物理化学课后答案-第五版-科学出版社-董元彦主编

1第一章化学热力学基础1-1气体体积功的计算式dVPWe中，为什么要用环境的压力eP？在什么情况下可用体系的压力体P？答：在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式dVPWe中，可用体系的压力体P代替eP。1-2298K时，5mol的理想气体，在（1）定温可逆膨胀为原体积的2倍；(2)定压下加热到373K；（3）定容下加热到373K。已知Cv,m=28.28J·mol-1·K-1。计算三过程的Q、W、△U、△H和△S。解（1）△U=△H=0kJVVnRTWQ587.82ln298314.85ln1211282.282ln314.85lnKJVVnRS（2）kJnCQHmPP72.13)298373(,kJnCUmV61.10)298373(,W=△U–QP=－3.12kJ112,07.41298373ln)314.828.28(5lnKJTTnCSmP（3）kJnCQUmVV61.10)298373(,kJnCHmP72.13)298373(,W=0112,74.31298373ln28.285lnKJTTnCSmV1-3容器内有理想气体，n=2mol,P=10P，T=300K。求(1)在空气中膨胀了1dm3，做功多少？(2)膨胀到容器内压力为lP，做了多少功？(3）膨胀时外压总比气体的压力小dP,问容器内气体压力降到lP时，气体做多少功？WfdlpAdlpdV外外外2解：（1）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且PaPe510JVPWe1001011035（2）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且PaPe510nRTPnRTPnRTPVVPVPWe109)10()(12J6.4489300314.82109（3）VnRTPdPPPe1221lnln12121PPnRTVVnRTdVVnRTdVPWVVVVekJPP486.11101ln300314.821-41mol理想气体在300K下，1dm3定温可逆地膨胀至10dm3，求此过程的Q、W、△U及△H。解：△U=△H=0JVVnRTWQ1.574310ln300314.81ln121-51molH2由始态25℃及P可逆绝热压缩至5dm-3,求（1）最后温度；(2）最后压力；(3)过程做功。解：（1）3511178.2410298314.81dmPnRTV12,12lnlnTTCVVRmV298ln314.82578.245ln314.82TKT3.5652（2）PaVnRTP53222104.91053.565314.81（3）)2983.565(314.85.21)(12,TTnCUWmVJ8.555531-640g氦在3P下从25℃加热到50℃，试求该过程的△H、△U、Q和W。设氦是理想气体。（He的M=4g·mol-1)解：JnCQHmPP3.519625314.825440)298323(,JnCUmV8.311725314.823440)298323(,W=△U–QP=-2078.5J1-7已知水在100℃时蒸发热为2259.4J·g-1，则100℃时蒸发30g水，过程的△U、△H、Q和W为多少？（计算时可忽略液态水的体积）解：moln67.11830JHQ67782304.2259JnRTPVVVpWglg9.5178373314.867.1)(JWQU1.626031-81-9298K时将1mol液态苯氧化为CO2和H2O(l)，其定容热为－3267kJ·mol-1,求定压反应热为多少？解：C6H6(l)+7.5O2(g)→6CO2(g)+3H2O(l)kJgRTQQBVP7.327010)5.76(298314.83267)(31-101-11300K时2mol理想气体由ldm-3可逆膨胀至10dm-3，计算此过程的嫡变。解：11229.3810ln314.82lnKJVVnRS1-12．已知反应在298K时的有关数据如下C2H4(g)+H2O(g)→C2H5OH(l)△fHmӨ/kJ·mol-152.3－241.8－277.6CP,m/J·K-1·mol-143.633.6111.5计算（1）298K时反应的△rHmӨ。4（2）反应物的温度为288K，产物的温度为348K时反应的△rHmӨ。解（1）△rHmӨ=－277.6+241.8－52.3=－88.1kJ·mol-1（2）288KC2H4(g)+H2O(g)→C2H5OH(l)348K↓△H1↓△H2↑△H3298KC2H4(g)+H2O(g)→C2H5OH(l)298K△rHmӨ=△rHmӨ(298K)+△H1+△H2+△H3=－88.1+[(43.6+33.6)×(298-288)+111.5×(348-298)]×10-3=-81.75kJ·mol-11-13定容下，理想气体lmolN2由300K加热到600K，求过程的△S。已知11,,)006.000.27(2molKJTCNmP解：TRCCmPmV006.069.18,,600300006.069.18dTTTS175.14)300600(006.0300600ln69.18KJ1-14若上题是在定压下进行，求过程的嫡变。解：600300006.000.27dTTTS151.20)300600(006.0300600ln00.27KJ1-15101.3kPa下，2mol甲醇在正常沸点337.2K时气化，求体系和环境的嫡变各为多少？