《物理化学》复习习题 (2).doc

物理化学习题第一章 热力学第一定律1. 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U、Q、W为正？为负？或为零？解：2. 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：3. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。(1) Q、W、QW、U是否已经完全确定。(2) 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) QW与U完全确定。(2) Q、W、QW及U均确定。4. 1mol理想气体从100oC、0.025m3 经过下述四个过程变为100oC、0.1m3：(1) 恒温可逆膨胀；(2) 向真空膨胀；(3) 恒外压为终态压力下膨胀；(4) 恒温下先以恒外压等于气体体积为0.05m3时的压力膨胀至0.05 m3，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) (2) (3) (4) 5. 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H及U。解：6. 已知H2(g)的Cp,m=(29.07-0.83610-3T+2.0110-6T2)JK-1mol-1，现将1mol的H2(g)从300K升至1000K，试求：(1) 恒压升温吸收的热及H2的H；(2) 恒容升温吸收的热及H2的U。解：(1) =20620.53J （2）=14800J7.(1)在0和506.6kPa下，1mol水全部蒸发为水蒸气，求此过程的Q、W、U、H。已知水的汽化热为40.7kJmol-1. (2)若在373K、101.325kPa下的水向真空蒸发，变成同温同压的水蒸气，上述个量又如何？（假设水蒸汽可视为理想气体）。解：（1）相变在恒温恒压且非体积功为零下进行，故 HQP40.7KJ WP0（VgV1） (2)该相变相真空进行为不可逆相变，Pe0，W0。因为（2）的始，终态同（1）所以H，U与（1）相同，即H=40.7KJ,U=37.6KJ,Q=37.6KJ.8.1mol单原子理想气体，始态压力为202.65kPa，体积为11.2dm3，经过pT为（1）终态的体积与温度（2）体系的U及H；（3）该过程体系所作的功。解：（1）（2）U3/28.314（136.5-273）-1702J H=5/28.314（136.5273）-2837J(3)PT=B,P=B/T V=RT/P=RT2/B, Dv=（2RT/B）Dt W28.314（136.5-273）-2270J9.1mol双原子理想气体在0和101.325kPa时经绝热可逆膨胀至50.65kPa，求该过程的W和U。解：双原子理想气体 CV,M CP,M CP,M/ CV,M1.4 TrP1-r常数 T2=T1()273（）（11.4）/1.5=224K U=2.58.314(224-273)-1018.5J W=Q-U=1674-1255=2829J10已知下列反应在298K的时热效应。（1）Na（s）1/2Cl2（g）NaCl（s） rHm-411KJ (2)H2(g)S（s）2O2（g）H2SO4(l) rHm-811.3KJ (3)2Na（s）S(s)2O2(g)NaSO4（s） rHm-1383KJ（4）1/2H2（g）+1/2Cl2（g）=HCl（g） rHm-92.3KJ求反应2NaCl（s）H2SO4(l)NaSO4(S)+2HCl（g）在298K时的rHm和rUm.解：根据赫斯定律，反应 rHm=-1383+(-92.3)2-(-411)2+（-811.3） 65.7KJmol-1 rUm=rHm-Nrt=65.7103-28.31429860.74KJ11.已知下述反应298K时的热效应（1）C6H6COOH（l）+O2（g）=7CO2（g）+3H2O(l) rHm-3230KJ（2）C（s）O2(g)CO2（g） rHm=-394KJ (3)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) rHm=-286KJ求C6H6COOH（l）的标准生成热。解：7C(s)3H2（g）O2（g）C6H6COOH（g） 该反应（2）7（3）3（1）-386KJmol-112.已知下列反应298K时的热效应：（1）C(金刚石)O2(g)CO2（g） rHm-395.4KJ(2)C（石墨）O2（g）CO2（g）rHm-393.5KJ求C(石墨)=C（金刚石）在298K时的rHm0。解：fHm-393.5-（-395.4）1.9KJmol-1第二章 热力学第二定律. 1.L理想气在3000K时压力为1519kPa，经等温膨胀最后体积变到10dm3，计算该过程的Wmax、H、U及S。解：2. 1molH2在27oC从体积为1dm3向真空膨胀至体积为10 dm3，求体系的熵变。若使该H2在27oC从1 dm3经恒温可逆膨胀至10 dm3其熵变又是多少？由此得出怎样的结论？解：真空膨胀体系的熵变为：恒温可逆膨胀过程的的熵变为：31mol于298.2K时：(1)由101.3kPa等温可逆压缩到608.0kPa，求Q,W,;(2)若自始至终用608.0 kPa的外压，等温压缩到终态，求上述各热力学量的变化。解：(1)(2)WV=608Q=W=-12396J相同。第三章 化学平衡 1.在一个抽空的容器中引入氯气和二氧化硫，若它们之间没有发生反应，则在375.3K时分压分别为47.836Kpa和44.786Kpa。将容器保持在375.3K，经一段时间后，压力变为常数，且等于86.096Kpa。