物理化学习题及答案

物理化学习题及答案篇一：物理化学课后习题第1章化学热力学根本定律1．1mol双原子理想气体在300K、101kPa下，经恒外压恒温压缩至平衡态，并从此状态下恒容升温至370K、压强为1010kPa。求整个过程的?U、?H、W及Q。（答案：△U=1455J，△H=2037J，W=17727J，Q=-16272J）解：第一步：恒外压恒温压缩至平衡态，?U=0，?H=0V1=8.314×300/101=24.695dm3,此平衡态的压强P’W=-P’(V2-V1)=-818.92×103×(3.046-24.695)×10-3=17727J=17.727kJ-Q=W=17.727kJQ=-17.727kJ第一步：因恒容W=0?U=Qv=Cv,m(T2-T1)=20.79×(370-300)=1455.3J=1.455kJ?H=(20.79+R)×70=2037.3J=2.037kJ整个过程：W=17.727kJ；Q=-17.727+1.455=-16.27kJ；?U=1.455kJ；?H=2.037kJ。2．设有0.1kgN2，温度为273.15K，压强为101325Pa，分别进展以下过程，求?U、?H、Q及W。(1)恒容加热至压强为151987.5Pa；(2)恒压膨胀至原体积的2倍；(3)恒温可逆膨胀至原体积的2倍；(4)绝热可逆膨胀至原体积的2倍。（答案：①△U=QV=1.01×104J，△H=1.42×104J，W=0；②△H=QP=28.4kJ，△U=20.20kJ，W=-8.11kJ；③Q=5622J，W=-5622J，△H=△U=0J；④Q=0，W=△U=-4911J，△H=-6875J）解：将N2气视为双原子理想气体，那么Cp,m=29.10J·mol-1·K-1;Cv,m=20.79J·mol-1·K-1(1)W=0,末态温度T2=1.5T1=1.5×273.15K∴?U=Qv=nCv(T2-T1)=(100/28)×20.79×(1.5×273.15-273.15)=1.01×104J?H=nCp(T2-T1)=(100/28)×29.10×(1.5×273.15-273.15)=1.42×104J?H=Qp=nCp(T2-T1)=(100/28)×29.10×(2×273.15-273.15)=28388J=28.4kJ?U=nCv(T2-T1)=(100/28)×20.79×273.15=20201J=20.20kJ(3)理想气体恒温，?H=?U=0,W=-Q=-(100/28)×8.314×273.15×ln2=-5622J=-5.62kJT2=(1/2)0.4×T1=(1/2)0.4×273.15=207K;Q=0W=?U=nCv,m?T=(100/28)×20.79×(207-273.15)=-4911J=-4.911kJ?H=(100/28)×29.10×(207-273.15)=-6875J=-6.875kJ3．在373.15K、101325Pa下，1mol水缓慢蒸发。水的蒸发热为40.593kJ·mol-1，1kg水的体积为1.043dm3，1kg水蒸气的体积为1677dm3。求：(1)蒸发过程中体系的?U、?H、W、Q；(2)如忽略Ｖ液，并设水蒸气为理想气体，W为何值，并与(1)的结果比拟。（答案：①△U=37536J，△H=QP=40593J，W=-3057J；②W=-3102J）解：(1)W=P?V=-P(V气-V液)=-101325×18×(1.677-1.043×10-3)×10-3=-3057J?H=Qp=40593J?U=Q+W=40593-3057=37536J(2)如忽略V液，那么W=-PV气=-nRT=-3102J4．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。假设此反响在一样的始、末态的条件下改在原电池中进展，做电功为187.82kJ，求?U、Q及W。（答案：①△U=-282.18kJ；②Q=-98.08kJ，W=-184.10kJ，△U=-282.18kJ）解：(1)反响为：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)(恒温恒压)?H=-285.9kJ假设忽略H2O(l)的体积，那么?U=?H-(?n)RT，?n=-1.5因而：?U=-282.18kJ(2)?U不变，总功：W=电功+体积功=-187.82+1.5RT=-184.1kJQ=?U-W=-282.18+184.1=-98.1kJ5．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。已经明白液体水的Cp,m≈CV,m＝75.31J·mol-1·K-1，求W、Q?U及?H，结果说明什么?