(完整版)物理化学作业答案

第二章热力学第一定律2.111mol理想气体于27°C,101.325kPa的始态下，先受某恒定外压温压缩至平衡态，再恒容升温至97.0°C,250.0kPa，求过程的W,Q，AU，AH,已知气体的Cvm=20.92J。mol-1•K-1。n=1moln=1moln=1molT=300.15K解：1p=101.325T=300.15K解：1p=101.325kPaV1因为V3=J有牛=牛，23T=300.15KT=370.15K_>2——dV=0_>3pp=250.00kPa23VV=V232pT250.00x300.157I=32=kPa=202.72kPaddV^Q>p2370.15W2=0nRTp1202.72=[1x8.314x300.15x(nRTp1202.72=[1x8.314x300.15x(-1)]J=2.497kJ101.325所以W=W/+W=2.497kJAU=nC'TV,m3AH=nC'Tp,m3W=-p(V122-V)=_nRT11=nRT(h-1)1P2)-T=[1x20.92x(370.15-300.15)J=1.464kJ-T)=n(C+R^T-T)1V,m31=[1x(20.92+8.314)x(370.15-300.15)]J=2.046kJQ=AU-W=(1.464-2.497kJ=-1.033kJ2.39某双原子理想气体1mol从始态350K，200kPa经过如下五个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功W恒温可逆膨胀到50kPa；恒温反抗50kPa恒外压不可逆膨胀;恒温向真空膨胀到50kPa；绝热可逆膨胀到50kPa；绝热反抗50kPa恒外压不可逆膨胀解：(1)2)W=解：(1)2)W=nRTIn住=(1x8.314x350xIn-50)J=-4.034kJp2001nRTnRTW=-pAV=-p(V-V)=-p(-)21pp21=[50x(1x8.314x350501x8.314x350200)]j=-2.182kJ(3)p=0，W=-pAV=0ambamb(4)对绝热可逆过程：C=3.5R，C=2.5RTOC\o"1-5"\h\zp,mV,mT=dR/CpmxT=[G50)R/(3.5R)x350]K=235.5KTp12001因为Q=0，所以W=AU-Q=nC'T-T)-0V,m21=11x2.5x8.314x(235.5-350丿J=-2.380kJ

(5)Q=0，所以W=AU-Q=AU=nC(T-T)V,m21AnRTnRT、而W=—pAV二—p(2—i)2P2P21联合上述二式可得(-1)x8.314T+皂x1x8.314x350K=1x2.5x8.314(T-350K)22002解出T2=275K于是W=AU=nC(TTx2.5x8.314x(235.5-350)J=-1.559kJV,m21第三章热力学第二定律3.1卡诺热机在=6°°K的高温热源和益二孔的低温热源间工作。求热机效率职；当向环境作功-炉二100口时，系统从高温热源吸收的热°】及向低温热源放出的热。300600解：卡诺热机的效率为300600根据定义-W912=-^=™=200kJ"戸0.550%0+2=-W-Q]=总-(-莊)=200-100=lOOkJ3.35.已知100°C水的饱和蒸气压为101.325kPa，此条件下水的摩尔蒸发焓△vapHm=40.668kJ•moli。在置于100°C恒温槽中的容积为100dm3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QAU4HAS4A及4G。解：凝结蒸气的物质量为^=—(P1-P2)=100x10(120-101.325)xl03RT373A5R=0.602mol热力学各量计算如下=-0.602x40.668=-24.481HUJ1L仆也M小宀24.281X103100xl20d101.325=——-^ln—=h7Fi373.15373.15120=-60.166JR-1Qv二宜？7二AH—M卩厂）二含丹—处（P）=-24.4Slxl03-100x10_3（101.325-120）x103=-22.614kJ-24.481xlO3+373.15x60.166=-2.030kJAA=A?7-A（?^）=-22.614xl03+373.15x60.166=-0.163kJ3.48已知水在77°C是的饱和蒸气压为41.891kPa。水在101.325kPa下的正常沸点为100°C。