物理化學(xué)課后習(xí)題答案
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第一章 1.5 兩個容積均為V的玻璃球泡之間用細管連結(jié),泡內(nèi)密封著標準狀態(tài)下的空氣。若將其中的一個球加熱到 100 C,另一個球則維持 0 C,忽略連接細管中氣體體積,試求該容器內(nèi)空氣的壓力。 解:由題給條件知,(1)系統(tǒng)物質(zhì)總量恒定;(2)兩球中壓力維持相同。 標準狀態(tài): 因此, 1.8 如圖所示,一帶隔板的容器中,兩側(cè)分別有同溫、不同壓的H2與N2,P(H2)=20kpa,P(N2)=10kpa,二者均可視為理想氣體。 H2 3dm3 P(H2) T N2 1dm3 P(N2) T (1) 保持容器內(nèi)溫度恒定,抽去隔板,且隔板本身的體積可忽略不計,試求兩種氣體混合后的壓力; (2) 計算混合氣體中H2和N2的分壓力; (3) 計算混合氣體中H2和N2的分體積。 第二章 2.2 1mol水蒸氣(H2O,g)在100℃,101.325kpa下全部凝結(jié)成液態(tài)水,求過程的功。 假設(shè):相對水蒸氣的體積,液態(tài)水的體積可以忽略不計。 2.11 1mol某理想氣體與27℃,101.325kpa的始態(tài)下,先受某恒定外壓恒溫壓縮至平衡態(tài),在恒容升溫至97.0℃,250.00kpa。求過程的W,Q, ΔU, ΔH。已知氣體的體積Cv,m=20.92J*mol-1 *K-1。 2.15 容積為0.1 m3的恒容密閉容器中有一絕熱隔板,其兩側(cè)分別為0 C,4 mol的Ar(g)及150 C,2 mol的Cu(s)。現(xiàn)將隔板撤掉,整個系統(tǒng)達到熱平衡,求末態(tài)溫度t及過程的。已知:Ar(g)和Cu(s)的摩爾定壓熱容分別為及,且假設(shè)均不隨溫度而變。 解:圖示如下 假設(shè):絕熱壁與銅塊緊密接觸,且銅塊的體積隨溫度的變化可忽略不計 則該過程可看作恒容過程,因此 假設(shè)氣體可看作理想氣體,,則 2.25 冰(H2O,S)在100kpa下的熔點為0℃,此條件下的摩爾熔化焓ΔfusHm=6.012KJ*mol-1 *K-1。已知在-10~0℃范圍內(nèi)過冷水(H2O,l)和冰的摩爾定壓熱容分別為Cpm(H2O,l)=76.28J*mol-1 *K-1和Cpm(H2O,S)=37.20J*mol-1 *K-1。求在常壓及-10℃下過冷水結(jié)冰的摩爾凝固焓。 2.26 已知水(H2O, l)在100 C的摩爾蒸發(fā)焓。水和水蒸氣在25~100℃間的平均摩爾定壓熱容分別為Cpm(H2O,l)=75.75J*mol-1 *K-1和Cpm(H2O,g)=33.76J*mol-1 *K-1。求在25C時水的摩爾蒸發(fā)焓。 2.29 應(yīng)用附錄中有關(guān)物資的熱化學(xué)數(shù)據(jù),計算 25 C時反應(yīng) 的標準摩爾反應(yīng)焓,要求: (1) 應(yīng)用25 C的標準摩爾生成焓數(shù)據(jù); (2) 應(yīng)用25 C的標準摩爾燃燒焓數(shù)據(jù)。 解:查表知 Compound 0 0 0 因此,由標準摩爾生成焓 由標準摩爾燃燒焓 2.31 已知25 C甲酸甲脂(HCOOCH3, l)的標準摩爾燃燒焓為,甲酸(HCOOH, l)、甲醇(CH3OH, l)、水(H2O, l)及二氧化碳(CO2, g)的標準摩爾生成焓分別為、、及。應(yīng)用這些數(shù)據(jù)求25 C時下列反應(yīng)的標準摩爾反應(yīng)焓。 解:顯然要求出甲酸甲脂(HCOOCH3, l)的標準摩爾生成焓 2.38 某雙原子理想氣體1mol從始態(tài)350K,200kpa經(jīng)過如下五個不同過程達到各自的平衡態(tài),求各過程的功W。 (1) 恒溫可逆膨脹到50kpa; (2) 恒溫反抗50kpa恒外壓不可逆膨脹; (3) 恒溫向真空膨脹到50kpa; (4) 絕熱可逆膨脹到50kpa; (5) 絕熱反抗50kpa恒外壓不可逆膨脹。 第三章 3.9 始態(tài)為,的某雙原子理想氣體1 mol,經(jīng)下列不同途徑變化到,的末態(tài)。求各步驟及途徑的。 (1) 恒溫可逆膨脹; (2) 先恒容冷卻至使壓力降至100 kPa,再恒壓加熱至; (3) 先絕熱可逆膨脹到使壓力降至100 kPa,再恒壓加熱至。 解:(1)對理想氣體恒溫可逆膨脹,DU = 0,因此 (2) 先計算恒容冷卻至使壓力降至100 kPa,系統(tǒng)的溫度T: (3) 同理,先絕熱可逆膨脹到使壓力降至100 kPa時系統(tǒng)的溫度T: 根據(jù)理想氣體絕熱過程狀態(tài)方程, 各熱力學(xué)量計算如下 3.15 5mol單原子理想氣體從始態(tài)300K,50kpa,先絕熱可逆壓縮至100kpa,再恒壓冷卻使體積小至85dm3。求整個過程的W,Q, ΔU, ΔH及ΔS。 3.21絕熱恒容容器中有一絕熱耐壓隔板,隔板一側(cè)為2 mol的200 K,50 dm3的單原子理想氣體A,另一側(cè)為3 mol的400 K,100 dm3的雙原子理想氣體B。今將容器中的絕熱隔板撤去,氣體A與氣體B混合達到平衡。求過程的。 解:過程圖示如下 系統(tǒng)的末態(tài)溫度T可求解如下 系統(tǒng)的熵變 注:對理想氣體,一種組分的存在不影響另外組分。即A和B的末態(tài)體 積均為容器的體積。 3.22 絕熱恒容容器中有一絕熱耐壓隔板,隔板兩側(cè)均為N2(g)。一側(cè)容積50 dm3,內(nèi)有200 K的N2(g) 2 mol;另一側(cè)容積為75 dm3, 內(nèi)有500 K的N2(g) 4 mol;N2(g)可認為理想氣體。今將容器中的絕熱隔板撤去,使系統(tǒng)達到平衡態(tài)。求過程的。 解:過程圖示如下 同上題,末態(tài)溫度T確定如下 經(jīng)過第一步變化,兩部分的體積和為 即,除了隔板外,狀態(tài)2與末態(tài)相同,因此 注意21與22題的比較。 3.29 已知苯(C6H6)的正常沸點為80.1C,ΔvapHm=30.878KJ*mol-1。液體苯的摩爾定壓熱容Cp,m=142.7J*mol-1 *K-1。今將40.53kpa,80.1C的苯蒸氣1 mol,先恒溫可逆壓縮至101.325kpa,并凝結(jié)成液態(tài)苯,再在恒壓下將其冷卻至60C.求整個過程的W,Q, ΔU, ΔH及ΔS。 3.36 已知在101.325 kPa下,水的沸點為100 C,其比蒸發(fā)焓 。已知液態(tài)水和水蒸氣在100 ~ 120 C范圍內(nèi)的平均比定壓熱容分別 為及。今有101.325 kPa下120 C的1 kg過熱水變成同樣溫度、壓力下的水蒸氣。設(shè)計可逆途徑,并按可逆途徑分別求過程的及。 解:設(shè)計可逆途徑如下 3.40 化學(xué)反應(yīng)如下: (1) 利用附錄中各物質(zhì)的數(shù)據(jù),求上述反應(yīng)在25 C時的; (2) 利用附錄中各物質(zhì)的數(shù)據(jù),計算上述反應(yīng)在25 C時的; (3) 25 C,若始態(tài)CH4(g)和H2(g)的分壓均為150 kPa,末態(tài)CO(g)和H2(g)的分壓均為50 kPa,求反應(yīng)的。 解:(1) (2) (3)設(shè)立以下途徑 3.48 已知水在77 C是的飽和蒸氣壓為41.891 kPa。水在101.325 kPa下的正常沸點為100 C。