（答案：Q=0，W=20.92kJ，△U=20.92kJ，△H=20.92kJ）解：因绝热，故Q=0，又由于恒容且Cv,m为常数，故?U=n?Cv,mdTT1T2=1000×75.31×(303-298)/18=20.92kJ=nCp,m(T2-T1)=20.92kJ???n?Cp,mdTT1T2W=?U=nCv,m(T2-T1)=20.92kJ讨论：此过程所得的功为非体积功，即W’≠0,尽管过程是恒容的，而Qv≠?U.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pT＝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。（答案：①T=500K；②△U=-51.96kJ，△H=-72.75，W=41.57kJ，Q=-93.53kJ）解：(1)始态温度T1=P1V1/(nR)=101325×410.3×10-3/(5×8.314)=1000K因而末态温度T2=P1T1/P2=101325×1000/202640=500Kn(5/2)RdT(2)?U==(5×5/2)×8.314×(500-1000)=-51963J=-51.96kJ?H=?-W=?nCp,mdT=(5×7/2)×8.314×(500-1000)=-72748J=-72.75kJ?pdV??K/TdV(∵PT=K)?(K/T)?2nRT/K??2nRdT∵V=nRT/P=nRT2/K,dV=2RTdT×n/K∴-W==2×5×8.314(500-1000)=-41570J=-41.57kJW=41.57kJQ=?U-W=-51.96-41.57=-93.53kJ7．横放的绝热圆筒内装有无摩擦、不导热的活塞。在其两侧均盛有101325Pa、273K的理想气体54Ｌ，并在左侧引入电阻丝使气体缓慢加热，直至活塞将右侧气体压缩至压强为202650Pa为止。已经明白气体的CV,m＝12.47J·mol-1·Ｋ-1。求：(1)右侧气体最后的温度及所得的功；(2)左侧气体最后温度及所得的热。（答案：①T=360.31K，W=2.620kJ；②T=732.4K，W=2.620kJ）解：右侧，相当于绝热可逆压缩：γγ=Cp,m/Cv,m=1.666，T1/T’2=(P1/P2)(-1)/γ’∴T’2(右)=360.3K右、左侧气体的n=101325×0.054/(8.314×273.15)=2.409mol右侧得功W=?U=Cv(T’2-T1)=2.409×12.47×(360.31-273.15)=2.62kJ右侧末态体积V’左侧末态体积V2(左)=0.054+(0.054-0.03561)=0.07239m3左侧做功=右侧得功W(左)=-2.620kJ?U(左)=?nCv,mdT=2.409×12.47×(732.4-273.15)=13796JQ（左）=?U-W=13796-2620=16416J=16.42kJ8．设有绝热硬木箱，原为真空，在箱上刺一极小的细孔，空气缓慢地流入箱内。如箱外空气温度为T0，并将空气视为理想气体，证明箱内外压强相等时箱内空气温度为T??T0，式中??Cp,mCV,m。证：此过程为绝热不可逆过程，设装满箱子需nmol的气体，那么过程示意图如下：设nmol空气在箱外的温度为T0，压强为P0，体积为V0。体系：nmol空气及绝热箱；环境：其余空气因Q=0那么?U=W，?U=nCv,m，?T=nCv,m(T-T0)空气流入真空时并不作功，但其余空气对nmol空气(体系)所作的功就相当将气泡（P0,V0）的气体全部压进箱内，故W=P0?V0nCv,m(T-T0)=P0?V0，或nCv,m(T-T0)=nRT0，T=(Cv,m+R)T0/Cv,m=γT09．某礼堂容积为1000m3，室温为283K，压强为101325Pa，欲使其温度升至293K，需吸热多少?设空气Cp,m＝2R，如室温由293K降至283K，当室外温度为273K时，征询需导出多少热?（答案：Q1=12.315×103kJ；Q2=-11.676×103kJ）解：(1)将礼堂的墙壁视为绝热，因要维持室内压强为101325Pa，故室内空气的n将会随温度的升高而变化。