物理化学-傅献彩-上册习题答案
物理化学_傅献彩_课后复习题答案(上册).pptx
式中,代表A, B分子的有效半径之和，兴代表折合质量
□ _ <1A I dfl
1 _ _1 I_ _1
dAB-y+y 兴一MA 十 MB，
9. 什么是气体的隙流？研究气体隙流有何用处？
答:气体分子通过小孔向外流出称为隙流.
Graham的隙流定律是指隙流速度与其摩尔质量的平方根成反比，若两种气体在相同的情况下进行比 较，
由于在上述公式的积分过程中，均将温度看作常数，所以只在高度相差不太大的范围内,可以计算地球 上 某一高度的压力.虽然存在这样的压力差,但是由于存在重力场的原因，在实际生活中我们不能用这样的 压力 差来进行发电.
7. 在一个密闭容器内有一定量的气体，若升高温度，气体分子的动能和碰撞次数增加，那分子的平均自 由程将如何改变？
同理我们可以推出在相同情况下,若实际气体的摩尔体积小于理想气体的摩尔体积，则该气体的压缩 因 子Z<l,pVm<RT,实际气体的可压缩性比理想气体大.
答:在一密闭的容器内，若温度升高，碰撞次数增加，平均速度K增加根据，平均自由程Q) 1=岂
由于移动着的分子在单位时间内与其他分子相碰的次数#可以用含a的式子来表示，例如书中以分 子平均
以90°的角度互相碰撞为例，推导岀7=?"=謂我们可以间接证明分子的平均自由程与温度无 关.
(NEW)傅献彩《物理化学》(第5版)(上册)配套题库【名校考研真题+课后习题+章节题库+模拟试题】
目 录第一部分 名校考研真题第1章 气 体第2章 热力学第一定律2．1 mol理想气体依pV2 ＝C（C为常数）从100 kPa，47.64dm3可逆膨胀到57.72dm3，求该过程的ΔH、ΔU、Q、W。
已知Cv,m ＝20.9 J.K－1.mol－1。
[华南理工大学2010研]第3章 热力学第二定律第4章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用4．298 K时．有一浓度为xB的稀水溶液,测得渗透压为1.38×l06Pa，试求:第5章 相平衡第6章 化学平衡第7章 统计热力学基础2．1 mol双原子分子理想气体，当其温度由T2＝2T1时，若其转动惯量不变，则其转动熵将是（ ）。
[首都师范大学2010研]第二部分 课后习题第1章 气 体15．273 K和100 kPa时，有1mol某实际气体符合Virial型状态方程，，已知第二Virial系数。
试求该气体在这时所占的体积。
18．348 K时，0.3 kg NH3（g）的压力为1.61×103kPa，试用下述两种方法计算其体积。
试比较哪种方法计算出来的体积与实测值更接近（已知实测值为28.5 dm3）。
已知在该条件下NH3（g）的临界参数为：Tc＝405.6 K，pc＝1.13×104 kPa；van der Waals气体常数：a＝0.417 Pa·m6·mol－2，b＝3.71×10－5 m3·mol－1。
第2章 热力学第一定律3．1 mol单原子理想气体，始态（1）的温度为273K，体积为22.4dm3，经历如下三步，又回到始态，请计算每个状态的压力、10．1 mol单原子理想气体，从始态：273 K，200kPa，到终态323 K，100 kPa，通过两个途径：11．273 K，压力为的体积为2.0dm3在外压为100 kPa下等温膨胀，直到N2（g）的压力也等于100 kPa为止。
物理化学傅献彩上册习题答案(供参考)
第二章热力学第一定律思考题.：1. 一封闭系统，当始终态确定后：（a）当经历一个绝热过程，则功为定值；（b）若经历一个等容过程，则Q有定值：（c）若经历一个等温过程，则热力学能有定值：（d）若经历一个多方过程，则热和功的和有定值。
解释：始终态确定时，则状态函数的变化值可以确定，非状态函数则不是确定的。
但是热力学能U和焓没有绝对值，只有相对值，比较的主要是变化量。
2. 从同一始态A出发，经历三种不同途径到达不同的终态：（1）经等温可逆过程从A→B；（2）经绝热可逆过程从A→C；（3）经绝热不可逆过程从A→D。
