萬洪文物理化學教材習題解答

1、1第一篇第一篇化學熱力學化學熱力學第一章第一章熱力學基本定律熱力學基本定律.110.1kgC6H6(l)在，沸點353.35K下蒸發(fā)，已知(C6H6)=30.80kJmol1。試計算此過程Q，W，ΔU和ΔH值。解：等溫等壓相變。nmol=10078ΔH=Q=n=39.5kJW=nRT=3.77kJΔU=QW=35.7kJ12設(shè)一禮堂的體積是1000m3，室溫是290K，氣壓為，今欲將溫度升至300K，需吸p?收熱量多少(若將空氣視為理想

2、氣體，并已知其Cpm為29.29JK1mol1。)解：理想氣體等壓升溫（n變）。Q=nCpm△T=(1000)(8.314290)Cpm△T＝1.2p?107J132mol單原子理想氣體，由600K，1.0MPa對抗恒外壓絕熱膨脹到。計算該過程的Q、W、ΔU和ΔH。(Cpm=2.5R)解：理想氣體絕熱不可逆膨脹Q＝0。ΔU＝W，即nCVm(T2T1)=p2(V2V1)因V2=nRT2p2V1=nRT1p1，求出T2=384K。ΔU＝W＝

3、nCVm(T2T1)＝5.39kJ，ΔH＝nCpm(T2T1)＝8.98kJ14在298.15K，6101.3kPa壓力下，1mol單原子理想氣體進行絕熱膨脹，最后壓力為，若為；(1)可逆膨脹(2)對抗恒外壓膨脹，求上述二絕熱膨脹過程的氣體的最終溫p?度；氣體對外界所作的功；氣體的熱力學能變化及焓變。(已知Cpm=2.5R)。解：(1)絕熱可逆膨脹:γ=53過程方程p11γT1γ=p21γT2γT2=145.6KΔU＝W＝nCVm(T2

4、T1)＝1.9kJΔH＝nCpm(T2T1)＝3.17kJ(2)對抗恒外壓膨脹利用ΔU＝W，即nCVm(T2T1)=p2(V2V1)，求出T2=198.8K。同理，ΔU＝W＝1.24kJ，ΔH＝2.07kJ。151mol水在100℃，下變成同溫同壓下的水蒸氣(視水蒸氣為理想氣體)，然后等溫p?可逆膨脹到，計算全過程的ΔU，ΔH。已知Hm(H2O373.15K)=40.67kJmolp?gl?p?1。解：過程為等溫等壓可逆相變＋理想氣體等

5、溫可逆膨脹，對后一步ΔU，ΔH均為零。ΔH＝Hm=40.67kJ，ΔU=ΔH–Δ(pV)=37.57kJ16某高壓容器中含有未知氣體，可能是氮氣或氬氣。在29K時取出一樣品，從5dm3絕3解：此過程可以看作：n=4.9mol理想氣體等溫壓縮n’=3.92mol水蒸氣等溫等壓可逆相變。W＝pΔVn’RT=27kJQ=pΔVn’Hm=174kJ理想氣體等溫壓縮ΔUΔH為零，相變過程ΔH=n’Hm=159kJΔU=ΔHΔ(pV)=ΔHn’RT

6、=147kJ111試以T為縱坐標，S為橫坐標，畫出卡諾循環(huán)的TS圖，并證明線條所圍的面積就是系統(tǒng)吸的熱和數(shù)值上等于對環(huán)境作的功。1121mol單原子理想氣體可逆地沿T=aV(a為常數(shù))的途徑自273K升溫到573K求此過程的WΔUΔS。解：可逆途徑T=aV(a為常數(shù))即等壓可逆途徑W=nR(T2T1)=2.49kJΔU＝nCVmΔT=3.74kJΔS=nCpmln(T2T1)=15.40JK－11131mol理想氣體由25℃，1MPa膨

7、脹到0.1MPa，假定過程分別為：(1)等溫可逆膨脹；(2)向真空膨脹。計算各過程的熵變。解：(1)等溫可逆膨脹；ΔS=nRln(V2V1)=19.14JK1(2)初、終態(tài)相同ΔS=19.14JK11142mol、27℃、20dm3理想氣體，在等溫條件下膨脹到50dm3，假定過程為：(1)可逆膨脹；(2)自由膨脹；(3)對抗恒外壓膨脹。計算以上各過程的Q、W、ΔU、ΔH及ΔS。解：理想氣體等溫膨脹ΔU=ΔH=0及ΔS=nRln(V2V1

8、)=15.2JK1。(1)可逆膨脹W=nRTln(V2V1)=4.57kJ、Q=W=4.57kJ(2)自由膨脹W=0Q=W=0(3)恒外壓膨脹W=pΔV=3.0kJQ=W=3.0kJ1155mol某理想氣體(Cpm=29.10JK1mol1)，由始態(tài)(400K，200kPa)分別經(jīng)下列不同過程變到該過程所指定的終態(tài)。試分別計算各過程的Q、W、ΔU、ΔH及ΔS。(1)等容加熱到600K；(2)等壓冷卻到300K；(3)對抗恒外壓絕熱膨脹到

9、；(4)絕熱可逆膨脹到。解：理想氣體ΔU＝nCVmΔTΔH=nCpmΔTΔS=nRln(p1p2)nCpmln(T2T1)(1)等容升溫T2=600KW=0Q=ΔUΔS=nCVmln(T2T1)所以QWΔUΔHΔS分別等于20.79kJ020.79kJ29.10kJ42.15JK1(2)等壓降溫T2=300K，W=pΔVQ=ΔU–WΔS=nCpmln(T2T1)所以QWΔUΔHΔS分別等于14.55kJ4.16kJ–10.4kJ–14.