物理化学核心教程（第二版）参考答案

二、概念题 题号 选项 题号 选项 1 D 9 B 2 C 10 B 3 B 11 A 4 A 12 B 5 A 13 C 6 D 14 C 7 C 15 D 8 C 16 B 1. 答：（D） 热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。 2. 答：（C）气体膨胀对外作功，热力学能下降。 3. 答：（B）大气对系统作功，热力学能升高。

4. 答：（A）过程（1）中，系统要对外作功，相变所吸的热较多。 5. 答：（A）对冰箱作的电功全转化为热了。

6. 答：（D） 热力学能是能量的一种，符合能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。而焓虽然有能量单位，但它不是能量，不符合能量守衡定律。例如，在绝热钢瓶里发生一个放热的气相反应，ΔH可能回大于零。

7. 答：（C）对于理想气体而言，内能仅仅是温度的单值函数，经真空绝热膨胀后，内能不变，因此体系温度不变。

8. 答：（C）由气体状态方程pVm= RT+bp可知此实际气体的内能只是温度的函数，经真空绝热膨胀后，内能不变，因此体系温度不变（状态方程中无压力校正项，说明该气体膨胀时，不需克服分子间引力，所以恒温膨胀时，热力学能不变）。

9. 答：（B）式适用于不作非膨胀功的等压过程。

757，CV =R Cp=R ，这是双原子分子的特征。 522?n2mol11. 答：（A）反应进度ξ===1 mol

v210. （B）=

12. 答：（B）ΔngRT一项来源于Δ（pV）一项，若假定气体是理想气体，在温度不变时Δ（pV）就等于

ΔngRT。

13. 答：（C）在标准态下，有稳定单质生成1mol物质B产生的热效应为该物质B的摩尔生成焓；在标准态下，1mol物质B完全燃烧产生的热效应为该物质B燃烧焓，故有?fHm(H2O，l)=?cHm(H2，g)。

14. 答：（C）根据标准摩尔生成焓定义，规定稳定单质的标准摩尔生成焓为零。碳的稳定单质制定为石墨。 15. 答：（D） 石墨（C）的标准摩尔燃烧焓就是二氧化碳的标准摩尔生成焓，为 kJ·mol，金刚石的标准摩尔燃烧焓就是金刚石（C）燃烧为二氧化碳的摩尔反应焓变，等于二氧化碳的标准摩尔生成焓减去金

-1

刚石的标准摩尔生成焓，所以金刚石的标准摩尔生成焓就等于 kJ·mol– kJ·mol)= kJ·mol。 16. 答：由气体状态方程pVm= RT+bp可知此实际气体的内能与压力和体积无关，则此实际气体的内能只是温度的函数。 三、习题

1. （1）一系统的热力学能增加了100kJ，从环境吸收了40kJ的热，计算系统与环境的功的交换量；（2）如果该系统在膨胀过程中对环境做了20kJ的功，同时吸收了20kJ的热，计算系统热力学能的变化值。

解：根据热力学第一定律：ΔU= W ＋ Q，即有： （1）W =ΔU－Q = 100 – 40 = 60kJ （2）ΔU= W ＋ Q = -20 ＋ 20 = 0

2. 在300 K时，有 10 mol理想气体，始态压力为 1000 kPa。计算在等温下，下列三个过程做膨胀功：

（1）在100 kPa压力下体积胀大1 dm ；

（2）在100 kPa压力下，气体膨胀到压力也等于100 kPa ； （3）等温可逆膨胀到气体的压力等于100 kPa 。 解：根据理想气体状态方程pV= nRT，即有：（1）∵ W = -peΔV= -pe(V2－V1)

∴ W = -100×10×1×10= -100J

3

-3

3

-1 -1-1

p?nRT V（2）∵ W = -peΔV= -pe(V2－V1) = -

p2 (

?p2?nRTnRT?1?－) = - nRT??? pp2p11??∴ W = -10××300×（1-V2100）= kJ 1000= -nRTln（3）∵ W = -

?pdV =-?V1nRTVdV= -nRTln2V1V1000= kJ 100p1 p2∴ W = - 10××300×ln3. 在373 K恒温条件下，计算1 mol理想气体在下列四个过程中所做的膨胀功。已知始、终态体积分别为25 dm和100 dm 。

（1）向真空膨胀； （2）等温可逆膨胀；

3

3

（3）在外压恒定为气体终态压力下膨胀；

（4）先外压恒定为体积等于50 dm 时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50 dm以后，再在外压等于100 dm 时气体的平衡压力下膨胀。

试比较四个过程的功，这说明了什么问题？ 解：（1）向真空膨胀，外压为零，所以

3

3

3

W2?0

（2）等温可逆膨胀

W1?nRTlnV125?1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?373 K?ln??4299 J V2100 （3）恒外压膨胀

W3??pe(V2?V1)??p2(V2?V1)??nRT(V2?V1) V2

1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?373 K3???(0.1?0.025)m??2326 J 30.1 m （4）分两步恒外压膨胀

W4??pe,1(V2?V1)?pe,2(V3?V2)??nRTnRT(V2?V1)?(V3?V2) V2V3

?nRT(V1V2550?1?2?1)?nRT(??2)??nRT V2V350100

??1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?373 K??3101 J

说明作功与过程有关，系统与环境压差越小，膨胀次数越多，做的功也越大。

14. 在373K和时，有1glH2O经（l）等温、等压可逆气化；（2）在恒温373K的真空箱中突然气化，都变为同温、同压的H2O（g）。分别计算两个过程的Q、W、ΔU和ΔH的值。已知水的气化热2259J·g，可以忽略液态水的体积。

解：（1）水在同温同压条件下的蒸发

-1

Q p=ΔH = mΔvapHm = 1×2259 =

W = -pVg = -ngRT = ?m1RT=-××373 =

MH2O18ΔU = Q + W = 2259 － = kJ

（2）在真空箱中，pe = 0，故W = 0

ΔU、ΔH 为状态函数，即只要最终状态相同，则数值相等，即有：

ΔH = ΔU = Q = kJ

20. 在标准压力和298K时，H2（g）与O2（g）的反应为：H2（g）+ 设参与反应的物质均可作为理想气体处理，已知?fHm1O（g）= HO（g）。 22

2

?H2O，g?=-241.82kJ?mol?1，它们的标准

Cm?H2，g?=28.82J?K?1?mol?1，时

等压摩尔热容（设与温度无关）分别为

Cm?O2，g?=29.36J?K?1?mol?1，Cm?H2O，g?=33.58J?K?1?mol?1。试计算：298K

的标准摩尔反应焓变?rHm变?rHm(298 K)和热力学能变化?rUm(298 K)；（2）498K时的标准摩尔反应焓

(498 K)。

解：（1）H2?g??1O2?g??H2O?g?

2?rHm?298K???fHm?H2O，g???241.82kJ?mol?1

∵ ?rHm ∴ ?rUm?298K???rUm?298K???vgRT

?298K???rHm?298K???vgRT

??241.82??1?1?0.5??8.314?298?10?3

= kJ?mol

（2） ?rHm?1?498K???rHm?298K???298K?vCp,mdT

?298K???298K??Cp,m?H2O，g??Cp,m?H2，g??498K498K = ?rHm?1?Cp,m?O2，g??dT2?

= + （）×（498-298）×10= kJ?mol

?1-3