求1）下面表示水的蒸气压与温度关系的方程式中的A和B值。lg（p/Pa）=--A/T+B2）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°C。解：（1）将两个点带入方程得lg（41.891xlO3）=+览伽.塑xlF）二+0350.15373.15J=2179.133,^=10.84555（2）根据Clausius-Clapeyron方程血戸二一匹竺+URT7仏=2.303/^4=2.303>:/?x2179.133=41.717kJ-mol_1UQJ）HL2[了9"133lg[p/P^）=10.84555;p=124.041kPa（3）378.15每四章多组分系统热力学4.3在25°C，1kg水（A）中溶有醋酸（B）,当醋酸的质量摩尔浓度bB介于0.16mol•kg-1和2.5mol•kg-1之间时，溶液的总体积V/cm3=1002.935+51.832[bB/（mol.kg-1）]+0.1394[bB/（mol.kg-1）]2。求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成bB的函数关系。（2）bB=1.5mol•kg-1时水和醋酸的偏摩尔体积。解：根据定义'哉E丿"'哉E丿"g丿対舲=lmol-1x[51.332十A27紀虹/mol•@一*]

%=[51.332+0.27SS^E/mclkg-^Jctn5-mol_L厂-1咤虽％1S.015210001S.015210001002.935-0.1394^/mol-kg-1}2=18,0681-1.0025{^E/niQl■k^-1}2^m3■morL匸=lJmolkg_1时=[51.832+0.2738x1.5]cm5-mol'1=52.250cm3=[18.0631-0.0025xl.52:m3-mol_1=13.0625cm34.11A,B两液体能形成理想液态混合物。已知在温度t时纯A的饱和蒸气压p•二40kPa,A纯B的饱和蒸气压P•二120kPa。B（1）在温度t下，于气缸中将组成为y（A）=0.4的A,B混合气体恒温缓慢压缩，求凝结出第一滴微小液滴时系统的总压及该液滴的组成（以摩尔分数表示）为多少？（2）若将A,B两液体混合，并使此混合物在100kPa,温度t下开始沸腾，求该液态混合物的组成及沸腾时饱和蒸气的组成（摩尔分数）。解：1.由于形成理想液态混合物，每个组分均符合Raoult定律;2.凝结出第一滴微小液滴时气相组成不变。因此在温度ty^p=心戸;；y^p=心毘0.4x1200.6x400.4x1200.6x40xA=0.667;rB=0.333p=p==66.7kPa九3^0.4混合物在100kPa，温度t下开始沸腾，要求100-120Q=0.75处—毘40-120p1UU下分解为NH下分解为NH3（g）与H2S（g），平衡时容器5.9在真空的容器中放入固态的NH4HS,于25°C内的压力为66.66kPa。

当放入NH4HS时容器内已有39.99kPa的H2S(g),求平衡时容器中的压力。容器内原有6.666kPa的NH3(g),问需加多大压力的H2S，才能形成NH4HS解：反应的化学计量式如下™+HS^===NH3(g)+H2Sfe)由题给条件，25°C下K二丄飞尹尹田工)二竺竺^二0.1111(戸)4TW⑴(泸丫疋=呻泌9.99十尹耳0}39.99p(K2^)~HH=0⑵儿=001耳*田虫「—kmi0(H舟J——⑵儿=001耳*田虫「—kmi0(H舟J——=111L=166.7kPa5.14体积为ldm3的抽空密闭容器中放有0.03458molN2O4(g)，发生如下分解反应：N2O4(g)===2NO2(g)50°C时分解反应的平衡问压为130.3kPa,已知25°C时NN2O4(g),和NO2(g)的AH242fm分别为9.16KJ•mol-1和33.18kJ•mol-1。充反应的AC0=0。rp,m计算50°C时N2O4(g)的解离度及分解反应的K。计算100°C时反应的K0。解：(1)设50°C时N2O4(g)的解离度为aN2O4(g)===2NO2(g)初始时nBn00平衡时nBn0(1-a)2n0an=n(1-a)EB00b0V=2-1=1题目给出分解反应达平衡时系统的总压P，由pV=工nRT，得BpVn==n(1+a)bRT08.314x325.15此温度下分解反应的平衡常数(2na)20—代入数据130.0X103x118.314x325.15此温度下分解反应的平衡常数(2na)20—K0=K=0=4aPnp0Enn(1-a)n(1+a)p01-a2p0pb00K0=41°.39932X130=0.98641-0.39932100(2)计算100°C时反应的K0，需要知道反应的“由题给条件，25°C时