Qp=Cp,m?T2T1ndT=Cp,m?T2T1PV/(RT)dT=(Cp,mPV/R)ln(T2/T1)=[7R×101325×1000/(2R)]ln(293/283)=12315039J=1.2315×104kJ(2)降温时，要维持压强一定，那么n必定增加，有一部分空气进入礼堂(此部分空气由273K热至283K)需加热，进入礼堂的空气：?n=n2-n1=PV/RT2-PV/RT1=PV/R(1/T2-1/T1)=[101325×1000/8.314](1/283-1/293)=1.47×103mol需加热：?H1=?nCp,m(T2-T0)=1.47×103×(7R/2)×(283-273)=428kJ将礼堂内原有空气降温需导出热：?H2=Qp2=n1Cp,m(T2-T1)=101325×1000×(283-293)×(7R/2)/(8.314×293)=-12104kJ总的应导出的热：Qp=Qp1+Qp2=-12104+428=-11676kJ篇二：物理化学习题答案《物理化学》作业习题物理化学教研组解2009，7第一章热力学第一定律与热化学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、右气体的压力到达平衡。假设以全部气体作为体系，那么ΔU、Q、W为正？为负？或为零？解：?U?Q?W?02.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：W?p(V2?V1)?nR?T?R3.已经明白冰和水的密度分别为：0.92×103kg·m-3，现有1mol的水发生如下变化：(1)在100oC，101.325kPa下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体；(2)在0oC、101.325kPa下变为冰。试求上述过程体系所作的体积功。18?10?3＝1.96?10?6(m3)解：(1)V冰＝30.92?1018?10?3?63V水＝＝1.96?10(m)31.0?10W?pe(V水－V冰)?nRT?1?8.314?373?3.101?103(J)(2)W?pe(V冰?V水)?101325?(1.96?10?5?1.8?10?5)?0.16(J)4.假设一封闭体系从某一始态变化到某一终态。(1)Q、W、Q－W、ΔU是否已经完全确定。(2)假设在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，那么(1)中的各量是否已完全确定？为什么？解：(1)Q－W与ΔU完全确定。(2)Q、W、Q－W及ΔU均确定。5.1mol理想气体从100oC、0.025m3通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0.05m3，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)W?nRTln(2)W?0nRT1?8.314?373W?pe(V2?V1)?31010(0.1?0.025)?2325(J)(4)pe?1?8.314?373?62022(Pa)W?p1(V2?V1)?p2(V3?V2)?62022(0.05?0.025)?31010(0.1?0.05)?1550?1550?3101(J)6.在一个带有无重量无摩擦活塞的绝热圆筒内充入理想气体，圆筒内壁上绕有电炉丝。通电时气体缓慢膨胀，设为等压过程。假设(1)选理想气体为体系；(2)选电阻丝和理想气体为体系。两过程的Q、ΔH分别是等于、小于仍然大于零？解：(1)Q??H?0(2)Q?0?H??W电功?07.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ΔH及ΔU。解：?H?Qp?4.067?104(J)?U?Q?W??H?pe(V2?V1)?4.067?104?101325(30200?18.80)?10?6?3.761?10(J)48.分别推断以下各过程中的Q、W、ΔU及ΔH为正为负仍然为零?(1)理想气体自由膨胀(2)理想气体恒温可逆膨胀(3)理想气体节流膨胀(4)理想气体绝热对抗恒外压膨胀(5)水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态，以水蒸气为体系(6)水(101325Pa,273.15K)→冰(101325Pa,273.15K)(7)在充满氧的定容绝热反响器中，石墨剧烈燃烧，以反响器及其中所有物质为体系。解：(1)W＝0，Q＝0、、ΔU＝ΔH＝0(2)W0，Q0、ΔU＝ΔH＝0(3)W＝0，Q＝0、ΔU＝ΔH＝0(4)W0，Q＝0、ΔUlt;0、ΔHlt;0(5)W0，Q0、ΔU＝ΔH＝0(6)W0，Qlt;0、ΔUlt;0、ΔH0(7)W=0，Q=0、ΔU＝0、ΔH09.已经明白H2(g)的Cp,m=(29.07-0.836×10-3T+2.01×10-6T2)J·K-1·mol-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ΔH；(2)恒容升温吸收的热及H2的ΔU。