物理化學(xué)課后習(xí)題答案.doc
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四.概念題參考答案 1.在溫度、容積恒定的容器中,含有A和B兩種理想氣體,這時(shí)A的分壓和分體積分別是和。若在容器中再加入一定量的理想氣體C,問和的變化為 ( ) (A) 和都變大 (B) 和都變小 (C) 不變,變小 (D) 變小,不變 答:(C)。這種情況符合Dalton分壓定律,而不符合Amagat分體積定律。 2.在溫度、容積都恒定的容器中,含有A和B兩種理想氣體,它們的物質(zhì)的量、分壓和分體積分別為和,容器中的總壓為。試判斷下列公式中哪個(gè)是正確的? ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(A)。題目所給的等溫、等容的條件是Dalton分壓定律的適用條件,所以只有(A)的計(jì)算式是正確的。其余的之間的關(guān)系不匹配。 3. 已知?dú)錃獾呐R界溫度和臨界壓力分別為。有一氫氣鋼瓶,在298 K時(shí)瓶內(nèi)壓力為,這時(shí)氫氣的狀態(tài)為 ( ) (A) 液態(tài) (B) 氣態(tài) (C)氣-液兩相平衡 (D) 無法確定 答:(B)。仍處在氣態(tài)。因?yàn)闇囟群蛪毫Χ几哂谂R界值,所以是處在超臨界區(qū)域,這時(shí)仍為氣相,或稱為超臨界流體。在這樣高的溫度下,無論加多大壓力,都不能使氫氣液化。 4.在一個(gè)絕熱的真空容器中,灌滿373 K和壓力為101.325 kPa的純水,不留一點(diǎn)空隙,這時(shí)水的飽和蒸汽壓 ( ) (A)等于零 (B)大于101.325 kPa (C)小于101.325 kPa (D)等于101.325 kPa 答:(D)。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的本性,與是否留有空間無關(guān),只要溫度定了,其飽和蒸氣壓就有定值,查化學(xué)數(shù)據(jù)表就能得到,與水所處的環(huán)境沒有關(guān)系。 5.真實(shí)氣體在如下哪個(gè)條件下,可以近似作為理想氣體處理?( ) (A)高溫、高壓 (B)低溫、低壓 (C)高溫、低壓 (D)低溫、高壓 答:(C)。這時(shí)分子之間的距離很大,體積很大,分子間的作用力和分子自身所占的體積都可以忽略不計(jì)。 6.在298 K時(shí),地面上有一個(gè)直徑為1 m的充了空氣的球,其中壓力為100 kPa。將球帶至高空,溫度降為253 K,球的直徑脹大到3m,此時(shí)球內(nèi)的壓力為 ( ) (A)33.3 kPa (B)9.43 kPa (C)3.14 kPa (D)28.3 kPa 答:(C)。升高過程中,球內(nèi)氣體的物質(zhì)的量沒有改變,利用理想氣體的狀態(tài)方程,可以計(jì)算在高空中球內(nèi)的壓力。 7.使真實(shí)氣體液化的必要條件是 ( ) (A)壓力大于 (B)溫度低于 (C)體積等于 (D)同時(shí)升高溫度和壓力 答:(B)。是能使氣體液化的最高溫度,若高于臨界溫度,無論加多大壓力都無法使氣體液化。 8.在一個(gè)恒溫、容積為2 的真空容器中,依次充入溫度相同、始態(tài)為100 kPa,2 的(g)和200 kPa,1的,設(shè)兩者形成理想氣體混合物,則容器中的總壓力為 ( ) (A)100 kPa (B)150 kPa (C)200 kPa (D)300 kPa 答:(C)。等溫條件下,200 kPa,1氣體等于100 kPa,2氣體,總壓為=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。 9.在298 K時(shí),往容積都等于并預(yù)先抽空的容器A、B中,分別灌入100 g和200 g水,當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),兩容器中的壓力分別為和,兩者的關(guān)系為 ( ) (A) (B) (C)= (D)無法確定 答:(C)。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的特性,只與溫度有關(guān)。在這樣的容器中,水不可能全部蒸發(fā)為氣體,在氣-液兩相共存時(shí),只要溫度相同,它們的飽和蒸氣壓也應(yīng)該相等。 10.在273 K,101.325 kPa時(shí),的蒸氣可以近似看作為理想氣體。已知的摩爾質(zhì)量為154的,則在該條件下,氣體的密度為 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(A)。通常將273 K,101.325 kPa稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),在該狀態(tài)下,1 mol 任意物質(zhì)的氣體的體積等于。根據(jù)密度的定義, 11.在某體積恒定的容器中,裝有一定量溫度為300 K的氣體,現(xiàn)在保持壓力不變,要將氣體趕出1/6,需要將容器加熱到的溫度為 ( ) (A)350 K (B)250 K (C)300 K (D)360 K 答:(D)。保持V,p不變,, 12.實(shí)際氣體的壓力(p)和體積(V)與理想相比,分別會發(fā)生的偏差為( ) (A)p,V都發(fā)生正偏差 (B)p,V都發(fā)生負(fù)偏差 (C)p正偏差,V負(fù)偏差 (D)p負(fù)偏差,V正偏差 答:(B)。