--化学热力学基础-习题解答

1、第一章化学热力学基础1-1气体体积功的计算式WPedV中，为什么要用环境的压力Pe?在什么情况下可用体系的压力P体?答：Wf外dlp外Adlp外dV在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式WPedV中，可用体系的压力P体代替Pe。1-2298K时，5mol的理想气体，在(1)定温可逆膨胀为原体积的2倍；(2)定压下加热到373K;(3)定容下加热到373K。已知Cv,m=28,28Jmol-1K-1。计算三过程的Q、W、AUH和S。解(1)AU=AH=0-V2QWnRTln58.314298ln28.587kJV1SnRlnV258.314ln228.82JK1V1(2) HQPnCP,m

2、(373298)13.72kJUnCV,m(373298)10.61kJW=U-Qp=3.12kJ-T23731SnCPmln5(28.288.314)ln41.07JK1T1298(3) UQVnCV,m(373298)10.61kJHnCP,m(373298)13.72kJW=0_T23731SnCVmln528.28ln31.74JKT12981-3容器内有理想气体，n=2mol,P=10P,T=300K。求(1)在空气中膨胀了1dm3,做功多少？(2)膨胀到容器内压力为lP，做了多少功？(3)膨胀时外压总比气体的压力小dP，问容器内气体压力降到lP时，气体做多少功?解：(1)此变化过程

3、为恒外压的膨胀过程，且巳105Pa53WPeV10110100J(2)此变化过程为恒外压的膨胀过程，且巳105PaPeVP(V2V1)P(MT-nRT)nRTeP10P10928.3143004489.6J10(3)peWPdPPnRTV21PedVnRTdV%VViP2nRTln1nRTlnV2P1P28.314300ln11.486kJ10P1-41mol理想气体在300K下，1dm3定温可逆地膨胀至10dm3,求此过程的Q、W、AU及解：U=AH=0V2QWnRTln18.314300ln105743.1JVi1-51molH2由始态25c及P可逆绝热压缩至5dm-3,求(1)最后温度；

4、(2)最后压力；(3)过程做功解：(1)VinRT1P18.31429810524.78dm38.314ln524.78RlnV2CV,mlnT25T28.314ln-2298T2565.3KnRT218.314565.3“5(2) P2239.4105Pa2V25103(3) WUnCV,m(T2T1)12.58.314(565.3298)5555.8J1-640g氢在3P下从25c加热到50C,试求该过程的H、UQ和W。设氨是理想气体。(He的M=4gmol-1)405.解：HQPnCP,m(323298)28.314255196.3JUnCV,m(323298)4018.31425311

5、7.8JW=AU-Qp=-2078.5J1-7已知水在100c时蒸发热为2259.4Jg-，则100c时蒸发30g水，过程的U、AH、Q和W为多少？(计算时可忽略液态水的体积),一30解：n1.67mol18QH2259.43067782JWp(VgVl)PVgnRT1.678.3143735178.9JUQW62603.1J1-8298K时将1mol液态苯氧化为CO2和H2O(l),其定容热为3267kJmol-1,求定压反应热为多少？解：C6H6(l)+7.5O2(g)一6C0g)+3H2O(l)QpQvRTB(g)32678.314298(67.5)1033270.7kJ1-9300K时

6、2mol理想气体由ldm-3可逆膨胀至10dm-3，计算此过程的嫡变。解：SnRlnV228.314ln1038.29JK1V11-10.已知反应在298K时的有关数据如下C2H4(g)+H2O(g)一C2H50H(l)fHm?/kJmol-152.3241.8-277.6Cp,m/JKTmol-143.633.6111.5计算(1)298K时反应的rHm?o(2)反应物的温度为288K,产物的温度为348K时反应的rHm解(1)rHm?=-277.6+241.852.3=-88.1kJmol-1(2)288KC2H4(g)+H2O(g)C2H50H(l)348K(HiH2TH3298KC2H

7、4(g)+H2O(g)一C2H50H(l)298KrHm?=rHm?(298K)+AHi+H2+AH3-3=-88.1+(43.6+33.6)(298-288)+111.5(348-298)X10=-81.75kJmol-11-11定容下，理想气体lmolN2由300K加热到600K,求过程的S。已知CP,m,N2(27.000.006T)JK1mol1解:CV,mCp,mR18.690.006T60018.690.006T,tdT30018.69lnT60030010.006(600300)14.75JK11-12若上题是在定压下进行,求过程的嫡变。解:叨吧仃S60027.00300T600

8、127.00ln0.006(600300)20.51JK11-13101.3kPa下，2mol甲醇在正常沸点337.2K时气化，求体系和环境的嫡变各为多少?已知甲醇的气化热Hm=35.1kJmol-1解:S体系nHmT235.1103208.2J337.21-14S环境nHm询境235100208.2J337.2绝热瓶中有373K的热水，因绝热瓶绝热稍差，有4000J的热量流入温度为298K的空气中，求（1）绝热瓶的4S体；（2）环境的S环；（3）总嫡变S总。解：近似认为传热过程是可逆过程八40001S体系-10.72JK1OfO八40001Sw400013.42JK12987$总=AS体+$

9、环=2.70JK-1解;1-16解:1-15在298K及标准压力下，用过量100%的空气燃烧1molCH4,若反应热完全用于加热产物，求燃烧所能达到的最高温度。CH4O2CO2H2O(g)N2fHm?/kJ-mol-1-74.810-393.51-241.821CP,m/JK-mol-128.1726.7529.1627.32空气中n(O2)=4mol,n(N2)=n(O2)(79%及1%)=15molCH4(g)+2O2CO2(g)+2H2O(g)rHm?(298K)=2(-241.82)+(-393.51)-(-74.81)=-802.34kJ反应后产物的含量为：O2CO2H2O(g)N2

10、n/mol21215-802.34103+(22欧17+1527.32+26.75+229.16)(T-298)=0T=1754K.在110C、105Pa下使1molH2O(l)蒸发为水蒸气，计算这一过程体系和环境的嫡变。已知H2O(g)和H2O(l)的热容分别为1.866JK-1g-1和4.184JK-1g-1,在100C、105Pa下H2O(l)的的汽化热为2255.176Jg-1。1molH2OQ,110C,105Pa)-1molH2O(g,110C,105Pa)J?Hi,?S133,?S31molH2O(l,100C,105Pa)-1molH2O(g,100C,105Pa)?H2,?S

11、2H体系HiH2H3373383184,184dT2255.1761.866dT383373184,184(373383)2255.1761.866(383373)=40.176kJS体系S1S2S33732255.176383184,184ln1.866ln383373373Q体系M境H体系T环境40176110273104.9JK=107.7JK-11-171molidealgaswithCv,m=21JK-1mol-1,washeatedfrom300Kto600Kby(1)reversibleisochoricprocess;(2)reversibleisobaricprocess.CalculatetheaUseparately.解：(1)由题知U=nCv,mAT=1X21X(600300)=6300(J)(2)对i.g由于U只是温度的函数，所以U2=AUi=6300(J)1-18Calculatetheheatofvaporizationof1molliquidwaterat20c,101.325kPa.vapHm?(water)=40.67kJmol-1,Cp,m(water)=75.3JK-1mol-1,Cp,m(watervapor)=33.2JK-1mol-1at100C,101.325kPa.解：1molH