万洪文《物理化学》教材习题解答

第一篇 化学热力学

第一章 热力学基本定律.

1-1 0.1kg C6H6(l)在 ,沸点353.35K下蒸发,已知 (C6H6) =30.80 kJ mol-1。试计算此过程

Q,W,ΔU和ΔH值。

解:等温等压相变 。n/mol =100/78 , ΔH = Q = n = 39.5 kJ , W= - nRT = -3.77 kJ , ΔU =Q+W=35.7 kJ

1-2 设一礼堂的体积是1000m3,室温是290K,气压为p?,今欲将温度升至300K,需吸收

热量多少?(若将空气视为理想气体,并已知其Cp,m为29.29 J K-1·mol-1。)

解:理想气体等压升温(n变)。Q=nCp,m△T=(1000p?)/(8.314×290)×Cp,m△T=1.2×107J 1-3 2 mol单原子理想气体,由600K,1.0MPa对抗恒外压 绝热膨胀到 。计算该过程的Q、W、ΔU和ΔH。(Cp ,m=2.5 R)

解:理想气体绝热不可逆膨胀Q=0 。ΔU=W ,即 nCV,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1),

因V2= nRT2/ p2 , V1= nRT1/ p1 ,求出T2=384K。

ΔU=W=nCV,m(T2-T1)=-5.39kJ ,ΔH=nCp,m(T2-T1)=-8.98 kJ

1-4 在298.15K,6×101.3kPa压力下,1 mol单原子理想气体进行绝热膨胀,最后压力为p?,若为;(1)可逆膨胀 (2)对抗恒外压 膨胀,求上述二绝热膨胀过程的气体的最终温度;气体对外界所作的功;气体的热力学能变化及焓变。(已知Cp,m=2.5 R)。 解:(1)绝热可逆膨胀:γ=5/3 , 过程方程 p11-T1= p21-T2, T2=145.6 K ,

γ

γ

γ

γ

ΔU=W=nCV,m(T2-T1)=-1.9 kJ , ΔH=nCp,m(T2-T1)=-3.17kJ

(2)对抗恒外压 膨胀 ,利用ΔU=W ,即 nCV,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1) ,求出T2=198.8K。 同理,ΔU=W=-1.24kJ,ΔH=-2.07kJ。

1-5 1 mol水在100℃,p下变成同温同压下的水蒸气(视水蒸气为理想气体),然后等温可逆膨胀到p,计算全过程的ΔU,ΔH。已知 ?lgHm(H2O , 373.15K,p)= 40.67kJ mol-1 。 解:过程为等温等压可逆相变+理想气体等温可逆膨胀,对后一步ΔU,ΔH均为零。 ΔH= Hm= 40.67kJ ,ΔU=ΔH –Δ(pV) = 37.57kJ

1-6 某高压容器中含有未知气体,可能是氮气或氩气。在29K时取出一样品,从5dm3绝热可逆膨胀到6dm3,温度下降21K。能否判断容器中是何种气体?(若设单原子气体的CV,m=1.5R,双原子气体的CV,m=2.5R)

1

???

解:绝热可逆膨胀: T2=277 K , 过程方程 T1V1

γ-1

= T2V2

γ-1

, 求出γ=7/5 , 容器中是N2.

1-7 1mol单原子理想气体(CV,m=1.5R ),温度为273K,体积为22.4dm3,经由A途径变化到温度为546K、体积仍为22.4dm3;再经由B途径变化到温度为546K、体积为44.8dm3;最后经由C途径使系统回到其初态。试求出:(1)各状态下的气体压力;(2)系统经由各途径时的Q,W,ΔU,ΔH值;(3)该循环过程的Q, W,ΔU,ΔH。 解:A途径: 等容升温 ,B途径等温膨胀,C途径等压降温。 (1) p1= pθ, p2=2pθ , p3=pθ

(2) 理想气体: ΔU=nCV,mΔT, ΔH=nCp,mΔT .

A途径, W=0, Q=ΔU ,所以Q,

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