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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