由于實(shí)際氣體的分子間有相互作用力,所以實(shí)際的壓力要比理想氣體的小。由于實(shí)際氣體分子自身的體積不能忽略,所以能運(yùn)用的體積比理想氣體的小。 四.概念題參考答案 1.對于理想氣體的熱力學(xué)能,有下述四種理解: (1) 狀態(tài)一定,熱力學(xué)能也一定 (2) 對應(yīng)于某一狀態(tài)的熱力學(xué)能是可以直接測定的 (3) 對應(yīng)于某一狀態(tài),熱力學(xué)能只有一個(gè)數(shù)值,不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)值 (4) 狀態(tài)改變時(shí),熱力學(xué)能一定跟著改變,其中都正確的是: ( ) (A) (1),(2) (B) (3),(4) (C) (2),(4) (D) (1),(3) 答:(D)。熱力學(xué)能是狀態(tài)的單值函數(shù),其絕對值無法測量。 2.有一高壓鋼筒,打開活塞后氣體噴出筒外,當(dāng)筒內(nèi)壓力與筒外壓力相等時(shí)關(guān)閉活塞,此時(shí)筒內(nèi)溫度將 ( ) (A) 不變 (B) 升高 (C) 降低 (D) 無法判定 答:(C)。壓縮空氣沖出鋼筒時(shí),筒內(nèi)的氣體對沖出的氣體做功。由于沖出的速度很快,筒內(nèi)氣體來不及從環(huán)境吸熱,相當(dāng)于是個(gè)絕熱過程,所以筒內(nèi)氣體的溫度會下降。 3.有一真空鋼筒,將閥門打開時(shí),大氣(視為理想氣體)沖入瓶內(nèi),此時(shí)瓶內(nèi)氣體的溫度將 ( ) (A) 不變 (B) 升高 (C) 降低 (D) 無法判定 答:(B)。空氣沖入鋼筒時(shí),外面的氣體對沖入鋼筒的氣體做功。由于沖入的速度很快,筒內(nèi)的氣體來不及向環(huán)境放熱,相當(dāng)于是個(gè)絕熱過程,所以筒內(nèi)氣體的溫度會升高。 4.將1 mol 373 K,標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水,分別經(jīng)歷:(1) 等溫、等壓可逆蒸發(fā),(2) 真空蒸發(fā),變成373 K,標(biāo)準(zhǔn)壓力下的水氣。這兩種過程的功和熱的關(guān)系為 ( ) (A) W 1< W 2 Q 1> Q 2 (B) W 1< W 2 Q 1< Q 2 (C) W 1= W 2 Q 1= Q 2 (D) W 1> W 2 Q 1< Q 2 答:(A)。過程(1)中,系統(tǒng)要對外做功,W 1<0,而過程(2)是真空蒸發(fā),W 2=0,所以W 1< W 2。過程(1)中,既要對外做功,又要保持溫度不變,再加上相變所吸的熱,所以Q 1> Q 2。 5.在一個(gè)密閉絕熱的房間里放置一臺電冰箱,將冰箱門打開,并接通電源使冰箱工作。過一段時(shí)間之后,室內(nèi)的平均氣溫將 ( ) (A) 升高 (B) 降低 (C) 不變 (D) 不一定 答:(A)。對冰箱做的電功,全轉(zhuǎn)化為熱釋放在房間內(nèi)。 6. 凡是在孤立系統(tǒng)中進(jìn)行的過程,其ΔU和ΔH的值一定是 ( ) (A) ΔU > 0 ,ΔH > 0 (B) ΔU = 0 ,ΔH = 0 (C) ΔU < 0 ,ΔH < 0 (D) ΔU = 0 ,ΔH不確定 答:(D)。熱力學(xué)能是能量的一種,遵循能量守衡定律,在孤立系統(tǒng)中熱力學(xué)能保持不變。而焓雖然有能量單位,但它是定義出來的函數(shù),不是能量,不遵循能量守衡定律,所以在孤立系統(tǒng)中發(fā)生的變化,ΔH的值是不確定的,要根據(jù)具體的變化過程而定。例如,在絕熱鋼瓶里,發(fā)生了一個(gè)氣體分子數(shù)不變的放熱氣相反應(yīng),如,則ΔH大于零。但是,如果發(fā)生的是,雖然反應(yīng)也放熱,但是由于氣體分子數(shù)減少,鋼瓶內(nèi)的壓力下降,ΔH會小于零。 7.理想氣體向真空作絕熱膨脹后,它的溫度將 ( ) (A) 升高 (B) 降低 (C) 不變 (D) 不一定 答:(C)。理想氣體分子之間的相互引力小到可以忽略不計(jì),體積增大,分子間的勢能并沒有變化,能保持溫度不變 8.某氣體的狀態(tài)方程為(是大于零的常數(shù)),此氣體向真空作絕熱膨脹,它的溫度將 ( ) (A) 升高 (B) 降低 (C) 不變 (D) 不一定 答:(C)。將狀態(tài)方程改寫為,與理想氣體的狀態(tài)方程對照,說明這種氣體的自身體積不能忽略,但是分子間的引力與理想氣體一樣,是小到可以忽略不計(jì)的。所以,體積增大,分子間的勢能并沒有變化,能保持溫度不變 9.公式適用于下列哪個(gè)過程 ( ) (A) 理想氣體作絕熱等外壓膨脹。 (B) (C) (D) 理想氣體作等溫可逆膨脹 答:(B)。的適用條件是等壓和,兩個(gè)條件缺一不可。(A)中是等外壓,而非等壓,(C)中有電功,(D)是個(gè)不等壓過程。所以,只有(B)是適用的。 10.有一個(gè)理想氣體的γ =Cp/CV =1.40,則該氣體為幾原子分子? ( ) (A) 單原子分子 (B) 雙原子分子 (C) 三原子分子 (D) 四原子分子 答:(B)。根據(jù)能量均分原理,在一般溫度下,單原子分子只有3個(gè)平動自由度,所以。因?yàn)槔硐霘怏w的,所以。同理,雙原子分子的,則?,F(xiàn)在,,相當(dāng)于,,這是雙原子分子的特征。 11.