物理化学第二、三章习题及答案.ppt
热力学部分 总结,主要计算公式,，,，,4.单纯PVT变化 U、H的计算,，,5.理想气体绝热可逆过程方程,热力学部分 总结,，,，,，,6.化学反应焓变计算公式：,7.体积功定义式,1）自由膨胀过程向真空膨胀,2）等容过程,P外=0，W=0,W=P外dV,dV=0，W=0,3）等温可逆膨胀,4）理想气体绝热可逆体积功计算,热力学部分 总结,8.熵的定义,热力学部分 总结,不等式判别过程自发进行的方向；等式作为系统平衡的判据,热力学部分 总结,9.S、A、G 判据,10.G 及A 的计算,热力学部分 总结,恒T过程,非恒T,1）单纯 PVT 变化,恒T,2）,3）化学反应的 计算,热力学部分 总结,11.克拉佩龙方程,在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平衡时，上式表示蒸气压随温度的变化率。,热力学部分 总结,可用来计算不同温度下的蒸气压或摩尔蒸发热。,克-克方程,热力学第一定律 习题,1、1 mol 某理想气体于27oC，101.325 kPa 的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态，再恒容升温至97oC，250.00 kPa。求过程的W，Q,U，H。已知气体的Cv,m=20.92 J mol-1K-1,解：过程图示如下：,热力学第一定律 习题,因为V2=V3，则p2/T2=p3/T3，p2=p3T2/T3=250.00300.15/370.15 kPa=202.72 kPaW2=0,所以 W=W2+W1=2.497 kJ，,热力学第一定律 习题,2、在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板的两侧分别为2mol，0的单原子理想气体A及5mol，100的双原子理想气体B，两气体的压力均为100 kPa。活塞外的压力维持 100kPa不变。今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气体混合达到平衡态。求末态温度T及过程的W，U。,解：单原子理想气体A的，双原子理想气体B的，因活塞外的压力维持 100kPa不变，过程绝热恒压，Q=Qp=H=0，于是有于是有 22.5T=7895.875K 得 T=350.93K,热力学第一定律 习题,3、已知水在100，101.325 kPa下的摩尔蒸发焓vapHm=40.668 kJmol-1，试分别计算下列两过程的Q，W，U及H。水蒸汽可按理想气体处理。（1）在100，101.325 kPa条件下，1kg水蒸发为水蒸汽；（2）在恒定100的真空容器中，1kg水全部蒸发为水蒸汽，并且水蒸气的压力恰好为101.325 kPa,热力学第一定律 习题,4、5 mol双原子理想气体从始态300 K，200 kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50 kPa，再绝热可逆压缩到末态压力200 kPa。（1）求末态温度T；（2）求恒温可逆膨胀过程的W，Q，U和H；（3）求绝热可逆压缩过程的W，Q，U和H；（4）求整个过程过程的W，Q，U和H；,解：过程图示如下：,要确定T3，只需对第二步应用可逆过程方程式。,热力学第一定律 习题,热力学第一定律 习题,5、求在常压及10 下过冷水结冰的摩尔凝固焓。已知冰(H2O,s)在100 kPa下的熔点为0，此条件下的摩尔熔化焓 fusHm6.012 kJmol-1；在100的范围内过冷水(H2O,l)和冰的摩尔定压热容分别为Cp,m(H2O,l)=76.28 Jmol-1K-1和Cp,m(H2O,s)=37.20 Jmol-1K-1。,热力学第一定律 习题,6已知25甲酸甲酯的标准燃烧焓cHm（HCOOCH3，l）为979.5 kJmol-1，甲酸(HCOOH，l)、甲醇(CH3OH，l)、水(H2O，l)及二氧化碳（CO2，g)的标准摩尔生成焓f Hm分别为424.72 kJmol-1，238.66 kJmol-1，285.83 kJmol-1及393.509 kJmol-1，应用这些数据求25时下列反应的摩尔反应焓。HCOOH(l)+CH3OH(l)HCOOCH3(l+H2O(l),热力学第一定律 习题,7计算下列反应的H-U（各反应条件均为298 K和100 kPa）C12H22O11(蔗糖)完全燃烧；(2)C10H8(萘，s)完全氧化为苯二甲酸C6H4(COOH)2(s)。