求 (1)下面表示水的蒸氣壓與溫度關(guān)系的方程式中的A和B值。 (2)在此溫度范圍內(nèi)水的摩爾蒸發(fā)焓。 (3)在多大壓力下水的沸點為105 C。 解:(1)將兩個點帶入方程得 (2)根據(jù)Clausius-Clapeyron方程 (3) 第四章 4.3 在25 C,1 kg水(A)中溶有醋酸(B),當醋酸的質(zhì)量摩爾濃度bB介于和之間時,溶液的總體積 。求: (1) 把水(A)和醋酸(B)的偏摩爾體積分別表示成bB的函數(shù)關(guān)系。 (2) 時水和醋酸的偏摩爾體積。 解:根據(jù)定義 當時 4.5 80 C是純苯的蒸氣壓為100 kPa,純甲苯的蒸氣壓為38.7 kPa。兩液體可形成理想液態(tài)混合物。若有苯-甲苯的氣-液平衡混合物,80 C時氣相中苯的摩爾分數(shù),求液相的組成。 解:根據(jù)Raoult定律 4.7 20 C下HCl溶于苯中達平衡,氣相中HCl的分壓為101.325 kPa時,溶液中HCl的摩爾分數(shù)為0.0425。已知20 C時苯的飽和蒸氣壓為10.0 kPa,若20C時HCl和苯蒸氣總壓為101.325 kPa,求100 g笨中溶解多少克HCl。 解:設(shè)HCl在苯中的溶解符合Henry定律 4.21 在100 g苯中加入13.76 g聯(lián)苯(C6H5C6H5),所形成溶液的沸點為82.4 C。已知純苯的沸點為80.1 C。 求:(1)苯的沸點升高系數(shù);(2)苯的摩爾蒸發(fā)焓。 解: 4.24 現(xiàn)有蔗糖(C12H22O11)溶于水形成某一濃度的稀溶液,其凝固點為-0.200 C,計算此溶液在25 C時的蒸氣壓。已知水的,純水在25 C時的蒸氣壓為。 解:首先計算蔗糖的質(zhì)量摩爾濃度 由4.6知,質(zhì)量摩爾濃度和摩爾分數(shù)有以下關(guān)系 假設(shè)溶劑服從Raoult定律,則此溶液在25 C時的蒸氣壓 4.27 人的血液(可視為水溶液)在101.325 kPa下于-0.56 C凝固。已知水的。求: (1) 血液在37 C時的滲透壓; (2) 在同溫度下,1 dm3蔗糖(C12H22O11)水溶液中需含有多少克蔗糖才能與血液有相同的滲透壓。 解:根據(jù)已知條件 稀水溶液條件下,因此 稀水溶液時,滲透壓與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān), 第五章 5.9 在真空的容器中放入固態(tài)的NH4HS,于25 C下分解為NH3(g)與H2S(g),平衡時容器內(nèi)的壓力為66.66 kPa。 (1) 當放入NH4HS時容器內(nèi)已有39.99 kPa的H2S(g),求平衡時容器中的壓力。 (2) 容器內(nèi)原有6.666 kPa的NH3(g),問需加多大壓力的H2S,才能形成NH4HS 解:反應(yīng)的化學(xué)計量式如下 由題給條件,25 C下 5.11一直下列數(shù)據(jù)(298.15K): 物質(zhì) C(石墨) H2(g) N2(g) O2(g) CO(NH2)2(s) 5.740 130.68 191.6 205.14 104.6 -393.51 -285.83 0 0 -631.66 物質(zhì) NH3(g) CO2(g) H2O(g) -16.5 -394.36 -228.57 求298.15K下CO(NH2)2的標準摩爾生成吉布斯函數(shù) ,以及下列反應(yīng)的 。 CO2(g)+2NH3(g)=H2O(g)+CO(NH2)2(s)- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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