物理化学 习题答案.docx

《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

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

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(V

2

?V)?nR?T?R

1

已知冰和水的密度分别为：0.92×103kg·m-3，现有1mol的水发生如下变化：

在100oC，101.325kPa下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体；

在0oC、101.325kPa下变为冰。试求上述过程体系所作的体积功。

18?10?3

解：(1) V＝

冰

0.92?103

＝1.96?10?6(m3)

18?10?3

V＝ ＝1.96?10?6(m3)

水 1.0?103

W?p

e

(V －V

水 冰

)?nRT?1?8.314?373?3.101?103(J)

(2) W?p(V

e 冰

?V )?101325?(1.96?10?5?1.8?10?5)?0.16(J)

水

若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。

Q、W、Q－W、ΔU是否已经完全确定。

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。

1mol理想气体从100oC、0.025m3经过下述四个过程变为100oC、0.1m3：

恒温可逆膨胀；

向真空膨胀；

恒外压为终态压力下膨胀；

恒温下先以恒外压等于气体体积为0.05m3时的压力膨胀至0.05m3，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?nRTlnV2?1?8.314?ln 0.1 ?4299(J)

V 0.025

1

(2) W?0

p

?nRT?1?8.314?373

?31010(Pa)

e V 0.1

W?p(V

e 2

?V)?31010(0.1?0.025)?2325(J)

1

p

e

?1?8.314?373?62022(Pa)0.05

W?p(V

1 2

?V)?p(V

1 2 3

?V)?62022(0.05?0.025)?31010(0.1?0.05)

2

?1550?1550?3101(J)

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 ?0

电功

在373K 和101.325kPa 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?Q

p

?4.067?104(J)

?U?Q?W??H?p(V

e 2

?3.761?104(J)

?V)?4.067?104?101325(30200?18.80)?10?6

1

分别判断下列各过程中的Q、W、ΔU及ΔH为正为负还是为零?

理想气体自由膨胀

理想气体恒温可逆膨胀

理想气体节流膨胀

理想气体绝热反抗恒外压膨胀

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,273.15K)→冰(101325Pa,273.15K)

(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)W0，Q0、ΔU＝ΔH＝0

(3)W＝0，Q＝0、ΔU＝ΔH＝0

(4)W0，Q＝0、ΔU0、ΔH0

(5)W0，Q0、ΔU＝ΔH＝0

(6)W0，Q0、ΔU0、ΔH0

(7)W=0，Q=0、ΔU＝0、ΔH0

9.已知H2(g)的Cp,m=(29.07-0.836×10-3T+2.01×10-6T2)J·K-1·mol-1，现将1mol的

H2(g)从300K升至1000K，试求：

恒压升温吸收的热及H2的ΔH；

恒容升温吸