,热力学第一定律 习题,8、将2 mol H2(g)置于带活塞的气缸中，若活塞上的外压力很缓慢地减小，使H2(g)在25 时从15 dm3等温膨胀到50 dm3，试求在过程的Q，W，U，H。假设H2(g)服从理想气体行为。,热力学第一定律 习题,9、1 mol N2(g)，在298 K和100 kPa压力下，经可逆绝热压缩到5 dm3。试计算：（设气体为理想气体）(1)N2(g)的最后温度；(2)N2(g)的最后压力；(3)需做多少功。,热力学第一定律 习题,第三章习题热力学第二定律,1.卡诺热机在T1=795K的高温热源和T2=300K的低温热源间工作，求：（1）热机的效率；（2）当从高温热源吸热Q1=250 kJ时，系统对环境作的功-W及向低温热源放出的 Q2。,2.始态为T1=300K，p1=200kPa 的某双原子气体 1 mol，经下列不同途径变化到T2=300K，p2=100 kPa的末态。求各步骤及途径的Q，S。（1）恒温可逆膨胀：（2）先恒容泠却至使压力降至100kPa，再恒压加热至T2；（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100kPa，再恒压加热至T2；,3.某双原子理想气体从T1=300K，p1=100 kPa，V1=100 dm3 的始态，经不同过程变化到下述状态，求各过程的S。（1）T2=600K，V2=50 dm3；（2）T2=600K，p2=50 kPa；（3）p2=150 kPa，V2=200 dm3；,4.4 mol 单原子理想气体从始态750 K，150 kPa，先恒容冷却使压力降至 50 kPa，再恒温可逆压缩至 100 kPa。求整个过程的Q，W，U，H，S。,5.绝热恒容容器中有一绝热隔板，隔板一侧为 2 mol 的200 K，50dm3的单原子理想气体A，另一侧为 3 mol的400K，100 dm3的双原子理想气体B。今将容器中绝热隔板抽去，气体A与气体B混合达到平衡态。求过程的S。,6.将装有0.1mol乙醚(C2H5)2O(l)的微小玻璃放入的小玻璃瓶放入容积为10dm3的恒容密闭的真空容器中，并在35.51的恒温槽中恒温。35.51为在101.325kPa下乙醚的沸点。已知在此条件下乙醚的摩尔蒸发焓vapHm=25.104kJmol-1。今将小瓶打破，乙醚蒸发至平衡态。求：（1）乙醚蒸气的压力；（2）过程的Q，U，H及S。,（2）画出如下框图,7.已知苯（C6H6）在101.325kPa下于80.1 沸腾，vapHm=30.878 kJmol-1。液体苯的摩尔定压热容Cp，m=142.7 Jmol-1K-1。今将40.53 Kpa，80.1 的苯蒸气 1 mol，先恒温可逆压缩至101.325kPa，并凝结成液态苯，再在恒压下将其冷却至60。求整个过程的Q，W，U，H及S。,8.已知25时液态水的标准摩尔生成吉布斯函数为-237.129 kJmol-1。水在25时的饱和蒸气压p=3.1663 kPa。求25时水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数。,9.100的恒温槽中有一带活塞的导热圆筒，筒中 为2 mol N2（g）及装于小玻璃瓶中的 3 mol H2O（l）。环境的压力即系统的压力维持 120 kPa 不变。今小玻璃瓶打碎，液态水蒸发至平衡态。求过程的Q，W，U，H，S，A及G。已知：水在100时的饱和蒸气压为ps=101.325 kPa，在此条件下水的摩尔蒸发焓vapHm=40.668 kJmol-1。,解：本题虽然系统的压力为120kPa，大于水在100时的饱和蒸气压，但因有N2（g）存在，在气相中水蒸气的分压小于其饱和蒸气压时，水即可蒸发。本题的水量较多，水是全部蒸发，还是部分蒸发，我们先计算为好。,10.已知100水的饱和蒸气压为101.325 kPa，在此条件下水的摩尔蒸发焓vapHm=40.668 kJmol-1。在置于100恒温槽中的容积为100 dm3 的密闭容器中，有压力 120kPa的过饱和蒸气。此状态为亚稳态。今过饱和蒸气失稳，部分凝结成液态水达到热力学稳定的平衡态。求过程的Q，U，H，S，A及G。,11.已知水在77时的饱和蒸气压为48.891 kPa。水在101.325 kPa下的正常沸点为100。求（1）下面表示水的蒸气压与温度关系的方程式中A和B值；,（2）在此温度范围内水的摩尔蒸发焓；（3）在多大压力下水的沸点为105。,12.求证：（1）,；（2）对理想气体,。,13、求证：,
