2018年物理化学离线作业答案

浙江大学远程教育学院《物理化学》课程作业(必做)姓名：张勤学号：717030224002年级：2017秋学习中心：合肥学习中心—————————————————————————————第一章热力学第一定律一、填空题1.系统的性质分为广度性质和__强度性质__________。2.热力学第一定律的数学表达式是。Δq＝u＋W3.水从25℃加热到35℃，水的热力学能增大。（填“增大”、“减小”或“不变”）4.理想气体在恒定外压下绝热膨胀，气体的焓减小。（填“增大”、“减小”或“不变”）5.ΔU=Qv的适用条件是。封闭系统中等容非体积功为零。6.O2(g)的的标准摩尔燃烧焓等于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。二、简答题1.什么是系统？什么是环境？答：将一部分物质从其他部分中划分出来，作为研究对象，这一部分物质就称为系统；系统之外与系统密切相关的部分称为环境。2.什么是等压过程？什么是可逆过程？答:等压过程是在环境压力恒定下，系统始，终态压力相同且等于环境压力的过程。某系统经过一过程由状态1变为状态2之后，如果能使系统和环境都完全复原，则该过程称为可逆过程。3.什么是热力学第一定律？答：自然界的一切物质都具有能量，能量有多咱不同的形式，能量可以从一种形式转化为另一种形式，能量的总量在转化过程中保持不变。4.什么是标准摩尔生成焓？什么是标准摩尔燃烧焓？答：在标准压力和指定温度下，由最稳定的单质生成1mol物质的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓。在标准压力和指定温度下，1mol物质完全燃烧的焓变，称为该物质的标准摩尔燃烧焓。5.Zn与稀硫酸发生放热置换反应，请问在开口瓶中进行还是在闭口瓶中进行放热更多？为什么？答：Zn与稀硫酸发生置换反应所释放的能量，在开口瓶中进行的一部分能量以系统对环境做功的形式（因反应产生H2，系统体积增大，对环境做体积功）传递给环境，另一部分以热形式传递给环境。闭口瓶中进行由于不做体积功，全部以热形式传递给环境，因此，闭口瓶中进行放热更多。6.石墨在充满氧气的定容绝热反应器中燃烧，若以反应器和其中所有物质为系统，请问燃烧前后热力学能和焓如何变化？答：这是孤立系统，U=0，C(石墨)+O2(g)=CO2(g)ΔH=ΔU+Δ(pV)=0+VΔp0，燃烧前后，气体摩尔数不变，温度升高，压力增大，所以，燃烧后，热力学能不变，焓增大。三、计算题1.1mol单原子理想气体在298K时，在恒定外压为终态压力下从15.00dm3等温膨胀到40.00dm3，求该过程的Q、W、ΔU和ΔH。ΔU＝ΔH＝０Ｐ＝nRT/V=(1*8.31*298)/(40/1000)=61.94KPaW=-61.94*(40-15)=-1548.5JQ=-W=1548.5J2.1mol水在100℃、101.3kPa下蒸发为水蒸气，吸热40.7kJ，求该过程的Q、W、△U和△H。答：Q＝40.7KjW=-3.10kJ△U=37.6Kj△H=40.7kJ3.已知298.2K时，NaCl(s)、H2SO4(l)、Na2SO4(s)和HCl(g)的标准摩尔生成焓分别为-411、-811.3、-1383和-92.3kJ·mol-1，求下列反应的θmrH和θmrU2NaCl(s)+H2SO4(l)=Na2SO4(s)+2HCl(g)答：2NaCl(s)+H2SO4(1)=Na2SO4(s)+2HCl(g)△rHme=(∑H)产物－(∑H)反应物＝（－1383－92.3*２）-(-411*2-811.3)=65.7KJ/mol4.已知298.2K时，C（石墨）、H2（g）和C2H6（g）的标准摩尔燃烧焓分别为-393.5kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1和-1559.8kJ·mol-1。计算下列反应的θmrH和θmrU：2C（石墨）+3H2（g）→C2H6（g）答：θmrH＝－84.6kJ/molθmrU=-79.6kJ/mol第二章热力学第二定律一、填空题1.