中南大学刘世军版物化教材答案(老师布置的题)

恒容加热至压强为151987.5Pa；恒压膨胀至原体积的2倍；恒温可逆膨胀至原体积的2倍；绝热可逆膨胀至原体积的2倍。2.设有0.1kgN2，温度为273.15K，压强为101325Pa，分别进行下列过程，求、、及。解：将N2

气视为双原子理想气体，则(1)W=0,等容有：末态温度(2)恒压有：末态温度T2=2T1=2×273.15K(3)理想气体恒温，(4)运用理想气体绝热过程方程：4．在298.15K、101325Pa下，1molH2与0.5molO2生成1molH2O（ｌ），放热285.90kJ。设Ｈ2及Ｏ2在此条件下均为理想气体，求△U。若此反应在相同的始、末态的条件下改在原电池中进行，做电功为187.82kJ，求△U、Q及W。4.解：（1）H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）（恒温恒压）

设H2O（l）的体积可忽略，则：

∴

（2）U为状态函数，在相同的始、末状态下，∆U相同，

∴

总功=电功+体积功=-187.82+3.7182=-184.102（kJ）

5．在绝热密闭容器内装水1kg。开动搅拌器使容器中的水由298K升温至303K。已知液体水的≈＝75.31J·mol-1·K-1，求Q、W、△U及△H，结果说明什么?5.解：因为绝热，所以；又因为恒容并且为常数，故由于非体积功不等于零，即使过程恒容，6．5mol双原子理想气体，从101325Pa、410.3L的始态出发，经pT＝常数的可逆过程(即体系在变化过程中＝常数)压缩至末态压强为202650Pa。求(1)末态的温度；(2)此过程的△U、△H、W、Q。6.解：（1）初始温度：末态温度：（2）虽然不是等容和等压过程，但是理想气体，故：故：∵PT=K，则可逆∴10．求298.15K、下的。已知373.15K、

下，水的蒸发热为，在此温度范围内水和水蒸气的平均恒压热容分别为75.31J·mol-1·K-1及33.18J·mol-1·K-1。H2O(l)298.15K,P°H2O(g)298.15K,P°H2O(g)373.15K,P°H2O(l)373.15K,P°ΔH(T2)T2ΔH3恒压可逆降温ΔH1ΔH2(T1)恒压可逆升温解：可设计如下过程，其中的ΔH(T2)即为所求：解:(1)因为理想气体等温过程△UT=0（2）若改为恒温自由膨胀，∵始、末态相同∴∆S也为5.76（J·K-1)13．1mol理想气体，温度为298.15K，压强为，经恒温可逆膨胀至体积增加1倍，求。如改为恒温自由膨胀，其又为多少?14．1mol双原子理想气体，温度为298.15K，压强为

，分别进行：①绝热可逆膨胀至体积增加1倍；

②绝热自由膨胀至体积增加1倍。求这些过程的。(2)绝热自由膨胀为不可逆过程，但因Q=0,W=0，从而ΔU=0，说明温度不变，故可以按恒温过程计算体系

的熵变：

15．1mol液体在0.1MPa的压强下，由298.15K升温至323.15K。已知(H2O，l)＝75.3１J·mol-1·Ｋ-1，求过程的。如热源温度为373.15K，判断此过程的可逆性。√15.解：（1）设可逆恒压，∴（2）因环境温度为373.15K，过程的热温熵为故，此过程是不可逆过程。或者故，过程自发，即不可逆。16．设有两种气体，其＝28J·mol-1·Ｋ-1，用隔板分开(如右图所示)，两侧的体积相等，容器是绝热的。试求抽去隔板后的。1molA1molB238K,V

