上册(1)

昆明理工大学物理化学习题集（上册）院、系专业年级姓名学号-1-第二章热力学原理2—11mol理想气体由10L膨胀100L，其操作程序分别如下：（1）在恒定外压pex=100kPa的压力下膨胀；（2）恒温下分三个步骤依次降压膨胀：1000kPa→500kPa→200kPa→100kPa；（3）在300K的温度下恒温可逆膨胀；试求以上每个程序对外界所作的膨胀功。2—21mol单原子理想气体，经历一个恒能（△U=0）的可逆变化过程，从25℃、101.325kPa变化到体积等于原来的2倍，试计算出此过程的Q、W和△H的值。解：这是一个理想气体的等温可逆过程（理想气体的热力学能只是温度的函数）UQW2121lnVVVWpdVnRTV21lnVQWnRTV-2-2—3lmol理想气体由202.65kPa、10dm3恒容升温，压力增大到2026.5kPa，再恒压压缩至体积为1dm3，求整个过程的W、Q、△U、△H。2—4某理想气体的摩尔恒压热容为：Cp，m=39.714+13.4×10－3TJ·K－1·mol－1；在101.325kPa的压力下，将2mol该理想气体从10℃加热到100℃，试求此过程的W、Q、△U和△H各为若干？-3-2—5今有100g氮气（N2），温度为273.15K，压力为101.325kPa，分别进行下列过程：（1）等容加热到P2=151.99kPa；（2）等压膨胀到体积等于原来的二倍；（3）等温可逆膨胀到体积等于原来的二倍。已知，氮气的分子量试分别mp,MN,27,282RC求出上述各过程的Q、W、△U、△H的值。2—6在273K及1013.25kPa的始态下，将10L氧气（O2）（设为理想气体）进行绝热膨胀。最后压力达到101.325kPa，分别经历（1）绝热可逆膨胀，（2）对抗恒定外压Pe=101.325kPa做绝热不可逆膨胀，已知氧气的RmCp27,，求上述两种过程中的终态温度T2及W、Q、△U、△H各是多少？-4-2—7将3mol氢气（H2）由101.325kPa、300K经绝热一次压缩，要求最高温度不得超过500K，试求氢气从压缩机的出口压力及所需的压缩功，已知Cp，m(H2)=28.83J·K－1·mol－1。(提示：压缩所加压力与压缩机出口压力相等)解：这是一个等外压绝热不可逆过程UQW0,QUW,2121221()()()VmexUWnCTTpVVpVV,21221()()VmnCTTpVV2,2121()()VmpnCTTnRTp2335.6pkPa3(28.838.314)(500300)12.31UWkJ2—8已知水在100℃时的蒸发热为2259.36J·g－1，若在100℃时蒸发30g水，体系做多少功？吸收多少热量？△U和△H又各为多少？02.182OHM。2—9在－10℃时，液态氨（NH3）的饱和蒸气压为303.975kPa，蒸发热为1297J·g－1，今有2mol液态氨在－10℃及303.975kPa下恒温恒压可逆蒸发为气态氨，求这一过程的Q、W、△U、△H、△S、△A、△G各是多少？（设气态氨为理想气体，173NHM）-5-2—10某一卡诺热机（可逆热机）在温度T1和T2之间运转，每一个循环的Q2等于－18.828×106J，而熵变△S2=-62760J·k－1，已知T1=573K试计算（1）热机效率；（2）每个循环所作的功。解：低温热源的熵变为：222222QQSTTS6221218.8281030062760QJTKSJK1221113001147.64%573RQQTWQQT61222111147.64%34.88510(0.4761)RQQQQQJQQ66147.64%34.8851016.60510RWQJ12WQQ2—112.00mol的理想气体在27℃，20.0dm3下恒温膨胀到50.0dm3，试计算下列各过程的Q、W、△U、△H和△S各是多少？设为（1）可逆膨胀；（2）真空自由膨胀；（3）对抗恒外压Pe=101.325kPa膨胀。2—12温度为500K、质量为112.0g的铁块，置于300K、101.325kPa的空气中冷却，已知铁块的Cp,m（Fe）=17.49+24.77×10－3TJ·K－1·mol－1铁的摩尔质量MFe=56，试计算铁块在冷却过程的△Ssys、△Ssur和△Siso各是多少？解：112.0256nmol-6-213003,500()(17.4924.7710)TpmsysTnCFenTSdTdTTT31300217.49ln24.7710(300500)27.78500JK3003003,1500500()2(17.4924.7710)[]36.52300pmsyssyssursurnCFedTTdTQSJKTT18.76isosyssurSSSJK所以铁在空气中的冷却是自发的不可逆过程2—13水银在p$=101.325kPa下于630K沸腾，△vapHm=64.9kJ·mol－1，且Cp,m（Hg,1）=28.0J·K－1·mol－1；Cp，m(Hg,g)=20.8J·K－1·mol－1，试求1mol水银从300K升温到700K的△S。解：该过程由三步完成123()SSSS相变3212,,()()()TTpmvapmpmTTnClHnCgSdTdTTTT相变63070033006301128.064.910120.8630125.98SdTdTTTJK2—141mol氧气在30℃下从101.325kPa可逆压缩至5066.25kPa，试计算此过程的Q、W、△U、△H、△S、△A和△G各是多少？