反應(yīng)的計(jì)量方程為,當(dāng)以5 mol 與4 mol 混合發(fā)生反應(yīng),最后生成2 mol 。則該反應(yīng)進(jìn)度等于 ( ) (A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol 答:(A)。根據(jù)反應(yīng)的計(jì)量方程,現(xiàn)在用生成物來表示反應(yīng)的進(jìn)度,則 顯然,反應(yīng)物和都是過量的。 12.欲測定某有機(jī)物的燃燒熱Qp,一般使反應(yīng)在氧彈中進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)測得的熱效應(yīng)為QV。已知兩種熱效應(yīng)之間的關(guān)系為,式中的Δn是指 ( ) (A) 生成物與反應(yīng)物總物質(zhì)的量之差 (B) 生成物與反應(yīng)物中,氣相物質(zhì)的物質(zhì)的量之差 (C) 生成物與反應(yīng)物中,凝聚相物質(zhì)的物質(zhì)的量之差 (D) 生成物與反應(yīng)物的總的熱容差 答:(B)。ΔnRT一項(xiàng)來源于Δ(pV)一項(xiàng),若假定氣體是理想氣體,在溫度不變時(shí)Δ(pV)就等于ΔnRT 13. 在下述等式中,正確的是 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(C)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓的定義,只有(C)是正確的。因?yàn)槭侵紕?,其?biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓規(guī)定為零。的燃燒產(chǎn)物是,而不是。 14.在298 K時(shí),石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的值 ( ) (A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能確定 答:(C)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的定義,穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓規(guī)定為零?,F(xiàn)在人為選定,將石墨作為碳的穩(wěn)定單質(zhì)。 15.在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下,已知,,則金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的值等于 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(D)。因?yàn)槿藶檫x定,將石墨作為碳的穩(wěn)定單質(zhì),所以石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是二氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓,即。金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是金剛石燃燒為二氧化碳反應(yīng)的摩爾反應(yīng)焓變,即 利用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的公式,就可以得到金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。 所以 或者,根據(jù)石墨變?yōu)榻饎偸慕Y(jié)晶狀態(tài)變換反應(yīng) 這個(gè)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變就等于金剛石的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓,利用兩個(gè)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓,就可以進(jìn)行計(jì)算 16.某氣體的狀態(tài)方程為,b為大于零的常數(shù),則下列結(jié)論正確的是 ( ) (A) 其焓H只是溫度T的函數(shù) (B) 其熱力學(xué)能U只是溫度T的函數(shù) (C) 其熱力學(xué)能和焓都只是溫度T的函數(shù) (D) 其熱力學(xué)能和焓不僅與溫度T有關(guān),還與氣體的體積Vm或壓力p有關(guān) 答:(B)??梢詮膬煞N途徑進(jìn)行解釋: (1) 將已知方程改寫為,與理想氣體的狀態(tài)方程對照,說明這種氣體的自身體積不能忽略,但是分子間的引力與理想氣體一樣,是小到可以忽略不計(jì)的。那么,它的熱力學(xué)能也只是溫度的函數(shù)。因?yàn)楦鶕?jù)焓的定義式,還會牽涉到體積,所以(C)不一定正確。 *(2)用數(shù)學(xué)的方法來證明。藉助于Maxwell方程(見第三章),可以導(dǎo)出一個(gè)重要關(guān)系式 對已知方程,求, 或者,在公式的雙方,都乘以,得 等式左邊消去相同項(xiàng),并因?yàn)?,所以? 這說明了,在溫度不變時(shí),改變體積或壓力,熱力學(xué)能保持不變,所以只有(B)是正確的。 五.