万洪文物理化学教材习题答案

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)

0 / 86

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

γ

γ

γ

γ

, T2=145.6 K ,

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 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) 解：绝热可逆膨胀: T2=277 K , 过程方程 T1V1

1 / 86

γ-1

?lgHm(H2O , 373.15K,

p?)= 40.67kJ

= 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= , p2=2 , p3=

(2) 理想气体: ΔU＝nCV,mΔT, ΔH＝nCp,mΔT . A途径, W=0, Q=ΔU ,所以Q,W,ΔU,ΔH分别等于3.40 kJ , 0 , 3.40 kJ , 5.67 kJ

B途径,ΔU＝ΔH=0,Q=-W,所以Q,W,ΔU,ΔH分别等于3.15 kJ , -3.15 kJ , 0 , 0 ;

C途径, W=-pΔV, Q=ΔU–W, 所以Q,W,ΔU,ΔH分别等

于-5.67 kJ , 2.27 kJ , -3.40 kJ , -5.67 kJ

(3)循环过程ΔU=ΔH=0 ,Q = -W= 3.40+3.15+(-5.67)= 0.88 kJ

1-8 2mol某双原子分子理想气体,始态为202.65kPa,11.2dm3,经 pT=常数的可逆过程,压缩到终态为405.20kPa.求终态的体积V2温度T2及 W,ΔU,Δ

2 / 86

H.( Cp ,m=3.5 R).

解：p1T1= p2T2 , T1=136.5K求出T2=68.3K,V2=2.8dm3, ΔU＝nCV,mΔT=-2.84kJ,ΔH＝nCp,mΔT=-3.97kJ , δW = -2nRdT , W= -2nRΔT=2.27 kJ

1-9 2mol,101.33kPa,373K的液态水放入一小球中,小球放入373K恒温真空箱中。打破小球,刚好使H2O(l)蒸发为101.33kPa,373K的H2O(g)(视H2O(g)为理想气体)求此过程的Q,W,ΔU,ΔH;

若此蒸发过程在常压下进行,则Q,W,

ΔU,ΔH的值各为多少?已知水的蒸发热在373K, 101.33kPa时为40.66kJmol－1。. 解：101.33kPa , 373K H2O(l)→H2O(g)

(1)等温等压可逆相变, ΔH=Q=n Hm= 81.3kJ , W= -nR T=-6.2kJ, ,ΔU=Q+W=75.1kJ

(2)向真空蒸发W=0, 初、终态相同ΔH=81.3kJ，,ΔU =75.1kJ，Q =ΔU ＝75.1kJ

1-10将373K,50650Pa的水蒸气0.300m3等温恒外压压缩到101.325kPa(此时仍全为水气),后继续在101.325kPa恒温压缩到体积为30.0dm3时为止,(此时有一部分水蒸气凝聚成水).试计算此过程的Q,ΔU,ΔH.假设凝聚成水的体积忽略不计,水蒸气可视为理想气体,水的气化热为22.59 Jg1。.

－

解：此过程可以看作：n= 4.9mol理想气体等温压缩+n’= 3.92mol水蒸气等温等压可逆相变。W ＝-pΔV+ n’

3 / 86