物化热力学课后作业题答案.doc

第二章 热力学第一定律 2-1 1mol 理想气体于恒定压力下升温 1℃，试求过程中气体与环境交换的功 W。 解：W ? ?p V V pV pV nRT nRT nR T J amb ( 2 ? 1 ) ? ? 2 ? 1 ? ? 2 ? 1 ? ? ? ? ?8.314 2-8 某理想气体 C ? R 。今有该气体 5 mol 在恒容下温度升高 50℃，求过程的 W，Q，△H 和 , 1.5 V m △U。 解：恒容：W=0； T ?50K ? ? U ? nC dT T V m , ? nC (T ?50K V ,m ?T) ? nC ?50K ? 5? V ,m 3 2 ?8.3145?50 ? 3118J ? 3.118kJ T ?50K ? ? H ? nC dT T p m , ? nC (T ?50K ?T) p,m ?? n(C ? V ,m R)?50K ? 5? 5 2 ?8.3145?50 ? 5196J ? kJ 根据热力学第一定律，：W=0，故有 Q=△U=3.118kJ 2-15 容积为 0.1m3 的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为 0℃，4 mol 的 Ar（g）及 150℃， 2mol 的 Cu（s）。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度 t 及过程的△H。 已知：Ar（g）和 Cu（s）的摩尔定压热容 Cp，m 分别为 20.786 J ?mol?1 ?K ?1 及 24.435 J ?mol?1 ?K ?1 ， 且假设均不随温度而变。 解：用符号 A 代表 Ar（g），B 代表 Cu（s）;因 Cu 是固体物质，Cp，m≈Cv，m；而 Ar（g）： , (20.786 8.314) 1 1 12.472 1 1 C ? ? J ?mol? ?K ? ? J ?mol? ?K ? V m 过程恒容、绝热，W=0，QV=△U=0。显然有 ?U ? ?U(A) ? ?U(B) ? n(A)CV, (A) T ?T A ? B T ?T B ? ? ( )? n(B)C ( )? ( )? 0 m 2 1 V,m 2 1 得 T 2 ? n(A)C (A)T (A) V ,m 1 n(A)C (A) V ,m ? n(B)C (B)T (B) V ,m 1 ? n(B)C (B) V ,m ? 4?12.472? 273.15 ? 4?12.472 ? 2? 24.435? 2? 24.435 K ? K 所以，t=347.38-273.15=74.23℃ ?H ? ?H(A) ? ?H(B) ? n(A)C ( ) ? ? ? p, A T T A B T T B ? ( )? n(B)C ( )? ( )? m 2 1 p,m 2 1 ?H ? 4?20.786?(347.38? 273.15)J ? 2?24.435?(347.38? 423.15)J ? 6172J ?3703J ? 2469J ? 2.47kJ s=101.325 kPa，在此温度、压力下水的摩尔蒸发焓 2-21 已知水（H2O，l）在 100℃的饱和蒸气压 p ? H ? 40 kJ ?mol?1 vap .668 。求在 100℃，101.325 kPa 下使 1kg 水蒸气全部凝结成液体水时的 Q，W， m △U 及△H。设水蒸气适用理想气体状态方程。 1  解：过程为 1k g H2O(g),1000 C,101.325k P a 1k g HO(l),100 C,101.325k P a 0 2 n ?1000/18.01? 55.524mol Q ? Q n ( H ) 55.524 ( 40.668)kJ 2258kJ H p ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? vap m W ? 1000 ? amb ( ?V ) ? ? ? ( ?8.314?373.15) ?172.35 p V pV n RT J kJ l g g g 18 ?U ? Q?W ? (?2258?172.35) ? ?2085.65kJ 2-23 已知 100kPa 下冰的熔点为 0℃，此时冰的比熔化焓 ? h ? 333.3J ? g?1 fus 。水的均比定压热容 c p ? 4 J ? g? ?K ? 。求绝热容器内向 1kg 50℃的水中投入 0.1 kg 0℃的冰后，系统末态的温度。计 .184 1 1 算时不考虑容器的热容。 解：变化过程示意如下 （ 0.1kg，0℃冰） （ 0.1kg，0℃，水） （ 0.1kg，t，水） （ 1kg，50℃，水） （ 1kg，t，水） 过程恒压绝热：Q ? ?