習(xí)題解析 9.在300 K時(shí),有 (可視為理想氣體,),壓力為506.6 kPa。今在等溫下分別按如下兩種過程,膨脹至終態(tài)壓力為202.6 kPa,① 等溫可逆膨脹;② 等溫、等外壓膨脹。分別計(jì)算這兩種過程的Q,W,ΔU和ΔH。 解:① 理想氣體的可逆變化過程,。 的物質(zhì)的量為: ② 雖為不可逆過程,但還是等溫過程,所以。 10. 在573 K時(shí),將1 mol Ne(可視為理想氣體)從1 000 kPa經(jīng)絕熱可逆膨脹到100 kPa。求Q,W,ΔU和ΔH。 解:因該過程為絕熱可逆過程,故,。首先應(yīng)計(jì)算出終態(tài)溫度。根據(jù)理想氣體的絕熱可逆過程方程式 因?yàn)槭抢硐霘怏w,根據(jù)狀態(tài)方程有,代入上式,可得 移項(xiàng)得 因?yàn)槎栊詺怏w是單原子分子氣體,根據(jù)能量均分原理,所以。理想氣體的,代入上式,得 解得 11.有的單原子分子的理想氣體,始態(tài)為273 K,1 000 kPa?,F(xiàn)分別經(jīng)①等溫可逆膨脹,②絕熱可逆膨脹,③絕熱等外壓膨脹,到達(dá)相同的終態(tài)壓力100 kPa。請分別計(jì)算終態(tài)溫度、終態(tài)體積和所做的功。 解: ① 等溫可逆膨脹, , ② 解法1:根據(jù)理想氣體的絕熱可逆過程方程式 因?yàn)槭抢硐霘怏w,根據(jù)狀態(tài)方程有,代入上式,可得 移項(xiàng)得 因?yàn)槎栊詺怏w是單原子分子氣體,根據(jù)能量均分原理,所以。理想氣體的,代入上式,得 解得 解法2:運(yùn)用絕熱可逆過程方程式 ,即,對于單原子理想氣體 ③ 對于理想氣體的絕熱不可逆過程,不能使用絕熱可逆過程方程式。但是這個(gè)公式無論對絕熱可逆還是絕熱不可逆過程都能使用。所以對于絕熱等外壓膨脹,用公式求終態(tài)溫度。因?yàn)? 解得 9.在下列過程中,Q ,W,ΔU,ΔH,ΔS,ΔG和ΔA的數(shù)值,哪些等于零?哪些函數(shù)的值相等? (1) 理想氣體真空膨脹 (2) 實(shí)際氣體絕熱可逆膨脹 (3) 水在正常凝固點(diǎn)時(shí)結(jié)成冰 (4) 理想氣體等溫可逆膨脹 (5) H2(g)和O2(g)在絕熱鋼瓶中生成水 (6) 在等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下,下列化學(xué)反應(yīng)達(dá)成平衡 答:(1) , (2) (3) (4) (5) (6) ,, 10. 298 K時(shí),一個(gè)箱子的一邊是1 mol N2 (100 kPa),另一邊是2 mol N2 (200 kPa ),中間用隔板分開。問在298 K時(shí),抽去隔板后的熵變值如何計(jì)算? 答:設(shè)想隔板可以活動,平衡時(shí)隔板兩邊氣體的壓力均為150 kPa。在等溫、等壓下,相同的理想氣體混合時(shí)的熵變等于零,即。只要計(jì)算氣體從始態(tài)壓力到終態(tài)壓力的熵變, 11. 指出下列理想氣體,在等溫混合過程中的熵變計(jì)算式。 (1) (2) (3) 答: (1) 。因?yàn)橄嗤瑲怏w混合,總體積沒變,相當(dāng)于每個(gè)氣體的體積都縮小了一半。 (2) 。因?yàn)槔硐霘怏w不考慮分子自身的體積,兩種氣體的活動范圍都沒有改變。 (3) 。因?yàn)橥悮怏w混合,體積是原來體積的加和,氣體的活動范圍都沒有改變,僅是加和而已。 12.四個(gè)熱力學(xué)基本公式適用的條件是什么? 是否一定要可逆過程? 答: 適用于組成不變的均相封閉系統(tǒng),不作非膨脹功的一切過程。不一定是可逆過程。因?yàn)樵诠酵茖?dǎo)時(shí),雖然用了的關(guān)系式,這公式只有對可逆過程成立,但是由于基本公式中計(jì)算的是狀態(tài)函數(shù)的變化量,對于不可逆過程,可以設(shè)計(jì)一個(gè)始終態(tài)相同的可逆過程進(jìn)行運(yùn)算。 四.概念題參考答案 1.理想氣體在等溫條件下反抗恒定外壓膨脹,該變化過程中系統(tǒng)的熵變及環(huán)境的熵變應(yīng)為: ( ) (A) >0,=0 (B) <0,=0 (C) >0,<0 (D) <0,>0 答:(C)。理想氣體等溫膨脹,體積增加,熵增加,但要從環(huán)境吸熱,故環(huán)境的熵減少。 2.在絕熱條件下,用大于氣缸內(nèi)的壓力迅速推動活塞壓縮氣體,氣體的熵變:( ) (A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能確定 答:(A)。封閉系統(tǒng)的絕熱不可逆過程,熵增加,這就是熵增加原理。因?yàn)闅怏w的體積雖然變小了,但是它的溫度升高了,總的熵一定是增加的。 3.和在絕熱鋼瓶中反應(yīng)生成水的過程( ) (A) ΔH = 0 (B) ΔU = 0 (C) ΔS = 0 (D) ΔG = 0 答:(B)。因?yàn)殇撈渴呛闳莸模⑴c外界無功和熱的交換,所以能量守衡,ΔU = 0。 4.在273.15 K和101 325 Pa條件下,水凝結(jié)為冰,系統(tǒng)的下列熱力學(xué)量中,何者一定為零? ( ) (A) ΔU (B) ΔH (C) ΔS (D) ΔG 答:(D)。等溫、等壓、不作非膨脹功的可逆相變,Gibbs自由能等于零。 5.一定量的理想氣體向真空作絕熱膨脹,體積從變到,則熵變的計(jì)算公式為 ( ) (A) (B) (C) (D)無法計(jì)算 答:(B)。