人卫版物理化学(第六版)课后习题答案详解

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《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、右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则ΔU、Q、W为正？为负？或为零？

解： U Q W 0

2. 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 R

3. 已知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0 oC、101.325kPa下变为冰。 试求上述过程体系所作的体积功。

18 10 3 63

＝1.96 10(m) 解：(1) V冰＝3

0.92 10

18 10 3

V水＝＝1.96 10 6(m3) 3

1.0 10

W pe(V水－V冰) nRT 1 8.314 373 3.101 10(J) (2) W pe(V冰 V水) 101325 (1.96 10

4. 若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。

5

3

1.8 10 5) 0.16(J)

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(2)

若在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，则(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 经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0.05 m3，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 0

(3) pe

V20.1 1 8.314 ln 4299(J) V10.025

nRT1 8.314 373 31010(Pa) V0.1

W pe(V2 V1) 31010(0.1 0.025) 2325(J)

(4) pe

1 8.314 373

62022(Pa)

0.05

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。若(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、小于还是大于零？ 解：(1) Q H 0

(2) Q 0

H W电功 0

7. 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 10(J)

4

U Q W H pe(V2 V1) 4.067 104 101325(30200 18.80) 10 6

3.761 10(J)

8. 分别判断下列各过程中的Q、W、ΔU及ΔH为正为负还是为零? (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) 理想气体绝热反抗恒外压膨胀

(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)

4

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(7) 在充满氧的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为体系。 解：

(1) W＝0， Q＝0、、ΔU＝ΔH＝0 (2) W>0， Q>0、ΔU＝ΔH＝0 (3) W＝0， Q＝0、ΔU＝ΔH＝0 (4) W>0， Q＝0、ΔU<0、ΔH<0 (5) W>0， Q>0、ΔU＝ΔH＝0 (6) W>0， Q<0、ΔU<0、ΔH>0 (7) W=0， Q=0、ΔU＝0、ΔH>0 9. 已知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

1000

300T2

(29.07-0.836 10-3T 2.01 10-6T2)dT=20620.53J (29.07-0.814-0.836 10-3T 2.01 10-6T2)dT=14800J

3

（2） U

T1

10.在在0℃和506.6kPa条件下，2dm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

P1P1V1P506.6

＝1629J ＝RTln1＝0.446 8.314 273 ln

p2RT1p2101.325

△U=0,Q＝1629J

(2)W=P外△V=101325×（

nRT2

V1）＝809.586J P2

△H=△U=0 Q=809.586J

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。已知水的汽

-1

化热为40.7kJ·mol.

(2)若在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行，故 △H＝QP＝40.7KJ

W＝P（Vg－V1） PVg RT 8.314 373 3.10KJ

U QP W 40.7 3.10 37.6KJ

(2)该相变相真空进行为不可逆相变，Pe＝0，W＝0。因为（2）的始，终态同（1）所以△H，△U与（1）相同，即△H=40.7KJ,△U=37.6KJ,Q=37.6KJ.

3

12.1mol单原子理想气体，始态压力为202.65kPa，体积为11.2dm，经过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。

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