理想气体的卡诺循环由等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、等温可逆压缩和绝热可逆压缩所组成。2.卡诺循环中等温可逆膨胀过程的温度大于温可逆压缩过程的温度。（填“小于”、“大于”或“等于”）3.工作在高温热源373K与低温热源298K之间的卡诺热机的效率为0.2011。4.H2气和O2气在绝热钢瓶中发生反应的ΔS大于零。（填“小于”、“大于”或“等于”）5.1mol373.2K、101.3kPa水蒸发为373.2K、101.3kPa水蒸气的ΔSJ/K108.9J/K（知水的蒸发热为40.64kJ/mol）。6.系统经过不可逆循环过程ΔS环大于零。（填“小于”、“大于”或“等于”）7.1mol100℃，100kPa液态水的吉布斯能小于1mol100℃，100kPa气态水的吉布斯能（填“小于”、“大于”或“等于”）8.吉布斯能判据的适用条件是封闭系统等温等压和非体积功为零的过程。二、简答题1.什么是自发过程？什么是热力学第二定律？答：自发过程是指一定条件下，不需任何外力介入就能自动发生的过程。热力学第二定律是指热量由低温物体传给高温物体而不引起其他变化，是不可能的。2.空调可以把热从低温热源传递到高温热源，这是否与热力学第二定律矛盾？为什么？答：不矛盾。热力学第二定律指出不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化，而空调在制冷时，环境作了电功,同时得到了热，所以环境发生了变化。3.熵的物理意义是什么？如何用熵判据判断过程的方向？答：熵是系统混乱程度的度量，孤立系统的熵值永远不会减少，孤立系统杜绝了一切人为控制则可用熵增原理来判别过程的自发方向。孤立系统中使熵值增大的过程是自发过程也是不可逆过程；使系统的熵值保持不变的过程是可逆过程，系统处于平衡状态，孤立系统中不可能发生使熵值变小的任何过程。△S＞0表示自发过程△S=0表示可逆过程△S＜0表示不可能发生的过程4.从同一始态出发，绝热可逆过程和绝热不可逆过程不可能到达相同的终态，为什么？答:绝热可逆过程ΔSrS2,rS10绝热不可逆过程SirS2,irS10S2,irS2,rS2,irS2,r终态的熵不可能相同，即终态不可能相同。5.什么是热力学第三定律？什么是标准摩尔熵？答：热力学第三定律是在绝对零度，任何纯物质完整结晶的熵等于零。标准摩尔熵：根据热力学第三定律求得的标准状态下1mol物质在温度T时的熵值。三、计算题1.1mol300.2K、200kPa的理想气体在恒定外压100kPa下等温膨胀到100kPa。求该过程的△S、△F和△G。答：△S＝5.76J/K△F=-1730J△G=-1730J2.369.9K的恒温槽在299.9K的室温下放置一段时间后，因恒温槽绝热不良而将4184J的热传给室内空气。（1）求恒温槽熵变和室内空气熵变；（2）该过程是否可逆？答：（1）S恒温槽=-11.31J/K，S空气=13.95J/K；（2）该过程不可逆3.求0.2mol273K、100kPa的O2与0.8mol273K、100kPa的N2混合的熵变。答：△S=4.160J/K4.0.50kg343K的水与0.10kg303K的水混合，已知水的Cp,m=75.29J/(K·mol)，求系统的熵变和环境的熵变。答：0.5*75.29*（343－T）＝0.1*75.29*（T－303）T＝336.33△S=Cp,m(T/T0)+Cp,m(T/T1)=2.091J·K-1△S环＝05.在298K和标准状态下，已知金刚石的标准摩尔生成焓为1.90kJ·mol-1，金刚石和石墨的标准摩尔熵分别为2.38J·mol-1·K-1和5.74J·mol-1·K-1，求石墨→金刚石的θmrΔG，并说明在此条件下，哪种晶型更加稳定？答：ΔrGθm=2901J/mol，石墨更稳定。6.