雖然真空絕熱膨脹是一個(gè)不可逆過程,但是理想氣體的溫度不變,可以設(shè)計(jì)一個(gè)始、終態(tài)相同的等溫可逆膨脹過程,用(B)式來計(jì)算熵變。 6.在對和的混合氣體進(jìn)行絕熱可逆壓縮,系統(tǒng)的熱力學(xué)函數(shù)變化值在下列結(jié)論中正確的是: ( ) (A) ΔU = 0 (B) ΔA = 0 (C) ΔS = 0 (D) ΔG = 0 答:(C)。絕熱可逆過程是恒熵過程,由于QR= 0,所以ΔS = 0。 7. 1 mol 單原子分子理想氣體,溫度由T1變到T2時(shí),等壓可逆過程,系統(tǒng)的熵變?yōu)?,等容可逆過程,系統(tǒng)的熵變?yōu)?,兩著之比等于? ) (A) (B) (C) (D) 答:(D)。等壓、變溫可逆過程,,等容、變溫可逆過程,?,F(xiàn)在溫度區(qū)間相同,單原子分子理想氣體的,,所以,,相當(dāng)于摩爾等壓熱容與摩爾等容熱容之比。 8.純的在 373 K,的條件下,可逆汽化為同溫同壓的,熱力學(xué)函數(shù)的變量為 ΔU1,ΔH1和 ΔG1;現(xiàn)把純的(溫度、壓力同上),放在373 K 的恒溫真空箱中,控制體積,使系統(tǒng)終態(tài)的蒸氣壓也為,這時(shí)熱力學(xué)函數(shù)變量為ΔU2,ΔH2和 ΔG2。這兩組熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系為: ( ) (A) ΔU1> ΔU2, ΔH1> ΔH2, ΔG1> ΔG2 (B) ΔU1< ΔU2, ΔH1< ΔH2, ΔG1< ΔG2 (C) ΔU1= ΔU2, ΔH1= ΔH2, ΔG1= ΔG2 (D) ΔU1= ΔU2, ΔH1> ΔH2, ΔG1= ΔG2 答:(C)。系統(tǒng)的始態(tài)與終態(tài)都相同,所有熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)的變量也都相同,與變化途徑無關(guān)。 9. 298 K時(shí),1 mol 理想氣體等溫可逆膨脹,壓力從1 000 kPa變到100 kPa,系統(tǒng)的Gibbs自由能的變化值為 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(D)。理想氣體等溫可逆膨脹, 10.對于不做非膨脹功的隔離系統(tǒng),熵判據(jù)為: ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(D)。在不做非膨脹功時(shí),保持系統(tǒng)的U,V不變,即膨脹功等于零,,這就是一個(gè)隔離系統(tǒng)。 11.甲苯在時(shí)的正常沸點(diǎn)為110℃,現(xiàn)在將1 mol甲苯放入與110℃的熱源接觸的真空容器中,控制容器的容積,使甲苯迅速氣化為同溫、同壓的蒸氣。如下描述該過程的熱力學(xué)變量正確的是 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(D)。甲苯的始、終態(tài)與等溫、等壓可逆蒸發(fā)的始終態(tài)完全相同,所以狀態(tài)函數(shù)的變化量也相同。對于等溫、等壓可逆相變,。 12. 某實(shí)際氣體的狀態(tài)方程為,其中為大于零的常數(shù),該氣體經(jīng)等溫可逆膨脹后,其熱力學(xué)能將 ( ) (A) 不變 (B) 增大 (C) 減少 (D) 不能確定 答:(A)??梢詫⒃搶?shí)際氣體的狀態(tài)方程改寫為,與理想氣體的狀態(tài)方程相比,只對體積項(xiàng)進(jìn)行了校正,說明該實(shí)際氣體分子本身所占的體積不能忽略,但對壓力項(xiàng)沒有進(jìn)行校正,說明該氣體分子之間的相互作用可以忽略,這一點(diǎn)與理想氣體相同,所以在膨脹時(shí),不需克服分子間的引力,所以在等溫膨脹時(shí),熱力學(xué)能保持不變。這種氣體作絕熱真空膨脹時(shí),溫度也不會改變。 13.在封閉系統(tǒng)中,若某過程的,應(yīng)滿足的條件是( ) (A)等溫、可逆過程 (B)等容、可逆過程 (C)等溫、等壓、可逆過程 (D)等溫、等容、可逆過程 答:(A)。在等溫、可逆過程中,Helmholtz自由能的變化值就等于對環(huán)境做的最大功,包括膨脹功和非膨脹功,這就是將Helmholtz自由能稱為功函的原因。在定義Helmholtz自由能時(shí),只引入了等溫的條件。 14. 熱力學(xué)第三定律也可以表示為 ( ) (A) 在0 K時(shí),任何晶體的熵等于零 (B) 在0 K時(shí),任何完整晶體的熵等于零 (C) 在0 ℃時(shí),任何晶體的熵等于零 (D)在0 ℃時(shí),任何完整晶體的熵等于零 答:(B)。完整晶體通常只有一種排列方式,根據(jù)描述熵的本質(zhì)的Boltzmann公式,,可得到,在0 K時(shí),完整晶體的,則熵等于零。 15.純在標(biāo)準(zhǔn)壓力和正常沸點(diǎn)時(shí),等溫、等壓可逆汽化,則( ) (A) ΔvapU$=ΔvapH$,ΔvapA$=ΔvapG$,ΔvapS$> 0 (B) ΔvapU$<ΔvapH$,ΔvapA$<ΔvapG$,ΔvapS$> 0 (C) ΔvapU$>ΔvapH$,ΔvapA$>ΔvapG$,ΔvapS$< 0 (D) ΔvapU$<ΔvapH$,ΔvapA$<ΔvapG$,ΔvapS$< 0 答:(B)。