解：(1)?H??1000300T2（2）?U??(29.07-0.814-0.836?10-3T?2.01?10-6T2)dT=14800JT110.在在0℃和506.6kPa条件下，2dm3的双原子理想气体体系以下二个过程恒温膨胀至压力为101.325kPa，求Q,W,△U,△H。（1）可逆膨胀；（2）对抗恒外压101.325kPa膨胀。解：（1）W=nRTln＝1629J＝RTln1＝0.446?8.314?273?ln△U=0,Q＝1629J(2)W=P外△V=101325×（nRT2?V1）＝809.586JP2△H=△11.(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。已经明白水的汽化热为40.7kJ·mol-1.(2)假设在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展，故△(2)该相变相真空进展为不可逆相变，Pe＝0，W＝0。由于（2）的始，终态同（1）因而△H，△U与（1）一样，即△H=40.7KJ,△U=37.6KJ,Q=37.6KJ.12.1mol单原子理想气体，始态压力为202.65kPa，体积为11.2dm3，通过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）?3PV11/nR?202650?11.2?10/8.314?273K（2）△U＝3/2×8.314×（136.5-273）＝-1702J△H=5/2×8.314×（136.5－273）＝-2837J(3)PT=B,P=B/TV=RT/P=RT2/B,Dv=（2RT/B）DtW＝2×8.314×（136.5-273）＝-2270J13.某理想气体的CV,M=20.92J·K-1·mol-1，现将1mol的该理想气体于27℃、101.325kPa时受某恒外压恒温压缩至平衡态，再将此平衡态恒容升温至97℃，如今压力为1013.25kPa。求整个过程的Q,W,△U及△H。解：V2=V3=nRT3/P3=8.314×(97+273)×1013.25×1033.036×10-3m3V1＝8.314×300/101325=2.462*10-2m3Pe＝P2=nRT2/V2＝8.314×300/3.036×10-3821542kPa△△H=（20.92+8.314）×（370-300）＝2046.4JQ=△514.1摩尔单原子分子理想气体，在273.2K,1.0×10Pa时发生一变化过程，体积增大一倍，Q=1674J.△H=2092J。（1）计算终态的温度、压力和此过程的W、△U。（2）假设该气体经恒平和恒容两步可逆过程到达上述终态，试计算Q,W,△U,△H。解：（1）△H＝NcP,m（T2-T1）得T2＝2092?H＋273.2＝373.8K?T1=2.5?8.314nCP,mPVT105?373.8112P2=??6.8?104PaTV273.2?212△U＝nCV,M(T2-T1)=1.5×8.314×（373.8－273.2）＝1255JW=Q-△U=1674-1255=419J(2)因不断态与（1）一样，因而状态函数得改变值与（1）一样，即△U＝1255J,△H=2092J.第一步恒温可逆过程：W=8.314×273.2×ln2＝1574J第二步恒容可逆过程：W==0,因而W=W1+W2=1574JQ=△U+W=2829J15.1mol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。75解：双原子理想气体CV,M＝RCP,M＝R22??CP,M/CV,M＝1.4TrP1-r＝常数1?rT2=T1()r＝273×（）=224K篇三：物理化学第五版课后习题答案第五章化学平衡???5－1．在某恒定的温度和压力下，取n0﹦1mol的A(g)进展如下化学反响：A(g)???B(g)假设?B﹦?A，试证明，当反响进度?﹦0.5mol时，系统的吉布斯函数G值为最小，这时A，B间到达化学平衡。解：设反响进度?为变量???A(g)???B(g)t﹦0nA,0﹦n00?0﹦0t﹦t平nAnB??﹦nB?BnB﹦?B?，nA﹦n0－nB﹦n0－?B?，n﹦nA＋nB﹦n0nAnn?????﹦0B﹦1?，yB﹦B﹦nnn0n0n0气体的组成为：yA?﹦各气体的分压为：pA﹦pyA?﹦p(1??n0)，pB﹦pyB﹦p?n0各气体的化学势与?的关系为：?A??A?RTlnpAp????RTln(1?)Appn0pBp????RTln?Bppn0p?p?＋(1?)nRTln?Bpn0pn0?B??B?RTln由G＝nA??A＋nB??B＝(nA?A＋nB?B)＋nARTln＝[n0－??A＋??B]＋n0RTlnp??