在25℃和标准状态下，已知CaCO3(s)、CaO(s)和CO2(g)的标准摩尔生成焓分别为-1206.92kJ·mol-1、-635.09kJ·mol-1和-393.51kJ·mol-1，标准摩尔熵分别为92.9J·mol-1·K-1、39.75J·mol-1·K-1和213.74J·mol-1·K-1，求：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的θθθmrmrmrΔΔΔGSH和、。答：ΔrHθ=-635.09+（-393.51）-（-1206.92）=178.32kJ·mol-1ΔrSmθ=213.74+39.75-92.9=160.59J·mol-1·K-1ΔrGθm=ΔrHθ-TΔrSmθ=178.32*1000-（273+25）*160.59=130464kJ·mol-1=130.46kJ·mol-1第三章多组分系统热力学一、填空题a)在蔗糖饱和溶液中，蔗糖晶体的化学势等于溶液中蔗糖的化学势（填“大于”、“小于”或“等于”）。b)已知水的正常凝固点为273.15K，凝固点降低常数kf=1.86K·kg·mol-1，测得0.1000kg水中含0.0045kg某非挥发性有机物溶液的凝固点为272.68K。该有机物的摩尔质量为0.178kg.mol-1。二、简答题1.什么是混合物？什么是溶液？答：各组分可按同样方法处理的多组分均相系统称为混合物。各组分不能按同样方法处理的多组分均相系统称为溶液。2.为什么稀溶液不是混合物?答：稀溶液中的溶剂蒸汽压符合拉乌尔定律，而溶质蒸汽压符合亨利定律，两者的处理方法不同，所以不是混合物。3.0.01mol/kg葡萄糖水溶液与0.01mol/kg氯化钠水溶液的渗透压相同吗？为什么？答：0.01mol/kg葡萄糖水溶液与0.01mol/kg食盐水溶液的蒸气压不同。虽然两者都是稀溶液且质量摩尔浓度相同，但食盐水溶液中的NaCl是强电解质，电离为Na+和Cl-,溶质分子数（离子数）远大于相同质量摩尔浓度的葡萄糖水溶液中的溶质分子数（离子数），因此，0.01mol/kg葡萄糖水溶液大于0.01mol/kg食盐水溶液的蒸气压。4.水中加入少量乙醇形成稀溶液，沸点一定升高吗？为什么？答：因为乙醇是挥发性物质，水中加入少量乙醇形成稀溶液，沸点不一定升高。5.在冰冻路面撒盐可以融化冰冻，为什么？答：水的正常凝固点是0℃，大于0℃时才开始融化冰冻。盐是非挥发性物质，使水的凝固点降低，在冰冻路面撒盐使冰冻在较低温度（低于0℃）就能融化。三、计算题1.20℃时，质量分数5%的硫酸溶液的密度为1.032g/ml，计算该溶液的硫酸摩尔分数、物质的量浓度和质量摩尔浓度（M水=18.02g/mol，M硫酸=98.06g/mol）。答：xB=0.00958，mB=0.537mol/kg，cB=0.526mol/L.2.已知在288K和101.3kPa时，乙醇的质量分数为0.56的乙醇水溶液的乙醇偏摩尔体积为56.58×10-6m3/mol，水偏摩尔体积为17.11×10-6m3/mol，求1.000kg该溶液的体积。答：1.000kg该溶液的体积为1.107×10-3m3/mol3.求100℃时，质量分数为的蔗糖水溶液中水的蒸气压。（M蔗糖=18.02g/mol）答：蒸气压为100.8kPa4.℃时，101.3kPa的氧气在100g水中可溶解4.490ml，求氧气溶解在水中的Henry常数kx和km。答：kx=2.811×109Pa,km=5.060×107Pa·kg/mo5.已知人的血浆凝固点为-0.5℃，水的凝固点降低常数kf=1.86K·mol-1·kg，求37℃时血浆的渗透压（血浆密度近似等于水的密度，为1.00×103kg·m-3）。答：渗透压为6.932×105Pa6.在33.70gCCl4中溶入0.600g某非挥发性物质，测得沸点为78.26℃，已知CCl4的沸点为76.75℃，沸点升高常数kb=5.16K·kg/mol，求该物质的摩尔质量。答：摩尔质量为60.84g/mol7.测得浓度为20kg/m3血红蛋白水溶液在298K时的渗透压为763Pa，求血红蛋白的摩尔质量。答:血红蛋白的摩尔质量为64.94mol/kg第四章化