293K,V

16.解：由题知，抽去隔板，A，B两种气体的温度及体积都在变化(设A,B均为理想气体)。因为气体的物质的量相同，恒压热容相同，故混合后的温度为：两种气体分别包含恒容变化和恒温变化，对A而言：同理对B而言：故：∆S=∆SA+∆SB=6.108+5.424=11.53(K·J-1)17．试计算压强为、温度为373.15K时，1mol水向真空蒸发为同温同压的水蒸气的、及。已知水的蒸发热(、373.15K)为40.710J·mol-1，在此条件下的水蒸气可视为理想气体。√17.解：（1）设体系发生可逆相变，∵向真空膨胀，有W=0。∴

Q体=∆U=∆H-∆(PV)≈∆H–PVg=∆H–nRT=40710-1×8.314×373.15=37607.63(J)（2）为求∆S环，需先求体系的热效应:故∆S总=∆S体+∆S环=109.10-100.78=8.3157(J·K-1)>01molH2O(l)373.15K,1molH2O(g)373.15K,

(可见，此过程可自动进行。)√19.1mol理想气体()，经历一绝热不可逆过程到达273K、的末态。已知此过程的,体系做功为1200J，求始态的p、T

、V

及△H。解：(1)求T1。由于绝热Q=0，所以(2)求p1,V1。由于原过程不可逆，需设可逆过程：T1=369.4K,p1T2=273.15K,

T2=273.15K,p1

绝热不可逆等温可逆等压可逆(3)求△H。因为是理想气体，第二章习题解答1mol单原子理想气体始态为273K和p⊙，分别经历下列可逆变化：（1）恒温下压力加倍；(2)恒压下体积加倍；(3)恒容下压力加倍。试计算上述各过程的Q、W、△U、△H、△S、△G、△A。已知273K，P⊙下该气体的摩尔熵为100J·K-1·mol-1。解：(1)

恒温下：或或（2）恒压下有：

(3)恒容下有：4．1mol理想气体从同一始态(298.15K，506625Pa)分别经历下列过程达到相同末态(298.15K，)：(1)绝热可逆膨胀然后恒压可逆膨胀；(2)恒压可逆膨胀然后经恒容到达末态。试分别计算此二过程的

、、及。已知此气体的恒压摩尔热容

＝12.47J·mol-1·Ｋ-1。解：两过程的始末态相同，故其△U，△H，△S及△G均相同，计算时选任一过程皆

可：

取等温过程计算。因恒温，故：

DU=DH=0而所以：DG=DH-T′DS=-3995J15．

在298.15K，

NaCl水溶液的体积V与NaCl的质量摩尔浓度m的关系式如下：V＝（1.0014+0.01662m+＋1.77×10-3m3/2＋1.2×10-4m2）dm3

试计算1mol·kg-1

的NaCl溶液中NaCl和H2O的偏摩尔体积。

解：

MH2O=18.015×10-3kg·mol-1当m=n2时，n1=nH2O=1/（18.015×10-3）=55.501mol，因此有：根据质量摩尔浓度的定义知：W1固定为1kg，所以可把浓度m看成n2。=（

）T·ρ=0.01662＋2.655×10-3m1/2＋2.4×10-4m

=0.019515dm3·mol

–1∵V=n1＋n2∴=（V-n2）/n1

=（1.0014＋0.01662＋1.77×10-3+1.2×10-4－0.019515）/55.509

=

0.018022dm3·mol

–116．973.15Ｋ时，Zn-Cd溶液的摩尔混合焓如下：0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

/(J·mol-1)7531326172819582054200017741377787试计算Zn-Cd合金在973.15K，=0.6时，Zn和Cd的偏摩尔混合热。

解：

以xZn为横坐标，△mixHm为纵坐标作图，在xZn=0.6处作切线，得到两截距分

别为1207J·mol-1和3125J·mol-1。在xZn=0.6时，Zn和Cd的偏摩尔混合焓（热）：解:(1)在气液两相中,根据拉乌尔定律有(2)相似地,对于组元B也有:4．两液体A、B形成理想溶液，在一定温度下，溶液的平衡蒸气压为53.297kPa，蒸气中A的摩尔分数

＝0.45，溶液中Ａ的摩尔分数＝0.65。求该温度下两种纯液体的饱和蒸气压。6．在298.15Ｋ下，以等物质的量的A和B形成理想溶液，试求

、

、

、和

。

解：7．某油田向油井注水，对水质量要求之一是其中的含氧量不超过1mg·dm-3，若河水温度为293.15K，空气中含氧21%(体积)，293.15K时氧气在水中溶解的亨利常数为406.31×104kPa，试问293.15K时用此河水做油井用水，水质是否合格?7.