AH0=YvAH0(B)=2AH0(NO,g)-AH(NO,g)TOC\o"1-5"\h\zfmBfmfm2fm24=(2x33.18-9.16)kJ•mol—=57.2kJ•mol—AC二0，所以AH0与温度无关，根据范特霍夫方程的积分式rp,mrm、K0AH0/11、K01代入数据，得K0(373.15K)52.7x1031K01代入数据，得K0(373.15K)52.7x10311、ln二一(—)0.98648.314373.15323.15第六章相平衡RTTK0(373.15K)二K0(373.15K)二17.106.1指出下列平衡系统中的组分数C,相数P及自由度F。I2(s)与其蒸气成平衡；CaCO3(s)与其分解产物CaO(s)和CO2(g)成平衡；NH4HS(s)放入一抽空的容器中，并与其分解产物NH3(g)和H2S(g)成平衡;取任意量的NH3(g)和H2S(g)与NH4HS(s)成平衡。I2作为溶质在两不互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡(凝聚系统)。解：(1)C=1,P=2,F=C-P+2=1-2+2=1.C=3-1=2,P=3,F=C-P+2=2-3+2=1.C=3-1-1=1,P=2,F=C-P+2=1-2+2=1.C=3一1=2,P=2,F=C一P+2=2一2+2=2.5)C=3,P=2,F=C-P+1=3-2+1=2.6.4已知甲苯、苯在90°C下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22kPa和136.12kPa。两者可形成理想液态混合物。取200.0g甲苯和200.0g苯置于带活塞的导热容器中，始态为一定压力下90°C的液态混合物。在恒温90°C下逐渐降低压力，问压力降到多少时，开始产生气相，此气相的组成如何？压力降到多少时，液相开始消失，最后一滴液相的组成如何？压力为92.00kPa时，系统内气-液两相平衡，两相的组成如何？两相的物质的量各位多少？解:原始溶液的组成为贰寮$M寮解:原始溶液的组成为贰寮$M寮)陀供)/皿條列呼苯仰苯)M仲苯j92.141-胆岸)+肌甲萊)_7E.114+92.141卿苯)=1—乂苯卜0.4588=0.5412(1)刚开始出现气相时，可认为液相的组成不变，因此［萊)尹*慄)十甲荼)戶"［甲萊)=0.5412x136.12+0.4588x54.22=98.54kPa0.5412^136.12=0.747698.540.5412^136.12=0.747698.54(2)只剩最后一滴液体时，可认为气相的组成等于原始溶液的组成尹尹”怦剩十（尹尹”怦剩十（X慄卜戸丫甲萊）/茉b《甲萊）"本）沪供）-仏［茱）-，（甲衆）IX茉）0.5412x54.22v.=0.3197136.12-（136.12-54.22）x0.5412P=去*甲苯）+{/苯）-/甲苯）H苯）=54.22+{136.12-54.22}0.3197=80.40kPa（3）根据（2）的结果胃=甲苯）+»（苯）-胃*甲苯）拭苯）尹丫茉卜尹丫甲茉）136.12-54.2292.00由杠杆原理知，缶K萊）-兀條）}=戒h慄）-d电}血=代徉）-忑判—心12-0曲_05655加）帆苯）—心（茉）］0.6S25-0.5412'込）十也）=200.0xJ—!—十一5—\=4.730978.11492.141世仍二'方⑪=3.022mol,応扣47309-^M=l.70S9mol1+0.5655第七章电化学7.3用银电极电解AgNO3溶液。通电一定时间后，测知在阴极上析出1・15g的Ag，并知阴极区溶液中Ag+的总量减少了0.605g求AgNO3溶液中的t（AgO和t（NO3-）。解：解该类问题主要依据电极区的物料守恒（溶液是电中性的）显然阴极区溶液Ag+的总量的改变DmA等于阴极析出银的量m人与从阳极迁移来的银的量m人之差：AgAgAg空丄电=1.15-0.605_%1.15'1（KO5）=1-（険亠）二1-0.474=0.5267.13电池Pt|!2（101.325kPa）|HCl（0.1mokg-1）|HgCl2（s）|H电动势E与温度T的关系为E/V=0.0694+1.88110-3T/K-2.910-6（T/K）2（1）写出电池反应；（2）计算250C时该反应的DrGm,DrSm,DrHm以及电池恒温可逆放电时该反应过程的Qrm解：（1）电池反应为’寺比十lHg2Cl2==二H呂十HClz=1（2）25C时222;爲E7总二(0.0694+l.SSVICT298.15-29W6r29E.153)2;爲E7l.SSV1O'?