求反应解： 开始 44.786 47.836 0平衡（47.786-X） （47.836-X） XP总=（44.786-X）+（47.836-X）+X=92.622-X=86.096X=6.526平衡时 2.445时，反应：的标准平衡常数为50.1。取5.3molI与7.94molH,使之发生反应，计算平衡时生产的HI的量。 解： 开始 7.94mol 5.3mol 0平衡 7.94- n 5.3-n 2n 解得：n=4.74mol平衡时：n=2n=24.74=9.48mol3.27,反应：的欲使等摩尔的A 和B有40%变成AB，需多大总压力？ 解： A（g）+B（g）=AB（g） 开始 1 mol 1mol 0mol 反应 0.4 mol 0.4 mol 0.4mol 平衡时 0.6 mol 0.6 mol 0.4mol-8368=-8.314解得：P=6.289Kpa=6289Pa4.CO2与H2S在高温下有如下反应 今在610K时，将4.410-3Kg的CO2加入2.5dm3体积的空瓶中然后再充入H2S使总压为1013.25Kpa。平衡后水的摩尔分数为0.02。同上实验，再620K，平衡后水的摩尔分数为0.03。（计算时可假定气体为理想气体） （1）计算610K时的。 （2）求610K时的。 （3）计算反应的热效应。解：（1）开始时 开始 202.86kPa 810.39kPa 0 0平衡 202.86-p 810.39-p p p平衡后： 解得：（2） （3）620K时平衡后 解得： 则平衡后： 解得：5已知370.26K纯水的蒸气压为91293.8Pa，在质量分数为0.025的乙醇水溶液上方，蒸气总压为101325Pa。计算相同温度时乙醇的量分数为0.01的水溶液上：(1)水的蒸气分压，(2)乙醇的蒸气分压。解：设水的蒸汽压为pA*，乙醇的蒸汽压为pB*。（1）根据 p= pA*xA+ pB*xB因此 101325=91293.80.975+ pB*0.025pB*= Pa= kPa水的蒸汽分压 p= pA*xA=91293.80.975=Pa（2） 乙醇的蒸汽分压 p= pB*xB=425.6671030.025=Pa 6.教材书上P114，第3.17题。第四章 相平衡1. 指出下列平衡体系的组分数、自由度各为多少？(1) NH4Cl(s)部分分解为NH3(g)和HCl(g)；(2) 若在上述体系中额外再加入少量的NH3(g)；(3) NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)平衡；(4) C(s)，CO(g)，CO2(g)，O2(g)在100时达平衡。解：(1)K=3-1-1=1，f=1-2+2=1(2)K=3-1-0=2，f=2-2=2=2(3)K=3-1-0=2，f=2-2+2=2(4)K=4-2-0=2，f=2-2+1=12. 在水、苯和苯甲酸的体系中，若指定了下列事项，试问体系中最多可能有几个相，并各举一例。（1） 指定温度；（2） 指定温度和水中苯甲酸的浓度；（3） 指定温度、压力和苯中苯甲酸的浓度。解：(1)f=3-+1=4-，f=0时，=4，即最多可有4相共存，如气相、苯甲酸固体、苯甲酸的饱和水溶液及其饱和苯溶液。(2)f=2-+1=3-，f=0时，=3，故最多可有三相共存，如苯甲酸的饱和水溶液相、苯甲酸的饱和苯溶液相和气相。(3)f=2-+0=2-，f=0时，=2，即体系最多可有两相共存，如苯甲酸苯溶液及苯甲酸水溶液。3两个挥发性液体A和B构成一理想溶液，在某温度时溶液的蒸汽压为54.1 kPa，在气相中A的摩尔分数为0.45，液相中为0.65，求此温度下纯A和纯 B的蒸汽压。解：由题意知： pA*xA+pA*(1-xA)=p总 yA=将p总=54.1kPa，xA=0.65，yA=0.45代入以上二式，得： pA*=37.45kPa，pB*=85.01kPa4.下图为生成简单共晶的A-B二元系相图，其横轴用质量百分浓度表示组成。（1）标出相图中、区的相。（2）如果有200g含B为90的A-B熔体自 Q点冷却到K点时，固、液相的质量各为多少？ 解：（1）区：液态 区：液态A(s) 区：液态B(s) 区：A(s) B(s) （2）设固、液质量分别为W1、W2 ，由相图查得，冷却到K点得温度时，液相含B60，固相含B100%，根据杠杆规则： 所以 而W1+W2=200g 以上二式，得：固相质量W1=111g 液相质量 W2 =89g 第六章 化学动力学1阿司匹林的水解为一级反应。100下速率常数为7.92d,活化能为56.484kJ。求17下水解30%所需时间。 解：由In,得17的速率常数为： k=7.9217温度下水解30%所需时间为：t=2.溴乙烷的分解是一级反应,活化能为230.12kJ,指前因子为3.802.求(1)反应以每分钟分解的速率进行时的温度; (2)以每小时分解95%的速率进行时的温度.解: (1)k=由Ink-InA- （2） k=则In(8.321得T=327.9K3. 青霉素G的分解反应是一级反应，有下列实验结果计算（1）反应的活化能及指前因子；（2）在25温度下分解10%所需时间。解：（1）由k=求的k,然后列表如下：以Ink对作直线回归，得：斜率=-10240，截距=29。182，相关系数=-0.999995则 (2)25温度下的速率常数为： 分解10%所需的时间为：4放射性同位素的蜕变反应为一级反应，现有一批该同位素的样品，经测定其活性在10天后降低了38.42，求蜕变速率常数、半衰期及经多长时间蜕变99.0。解：放射性同位数的蜕变为一级反应，同一级反应速率方程式。 所以，k1=0.0485天-1， 天蜕变99.0所需时间天5某一级反应，35min反应物消耗30，求速率常数k及5h反应物消耗的百分数。解：由一级反应速率方程式所以k1=0.0102min-1，反应经过5小时后，反应物消耗的百分数为x。第七章 表面现象1. 293K时，把半径为10-3的水滴分散成半径为10-6m的小水滴，问比表面积增加了多少倍？完成该变化时，环境至少需做功多少？已知273K时水的表面张力为0.07