程兰征版物理化学习题解答1.doc

第一章热力学第一定律1、10mol氧在压力为101kPa下等压加热，使体积自1000dm3膨胀到2000dm3，设其为理想气体，求系统对外所做的功。解：W=-peV=-101103(2000-1000) 10-3=-101103(J) 即系统对外做功101103J2、在一绝热箱中装有水，接联电阻丝，由蓄电池供应电流，试问在下列情况下，Q、W及U的值时大于零，小于零，还是等于零？系统电池电阻丝*水水+电阻丝电池+电阻丝环境水+电阻丝水+电池电池+电阻丝电池水解：Q=0,W0, U0W=0,Q0(0)Q0,W0, U0W0,Q=0, U0W=0,Q0, U0（有*者表示通电后，电阻丝及水温皆升高，假定电池放电时无热效应）3、10mol的气体（设为理想气体），压力为101104 Pa，温度为27，分别求出下列过程的功：（1）反抗恒外压101103等温膨胀到气体的压力也为101103。（2）等温可逆膨胀到气体的压力为101103Pa。解：(1) W=-peV=-101103108.314300() 10-3=-22.45(kJ) (2)W=nRTln=108.31430010-3ln=-57.43(kJ)4、在101kPa下，气体由10.0dm3膨胀到16.0dm3，吸收了1255J的热，求U、H、W。解：W=-peV=-101103(16-10) 10-3=-606(J)H=Qp=1255JU=Q+W=1255-606=649J5、2.00mol的水蒸气在100、101325Pa下变为水，求Q、W、U及H。已知水的气化热为2258J/g。解：Q=Qp=H=-nvapHm=-222581810-3=-81.29(kJ)W=-peV=peVg=nRT=-28.31437310-3=6.20(kJ)U=Q+W=-81.29+6.20=-75.09(kJ)6、1.00mol冰在0、101325Pa下变为水，求Q、W、U及H。已知冰的熔化热为335J/g。冰与水的密度分别为0.917及1.00g/cm-3。解：Q=Qp=H=nfusHm=13351810-3=6.03(kJ) W=-peV=-101325()10-6=0.165(J)U=Q+W=6.03+0.000165=6.03(kJ)7、某热处理车间室温为25，每小时处理400kg链轨节(碳钢)，淬火温度为850，假定炉子热损失量是加热链节热量的30%，问电炉每小时耗电量多少？已知碳钢的Cp=0.5523J/g.解：Q=4001030.5523(850-25)(1+30%)10-3=236937（kJ）=236937/3600=65.82(kWh)8、将1000g铜从25加热到1200，需供给多少热量？已知铜的熔点为1083，熔化热为13560J/mol，Cp(l)=31.40 Jmol-1K-1,Cp(s)=24.48Jmol-1K-1。解：Qp=24.48(1083-25)+ 13560+ 31.40(1200-1083)=407615+213409+57819=678843（J）=678.8kJ9、求55.85kg的-Fe从298K升温到1000K所吸收的热。（1） 按平均热溶计算，Cp,m=30.30Jmol-1K-1;（2） 按Cp,m=a+bT计算（查本书附录）解：（1）Qp=30.30(1000-298) 10-3=21271(kJ) （2）Fe的Cp,m=14.10+29.7110-3T Qp=14.10(1000-298) +10-3(10002-2982)=9898200+134-535817=23434017(J)=23434(kJ)10、1.00mol（单原子分子）理想气体，由10.1kPa、300K按下列两种不同的途径压缩到25.3kPa、300K，试计算并比较两途径的Q、W、U及H。 （1）等压冷却，然后经过等容加热；（2）等容加热，然后经过等压冷却。解：Cp,m=2.5R,CV,m=1.5R（1）10.1kPa、300K 10.1kPa、119.8 25.3kPa、300K 0.2470dm3 0.09858 dm3 0.