解:根据亨利定律有:在1L的河水中,即此水不合格.8.在298.15K时，要从下列理想溶液中分出1mol的纯A，试计

算最少需做多少功。（1）大量的A和B的等物质的量的溶液；（2）含A和B物质的量各为2mol的溶液。解：等温等压条件下，不做非体积功时，环境对体系所做最小

功W=△G.(1)分离过程如下图所示：nAmolA+nBmolBnA=nB大量混合物(nA-1)molA+nBmolB混合物1

molA+始态终态从大量的A和B的混合物中分离出1mol纯A后可认为溶液的浓度没有改变，所以分离前后均可认为：分离前：分离后：即环境对体系所做的最小功为1718.4J。2molA+2molB

混合物始态1molA+2molB混合物1

molA+终态(2)分离过程如下图所示：分离前：分离后：即环境对体系所做的最小功为2139J。9.10g葡萄糖（C6H12O6）溶于400g乙醇中，溶液的沸点较纯乙醇

的沸点上升0.1428℃，另外有2g有机物溶于100g乙醇中，溶液的沸点则上升0.1250℃，求此有机物质的相对摩尔质量。解：10g葡萄糖（C6H12O6）溶于400g乙醇中：2g有机物溶于100g乙醇中：此有机物质的相对摩尔质量为0.1647kg·mol-1。12.人的血液(可视为水溶液)在101.325kPa于-0.56℃凝固。已知水的。（1）求血液在37℃时的渗透压；

（2）在同温度下，1dm3蔗糖（C12H22O11）水溶液中需含有多

少克蔗糖时才能与血液有相同的渗透压？解：（1）在稀水溶液条件下（2）渗透压与溶质的种类无关，所以渗透压相同时两种水溶液溶质浓度相等，水溶液中需含有103.1克蔗糖时才能与血液有相同的渗透压。288.15K时，1molNaOH溶在4.59molH2O中所形成溶液的蒸气压为596.5Pa。在该温度下，纯水的蒸汽压为1705Pa，求：（1）溶液中水的活度等于多少？（2）在溶液中，水的化学势与纯水相差多少？解：22．三氯甲烷(A)和丙酮(B)形成的溶液，液相组成为＝0.713时，在301.35K下总蒸气压为29.39kPa，蒸气中=0.818。已知在该温度时，纯三氯甲烷的蒸气压为29.57kPa，试求溶液中三氯甲烷的活度和活度系数。解:根据拉乌尔定律得:

解:23．293.15K时某有机酸在水和乙醚中的分配系数为0.4，用该有机酸5g溶于0.1dm3水中形成溶液。若用0.04dm3乙醚萃取(所用乙醚已事先被水饱和，因此萃取时不会有水溶于乙醚)，求水中还剩有多少有机酸。假设下列所有反应物和产物均为25℃下的状态，问哪一个反应的△H和△U有较大的差别，并指出哪个反应的△H＞△U，哪个反应的△H＜△U。（1）蔗糖（C12H22O11）的完全燃烧；（2）萘被氧气完全氧化成苯二甲酸[C6H4（COOH）2]；（3）乙醇的完全燃烧；（4）PbS与O2完全氧化成PbO和SO2。解：对于有气体参与的多相反应有以下关系式：分别写出反应方程式判断可知：（1）的△H和△U差别不大；（2），（3），（4）的△H和△U有较大差别，且△H＜△U。2.已知反应：（1）C（金刚石）+O2(g)=CO2(g)；△rHm⊙

