20102008物理化学期中考试答案

河南大学民生学院08级2009～2010学年第二学期期中考试《物理化学》试卷一、填空题（15分）1．指出下列公式的适用条件：（1）H=U+pV（封闭系统）（2）ΔU=QV，ΔH=Qp（封闭系统，w'=0的恒容或恒压过程）（3）12lnVVnRTW（封闭系统，w'=0，理想气体的恒温可逆过程）（4）W=－pΔV（封闭系统，w'=0的恒压过程）（5）21,TTmVdTnCW（封闭系统，理想气体的绝热过程）（6）pVγ=常数（封闭系统，w'=0，理想气体的绝热可逆过程）（7）mmVTHdTdp（纯物质两相平衡体系）2．指出下列过程中Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG何者为零：（1）理想气体不可逆恒温压缩过程；（ΔU、ΔH）（2）实际气体可逆绝热膨胀过程；（Q）（3）实际气体不可逆循环过程；（ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG）（4）实际流体节流膨胀过程；（Q、ΔH）（5）理想气体恒温恒容混合过程；（ΔU、W、Q）（6）在pamb=0下液体挥发为同温同压下的饱和蒸气过程；（W、ΔG）（7）绝热恒容无非体积功时的化学反应；（Q、W、ΔU）（8）绝热恒压无非体积功的化学反应。（Q、ΔH）一、单项选择题（将答案前的字母写在题前的括号内。每小题3分，共30分）：D1．孤立系统与环境之间A．既有物质又有能量传递B．没有物质而只有能量传递C．有物质但没有能量传递D．既无物质又无能量传递A2．理想气体的内能UA．仅与温度有关B．不仅与温度有关，且与压力有关C．与温度无关D．不仅与温度有关，且与体积有关B3．某理想气体的恒压摩尔热容与温度T(K)的关系为：Cp,m=29.700+1×10-3T(JK-1mol-1)，在300K时，该气体的恒容摩尔热容（单位：JK-1mol-1）为A．28.013B．21.686C．25.816D．29.918B4．若家用冰箱在室内打开冷藏柜门工作，则A．可以降低室温B．会使室温增高C．不会改变室温D．不需耗电B5．某卡诺热机的工作效率为40，当其从高温热源吸取热量，并对外作功4184kJ时，传给低温热源的热为A．8276kJB．6276kJC．4276kJD．2276kJA6．对于一定量的纯物质体系，当非体积功W=0时，(G/p)T值一定：A．0B．0C．=0D．无定值C7．已知某反应的(ΔrHm/T)p=0，则反应温度升高时，其ΔrSm：A．减少B．增加C．不变D．不能确定（C）4．下面的T-S图中，能代表卡诺循环的是：（B）5．在85℃及101325Pa压力下，过冷的H2O(g)变为H2O(l)时，应该是：A．ΔS系统0，ΔH0，ΔG0B．ΔS系统=0，ΔF0，ΔS环境0C．ΔU0，ΔG0，ΔF0D．ΔG0，ΔU0，ΔH0（B）6．理想气体等温膨胀：A．H=0，S=0B．H=0，U=0C．U=0，F=0D．H=0，G=0（B）7．对于一定量的纯物质体系，当非体积功W=0时，(G/T)p值一定：A．0B．0C．=0D．无定值（C）8．下面的T-S图中，能代表卡诺循环的是：（D）9．在85℃及101325Pa压力下，过冷的H2O(g)变为H2O(l)时，应该是：A．ΔS系统0，ΔH0，ΔG0B．ΔS系统=0，ΔF0，ΔS环境0C．ΔU0，ΔG0，ΔF0D．ΔG0，ΔU0，ΔH0（B）10．对于一定量的纯物质体系，当非体积功W=0时，(G/T)p值一定：A．0B．0C．=0D．无定值二、判断题：（在正确说法的题号前画“√”；在错误说法的题号前画“×”。每小题1分，共15分）F1．一定量的气体反抗一定的压力进行绝热膨胀时，其内能总是减少的。F2．等温过程的特征是系统与环境间无热传递。F3．可逆过程一定是循环过程。F4．根据热力学第一定律，因为能量不能无中生有，所以一个系统若要对外做功，必须从外A．TSabcdB．TSabcdC．TSabcdD．TSabcdA．TSabcdB．TSabcdC．TSabcdD．TSabcd界吸收热量。F5．一定量理想气体的熵只是温度的函数。R6．由同一始态出发，系统经历一个绝热可逆过程和一个绝热不可逆过程，无论如何达不到相同的终态。