第五版物理化学第二章习题答案

1、.第二章 热力学第一定律2.1 1mol理想气体在恒定压力下温度升高1，求过程中系统与环境交换的功。解：理想气体n = 1mol对于理想气体恒压过程,应用式（2.2.3）w =pambv =p(v2-v1) =(nrt2-nrt1) =8.314j2.2 1mol水蒸气(h2o,g)在100,101.325kpa下全部凝结成液态水。求过程的功。假设：相对于水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。解: n = 1mol 恒温恒压相变过程,水蒸气可看作理想气体, 应用式（2.2.3）w =pambv =p(vl-vg ) pvg = nrt = 3.102kj2.3 在25及恒定压力下，电解1mo

2、l水(h2o,l)，求过程的体积功。 h2o(l) h2(g) + 1/2o2(g)解: n = 1mol 恒温恒压化学变化过程, 应用式（2.2.3）w=pambv =(p2v2-p1v1)p2v2 =n2rt=3.718kj精品.2.4 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a的qa=2.078kj,wa=4.157kj；而途径b的qb=0.692kj。求wb.解: 热力学能变只与始末态有关,与具体途径无关,故 ua = ub由热力学第一定律可得 qa + wa = qb + wb wb = qa + wa qb = 1.387kj 2.5 始态为25，200 kpa的5 mo

3、l某理想气体，经途径a，b两不同途径到达相同的末态。途经a先经绝热膨胀到 -28.47，100 kpa，步骤的功；再恒容加热到压力200 kpa的末态，步骤的热。途径b为恒压加热过程。求途径b的及。 解：先确定系统的始、末态 对于途径b，其功为 根据热力学第一定律 2.6 4mol某理想气体，温度升高20, 求hu的值。精品. 解：根据焓的定义2.7 已知水在25的密度=997.04kgm-3。求1mol水(h2o,l)在25下：（1）压力从100kpa增加至200kpa时的h;（2）压力从100kpa增加至1mpa时的h。假设水的密度不随压力改变，在此压力范围内水的摩尔热力学能近似认为与压力

4、无关。解: 已知 = 997.04kgm-3 mh2o = 18.015 10-3 kgmol-1凝聚相物质恒温变压过程, 水的密度不随压力改变,1molh2o(l)的体积在此压力范围可认为不变, 则 vh2o = m /= m/h u = (pv) = v(p2 p1 ) 摩尔热力学能变与压力无关, u = 0h = (pv) = v(p2 p1 ) 1) h u = (pv) = v(p2 p1 ) = 1.8j2) h u = (pv) = v(p2 p1 ) = 16.2j2.8 某理想气体cv,m=3/2r。今有该气体5mol在恒容下温度升高50。求过程的w，q，h和u。解: 理想气

5、体恒容升温过程 n = 5mol cv,m = 3/2rqv =u = n cv,mt = 51.5r50 = 3.118kjw = 0h = u + nrt = n cp,mt = n (cv,m+ r)t = 52.5r50 = 5.196kj精品.2.9 某理想气体cv,m=5/2r。今有该气体5mol在恒压下温度降低50。求过程的w，q，u和h。解: 理想气体恒压降温过程 n = 5mol cv,m = 5/2r cp,m = 7/2rqp =h = n cp,mt = 53.5r(50) = 7.275kjw =pambv =p(v2-v1) =(nrt2-nrt1) = 2.078

6、kju =hnrt = ncv,mt = 52.5r(-50) = 5.196kj2.10 2mol某理想气体，cp,m=7/2r。由始态100kpa,50dm3，先恒容加热使压力升高至200kpa，再恒压冷却使体积缩小至25dm3。求整个过程的w，q，h和u。解：过程图示如下 由于，则，对有理想气体和只是温度的函数 该途径只涉及恒容和恒压过程，因此计算功是方便的 根据热力学第一定律 精品.精品.精品.精品. 2.15 容积为0.1m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板,其两侧分别为0,4mol的ar(g)及150,2mol的cu(s)。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度t及过程的h 。已

7、知：ar(g)和cu(s)的摩尔定压热容cp,m分别为20.786jmol-1k-1及24.435 jmol-1k-1，且假设均不随温度而变。 解: 恒容绝热混合过程 q = 0 w = 0由热力学第一定律得过程 u=u(ar,g)+u(cu,s)= 0u(ar,g) = n(ar,g) cv,m (ar,g)(t20) u(cu,s) h (cu,s) = n(cu,s)cp,m(cu,s)(t2150)解得末态温度 t2 = 74.23又得过程 h =h(ar,g) + h(cu,s) =n(ar,g)cp,m(ar,g)(t20) + n(cu,s)cp,m(cu,s)(t2150) =