=-395.4KJ.mol-1（2）C(石墨)=C（金刚石）的△rHm⊙（298K）=1.9KJ/mol。求C（石墨）+O2（g）=CO2(g)的△rHm⊙(298K)。所以根据盖斯定律可得△rHm3⊙(298K)=△rHm1⊙（298K）+△rHm2⊙（298K）

=-395.4+1.9=-393.5KJ/mol.解：反应（3）C（石墨）+O2（g）=CO2(g)因为（3）=（1）+（2）9．将含有50%CO、25%CO２、25%H２(均为摩尔分数)的混合

气体通入1173K的炉子中，总压为202.65kPa。试计算平衡气

相的组成。已知反应CO２(ｇ)＋H２(ｇ)===H２O(ｇ)＋CO(ｇ)在1173K时，Ｋｐ＝1.22。9.解：平衡前平衡后

解得：11．将1mol的SO2与1molO2的混合气，在101.325kPa及903K下

通过盛有铂丝的玻璃管，控制气流速度，使反应达到平衡，

把产生的气体急剧冷却并用KOH吸收SO２和SO3，最后测得

余下的氧气在101.325kPa，273.15K下体积为13.78L。试计

算反应。

SO２＋0.5O2====SO3

在903K时的及。11.解:平衡前平衡后解得:(1)在0.5L的容器中，盛有1.588g的N2O4气体，在298K部分

分解:N2O4(g)====2NO2(g)平衡时压强为101.325kPa，求分解反应的。

；(2)在50662.5Pa下，N2O4的离解度为若干?(3)离解度为0.1时的压强应是多大?13.解：离解前平衡时（1）（2）（3）14．在1393K下用H2还原FeO(s)，平衡时的混合气体中H2摩尔分数

为0.54，求FeO的分解压。已知在1393K，反应：

2H2O(g)====2H2(g)＋O2(g)

的＝3.4×10-13。14.解:(1)18．反应MgO(s)＋H2O(g)===Mg(OH)2(s)，＝100.42Ｔ-46024J·mol-1，试问：在293K、相对湿度64%的空气中MgO(s)是否会水解

成Mg(OH)2(s)?(2)在298K，为避免MgO的水解，允许的最大相对湿度为多少?已知298K时水的饱和蒸气压为2338Pa。18.解:故MgO(s)能水解。故允许的最大相对湿度为：由得:23．在1200K，液态PbO的分解压PO2为3.881×10-4Pa。在1200K，液态纯Pb与液态PbO-SiO2溶液平衡时氧的分压为9.707×10-5Pa，试求氧化物熔体中PbO的活度。23.解：28.潮湿的Ag２CO3在383K时于空气流中干燥，为防止分解，空

气中CO2的分压应为多少?已查得有关热力学数据如下：物质/(J·mol-1·K-1)/(J·mol-1)/(J·mol-1·K-1)Ag2CO3(s)Ag2O(s)CO2(g)167.4121.75213.68-501660-30543-393510109.665.737.628.解：(5)由Fe(s)、FeO(s)、Fe3O4(s)、CO(g)、CO2(g)组成的平衡体系；

1．求下列体系的组元数和自由度数：（4）由Fe(s)、FeO(s)、C(s)、CO(g)、CO2(g)组成的平衡体系；∴

独立化学平衡数R=5-3=2b=0，体系的组元数C=K-R-b=5–2–0=3φ=4，因此，f=C-φ+n=3–4+2=1K=5

而体系中的化学元素为3种K=5

同上理R=5-3=2，而b=0∴

体系的组元数C=K-R-b=5–2–0=3φ=4，因此，f=C-φ+n=3–4+2=12、固体NH4HS和任意的H2S及NH3气体混合物组成的体系按下列反应达到平衡。（1）求该体系的组元数和自由度数；（2）若将NH4HS放在一抽空容器内分解，平衡时其组元数和自由度数为多少？3．已知Na2CO3(s)和H2O(l)可形成的水合物有三种

