(完整版)物理化学习题答案

《物理化学》作业习题

物理化学教研组解

2009，7

第一章 热力学第一定律与热化学

1. 一隔板将一刚性决热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去左、右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则ΔU、Q、W为正为负或为零

解：?U?Q?W?0

2. 试证明1mol理想气体在衡压下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R。

证明：W?p(V2?V1)?nR?T?R

3. 已知冰和水的密度分别为：×103kg·m-3，现有1mol的水发生如下变化： (1) 在100oC，下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体； (2) 在0 oC、下变为冰。

试求上述过程体系所作的体积功。

18?10?3＝1.96?10?6(m3) 解：(1) V冰＝30.92?1018?10?3?63V水＝＝1.96?10(m) 31.0?10 W?pe(V水－V冰)?nRT?1?8.314?373?3.101?103(J) (2) W?pe(V冰?V水)?101325?(1.96?10?5?1.8?10?5)?0.16(J)

4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。 (1)Q、W、Q－W、ΔU是否已经完全确定。

(2)若在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，则(1)中的各量是否已完全确定为什么

解：(1) Q－W与ΔU完全确定。

(2) Q、W、Q－W及ΔU均确定。

5. 1mol理想气体从100C、0.025m 经过下述四个过程变为100C、0.1m： (1) 恒温可逆膨胀； (2) 向真空膨胀；

(3)恒外压为终态压力下膨胀；

(4)恒温下先以恒外压等于气体体积为0.05m3时的压力膨胀至0.05 m3，再以恒外压等于终态压力下膨胀至0.1m3。 求诸过程体系所做的体积功。 解：(1)W?nRTln (2) W?0

(3) pe?nRT1?8.314?373??31010(Pa) V0.1V20.1?1?8.314?ln?4299(J) V10.025o3o3

W?pe(V2?V1)?31010(0.1?0.025)?2325(J)

(4) pe?

1?8.314?373?62022(Pa)

0.05W?p1(V2?V1)?p2(V3?V2)?62022(0.05?0.025)?31010(0.1?0.05)?1550?1550?3101(J)

6. 在一个带有无重量无摩擦活塞的绝热圆筒内充入理想气体，圆筒内壁上绕有电炉丝。通电时气体缓慢膨胀，设为等压过程。若(1) 选理想气体为体系；(2) 选电阻丝和理想气体为体系。两过程的Q、ΔH分别是等于、小于还是大于零 解：(1) Q??H?0

(2) Q?0?H??W电功?0

7. 在373K和的条件下，1mol体积为18.80cm3的液态水变为30200cm3。求此过程的ΔH及ΔU。

解：?H?Qp?4.067?104(J)

?U?Q?W??H?pe(V2?V1)?4.067?104?101325(30200?18.80)?10?6?3.761?10(J)

4

8. 分别判断下列各过程中的Q、W、ΔU及ΔH为正为负还是为零 (1) 理想气体自由膨胀 (2) 理想气体恒温可逆膨胀 (3) 理想气体节流膨胀

(4) 理想气体绝热反抗恒外压膨胀

(5) 水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态，以水蒸气为体系 (6) 水(101325Pa,→冰(101325Pa,

(7) 在充满氧的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为体系。 解：

(1) W＝0， Q＝0、、ΔU＝ΔH＝0 (2) W>0， Q>0、ΔU＝ΔH＝0 (3) W＝0， Q＝0、ΔU＝ΔH＝0 (4) W>0， Q＝0、ΔU<0、ΔH<0 (5) W>0， Q>0、ΔU＝ΔH＝0 (6) W>0， Q<0、ΔU<0、ΔH>0 (7) W=0， Q=0、ΔU＝0、ΔH>0

9. 已知H2(g)的Cp,m=，现将1mol的H2(g)从300K升至1000K，试求： (1) 恒压升温吸收的热及H2的ΔH； (2) 恒容升温吸收的热及H2的ΔU。 解：(1) ?H??1000300T2(29.07-0.836?10-3T?2.01?10-6T2)dT=

（2）?U??(29.07-0.814-0.836?10-3T?2.01?10-6T2)dT=14800J

T110.在在0℃和条件下，2dm3的双原子理想气体体系以下二个过程恒温膨胀至压力为，求Q,W, △U,△H。 （1）可逆膨胀； （2）对抗恒外压膨胀。

解：（1）W=nRTlnP1P1V1P506.6＝RTln1＝0.446?8.314?273?ln＝1629J p2RT1p2101.325 △U=0,Q＝1629J

(2)W=P外△V=101325×（ △H=△U=0 Q=

11.(1)在0℃和下，1mol水全部蒸发为水蒸气，求此过程的Q、W、△U、△H。已知水的汽化热为·mol-1.

(2)若在373K、下的水向真空蒸发，变成同温同压的水蒸气，上述个量又如何（假设水蒸汽可视为理想气体）。

解：（1）相变在恒温恒压且非体积功为零下进行，故 △H＝QP＝

W＝P0（Vg－V1）?P?Vg?RT?8.314?373?3.10KJ ?U?QP?W?40.7?3.10?37.6KJ

(2)该相变相真空进行为不可逆相变，Pe＝0，W＝0。因为（2）的始，终态同（1）所以△H，△U与（1）相同，即△H=,△U=,Q=.

单原子理想气体，始态压力为，体积为，经过pT为（1）终态的体积与温度 （2）体系的△U及△H； （3）该过程体系所作的功。 解：（1）

?3PV11/nR?202650?11.2?10/8.314?273KnRT2?V1）＝ P2PT?常数 T2?PT11/P2?202.65?273/405.3?136.5K V2?8.314?136.5/405.3?2.8dm3（2）△U＝3/2××（）＝-1702J △H=5/2××（－273）＝-2837J

(3)PT=B,P=B/T V=RT/P=RT2/B, Dv=（2RT/B）Dt