-5电-1CT「298.15=1.517^W4DrC7=-zFE=-lf%485.309r0.3724=-35.93kJ加沙1rD01超r-964S5.309rD01超r-964S5.309rW4=14.64。月皿=T)^十71)A=-35.93;103+29Z1亍14.64=-31.57kJ^nol'1ern=TI)t%=298.15f16.79=4.365kJ^mol'17.1425oC时，电池7.1425oC时，电池ZnlZnCl2(0.555mol•kg-i)IAgCl(s)IAg的电动势E=1.015V。已知，Ee(Zn2+IZn)=--0.7620V,Ee(Cl-1IAgClIAg)=0.2222V，电池电动势的温度系数间丿P=—4.02x10-4V•K-1。1)2)3)4)写出电池反应；计算反应的标准平衡常数Ee计算电池反应可逆热Qrm求溶液中ZnCl2的平均离子活度因子Y土。解：(1)电极反应：阳极Zn(s)>Zn2+(b)+2e—阴极2AgCl(s)+2e>2Ag(s)+2Cl-(b)电池反应Zn(s)+2AgCl(s)>Zn2+(b)+2Ag(s)+2Cl-(b)计算平衡常数，由一RTInK0=AG0=—zFE0，有rM1”zFE02x96485x(0.222+0.7620)”.on““InK0===76.62K0=1.89x1033RT8.314x298.15电池反应的可逆热Q=TAS=zFT()TOC\o"1-5"\h\zr,mrm=2x298.15Kx96485C•mol-1x(—4.02x10-4)V•K-1=—2.313x104J•mol-1计算平均离子活度因子a(ZnCl)=a3=(225oC时，41/3丫b、丫a(ZnCl)=a3=(225oC时，±b0b0对上述电池反应应用能斯特方程RT0.05916V…川b、[—lna(ZnCl)=E0—lg[4(」)3]zF22b0即11.015V=(00.2222+0.7620)V-0.05916Vlg[4(0.555y±)3]解出丫±=0.50810.4在293.15K时，将直径为1.0mm的玻璃毛细管插入乙醇中。问需要在管内加多大的压力才能防止液面上升？若不加任何压力，平衡后毛细管内液面的高度为多少？已知该温度下乙醇的表面张力为22.3*10-3N*m-i,密度为789.4kg*m-i,重力加速度为9.8m*s-2。设乙醇能很好地润湿玻璃。解：为了防止毛细管内方液面上升，需抵抗掉附加压力Ap的作用，故需施加的压力的大小等于附加压力。2x22.3x2x22.3x10-30.05±x10-3)Pa二892Pa乙醇能很好地润湿玻璃，即00，因此2丫cos02丫「2x22.320]0115h=沁—「]m=0.115mpgrpgr789.4x9.8x(0.1/2)x10-310.17292.15K时，丁酸水溶液的表面张力可以表示为Y—丫-aln(1+be)，式中丫为纯00水的表面张力，a和b皆为常数。试求该溶液中丁酸的表面吸附量r和浓度c的关系。若已知a—13.1mN•m-1，b—19.62dm8.314J•mol-1•K-1x292.15Kx(18.314J•mol-1•K-1x292.15Kx(1+19.62x10-3x0.200x103)=4.298x10-6mol•m-2丁酸浓度足够大，亦奶子溶质在溶液表面上的吸附达到饱和，则bc>>1，此时,表面吸附量abea1——RT(1+be)RT此时的表面吸附量r等于饱和吸附时的表面吸附量rma13.1x10-3N•m-1RT_8.314J•mol-1•K-1x292.15K这样，每个丁酸分子在饱和吸附时所占的溶液表面积为e—0.200mol•dm-3时的r为多少？当丁酸的深度足够大，达到bc»1时，饱和吸附量r为多少？设此表面上丁酸呈m单分子层吸附，计算在液面上每个丁酸分子所占的截面积为多少？解：(1)题给溶液的表面张力丫与浓度c的关系式丫—丫-aln(1+be)0在一定温度下，将上式对c微分，得dydln(1-be)rab—-ade—-—de1+be代入吉布斯吸附等温式，得abeRT(1+abeRT(1+be)1———RTde(2)当e—0.200mol•dm-3jf，表面吸附量1为abeRT(1+be)r—rm—5.393x10-6mol•m-213.