＋＋(n??)RTln(1?)?RTln0pn0n0p??)＋＋(n??)RTln(1?)?RTln0pn0n0由于?B﹦?A，那么G＝n0(?A＋RTlnnRT?G??2G(2)T,p??0＜0()T,p?RTln??n0?????(n0??)令(?G??)T,p?0??1?﹦0.5如今系统的G值最小。??n0??1?????5－2．已经明白四氧化二氮的分解反响N2O4(g)???2NO2(g)在298.15K时，?rGm＝4.75kJ·mol－1。试推断在此温度及以下条件下，反响进展的方向。(1)N2O4(100kPa)，NO2(1000kPa);(2)N2O4(1000kPa)，NO2(100kPa);(3)N2O4(300kPa)，NO2(200kPa);解：由Jp进展推断pNO2?rGm47500K＝exp(－)＝exp(－)＝0.1472Jp＝210002(1)Jp＝＝100Jp＞K反响向左进展。或ΔrGm＝16.1654kJ·mol－1100?1001002(2)Jp＝＝0.1Jp＜K反响向右进展。或ΔrGm＝－0.9677kJ·mol－11000?1002002(3)Jp＝＝1.3333Jp＞K反响向左进展。或ΔrGm＝5.4631kJ·mol－1300?100???5－3．一定条件下，Ag与H2S可能发生以下反响：2Ag(s)＋H2S(g)???Ag2S(s)＋H2(g)25℃,100kPa下，将Ag置于体积比为10∶1的H2(g)与H2S(g)混合气体中。(1)Ag是否会发生腐蚀而生成Ag2S？(2)混合气体中H2S气体的体积分数为多少时，Ag不会腐蚀生成Ag2S？已经明白25℃时，H2S(g)和Ag2S(s)的标准生成吉布斯函数分别为－33.56kJ·mol－1和－40.26kJ·mol－1。解：设反响体系中气相为理想气体，那么ΔrGm＝?rG＋RTlnmpH2pH2S(1)ΔrGm＝(－40.26＋33.56)＋R×298.15×103×ln10＝－6.7＋5.708＝－0.992kJ·mol－1ΔrGm＜0，Ag会发生腐蚀而生成Ag2S。(2)当ΔrGm＞0时，Ag不会发生腐蚀而生成Ag2S，因而ln1?yH2SyH2S1?yH2S?rGm67005－4．已经明白同一温度，两反响方程及其标准平衡常数如下：???CH4(g)＋CO2(g)???2CO(g)＋2H2(g)K1???CH4(g)＋H2O(g)???CO(g)＋3H2(g)K2???求以下反响的K：CH4(g)＋2H2O(g)???CO2(g)＋4H2(g)解：(2)×2－(1)＝(3)K＝(K2)2?(K1)?15－5．在一个抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫，假设它们之间没有发生反响，那么在375.3K时的分压分别为47.836kPa和44.786kPa。将容器保持在375.3K，经一定时间后，总压力减少至86.096kPa，且维持不变。求以下反响的K。SO2Cl2(gSO2(g)＋Cl2(g)解：反响各组分物料衡算如下SO2Cl2(gSO2(g)＋Cl2(g)0p0(SO2)p0(Cl2)pxp0(SO2)－pxp0(Cl2)－pxp＝p0(SO2)＋p0(Cl2)－px＝86.096px＝44.786＋47.836－86.096＝6.526kPap(Cl2)＝47.836－6.526＝41.31kPap(SO2)＝44.786－6.526＝38.26kPaK＝pSO2pCl2pSO2Cl2p＝6.526?1005－6．900℃，3×106Pa下，使一定量摩尔比为3∶1的氢、氮混合气体通过铁催化剂来合成氨。反响到达平衡时，测得混合气体的体积相当于273.15K，101.325kPa的单调气体(不含水蒸气)2.024dm3，其中氨气所占的体积分数为2.056×10－3。求此温度下反响的K。解：3yN2?yN2?yNH3?1yN2?1?yNH342?Bypp?NH?2?3K＝()B?yBB＝()3py?ypBH2N210022.0562?10?6－8???5－7．PCl5分解反响PCl5(g)???PCl3(g)＋Cl2(g)在200℃时的K＝0.312，计算：（1）200℃，200kPa下PCl5的解离度。（2）摩尔比为1：5的PCl5与Cl2的混合物，在200℃，101.325kPa下，求到达化学平衡时PCl5的解离度。解：（1）设200℃，200kPa下五氯化磷的解离度为α，那么???PCl5(g)???PCl3(g)＋Cl2(g)1－ααα?n＝1＋αK＝(ppnB?)?BB200?2?＝0.312nB＝?21001??B?B1?2＝0.156＝7.4103