《简明物理化学》第二章答案

1.2mol298K,5dm3的He(g)，经过下列可逆变化:等温压缩到体积为原来的一半；再等容冷却到初始的压力。求此过程的Q、W、AU、AH和AS。已知c(He,g)=.K-1.mol-1。p,m解：体系变化过程可表示为等温压缩等容冷却W=W+W=nRTlnV2+0=2XX298X=-3435(J)TOC\o"1-5"\h\z2V1Q=Q1+Q2=W1+AU2=-3435+nCAT=-3435+nC(298-2982)1212v,mv,m=-3435+(-3716)=-7151(J)AU=AU1+AU2=AU2=-3716(J)dT=2XX+2XXJK-1理想气体从40°C冷却到20°C,T2-AS=ASdT=2XX+2XXJK-1理想气体从40°C冷却到20°C,T12VTv,m同时体积从250dm3变化到50dm3。已知该气体的C=.K-1.mol-1,求AS。p,m解：假设体系发生如下两个可逆变化过程250dm350dm340CVAS解：假设体系发生如下两个可逆变化过程250dm350dm340CVAS140CAS250dm320CAS=AS.+AS_=nRln2+J每nC12Vv,mT1T1=10Rln型+10X273.15+2°250273.15+4°=(J3.2mol某理想气体(C=J•K-1•mol-1)在绝热条件下由，膨胀到，求该过程的p,mQ、W、AU、AH和AS。解:绝热、膨胀-C=JK-1mol-1p,m•••C=JK-1且Q=0v,mAU=JT2nCdT=2XXW=-AU=2930(J)v,mT1v,m

4-有一带隔板的绝热恒容箱，在隔板两侧分别充以不同温度的H2和02，且V1=V2(4-有一带隔板的绝热恒容箱，在隔板两侧分别充以不同温度的H2和02，且V1=V2(见图)，若将隔板抽去，试求算两种气体混合过程的AS(假设此两种气体均为理想气体)。1molO210C,V11molH220C,V2解：先由能量衡算求终温。02与H_均为双原子分子理想气体，故均有C=5R/2，设终温为22v,m「则Cv,m(H2)=Cv,m(O2)v,m2v,m2nT=整个混合过程可分以下三个过程进行恒容△S]1mol,O2,2，T恒容△s21mol,H2,1mol，H2,T导在恒温恒压下混合达状态当过程①与②进行后，容器两侧气体物质的量相同，温度与体积也相同，故压力也必然相同,即可进行过程③。三步的熵变分别为:AS1=Cv,m(O2)ln288.2283.2288.2283.25-100g、10°C的水与200g、40°C的水在绝热的条件下混合，求此过程的熵变。已知水的比热容为.K-1.g-1。解：•・•绝热混合•:°吸+Q放二0C^m1(t-t1)=-C'm2(t-t2)t为混合后的温度

・•・ti=m2=200=2nt-10=2(40-t)nt=30°C=t一tm10021303.15303.15AS=100CIn+200CInp283.15p313.15=(J•K-1)6-过冷CO2(l)在一59C时其蒸气压为，而同温度下CO2(S)的蒸气压为。求在一59C、下，1mol过冷CO2(I)变成同温、同压的固态CO2(s)时过程的AS，设压力对液体与固体的影响可以忽略不计。已知过程中放热•g-i.解：CO2(I)CO2(s)>-59C,p0AG-59C,p0也|g5CO2(I)CO2(s)-59C,p(I)-59C,p(s)^G2PG。qg)qg)-59C,p(I)3-59C,p(s)¥AG]u0,AG5二0AG?=A64=0・•.AG=AG3=jp(s)Vdp=nRTIn=1XX439.30=3p(i)p(l)465.96AG=AH-TASAH=X44=AS=(AAS=(AH-AG)/T=—8339.76—(—104.9)214.27-2molO2(g)在正常沸点一C时蒸发为101325Pa的气体，求此过程的AS。已知在正常沸点时O2(l)的AH=・K-1。2vapm解：O2在p0，-C时的饱和蒸气压为，该相变为等温可逆相变Q=nAHvapm故AS=Q/T=nAH/T=2X6.820X103=151JK-1vapm273.15—182.97•