试问：（a）若使终态的体积相同，D点应位于BC虚线的什么位置，为什么？（b）若使终态的压力相同，D点应位于BC虚线的什么位置，为什么，参见图解释：从同一始态出发经一绝热可逆膨胀过程和一经绝热不可逆膨胀过程，当到达相同的终态体积V2或相同的终态压力p2时，绝热可逆过程比绝热不可逆过程作功大，又因为W（绝热）=C V（T2-T1），所以T2（绝热不可逆）大于T2（绝热可逆），在V2相同时，p=nRT/V,则p2（绝热不可逆）大于p2（绝热可逆）。
在终态p2相同时，V =nRT/p ，V2（绝热不可逆）大于V2（绝热可逆）。
不可逆过程与等温可逆过程相比较：由于等温可逆过程温度不变，绝热膨胀温度下降，所以T2（等温可逆）大于T2（绝热不可逆）；在V2相同时，p2（等温可逆）大于p2（绝热不可逆）。
在p2相同时，V2（等温可逆）大于V2（绝热不可逆）。
综上所述，从同一始态出发经三种不同过程，当V2相同时，D点在B、C之间，p2（等温可逆）＞p2（绝热不可逆）＞p2（绝热可逆）当p2相同时，D点在B、C之间，V2（等温可逆）＞V2（绝热不可逆）＞V2（绝热可逆）。
总结可知：主要切入点在温度T上，绝热不可逆做功最小。
补充思考题C p,m是否恒大于C v,m？有一个化学反应，所有的气体都可以作为理想气体处理，若反应的△C p,m>0,则反应的△C v,m也一定大于零吗？解释：（1）C p,m不一定恒大于C v,m。
大学物理化学上学期各章节复习题及答案傅献彩
第二章热力学第一定律一、选择题1、下列叙述中不具状态函数特征的是：（）(A)系统状态确定后，状态函数的值也确定(B)系统变化时，状态函数的改变值只由系统的初终态决定(C)经循环过程，状态函数的值不变(D)状态函数均有加和性2、下列叙述中，不具可逆过程特征的是：（）(A)过程的每一步都接近平衡态，故进行得无限缓慢(B)沿原途径反向进行时，每一小步系统与环境均能复原的(C)生成反应的温度必须是298.15K(D)生成反应中各物质所达到的压力必须是100KPa9、在一个绝热钢瓶中，发生一个放热的分子数增加的化学反应，那么：（）(A) Q > 0，W > 0，∆U > 0 (B)Q = 0，W = 0，∆U < 0(C) Q = 0，W = 0，∆U = 0 (D) Q < 0，W > 0，∆U < 010、非理想气体进行绝热自由膨胀时,下述答案中哪一个是错误的? ( )(A) Q=0 (B) W=0 (C) ΔU=0 (D) ΔH=011、下列表示式中正确的是 ( )(A)恒压过程ΔH=ΔU+pΔV (B)恒压过程ΔH=0(C)恒压过程ΔH=ΔU+VΔp (D)恒容过程ΔH=012、理想气体等温反抗恒外压膨胀，则 ( )(A)Q>W (B)Q<W (C)Q=W (D)Q=△U13、当理想气体其温度由298K升高到348K，经(1)绝热过程和(2)等压过程，则两过程的（）(A)△H1>△H2 W1<W2 (B)△H1<△H2W1>W2(C)△H1=△H2W1<W2 (D)△H1=△H2 W1>W214、当理想气体从298K，2×105Pa 经历(1)绝热可逆膨胀和(2)等温可逆膨胀到1×105Pa时，则( )(A)△H1<△H2W1>W2 (B)△H1>△H2 W1<W2(C)△H1<△H2W1<W2 (D)△H1>△H2 W1>W215、对于封闭体系，在指定始终态间的绝热可逆途径可以有：( )(A) 一条 (B) 二条 (C) 三条 (D) 三条以上16、实际气体绝热恒外压膨胀时,其温度将： ( )(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不确定17、功的计算公式为Ｗ＝nC v,m(T２－T１)，下列过程中不能用此式的是（）(A)理想气体的可逆绝热过程(B)理想气体的绝热恒外压过程(C)实际气体的绝热过程(D)凝聚系统的绝热过程18、凡是在孤立体系中进行的变化，其ΔU和ΔH的值一定是： ( )(A) ΔU> 0 , ΔH > 0 (B) ΔU= 0 , ΔH = 0(C) ΔU< 0 , ΔH < 0 (D) ΔU= 0 , ΔH大于、小于或等于零不确定19、一定量的理想气体从同一始态出发，分别经(1) 等温压缩，(2) 绝热压缩到具有相同压力的终态，以H1，H2分别表示两个终态的焓值，则有：( )(A) H1> H2 (B) H1= H2 (C) H1< H2 (D) H1>=H220、将H2（g）与O2以2：1的比例在绝热刚性密闭容器中完全反应，则该过程中应有（）(A)ΔT=0 (B)Δp=0 (C)ΔU=0 (D)ΔH=021、刚性绝热箱内发生一化学反应，则反应体系为 ( )(A)孤立体系 (B)敞开体系 (C)封闭体系 (D)绝热体系22、理想气体可逆绝热膨胀，则下列说法中正确的是 ( )(A)焓总是不变 (B)内能总是增加(C)焓总是增加 (D)内能总是减少23、关于等压摩尔热容和等容摩尔热容，下面的说法中不正确的是( )(A)C p,m与C v,m不相等，因等压过程比等容过程系统多作体积功(B)C p,m–C v,m=R既适用于理想气体体系，也适用于实际气体体系(C)C v,m=3/2R适用于单原子理想气体混合物(D)在可逆相变中C p,m和C v,m都为无限大24、下列哪个过程的dT≠0，dH=0？ ( )(A)理想气体等压过程 (B)实际气体等压过程(C)理想气体等容过程 (D)实际气体节流膨胀过程25、隔离系统内发生一变化过程，则系统的：(A)热力学能守恒,焓守恒(B)热力学能不一定守恒，焓守恒(C)热力学能守恒，焓不一定守恒 (D)热力学能、焓均不一定守恒二、判断题1、体系在某过程中向环境放热，则体系的内能减少。
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第二章热力学第一定律思考题.：1. 一封闭系统，当始终态确定后：（a）当经历一个绝热过程，则功为定值；（b）若经历一个等容过程，则Q有定值：（c）若经历一个等温过程，则热力学能有定值：（d）若经历一个多方过程，则热和功的和有定值。
解释：始终态确定时，则状态函数的变化值可以确定，非状态函数则不是确定的。
但是热力学能U和焓没有绝对值，只有相对值，比较的主要是变化量。
2. 从同一始态A出发，经历三种不同途径到达不同的终态：（1）经等温可逆过程从A→B；（2）经绝热可逆过程从A→C；（3）经绝热不可逆过程从A→D。
试问：（a）若使终态的体积相同，D点应位于BC虚线的什么位置，为什么？（b）若使终态的压力相同，D点应位于BC虚线的什么位置，为什么，参见图解释：从同一始态出发经一绝热可逆膨胀过程和一经绝热不可逆膨胀过程，当到达相同的终态体积V2或相同的终态压力p2时，绝热可逆过程比绝热不可逆过程作功大，又因为W（绝热）=C V（T2-T1），所以T2（绝热不可逆）大于T2（绝热可逆），在V2相同时，p=nRT/V,则p2（绝热不可逆）大于p2（绝热可逆）。
在终态p2相同时，V =nRT/p ，V2（绝热不可逆）大于V2（绝热可逆）。
不可逆过程与等温可逆过程相比较：由于等温可逆过程温度不变，绝热膨胀温度下降，所以T2（等温可逆）大于T2（绝热不可逆）；在V2相同时，p2（等温可逆）大于p2（绝热不可逆）。
在p2相同时，V2（等温可逆）大于V2（绝热不可逆）。
综上所述，从同一始态出发经三种不同过程，当V2相同时，D点在B、C之间，p2（等温可逆）＞p2（绝热不可逆）＞p2（绝热可逆）当p2相同时，D点在B、C之间，V2（等温可逆）＞V2（绝热不可逆）＞V2（绝热可逆）。
总结可知：主要切入点在温度T上，绝热不可逆做功最小。
补充思考题C p,m是否恒大于C v,m？有一个化学反应，所有的气体都可以作为理想气体处理，若反应的△C p,m>0,则反应的△C v,m也一定大于零吗？解释：（1）C p,m不一定恒大于C v,m。
气体的C p,m和C v,m的关系为：上式的物理意义如下：恒容时体系的体积不变，而恒压时体系的体积随温度的升高要发生变化。
(1) m pp V T ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭项表示，当体系体积变化时外界所提供的额外能量； (2) m m pm T U V V T ⎛⎫∂∂⎛⎫⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭项表示，由于体系的体积增大，使分子间的距离增大，位能增大，使热力学能增大所需的能量； 由于p 和m m TU V ⎛⎫∂⎪∂⎝⎭都为正值，所以p,m C 与,V m C 的差值的正负就取决于m p V T ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭项。