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.002.5R(119.8-300)+ 1.001.5R(300-119.8)=-3745+2247=-1499(J) W=W1+W2= -10.1103(0.09858-0.2470)+0=1499(J) U=Q+W=0 H=U+(pV)=0+25.30.09858-10.10.2470=0（2）10.1kPa、300K 25.3kPa、751.6 25.3kPa、300K 0.2470dm3 0.2470dm3 0.09858 dm3 Q=Q1+Q2=1.001.5R(751.6-300)+ 1.002.5R(300-751.6)=5632-9387=-3755(J) W=W1+W2=0-25.3103(0.09858-0.2470) =3755(J) U=Q+W=0 H=U+(pV)=0+25.30.09858-10.10.2470=0计算结果表明，Q、W与途径有关，而U、H与途径无关。11、20.0mol氧在101kPa时，等压加热，使体积由1000dm3膨胀至2000dm3。设氧为理想气体，其热容Cp,m=29.3Jmol-1K-1，求U及H。解：T1=607.4K,T2=1214.8K Q=2029.3(1214.8-607.4)=355936(J)=356kJW=-101103(2-1)= -101103(J)=-101kJU=Q+W=356-101=255(kJ)H=Qp=Q=356kJ12、有100g氮气，温度为0，压力为101kPa,分别进行下列过程：（1） 等容加热到p=1.5101kPa。（2） 等压膨胀至体积等于原来的二倍。（3） 等温可逆膨胀至体积等于原来的二倍。（4） 绝热反抗恒外压膨胀至体积等于原来的二倍。求各过程的Q、W、U及H。解：V1=1008.314273/101000/28=0.08026m3（1）温度升高到409.5KW=0;Q=U=2.5R(409.5-273)=10133(J)H=3.5R(409.5-273)=14186(J)（2）温度升高到546KW=-1010000.08026=-8106(J);Q=H=3.5R(546-273)=28372(J) U=Q+W=28372-8106=20266(J)（3）U=H=0W=-Q=-nRTln=-8.314273ln2=-5619(J)（4）Q=0; W=U,即-pe(V2-V1)=nCV,m(T2-T1), -0.5p2V2= nCV,m(T2-T1) ; -0.5nRT2= nCV,m(T2-T1)-0.58.314T2=2.58.314(T2-273) ; T2=227.5KW=U= nCV,m(T2-T1)=2.58.314(227.5-273)=-3378(J)H= nCp,m(T2-T1)=3.58.314(227.5-273)=-4729(J)13、在244K温度下，1.00mol单原子气体（1）从1.01MPa、244K等温可逆膨胀到505kPa,(2) 从1.01MPa、244K绝热可逆膨胀到505kPa，求两过程中的Q、W、U及H，并作p-V图表示上述气体所进行的两个过程。解：（1）U=H=0W=-Q=-nRTln=-18.314244ln2=-1406(J)（2）Q=0 ;=2.5R/1.5R=1.67根据p1-T=常数，得 10101-1。672441。67=5051-1。67T21。67 ,解得T2=183KW=U= nCV,m(T2-T1)=1.58.314(183-244)=-761(J)H= nCp,m(T2-T1)=2.58.314(183-244)=-1268(J)14、在101325Pa下，1.00mol的水从50变为127的水蒸气，求所吸收的热。解：Cp,m(l)=46.86+0.03T , Cp,m(g)=30+0.011TH=+225818+ =46.8650+0.50.03(3732-3232) +225818+3027+0.50.011(4002-3732) =2343+522+40644+810+115=44434(J)15、已知下列反应在600时的反应焓： (1)3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; rHm,1=-6.3kJ/mol (2)Fe3O4+CO=3FeO+CO2; rHm,2=22.6kJ/mol (3)FeO+CO=Fe+CO2; rHm,3=-13.9kJ/mol求在相同温度下，下属反应的反应焓为多少？ (4)Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2; rHm,4=?解：(1)+2(2)+6(3)/3=(4)rHm,4=(rHm,1+2rHm,2+6rHm,3)/3=(-6.3+222.6-613.9)/3= -14.83 kJ/mol16、若知甲烷的标准摩尔燃烧焓为-8.90105 J/mol，氢的标准摩尔燃烧焓为-2.86105 J/mol，碳的标准摩尔燃烧焓为-3.93105 J/mol，试求甲烷的标准摩尔生成焓为多少。