任何液體在汽化時(shí),其ΔvapS$> 0。在正常沸點(diǎn)等溫、等壓可逆汽化時(shí),ΔvapG$=0,液體等壓變?yōu)闅怏w時(shí),要對環(huán)境做功,所以ΔvapA$<0,ΔvapU$<ΔvapH$。 16.在 -10℃、101.325kPa下,1mol水凝結(jié)成冰的過程中,下列哪個(gè)公式仍適用 ( ) (A) ?U = T?S (B) (C) ?H = T?S + V?p (D) ?GT,p = 0 答:(B)。過冷水結(jié)冰是一個(gè)不可逆過程,但是溫度保持不變,根據(jù)Gibbs自由能的定義式,在等溫時(shí),,這個(gè)公式總是可以使用的。只是和的數(shù)值要通過設(shè)計(jì)可逆過程進(jìn)行計(jì)算。 五.習(xí)題解析 5.有2 mol單原子分子理想氣體,由始態(tài)500 kPa,323 K 加熱到終態(tài)1 000 kPa,373 K。試計(jì)算此氣體的熵變。 解:這是一個(gè)p,V,T都改變的過程,計(jì)算熵變要分兩步進(jìn)行。第一步,等溫可逆改變壓力的過程,第二步,等壓可逆改變溫度的過程,熵變的計(jì)算式為 11. 1mol 理想氣體,在273 K等溫可逆地從1 000 kPa膨脹到100 kPa,試計(jì)算此過程的Q,W以及氣體的ΔU,ΔH,ΔS,ΔG和ΔA 。 解: 理想氣體等溫可逆膨脹,ΔU = 0 ,ΔH =0, 三.思考題參考答案 1.偏摩爾量與摩爾量有什么異同? 答:對于單組分系統(tǒng),只有摩爾量,而沒有偏摩爾量?;蛘哒f,在單組分系統(tǒng)中,偏摩爾量就等于摩爾量。只有對多組分系統(tǒng),物質(zhì)的量也成為系統(tǒng)的變量,當(dāng)某物質(zhì)的量發(fā)生改變時(shí),也會引起系統(tǒng)的容量性質(zhì)的改變,這時(shí)才引入了偏摩爾量的概念。系統(tǒng)總的容量性質(zhì)要用偏摩爾量的加和公式計(jì)算,而不能用純的物質(zhì)的摩爾量乘以物質(zhì)的量來計(jì)算。 2.什么是化學(xué)勢?與偏摩爾量有什么區(qū)別? 答:化學(xué)勢的廣義定義是:保持某熱力學(xué)函數(shù)的兩個(gè)特征變量和除B以外的其他組分不變時(shí),該熱力學(xué)函數(shù)對B物質(zhì)的量求偏微分。通常所說的化學(xué)勢是指它的狹意定義,即偏摩爾Gibbs自由能,即在等溫、等壓下,保持除B以外的其它物質(zhì)組成不變時(shí),Gibbs自由能隨B物質(zhì)的量的改變的變化率稱為化學(xué)勢。用公式表示為: 偏摩爾量是指,在等溫、等壓條件下,保持除B以外的其余組分不變,系統(tǒng)的廣度性質(zhì)X隨組分B的物質(zhì)的量的變化率,稱為物質(zhì)B的某種廣度性質(zhì)X的偏摩爾量,用表示。也可以看作在一個(gè)等溫、等壓、保持組成不變的多組分系統(tǒng)中,當(dāng)時(shí),物質(zhì)B所具有的廣度性質(zhì),偏摩爾量的定義式為 化學(xué)勢與偏摩爾量的定義不同,偏微分的下標(biāo)也不同。但有一個(gè)例外,即Gibbs自由能的偏摩爾量和化學(xué)勢是一回事,狹意的化學(xué)勢就是偏摩爾Gibbs自由能。 3.Roult 定律和Henry定律的表示式和適用條件分別是什么? 答:Roult 定律的表示式為:。式中為純?nèi)軇┑恼魵鈮?,為溶液中溶劑的蒸氣壓,為溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。該公式用來計(jì)算溶劑的蒸氣壓。適用條件為:定溫、稀溶液、非揮發(fā)性溶質(zhì),后來推廣到液態(tài)混合物。 Henry定律的表示式為:。式中,和分別是物質(zhì)B用不同濃度表示時(shí)的Henry系數(shù),Henry系數(shù)與溫度、壓力、溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)有關(guān)。適用條件為:定溫、稀溶液、氣體溶質(zhì),溶解分子在氣相和液相有相同的分子狀態(tài)。 對于液態(tài)混合物,Henry定律與Roult定律是等效的,Henry系數(shù)就等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮骸? 4.什么是稀溶液的依數(shù)性?稀溶液有哪些依數(shù)性? 答: 稀溶液依數(shù)性是指在溶劑的種類和數(shù)量固定后,這些性質(zhì)只取決于所含溶質(zhì)粒子的數(shù)目,而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。 稀溶液中由于溶劑的蒸氣壓降低,因而導(dǎo)致如下依數(shù)性質(zhì): (1)凝固點(diǎn)下降;(2)沸點(diǎn)升高;(3)滲透壓。 。 四.概念題參考答案 1.2 mol A物質(zhì)和3 mol B物質(zhì)在等溫、等壓下,混合形成理想液態(tài)混合物,該系統(tǒng)中A和B的偏摩爾體積分別為1.7910-5 m3mol-1,2.1510-5 m3mol-1 ,則混合物的總體積為 ( ) (A) 9.6710-5 m3 (B) 9.8510-5 m3 (C) 1.00310-4 m3 (D) 8.9510-5 m3 答:(C)。 運(yùn)用偏摩爾量的加和公式 2.下列偏微分中,能稱為偏摩爾量的是 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(A)。