8-1mol水在100°C及标准压力下向真空蒸发变成100°C及标准压力的水蒸气，试计算此过程的AS，并与实际过程的热温熵相比较以判断此过程是否自发。解：AH0解：AH0AS=-yapm=40.67xIO3=373.2=JKtmolt向真空膨胀，W=0,Q=AU=AH-A(pV)=AH_nRT=X103X=kJmoltQ/T=37567=JK一1mol一1373.2••》AS>Q/T,所以此过程为不可逆过程9-1molH2O(l)在100°C,101325Pa下变成同温同压下的H2O(g),然后等温可逆膨胀到4x104Pa,求整个过程的AS。已知水的蒸发焓AH=・K-1vapmnRTM解：W=p乩AV=p0(nRT—峥)〜nRT=1外p0P水W2=nRTln厶=XXln101325=p400002故W=W1+W2=Q1=nAH=1vapmQ=W=22|故Q=Q1+Q2=+=AU1=Q1-W1=AU=AU1=AH=nAH=1vapmAH2=0故AH=AH]+AH2=A40^403=109jK-1AS=nRln厶=X=Jkt11373.15•2p•233故AS=AS]+AS2=JK-1》10・1molO°C,101325Pa的理想气体反抗恒定的外压力等温膨胀到压力等于外压力，体积为原来的10倍，试计算此过程的Q、W、AU、AH、AS、AG和AF。解：W=-〃外AV=-p外（V2-V1）=-p外（1OV1-V1）=10=10p0V1==xx=Q=-W=AU=AH=0AS=nRln—2=Xln10=JK-1V•1AG=AH-TAS=aAF=AU-TAS=a11-若一5C时，C5H6⑸的蒸气压为2280Pa,-5C时C6H6(l)凝固时ASm=—・K-1•mol-1,放热9874J•mol-1,试求-5C时C6H6(l)的饱和蒸气压为多少解：C6H6(l)AC5H6⑸一5C,p-5C,p3G1险}C6C6H6(l)-5C,p(l)3G2C6H6(s)-5C,p⑸乍G4C6H6(g)—C6H6(g)-5C,p(l)-5C,p(s)AG1a0,AG5a0AG2=AG4=0•••AG=AGAG=AH-TAS=X=JmoltAG3=1:：Vdp=nRT"喙=1XXX"誥=np(l)=2632Pa12.13.在298K及101325Pa下有下列相变化：CaCO3(文石)TCaCO3(方解石)已知此过程的AG0=—800J•mol-1,AV0=cm3.mol-1。试求在298K时最少需施加trsmtrsm解：多大压力方能使文石成为稳定相CaCO3（文石）298K,p0AG1CaCO3(方解石)298K,p0AAG3文石298K,p设298K，压力p时,即AG2=0方解石298K,pCaCO3（文石）一＞CaCO3（方解石）这个反应以可逆方式进行,AG0=AG1+AG2+AG3trsm123=JpVdp+Vdp=VJpdp-V012102pppJ"dpp0=(V-V)Jpdp=AV0(p-p0)120trsmp=X10-6X(p-101325)=800p=X108Pa14.在一3°C时，冰的蒸气压为，过冷水的蒸气压为，试求在3°C时1mol过冷H2O转变为冰的AG。解：H2O(l)—3C,pH2O(s)AG-3C,p

:H2O(l)-3C,p(l)H2O(s)-3C,p⑸乍G4H2O(g)~^GH2O(g)-3°C,p(l)3-3°C,p⑸AG]u0,AG5沁0AG?=AGq=OAG=AG_=Ip(s)Vdp=nRTln-p(s)=1XX475.4p⑴Pd)489.214．已知下有关数据如下：物质O2(g)C6H12O6(S)CO2(g)H2O(l)AH0/J.K-1.mol-1,fm••0S0/J.K-1.mol-1¥求在标准状态下，1mola-右旋糖IcHO(s)］与氧反应的标准摩尔吉布斯自由能。6126解：因为化学反应一般是在恒T、恒V下或者在恒T、恒p下进行，所以求化学反应的AG最基本公式应为AG(T)=AH(T)-TAS(T)rmrmrm本题求、标准状态下a-右旋糖的氧化反应如下：标准状态下C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)故的计算式为ArGm,ArHm,ArSmAG0()AG0()rm的计算式为AG0()rm=AH0XAS0rmrm据题给数据uAH0(29&uAH0(29&15K)Bfmfm=6AH°(H2O,l)+6AfH(COg)-AH0(C6H12O6,s)fm2fm2fm6126=6XkJmolt+6XkJmol_1-kJmol_1=kJ・mol-1ASAS0=

rm工uS0(29&15K)Bm=6Sm0(H2O,l)+6Sm0(CO2,g)-S0m((C6H12O6,s)-6S0m(O2,g)m2m2m6126m2=JKtmolt・•・AG9(298.15K)=AH°XAS°rrmrm=kJmolt=kJmoltkJmol_=kJmolt15.生物合成天冬酰胺的AG9为一.mol-1,反应式为:rmTOC\o"1-5"\h\z天冬氨酸+NH++ATP天冬酰胺+AMP+PPi(无机焦磷酸)(0)4已知此反应是由下面四步完成的:天冬氨酸+ATPB-天冬氨酰腺苷酸+PPi(1)B-天冬氨酰腺苷酸+NH+天冬酰胺+AMP(2)B-天冬氨酰腺苷酸+H2O天冬氨酸+AMP(3)ATP+HOAMP+PPi(4)2$已知反应⑶和⑷的AG9分别为一.mol-1和一.mol-1,求反应⑵的AG9值.rmrm解：反应方程式(1)+(2)n(0)・•・AG9(1)+AG9(2)=AG9rmrmrm又有反应方程式2X(1)+(2)+(3)-(4)=(0)・2AG9(1)+AG9(2)+AG9(3)-AG9(4)=AG9rmrmrmrmrm・AG9(1)+AG9(2)=rmrm2AG9(1)+AG9(2)=nAG9kJ.mol_1固体碘化银Agl有a和B两种晶型，这两种晶型的rmrmrm•平衡转化温度为。C,由a型转化为B型时，转化热等于6462J・mol-1。试计算由a型转化为B型时的AS。解：AgI(a)AgI(B)AS=Q/T=AH/T=6462/=JK-1moltrm••17.试判断在10°C及标准压力下，白锡和灰锡哪一种晶形稳定。已知在25°C及标准压力下有下列数据：物质AH0/(J・mol-i)S0/(J・K-i・mol-i)C/(J・K-i・mol-i)fmm,298p,