解：(1)CH4+2O2=CO2+2H2O; rHm,1=-8.90105 kJ/mol (2)H2+0.5O2=H2O; rHm,2=-2.86105kJ/mol (3)C+O2=CO2; rHm,3=-3.93105kJ/mol (4)C+2H2=CH4; rHm,4=?(3)+2(2)-(1)=(4) rHm,4=-3.93105-22.86105+8.90105=-0.75105 kJ/mol17、已知(C2H2,g,298K)=-1299.6 kJ/mol;(H2O,l)=-285.85 kJ/mol(CO2,g,298K)=-393.5 kJ/mol;试求(C2H2,g,298K)=?解：(1) C2H2 + 2.5O2 = 2CO2 + H2O; (1)=-1299.6 kJ/mol (2) H2 + 0.5 O2 = H2O(l); (2)=-285.85 kJ/mol (3) C + O2 =CO2; (3)=-393.5 kJ/mol (4) 2C + H2 =C2H2; (4)=(C2H2,g,298K)=?(3)2+(2)-(1)=(4) (C2H2,g,298K)=-393.52-285.85+1299.6=226.75 (kJ/mol)18、利用键焓数据，试估算下列反应的反应焓（298K）： CH3COOH(l) + C2H5OH(l) = CH3COOC2H5(l) + H2O(l)解：CO+OH = CO + OH（298K）=019、试求反应：Fe2O3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g) 在1000kPa、1000K时的反应焓为多少？ （1）用基尔霍夫法；（2）用相对焓法解(1)：查表 Fe2O3(s) + 3C(s) = 2Fe(s) + 3CO(g)（298K） -822.16 0 0 -110.54 kJ/mol a+bT 91.55+201.6710-3T 17.15+4.2710-3T 14.1+29.7110-3T 27.61+5.0210-3T （298K）=-110.543+822.16=490.54 (kJ/mol)=3(27.61+5.0210-3T )+2(14.1+29.7110-3T)-3(17.15+4.2710-3T)+( 91.55+201.6710-3T)=-31.97-14010-3T（1000K）=（298K）+ =490.54-31.97(1000-298) 10-3 -0.50.14(10002-2982) 10-3 =490.54-22.44-63.78=404.32 (kJ/mol)（与书上答案有差别）(2) Fe2O3(s):H(1000K)-H(298K)=99.58 kJ/molC(s): H(1000K)-H(298K)=11.84 kJ/molFe(s): H(1000K)-H(298K)=24.35 kJ/molCO(g): H(1000K)-H(298K)=20.5 kJ/mol（1000K）=490.54-(20.53+24.352-11.843-99.58)=490.54-24.9=465.6( kJ/mol)20、对于反应 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)(1) 计算（298K）；(2)（1200K）若此反应在冲天炉中进行，分解100kgCaCO3要消耗多少焦炭？(设焦炭的发热值为2.850104kJ/kg)。解：查表： CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)（298K） -1206.87 -635.55 -393.5 kJ/mol a+bT 104.52+21.9210-3T 41.84+20.2510-3T 44.14+9.0410-3T （298K）=-393.5-635.55+1206.87=177.82(kJ/mol)=(44.14+9.0410-3T )+(41.84+20.2510-3T)-(104.52+21.9210-3T)=-18.54+7.3710-3T（1200K）=（298K）+ =177.82-18.54(1200-298) 10-3 -0.57.37(12002-2982) 10-6 =177.82-16.72+5.0=166.1 (kJ/mol)=5.83(kg)21、试估算乙炔在空气中燃烧的最高火焰温度。解：C2H2(g)+2