8、 2.47kj或 h =u+(pv) =n(ar,g)rt=48314(74.230)= 2.47kj精品.精品.精品.精品.精品.精品.2.21 求1moln2(g)在300k恒温下从2dm3可逆膨胀到40dm3时的体积功wr。（1） 假设n2(g)为理想气体；（2） 假设n2(g)为范德华气体，其范德华常数见附录。解: 题给过程为 n = 1mol应用式(2.6.1) （1） n2(g)为理想气体 p = nrt/v （2） n2(g)为范德华气体 已知n=1mol a =140.810-3pam6mol-2 b= 39.1310-6m3mol-1所以2.22 某双原子理想气体1mol从始

9、态350k,200kpa经过如下四个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功w。（1） 恒温下可逆膨胀到50kpa；（2） 恒温反抗50kpa恒外压不可逆膨胀；（3） 绝热可逆膨胀到50kpa；（4） 绝热反抗50kpa恒外压不可逆膨胀。精品.解: 双原子理想气体 n = 5mol； cv,m =（ 5/2）r； cp,m = （7/2）r 2.23 5mol双原子理想气体从始态300k,200kpa，先恒温可逆膨胀到压力为50kpa，再绝热可逆压缩到末态压力200kpa。求末态温度t及整个过程的w，q，uh和h。解: 理想气体连续pvt变化过程. 题给过程为由绝热可逆过程方程式得 1) h 和

10、 u 只取决于始末态,与中间过程无关精品.h = n cp,mt = n cp,m(t3-t1) = 21.21kju = n cv,mt = n cv,m(t3-t1) = 15.15kjw2 =u = n cv,mt = n cv,m(t3-t2) = 15.15kj w = w1 + w2 = 2.14kj3) 由热力学第一定律得 q =uw = 17.29kj精品.精品.精品.精品.精品.2.27 已知水(h2o,l)在100的饱和蒸气压ps=101.325kpa，在此温度、压力下水的摩尔蒸发焓。求在100,101.325kpa下使1kg水蒸气全部凝结成液体水时的w，q，uh和h。设水

11、蒸气适用理想气体状态方程式。解: 题给过程的始末态和过程特性如下： n = m/m = 1kg/18.015gmol-1 = 55.509mol题给相变焓数据的温度与上述相变过程温度一致，直接应用公式计算w=pambv =p(vl-vg )pvg = ng rt=172.2kju = qp + w =2084.79kj2.28 已知100kpa下冰的熔点为0，此时冰的比熔化焓。水的平均比定压热容求在绝热容器内向1kg50的水中投入0.1kg0的冰后，系统末态的温度。计算时不考虑容器的热容。解：假设冰全部熔化，末态温度为t：整个过程绝热 h = h1 +h2 +h3其中 精品.整理可得末态温度

12、t = 38.21精品.精品.2.30 蒸气锅炉中连续不断地注入20的水，将其加热并蒸发成180，饱和蒸气压为1.003mpa的水蒸气。求每生产1kg水蒸气所需要的热量。已知：水(h2o,l)在100的摩尔蒸发焓，水的平均摩尔定压热容，水蒸气(h2o,g)的摩尔定压热容与温度的函数关系见附录。解: 精品.2.31 100kpa下冰(h2o,s)的熔点为0.在此条件下冰的摩尔熔化焓。已知在-100范围内过冷水(h2o,l)和冰的摩尔定压热容分别为和。求在常压及-10下过冷水结冰的摩尔凝固焓。解: 在100kpa、273.15k下，水和冰互相平衡，所以在100kpa、263.15k的过冷水凝固为冰就偏离了平衡条件，因此该过程为不可逆相变化，设计途径如下：2.32 已知水(h2o,l)在100的摩尔蒸发焓,水和水蒸气在25100范围间的平均摩尔定压热容分别为和求在25时水的摩尔蒸发焓。精品.解：由已知温度的相变焓求未知温度的相变焓，常压下对气体摩尔焓的影响通常可以忽略，可直接应用p68公式(2.7.4)精品.2.34 应用附录中有关物质在25的标准摩尔生成焓的数据，计算下列反应在25时的和。解： 题给各反应的和分别计算如下:(1) (2) (3)精品. 2.35 应用附录中有关物质的热化学数据,计算25时反应的标