已知甲醇的气化热△Hm=35.1kJ·mol-1解：132.2082.337101.352KJTHnSm体系12.2082.337351002KJTHnSm环境环境1-16绝热瓶中有373K的热水，因绝热瓶绝热稍差，有4000J的热量流人温度为298K的空气中，求（1）绝热瓶的△S体；(2）环境的△S环；(3）总熵变△S总。解：近似认为传热过程是可逆过程5172.103734000KJS体系142.1329874000KJS环境△S总=△S体+△S环=2.70J·K-11-17在298K及标准压力下，用过量100%的空气燃烧1molCH4,若反应热完全用于加热产物，求燃烧所能达到的最高温度。CH4O2CO2H2O(g)N2△fHmӨ/kJ·mol-1－74.810－393.51-241.82CP,m/J·K-1·mol-128.1726.7529.1627.32解;空气中n(O2)=4mol,n(N2)=n(O2)×(79%÷21%)=15molCH4(g)+2O2→CO2(g)+2H2O(g)△rHmӨ(298K)=2×(-241.82)+(-393.51)–(-74.81)=-802.34kJ反应后产物的含量为：O2CO2H2O(g)N2n/mol21215-802.34×103+(2×28.17+15×27.32+26.75+2×29.16)(T-298)=0T=1754K1-18．在110℃、105Pa下使1molH2O(l)蒸发为水蒸气，计算这一过程体系和环境的熵变。已知H2O(g)和H2O(l)的热容分别为1.866J·K-1·g-1和4.184J·K-1·g-1，在100℃、105Pa下H2O(l)的的汽化热为2255.176J·g-1。解:1molH2O(l,110℃,105Pa)----→1molH2O(g,110℃,105Pa)↓∆H1,∆S1↑∆H3,∆S31molH2O(l,100℃,105Pa)----→1molH2O(g,100℃,105Pa)∆H2,∆S2123HHHH体系37338338337318[4.1842255.1761.866]dTdT18[4.184(373383)2255.1761.866(383373)]=40.176kJ123SSSS体系3732255.17638318[4.184ln1.866ln]383373373=107.7J·K-16140176104.9110273QQHSJKTTT环境体系体系环境环境环境环境1-201molidealgaswithCv,m=21J·K-1·mol-1,washeatedfrom300Kto600Kby(1)reversibleisochoricprocess;(2)reversibleisobaricprocess.Calculatethe△Useparately.解：（1）由题知△U=nCv,m△T=1×21×（600－300）=6300（J）(2)对i.g由于U只是温度的函数，所以△U2=△U1=6300（J）1-191-21Calculatetheheatofvaporizationof1molliquidwaterat20℃,101.325kPa.△vapHmӨ(water)=40.67kJ·mol-1,Cp,m(water)=75.3J·K-1·mol-1,Cp,m(watervapor)=33.2J·K-1·mol-1at100℃,101.325kPa.解：1molH2O(l,20℃,105Pa)----→1molH2O(g,20℃,105Pa)↓∆H1,↑∆H3,1molH2O(l,100℃,105Pa)----→1molH2O(g,100℃,105Pa)∆H2△H=△H1+△H2+△H3=nCp,m(l)△T+n△vapθmH+nCp,m(g)△T=1×75.3×(100-20)×10-3+1×40.67+1×33.2×(20-100)×10-3=44.04kJ第二章自由能、化学势和溶液2-1判断下列过程的Q、W、△U、△H、△S、△G值的正负。(1）理想气体自由膨胀。(2）两种理想气体在绝热箱中混合。解：过程QW△U△H△S△G（1）000000（2）00000072-2说明下列各式的适用条件。(1）△G=△H一T△S；（2）dG＝一SdT+Vdp（3）-△G=-W答：公式（1）：封闭体系的定温过程公式（2）：不做其它功、均相、纯组分（或组成不变的多组分）的封闭体系公式（3）：封闭体系、定温、定压的可逆过程。2-3298K时，1mol理想气体从体积10dm3膨胀到20dm3，计算（1）定温可逆膨胀；（2）向真空膨胀两种情况下的△G解：（1）JVVnRTPPnRTG3.17172010ln298314.81lnln2112（2）△G=－1717.3J2-4某蛋白质由天然折叠态变到张开状态的变性过程的焓变△H和熵变△S分别为251.04kJ·mol-1和753J·K-1·mol-1，计算（1）298K时蛋白变性过程的△G；(2)发生变性过程的最低温度。解：将△H和△S近似看作与温度无关（1）kJSTHG646.261075329804.2513（2）KSHT4.3337532510402-5298K,PӨ下，1mol铅与乙酸铜在原电池内反应可得电功9183.87kJ，吸热216.35kJ,计算△U、△H、△S和△G解：△G=W=－9183.87kJ△S=Q/T=216.35/298=726J/K△U=Q+W=－9183.87+216.35=－8967.52kJ△H=△G+T△S=－8967.52kJ2-62-72-8广义化学势ZZZZnVTBnPSBnVSBnPTBBnFn