假定变化过程只作体积功，氧气作为理想气体处理。-7-2—15在－5℃及101.325kPa条件下，1mol－5℃的过冷液态苯（C6H6，1）凝固为－5℃的固态苯。求此过程的△S、△U、△H、△A和△G，并通过△S说明过程是自发过程。已知苯的正常凝固点是5℃，熔化热为△fusmH=9923J·mol－1，Cp，m(C6H6，1)=126.9J·K·mol－1，Cp,m(C6H6，s)=122.7J·K－1·mol－1。2—16证明ppPUTCpVV证明：dUTdSpdV()()ppUSTpVV()()()pppSSTVTV()ppCTTV()()pppUTCpVV-8-第三章化学反应热力学3—1在弹式量热计中，于25℃使尿素（NH2）2CO燃烧时，每1g发生10.54kJ的热量。求尿素的恒容燃烧热△rmU及恒压燃烧热△rmH。尿素的燃烧反应是：)()1(2)()(23)()(222222gNOHgCOgOsCONH。已知尿素的分子量是60.06g/mol。3－2根据附录标准生成焓数据计算下列反应的恒压反应焓△rmH及恒容反应焓mrU：23323FeOsCFesCOg石墨＝3－3已知298.15K、标准状态下丙烷的mrH＝－2219.9kJ·mol－1，求298.15K时丙烷标准摩尔生成焓mfH。其它数据查教材附录。-9-3—4已知25℃时下列各物质的标准生成焓分别为：△f12(,)242mHHOgkJmol$,△f14(,)74.9mHCHgkJmol$，12(,)258.84fmHHOlkJmol$又已知25℃时CH4（g）的标准燃烧焓14(,)890.31cmHCHgkJmol$。试计算25℃时，反应：C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2(g)的反应焓△rmH$和△rmU$的值。解：222()2()()2()CsHOgCOgHg（2）222(2)[()2()][(,)2(,)]rmfmfmfmfmHHCOHHHCsHHOg$$$$$22(2)[()0][02(,)]rmfmfmHHCOHHOg$$$4222()2()()2()CHgOgCOgHOl（1）224(1)890.31[()2(,)][0(,)]rmfmfmfmHHCOHHOlHCHg$$$$242()(1)(,)2(,)fmrrmfmfmHCOHHCHgHHOl$$$$12()393.51fmrHCOkJmol$22(2)()2(,)rmfmfmHHCOHHOg$$$1(2)393.512(242)90.49rmHkJmol$3(2)(2)()(2)90.4918.31429810rmrmBrmHUgRTU$$$1(2)88.01rmUkJmol$3—5在25℃时，氢气与氧气在火炬中以化学反应计量比的方式燃烧之，且完全反应生成H2O（g），反应计量方程为：)(21)(22gOgH=H2O（g），已知H2（g）的标准燃烧焓△cmH$(H2,g)=－241.83kJ·mol－1，水的摩尔恒压热容为：Cp，m=30.36+9.61×10－3T+11.8×10－7T2J·K－1·mol－1，试计算H2—O2火焰最大可能的火焰温度。解：这是一个等温等压的绝热化学反应过程（不做非体积功），0prmQH-10-2221()()()2HgOgHOg298KT2()HOg(1)(2)0rmrmHHH(1)(2)rmHH337,298298242.83101(30.369.611011.810)TTpmnCdTTdT4307.0TK3—6在25℃及恒压条件下，反应：)(1)(121)(2122gHCgCgH的标准反应焓变△rmH(298k)=－92.307kJ/mol，各物质的分压都为101.325kPa时反应的吉布斯自由能变化△rmG(298k)=－95.265kJ/mol，若反应变为在1600K下进行，其它条件不变，求此时的自由能变化△rmG(1600k的)的值为若干？已知各物质的摩尔恒压热容分别为：Cp,m(H2)=27.28+3.26×10－3T+0.502×105T－2J·K－1·mol－1Cp,m(Cl2)=36.69+1.05×10－3T+1.84×105T－2J·K－1·mol－1Cp,m(HCl)=26.53+4.60×10－3T+1.09×105T－2J·K－1·mol－121-11-第四章溶液热力学4—1293.15K时，将164.2×10－3kg醋酸加入水中，形成0.80dm3溶液，测出其密度为1.026kg·dm－3，求物质的量浓度、质量摩尔浓度，摩尔分数，及质量百分数。4—225℃，101325Pa时NaCl(B)溶于1kgH2O(A)中所成溶液的V与nB的关系为：V=[1001.38+16.6253nB+3/2B1.7738n+0.11942Bn]cm3。（1）求H2O和NaCl的偏摩尔体积与nB的关系；（2）求nB=0.5mol时H2O和NaCl的偏摩尔体积；（3）求无限稀释时H2O和NaCl的偏摩尔体积。-12-4—3为使汞的蒸气压从*Hgp=94.62kPa降到93.30kPa需在50gHg中溶解多少锡？假设此合金遵守拉乌尔定律。4—43.795g硫溶于100gCS2中，已知Kb=2.40K·mol－1·kg，溶液的沸点升高0.361℃，求：（1）硫在CS2内的分子量；（2）估计CS2内溶解的硫每个分子含有几个原子？4—5在22.50g苯（A）中溶入0.238g萘（B），实验测得溶液的凝固点比纯苯的下降0.430K，已知苯的Kf=5.12