物理化学第三章习题答案

1.将1mol双原子理想气体从298K、100kPa的始态，恒熵压缩到体积为5dm3，求终态温度及过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS。解：0Q?)(12,TTnCUmV?)(12,TTnCHmpmVCRVVTT,)(21120S111pnRTV?2T理想气体理想气体恒熵molmol11T2，5dm3298K，100kPa)(12,TTnCUWmV2.将298.15K、100kPa的0.1mol的双原子理想气体绝热不可逆压缩至150kPa，测得此过程系统得功502J，求终态温度T2及该过程的Q、ΔU、ΔH、ΔS系统、ΔS环境和ΔS隔离。理想气体理想气体绝热不可逆molmol1.01.0T2，150kPa298.15K，100kPaJTTnCUWmV502)(12,0QKT67.5392JTTnCHmp8.702)(12,12112,39.1lnlnKJppnRTTnCSmp0（环）SSS（隔）解：3.1molO2，始态为300K和1013.25kPa，经过恒温可逆膨胀至终态压力为101.325kPa。试计算该过程的W、Q、ΔU、ΔH、ΔS。理想气体理想气体恒温可逆molmol11300K，1013.25kPa300K，101.325kPa?ln21ppnRS0dT0HU?ln21,ppnRTWrT解：WQ4.10molH2(理想气体)，从始态298.15K、50kPa绝热可逆地压缩到100kPa，计算该过程的Q、W、∆U、∆H、∆S、∆A和∆G。巳知(298.15K)=130.59J·K-1·mol-1。mS理想气体理想气体绝热可逆molmol1010298.15K，50kPaT2，100kPa解：0QkJTTnCUWmV57.13)(12,kJTTnCHmp99.18)(12,mpCRppTT,)(1212KT27.3632)()(121122TTSHSTSTHGkJG01.70kJTTSUSTSTUA43.75)()(121122理想气体理想气体molmolS1010298.15K，100kPa298.15K，50kPa163.5750100lnKJnRS153.1363)15.298(KJKnSSSm理想气体理想气体绝热molnmolnT2，500kPa298.15K，100kPaJTTnCUWmV502)(12,0Q?2T?)(12,TTnCHmp?lnln2112,ppnRTTnCSmp?12SSSmolRTVpn04.01111121.814.20504.0KJnSSm?)(1122STSTHG5.将298.15K，下的1dm3O2绝热压缩到5，耗费功502J。求终态的T2和S2以及过程的ΔU、ΔH、ΔS和ΔG。已知(O2,298.15K)=205.14J·K1·mol-1，Cp,m(O2)=29.29J·K-1·mol-1。ppmS6．1mol某双原子理想气体，从300K、pθ等温可逆压缩到10pθ，计算该过程的Q、W、∆U、∆H、∆S、∆A和∆G。理想气体理想气体恒温可逆molmol11300K，100kPa300K，1000kPa?ln21ppnRS0dT0HU?ln21,ppnRTWrT?STUA?STHGWQ7.10mol过冷水在-10℃，101.325kPa下结冰。已知：Cp,m(s)=37.20Jmol–1K–1,Cp,m(l)=76.28Jmol–1K–1.求：Q、S、G.1·012.6)0(molkJHmfus℃kPaK325.101,15.273)()(22sOHlOH)()(22sOHlOHSkPaKT325.101,15.2631kPaK325.101,15.263kPaKT325.101,15.27321S2S3S3H1HH2HkJKHnHmfus12.60)15.273(2kJTTlnCHmp63.715.263-15.27328.7610))((12,1）（kJTTsnCHmp72.315.273-15.2632.3710))((21,3）（kJH21.56HQp321SSSS112,145.28ln)(KJTTlnCSmp121,387.13ln)(KJTTsnCSmp12210.220KJTHnSmfus152.205KJSJSTHG4.212705.522-15.26356210）（8.1mol液体水于298.15K，101.325kPa下蒸发为水蒸气，试计算此过程的W、Q、∆U、∆H、∆S及∆G，并判断此过程能否自发进行.已知在298.15K、3.167kPa下水的ΔvapHm（298.15K）=43.76kJ·mol-1)()(22gOHlOH)()(22gOHlOHHkPapK325.101,15.2981kPaK325.101,15.298kPapK167.3,15.2982kPaK167.3,15.2981H3H2H?)15.298(2KHnHmvap031HH2HH?)(nRTHpVHVVpHUglg325.101167.3ln3nRSTHS22103.118KJS?STHG321SSSS01S0G0dp0dT0W根据吉布斯函数判据，过程不可自发进行。9.通过设计过程求1molH2O(g)在25℃平衡压力下凝结为液态水的过程的∆H、∆S和∆G。