根據(jù)偏摩爾量定義,凡是容量性質(zhì)才有偏摩爾量,而且一定要符合等溫、等壓、除B以外的其他組成不變時(shí),某容量性質(zhì)隨物質(zhì)B的物質(zhì)的量的變化率,才能稱為偏摩爾量,只有(A)符合。 3.下列偏微分中,不是化學(xué)勢的是 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(B)?;瘜W(xué)勢的廣義定義是,在保持某熱力學(xué)函數(shù)相應(yīng)的兩個(gè)特征變量和除B以外的其他組分不變的情況下,該熱力學(xué)函數(shù)對求偏微分稱為化學(xué)勢。焓的兩個(gè)特征變量是,所以(B)是偏摩爾量,而不是化學(xué)勢。 4. 已知373 K時(shí),液體A的飽和蒸氣壓為133.24 kPa,液體B的飽和蒸氣壓為66.62 kPa。設(shè)A和B 形成理想液態(tài)混合物,當(dāng)A在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5時(shí),在氣相中A的摩爾分?jǐn)?shù)等于 ( ) (A) 1 (B) 1/2 (C) 2/3 (D) 1/3 答:(C)。 用Roult定律算出總蒸氣壓,再把A的蒸氣壓除以總蒸氣壓。 或 5.在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下,苯和甲苯形成理想的液態(tài)混合物。第一份混合物體積為2 dm3,苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.25,苯的化學(xué)勢為m1,第二份混合物的體積為1 dm3,苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5,化學(xué)勢為μ2,則 ( ) (A) m1>μ2 (B) m1<μ2 (C) m1=μ2 (D) 不確定 答:(B)?;瘜W(xué)勢是偏摩爾Gibbs自由能,是強(qiáng)度性質(zhì),與混合物的總體積無關(guān),而與混合物的濃度有關(guān)。根據(jù)理想液態(tài)混合物的化學(xué)勢表示式, 因?yàn)榈谝环葜斜降哪柗謹(jǐn)?shù)低于第二份中的摩爾分?jǐn)?shù),故化學(xué)勢小。 6.在溫度T時(shí),純液體A的飽和蒸氣壓為,化學(xué)勢為,并且已知在大氣壓力下的凝固點(diǎn)為,當(dāng)A中溶入少量與A不形成固態(tài)溶液的溶質(zhì)而形成稀溶液時(shí),上述三個(gè)物理量分別為,和,則 ( ) (A) ,, (B) ,, (C) ,, (D) ,, 答:(D)。純液體A的飽和蒸氣壓和化學(xué)勢比稀溶液中的大,加入溶質(zhì)后,稀溶液的凝固點(diǎn)會下降。 7.在298 K時(shí),A和B兩種氣體單獨(dú)在某一溶劑中溶解,遵守Henry定律,Henry常數(shù)分別為kA和kB,且知kA> kB,則當(dāng)A和B(平衡時(shí))的壓力相同時(shí),在一定量的該溶劑中所溶解的A和B的量的關(guān)系為 ( ) (A) A 的量大于 B 的量 (B) A 的量小于 B 的量 (C) A 的量等于 B 的量 (D) A 的量與B的量無法比較 答:(B)。根據(jù)Henry定律,當(dāng)平衡壓力相同時(shí),Henry常數(shù)大的氣體溶質(zhì),其溶解的量反而小。 8.在400 K時(shí),液體A的蒸氣壓為,液體B 的蒸氣壓為,兩者組成理想液態(tài)混合物。在達(dá)平衡的溶液中,A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.6,則氣相中B的摩爾分?jǐn)?shù)等于 ( ) (A) 0.60 (B) 0.50 (C) 0.40 (D) 0.30 答:(B)。用Roult定律算出總蒸氣壓,再把B的蒸氣壓除以總蒸氣壓 9.在50℃時(shí),液體A的飽和蒸氣壓是液體B的飽和蒸氣壓的3倍,A和B兩液體形成理想液態(tài)混合物。達(dá)氣-液平衡時(shí),在液相中A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5,則在氣相中B的摩爾分?jǐn)?shù)為 ( ) (A) 0.15 (B) 0.25 (C) 0.5 (D) 0.65 答:(B)。用Roult定律算出總蒸氣壓,再把B的蒸氣壓除以總蒸氣壓 10.在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下,有兩瓶含萘的苯溶液。在第一瓶中有溶液,溶有0.5 mol萘,化學(xué)勢為。在第二瓶中有溶液,溶有0.25 mol萘,化學(xué)勢為。兩個(gè)化學(xué)勢大小的關(guān)系為 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(D)。 化學(xué)勢是偏摩爾Gibbs自由能,是強(qiáng)度性質(zhì),與混合物的總體積無關(guān),而與混合物的濃度有關(guān)。兩份的濃度相同,故化學(xué)勢相等。 11.在時(shí),的化學(xué)勢為,的化學(xué)勢為,兩者大小的關(guān)系為 ( ) (A) (B) (C) (D) 無法比較 答:(C)。已知,對于純組分系統(tǒng),則。因?yàn)?,所以。