如果体系的体积随温度的升高而增大，则m p0V T ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭，则p,,m V m C C ；反之，体系的体积随温度的升高而缩小的话，m p0V T ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭，则p,,m V m C C 。
通常情况下，大多数流体（气体和液体）的m p0V T ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭；只有少数流体在某些温度范围内m p0V T ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭，如水在0～4℃的范围内，随温度升高体积是减小的，所以p,,m V m C C 。
对于理想气体，则有 p,,m V m C C R －＝。
（2）对于气体都可以作为理想气体处理的化学反应，则有 p,,m V m C C R ν∆∆∑BB＝＋即 ,p,V m m C C R ν∆∆∑BB＝－所以，若反应的△C p,m >0, 反应的△C v,m 不一定大于零习题解答【2】有10mol 的气体（设为理想气体），压力为1000kPa ，温度为300K ，分别求出温度时下列过程的功：（1）在空气压力为100kPa 时，体积胀大1dm 3；（2）在空气压力为100kPa 时，膨胀到气体压力也是100kpa; （3）等温可逆膨胀至气体的压力为100kPa. 【解】（1）气体作恒外压膨胀：V P W ∆-=外故V P W ∆-=θ=-100×103Pa×（1×10-3）m 3=-100J（2）⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∆-=12121P P nRT P nRT P nRT P V P W θθ =-10mol×8.314J·K -1·mol -1×300K ⎪⎭⎫⎝⎛-KPa KPa 10001001=-22.45KJ(3)2112ln lnP PnRT V V nRT W -=-= =-10mol×8.314J·K -1·mol -1×300K×KPaKPa1001000ln=-57.43kJ总结：W 的计算有多种方式，最一般的是公式e W p dV δ=-，当外压恒定时，可以写成e W P V =-∆，这两个公式并不一定局限于平衡态，也不局限于理想气体，如题4，当变化为可逆过程时，此时由于外压内压相差极小值，因而可用内压代替外压，可写成积分形式W pdV =-⎰，进而可利用气体状态方程代入，不同的气体有不同的状态方程。
若为理想气体且等温，则可写成2112lnln V PW nRT nRT V P =-=-，等压则为W P V =-∆，等容则为0，绝热则为2211V V r V V KW pdV dV V=-=-⎰⎰【4】在291K 和100kPa 下，1molZn(s)溶于足量稀盐酸中，置换出1molH 2(g)，并放热152KJ 。
若以Zn 和盐酸为系统，求该反应所做的功及系统热力学能的变化。
解 该反应 Zn(s)+2HCl(a)=ZnCl 2(s)+H 2(g)所以 ()2H V p V V p V p W θθ≈-=∆-=反应物生成物外【5】在298K 时，有2molN 2(g)，始态体积为15dm 3，保持温度不变，经下列三个过程膨胀到终态体积为50dm 3，计算各过程的ΔU ，ΔH ，W 和Q 的值。
设气体为理想气体。
（1）自由膨胀；（2）反抗恒外压100kPa 膨胀； （3）可逆膨胀。
【解】（1）自由膨胀 P 外=0 那么W=0 又由于是等温过程则ΔU=0 ΔH=0 根据ΔU=Q+W 得Q=0 （2）反抗恒外压100kPa 膨胀W=- P 外ΔV=-100×(50-15)=-3.5kJ 由等温过程得 ΔU=0 ΔH=0 根据ΔU=Q+W 得Q=-W=3.5kJ （3）可逆膨胀同样由等温过程得 ΔU=0 ΔH=0Q=-W=5.966kJ【16】在1200K 、100kPa 压力下，有1molCaCO 3(s)完全分解为CaO(s)和CO 2（g ），吸热180kJ 。