已知25℃下，水的饱和蒸气压为3.167kPa；在100℃下水的ΔvapHm=40.63kJ·mol-1，Cp,m⑴=75.30J·K-1·mol-1，Cp,m（g）=33.50J·K-1·mol-1。)()g(22lOHOH)()(22lOHgOHHkPapK167.3,15.2981kPaK167.3,15.298kPapK325.101,15.3732kPaK325.101,15.3731H3H2H)()g(22lOHOH)()(22lOHgOHHkPapK167.3,15.2981kPaK167.3,15.298kPapK325.101,15.3732kPaK325.101,15.3731H3H2H)15.373(2KHnHmvap))((12,1TTgnCHmp))((21,3TTlnCHmpkJH77.43179.146KJTHS0STHG10.298.15K和pθ下进行的相变：H2O（l）→H2O（g）计算相变的ΔG，并判断能否自动进行。已知H2O（l）在298.15K时饱和蒸气压为3.168kPa，H2O（l）的摩尔体积为18.02mL/mol。02G?)()(211plVdplVGmppm?ln)(21312ppRTdpgVGppm1molH2O(l)298.15K,100kPa1molH2O(g)298.15K,100kPa不可逆相变1molH2O(l)298.15K,3.168kPa1molH2O(g)298.15K,3.168kPa可逆相变G2G3G1G1p2p?G0dp0dT0W根据吉布斯函数判据，不可自发进行。0G11.已知苯在101.325kPa下的熔点为5℃，在此条件下的摩尔熔化焓，Cp,m(s)=122.59Jmol–1K–1,Cp,m(l)=126.78Jmol–1K–1求在101.325kPa，-5℃下1mol过冷苯凝固为固体苯的S和G。1·916.9)5(molkJHmfus℃kPaK325.101,15.278)()(6666sHClHC)()(6666sHClHCSkPaKT325.101,15.2681kPaK325.101,15.268kPaKT325.101,15.27821S2S3S3H1HH2H?)15.278(2KHnHmfus?))((12,1TTlnCHmp?))((21,3TTsnCHmp321SSSS?ln)(12,1TTlnCSmp?ln)(21,3TTsnCSmp?22THnSmfus?S?STHG12.在400K、标准压力下，理想气体间进行下列恒温、恒压化学反应：A（g）+2B（g）→3C（g）+D（g）求进行1mol上述反应的ΔrGmθ已知25℃数据如下：ABCDΔfHmθ/kJ·mol−10-40-300Cp,m/J·mol−1·K-110502025/J·mol−1·K-120703040mS?)15.298()15.298(KHKHmfBmr?)15.298()15.298(KSKSmBmr?)(,,BCCmpBmpr?)15.298400()15.298()400(,KKCKHKHmprmrmr?15.298400ln)15.298()400(,mprmrmrCKSKS?)400()400()400(KSTKHKGmrmrmr13．353.25K、101.325kPa的1mol苯放入一密闭的真空容器中，最终蒸发为同温同压的苯蒸气。（设该容器放在温度恒定在353.25K的极大恒温槽内）已知苯（l）在353.25K、101.325kPa下的摩尔蒸发焓为30.77kJ·mol-1.（1）计算该过程W、Q、∆U、∆S和∆G。（2）S、G两个判据中，何者可以作为上述过程是否自发进行的判据。请计算出具体数值来说明。)()(6666gHClHC不可逆kPaK325.101,25.353kPaK325.101,25.353H可逆kJHnHmvap77.30kJnRTHpVHVVpHUglg08.28)(119.95KJTHS0STHG0WUQ（2）非恒压过程，所以只能用S判据149.79KJTQS环系环070.151KJS隔可自发1.在100℃和25℃之间工作的热机，其最大效率为（）A.100%B.75%C.25%D.20%2.当理想气体在等温(500K)下进行膨胀时，求得体系的熵变∆S=l0J·K-1，若该变化中所做的功仅为相同终态最大功的1/10，该变化中从热源吸热（）A.5000JB.500JC.50JD.100JDB3.正常沸点时，液体蒸发为气体的过程中（）A.ΔS=0B.ΔG=0C.ΔH=0D.ΔU=04.一定量的理想气体经绝热可逆膨胀后，下列各量正确的是()A．Q0B．W0C．ΔS=0D．ΔH=05.理想气体由始态经过绝热自由膨胀至终态,其以下各量变化正确的是()A.Q0B.ΔS=0C.W0D.ΔU=0BCD6.若系统经历一任意的不可逆过程，则该系统的熵变ΔS()A一定大于零B一定小于零C一定等于零D可能大于零也可能小于零7.若在隔离系统中发生一任意的不可逆过程后则该系统的熵变ΔS()。A一定大于零B一定小于零C一定等于零D可能大于零也可能小于零DA8.理想气体由始态经过绝热可逆膨胀至终态,其以下各量变化正确的是()A.Q0B.ΔS=0C.W0D.ΔU=0B9.封闭系统中