F7．凡是熵增加的过程一定是自发过程。F8．理想气体自由膨胀过程，因为ΔT=0，Q=0，所以可导出ΔS=Q/T=0。F9．绝热不可逆过程的熵变可以设计一个绝热可逆过程来求算。F10．不可逆循环过程的熵变不等于零。四、证明题（20分）（1）证明：pppTVpCTU)()(，并证明对于理想气体有0)(,0)(TVTVCVH。（2）证明TpVSU)(，并由此式证明对于理想气体TpVST)(。1、解题思路：首先把Cp还原，ppTHC)(。原式实际上要证明pppTVpTHTU)()()(。观察此式，偏微商下标及自变量相同，分析其他内容U=H-pV，这是焓的定义式，因此从焓的定义入手。解：U=H-pV，将方程两边在恒p下对T求偏导得：pppppTVpCTVpTHTU)()()()(TTTTVpVVUVpVUVH])([)(])([)(对于理想气体U=U（T），0)(TVU；pV=nRT，0])([])([TTVnRTVpV所以000)(TVH，0)0(])([])([](VVTTVTVTVUTTUVVC。2、解题思路：由于偏微分涉及变量S、V、U，因此可从第一个热力学基本方程入手进行证明。证明：pVSTpdVTdSdUU0移项整理得：TpVSU)(对于理想气体，由于热力学能U只是温度的函数，所以恒U过程就是恒T过程，因此TpVSVSTU)()(联想理想气体恒温过程12ln,212121VVnRdVVnRdVTpdVVSSSVVVVTVVTT该式与理想气体万能公式结论一致。四、计算题（25分）1、1mol理想气体由1013.25kPa,5d3m、609.4K恒外压101.325kPa膨胀至40d3m，压力等于外压。求此过程的W、Q、△U、△H、△S、△A、△G。已知11,.5.12KmolJCmv，始态熵值11.200KJS（15分）解题思路：W和Q为途径函数，必须依实际途径进行计算。△U、△H、△S、△A和△G为状态函数的增量，与途径无关，可以撇开实际途径直接进行计算。在计算以上各量时，应当明确始终态的p，V，T。解：对于理想气体，222111TVpTVp，所以KmPaKmPaVpTVpT5.48710510132504.60910401013253333111222kJmPaVVpdVpWambVVamb546.310)540(101325)(331221本题虽为恒外压过程，但不是恒压过程，因此Q无法直接进行计算。为此先计算过程的△U，然后利用热力学第一定律，由W和△U求得Q。kJKKmolJmolTTnCUmv524.1)4.6095.487(.5.121)(1112,kJkJWUQ2022.2)]546.3(524.1[kJKKmolJmolTTRCnTTnCHmvmv537.2)4.6095.487(.)314.85.12(1))(()(1112,12,111111212,.5.141013251013250ln.314.814.6095.487ln.)314.85.12(1lnlnKJKmolJmolKmolJmolppnRTTnCSmp)])([)()(11121122STSSTUSTSTUTSUAkJKJKKJKkJ79.15].2004.609.)5.14200(5.487[10524.1113)])([)()(11121122STSSTHSTSTHTSHGkJKJKKJKkJ77.14].2004.609.)5.14200(5.487[10537.2113注意：以上在计算△A和△G时，不能简单地套用公式STUA和STHG，因为这些是恒温过程的计算公式。2．（本题满分10分）有1mol过冷水，从始态263K、101kPa变成同温同压的冰，求该过程的熵变。已知水和冰在该温度范围内的平均摩尔定压热容分别为：Cpm(H2O,l)=75.3JK-1mol-1，Cpm(H2O,s)=37.7JK-1mol-1；在273K、101kPa时水的摩尔凝固热为-5.90kJmol-1。3．ΔG=0(2分)Q=1×40.67=40.67(kJ)(2分)ΔH=Q=40.67kJ(2分)ΔS=Q/T=40670/373.15=109.0(J/K)(2分)W=-pVg=-nRT=-1×8.314×373.15=-3102(J)(2分)