2O(g) T3=373.15K p3=40530Pa H2=0 （1）恒压过程 1mol H2O(g) T2=373.15K p2=101325Pa （2）恒温过程 H = H1+ H2= Q1+0 = Q1 U = H- pV = Q1–(p3V3–p1V1) ≈ Q1–nRT3 2.18 解：绝热恒外压过程 Q=0,U =nCV,m(T2T1)，W= p2 (V2V1)＝nRp2 [(T2/p2)T1/p1)] 利用热力学第一定律U =W 建立方程求 T2，其中 nCV,m＝nACV,m,A＋nBCV,m,B H=nCp,m(T2T1) 2.22 解：(4) 思路与 2.18 相同。 2.30 解：状态变化如下 1mol H2O(g) T5=453.15K p5=1000.2kPa (4) 升压 1mol H2O(g) T3=373.15K p3=101325Pa H =0 1mol H2O(g) T4=453.15K p4=101325Pa 1mol H2O(l) T1=293.15K p1=101325Pa H （1）升温H 1mol H2O(l) T2=373.15K （2）正常 p2=101325Pa （3） 注意：注意：对于复杂的变化过程：T 变、p 变、相变过程，通常分解成多步骤： （1）变温到（正常）相变温度； 3 / 20 （2）恒 T、p 正常相变； （3）变温到终态温度。这个过程仍可分解为恒压、恒容或恒温等过程，主要看计算 公式的使用条件。 对于液（固）相或理想气体的纯变温过程（又称pVT 过程） ，U、H 认为是温度的函 数，故无须考虑是否恒压或恒容过程。 对于过程热的计算说明：本过程为非恒压过程，严格说无法计算；但考虑到始态为液 体，压力影响不大，所以可近似为恒压过程，所以Q≈Qp≈H。 4 / 20 第三章第三章 热力学第二定律热力学第二定律 作业问题作业问题 【【到开始到开始】】 3-28 解：(1) 设乙醚完全挥发为气体，则其压力 p=nRT/V=0.1mol×8.3145J·K-1·mol-1×308.66K/0.01m3 =25664Pa 该压力小于饱和蒸气压 101325Pa，所以假设成立。 乙醚(l) T=308.66K  H1, S  H, S 乙醚(g) T=308.66K  H3, S3 乙醚(l) T=308.66K  H2, S2 乙醚(g) T=308.66K (2) 乙醚的气化过程可用下框图描述 过程（1） ：为凝聚态的恒温变压过程，H1≈0, S1≈0 过程（2） ：为乙醚的平衡（可逆）相变过程， H1＝n vapHm = 0.1mol×25.104kJ·mol-1 =2.5104kJ  S1＝H1/T = 2.5104kJ /308.66K = 8.133J·K-1·mol-1 过程（3）: 气相恒温变压过程，设为理想气体过程，H3＝0 S1＝nRln(p3/p4) = 0.1mol×8.3145J·K-1·mol-1×ln(101325Pa/25664Pa) = 1.142 J·K-1·mol-1 所以H＝H1＋H2＋H3＝ (0+2.5104+0)kJ=2.5104kJ S＝S1＋S2＋S3＝ (0+8.133+1.142) J·K-1·mol-1=9.275 J·K-1·mol-1 其他量利用始终态的变化进行计算： 过程恒容：Qv=U＝H- pV=H- p4V4- p1V1)= 2510.4J – (25664Pa×0.01m3-0) 5 / 20 =2253.8J 注意：本题的U 亦可按H 的方式分步计算，但比较繁。但 Q 不能分步算！因为这些 步骤是假设的，并非实际过程，故两者的热效应不一样。 O2(g),Sm T1=298.15K p1=100000Pa 恒压，  S1 O2(g) T2=373.15K p2=100000Pa S  变压， S