计算过程的W ，ΔU ，ΔH 和Q 。
设气体为理想气体。
【解】由于是等压反应，则ΔH ＝Qp=180kJ W=-PΔV=－p(V g -V l )=-nRT=-1mol×8.314J•K -1•mol -1×1200K=-9976.8J=-9.98kJ ΔU=Q+W=180kJ+(-9.98kJ)=170.02kJ 【3】1mol 单原子理想气体，R C m V 23,=,始态（1）的温度为273K ，体积为22.4dm 3，经历如下三步，又回到始态，请计算每个状态的压力、Q 、W 和ΔU 。
（1）等容可逆升温由始态（1）到546K 的状态（2）；（2）等温（546K ）可逆膨胀由状态（2）到44.8dm 3的状态（3）； （3）经等压过程由状态（3）回到始态（1）。
【解】 (1)由于是等容过程,则 W 1=0ΔU 1=Q 1+W 1=Q 1=()12,,T T nC dT nC dT C m V m V V -==⎰⎰=1×3/2×8.314(546-273)=3404.58J (2) 由于是等温过程,则 ΔU 2=0 根据ΔU=Q+W 得Q 2=-W 2 又根据等温可逆过程得: W 2=J V V nRT 5.31464.228.44ln 546314.81ln23-=⨯⨯-=- Q 2=-W 2=3146.5J (3). KPa V nRT p 325.101108.44546314.813333=⨯⨯⨯==- 由于是循环过程则:ΔU=ΔU 1+ΔU 2+ΔU 3=0得 ΔU 3=-(ΔU 1+ΔU 2)=-ΔU 1=-3404.58JW 3=-PΔV=-P 3(V 3-V 1)=101325×(0.0224-0.0448)=2269.68J Q 3=ΔU 3-W 3=-3404.58J-2269.68J=-5674.26J总结：理解几个方程的适用范围和意义：p H Q ∆=，当0f W =时，对于任何等压过程都适用，特别是在相变过程中用的比较多，如题12，p H C dT ∆=⎰适合于0f W =时，封闭平衡态，状态连续变化的等压过程，但对于理想气体，则除等温过程中其他都适合，v U C dT ∆=⎰从dU W Q δδ=+出发，并不局限于理想气体，而p p Q C dT =，v v Q C dT =，从Cv ，Cp 的定义出发，只要0f W =均适合。
在计算过程中利用Cv ，Cp 来计算会简便很多。
【12】 0.02kg 乙醇在其沸点时蒸发为气体。
已知蒸发热为858kJ·kg -1,蒸气的比容为0.607m 3·kg -1。
试求过程的ΔU ，ΔH,W 和Q （计算时略去液体的体积）。
解 （1）乙醇在沸点蒸发是等温等压可逆过程，又 ()311000000.020.6071214g W p V p V Pa kg m kg J θ-=-∆≈-=-⨯⨯•=-外【7】理想气体等温可逆膨胀，体积从V 1膨胀到10V 1，对外作了41.85kJ 的功，系统的起始压力为202.65kPa 。
（1）求始态体积V 1；（2）若气体的量为2mol ，试求系统的温度。
【解】 (1) 根据理想气体等温可逆过程中功的公式：又根据理想气体状态方程,所以32113321111097.810ln 1065.2021085.41ln m V V JVV p WV -⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=(2)由(1)式, ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=21ln V V W nRT 则 Kmol J mol J VV nR W T 109310ln 314.8241850ln 121=⨯•⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=- 【10】.1mol 单原子理想气体,从始态:273K,200kPa,到终态323K,100kPa,通过两个途径: (1)先等压加热至323K,再等温可逆膨胀至100kPa; (2)先等温可逆膨胀至100kPa,再等压加热至323K.请分别计算两个途径的Q,W,ΔU 和ΔH ，试比较两种结果有何不同,说明为什么。