在下,會自發(fā)變?yōu)椤<丛谙嗤瑴囟认?,加壓可以使熔化? 12.在兩只燒杯中,各盛有1 kg。向A杯中加入0.01 mol蔗糖,向B杯中加入0.01 mol NaCl,溶解完畢后,兩只燒杯按同樣的速度冷卻降溫,則 ( ) (A) A杯先結(jié)冰 (B) B杯先結(jié)冰 (C) 兩杯同時(shí)結(jié)冰 (D) 不能預(yù)測其結(jié)冰的次序 答:(A)。稀溶液的依數(shù)性只與粒子的數(shù)量有關(guān),而與粒子的性質(zhì)無關(guān)。B杯內(nèi)溶入的是NaCl,NaCl在水中解離,其粒子數(shù)幾乎是A杯中的兩倍,B杯中溶液的凝固點(diǎn)下降得多,所以A杯先結(jié)冰。 13.在恒溫的玻璃罩中,封入一杯糖水(A杯)和一杯純水(B杯),使兩杯的液面相同,將玻璃罩抽成真空。經(jīng)歷若干時(shí)間后,兩杯液面的高度將是 ( ) (A) A 杯高于 B 杯 (B) A 杯等于 B 杯 (C) A 杯低于 B 杯 (D) 視溫度而定 答:(A)。純水的飽和蒸氣壓大于糖水,純水不斷蒸發(fā),蒸氣在含糖水的A 杯中不斷凝聚,所以A 杯液面高于B 杯。 14.冬季建筑施工中,為了保證施工質(zhì)量,常在澆注混凝土?xí)r加入少量鹽類,其主要作用是? ( ) (A) 增加混凝土的強(qiáng)度 (B) 防止建筑物被腐蝕 (C) 降低混凝土的固化溫度 (D) 吸收混凝土中的水份 答:(C)。混凝土中加入少量鹽類后,使凝固點(diǎn)下降,防止混凝土結(jié)冰而影響建筑物的強(qiáng)度。 15.鹽堿地的農(nóng)作物長勢不良,甚至枯萎,其主要原因是 ( ) (A) 天氣太熱 (B) 很少下雨 (C) 肥料不足 (D) 水分從植物細(xì)胞向土壤倒流 答:(D)。 鹽堿地中含鹽量高,水在植物細(xì)胞中的化學(xué)勢大于在鹽堿地中的化學(xué)勢,水分會從植物細(xì)胞向土壤滲透,使農(nóng)作物長勢不良。 四.概念題參考答案 1.在等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下,當(dāng)反應(yīng)的時(shí),該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向?yàn)? ( ) (A) 正向自發(fā)進(jìn)行 (B) 逆向自發(fā)進(jìn)行 (C) 無法判斷 (D) 反應(yīng)不能進(jìn)行 答:(C)。 判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,要用等溫、等壓且不做非膨脹功的條件下的變化值,而不能用的值。除非該反應(yīng)是在標(biāo)準(zhǔn)壓力下進(jìn)行,則,反應(yīng)能逆向自發(fā)進(jìn)行?;蛘呤且粋€(gè)絕對值很大的負(fù)值,改變壓力商也不可能改變的符號,則也小于零,這時(shí)可以估計(jì)反應(yīng)能自發(fā)正向進(jìn)行。 2.理想氣體混合物在化學(xué)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),應(yīng)該使用下列哪個(gè)關(guān)系式? ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(B)。根據(jù)理想氣體化學(xué)勢的表示式,對數(shù)項(xiàng)中用表示,在化學(xué)反應(yīng)等溫式中,對數(shù)項(xiàng)中是壓力商,達(dá)平衡時(shí),是平衡時(shí)的壓力商,所以標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是,相應(yīng)的Gibbs自由能的變化值為。 3.理想氣體反應(yīng)的與溫度T的關(guān)系為:。若要使反應(yīng)的平衡常數(shù)大于1,則應(yīng)控制的反應(yīng)溫度為 ( ) (A) 必須低于409.3℃ (B) 必須高于 (C) 必須低于 (D) 必須等于 答:(C)。與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的關(guān)系式為,要使,則。從已知的關(guān)系式,解得。要使反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下能自發(fā)正向進(jìn)行,必須小于零,所以,根據(jù)已知的關(guān)系式,反應(yīng)溫度必須低于。 4.在973 K時(shí),反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。若將如下各分壓的理想氣體混合在一起,,,,,在相同溫度下,反應(yīng)的方向?qū)? ( ) (A) 向右進(jìn)行 (B) 向左進(jìn)行 (C) 處于平衡狀態(tài) (D) 無法判斷 答:(A)。有一個(gè)可以作為判據(jù)的化學(xué)反應(yīng)等溫式為 如果若,則,反應(yīng)可自發(fā)向右正向進(jìn)行。這個(gè)反應(yīng)的值為 遠(yuǎn)小于的值,所以反應(yīng)自發(fā)向- 1.請仔細(xì)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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