Na2CO3·H2O(s)，Na2CO3·7H2O(s)和

Na2CO3·10H2O(s)。试问：

(1)在101325Pａ下，与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的含水盐最多可有几种?(2)在293.15K时，与水蒸气平衡共存的含水盐最多可有几种?从题意知道：这三相中已存在溶液和冰两相，所以最多还可含有一种盐。4、固态氨的饱和蒸气压与温度的关系可表示为：

液体氨的饱和蒸气压与温度的关系可表示为：

试求：(1)三相点的温度及压强。(2)三相点时的蒸发热、升华热和熔化热。解：(1)在三相点处液氨对应的饱和蒸气压应与固氨对应的饱和

蒸气压相等，故有：解得：T=195.17K=77.90℃将所求温度数据代入任意一个饱和蒸气压与温度的关系式可解得：(2)由克-克公式：与题目所给关系式相比较可得：3、N2O5的分解反应N2O5→2NO2+O2是一级反应，已知某温度下该反应的速率常数为4.8×10–4s–1。（1）求反应的半衰期；（2）若反应在密闭容器中进行，反应开始时容器中只

充有N2O5，其压力为66.66kPa，求算反应开始后

10s及10min时的压力。解：（1）对于一级反应有：（2）由题意得：N2O5→2NO2+O2总压一级反应方程当10s时，当10min时，5、解：（1）由速率常数单位知反应为二级反应，故有：（2）、由题意得：根据7、解：若是零级反应，则代入各组数据得：计算结果表明，k0基本为常数，可见反应确为零级反应。t/min6.513.026.552.6∞54.465.183.2103.9124.18、二甲醚气相分解反应为：CH3OCH3（A）=CH4（B）+H2（C）+CO（D）773K时，将二甲醚充入真空反应器内，测量反应器内压强的变化，数据如下：求反应级数n。解：CH3OCH3(A)=CH4(B)+H2(C)+CO(D)总压设题给的反应为一级反应，则有：把和代入，则：把题给的各组数据代入上式：计算结果表明，k1基本为常数，可见反应确为一级反应。在一定的温度及初始浓度条件下，测得的分数寿期如下：0.10.0129836720.20.0229818360.10.013081836[Co（NH3）5F2+]0

/mol•dm–3

[H+]0/mol•dm–3

T/K10–2t1/2s–1

10–2t3/4s–1（1）求反应级数α及β；（2）求算298K和308K时的速率常数k；（3）求算活化能。13、反应

被酸

催化。若反应速率方程为：r=k[Co（NH3）5F2+]α[H+]β解：（1）因为H+作为催化剂，在反应进程中[H+]=常数，故由表中数据可见，反应的，这正是一级反应的特征，则又因为代入289K时的两组数据，得（3）（2）17、已知反应A（g）=B（g）+C（g）在298K时，正、逆反应的速率常数kf和kr分别为0.2s–1和5.0×10–9Pa–1s–1，当温度上升

到310K时，kf和kr都增加到原来的两倍。（1）求算反应在298K时的平衡常数；（2）求算正、逆反应的活化能；（3）如果在298K反应开始时只有反应物A（g），其压强为

101.325kPa，计算当总压强增至151.987kPa时所需时间。解：（1）反应在298K时的平衡常数：（2）求算活化能：正反应的活化能：逆反应的活化能：由已知条件知：即（3）总压强增至151.987kPa时所需时间为21、甲烷的热分解反应由如下的4个基元反应所组成，试推导

总反应的速率方程。（1）（2）（3）（4）根据稳态法得：解：由4个基元反应可得总反应为

：反应速率可用三种物质的浓度变化表示，它们的关系如下

：由（3）式得：把（4）式代入（2）式整理得：把（3）式整理得：把（5）式代入（6）式整理得：根据题给第三个基元反应得：或由题给第2个基元反应得：由（5）式和（7）式得：反应速率为或由题给4个基元反应得：把（5）式和（7）式代入上式得：反