物理化学课后习题答案
物理化学课后习题解答
第8章 表面和胶体化学习题解答1. 若一球形液膜的直径为2×10-3m ，比表面自由能为0.7 J ·m -2，则其所受的附加压力是多少？ 解：球形液膜 3440.7 kPa 2.8 kPa 210/2p r γ-⨯∆===⨯ 2. 若水在293 K 时的表面力为72.75×10-3N ·m -1，则当把水分散成半径为10-5m 的小液滴时，曲面下的附加压力为多少？解：3452272.7510 Pa 1.4510 Pa 10p r γ--⨯⨯∆===⨯ 3. 在293 K 时把半径1 mm 的水滴分散成半径为1 µm 的小水滴，问比表面增加了多少倍？表面吉布斯函数增加了多少？完成该变化时，环境至少需做多少功？已知水的表面力为72.75×10-3 N ·m -1。
解：设半径1 mm 水滴的表面积为A 1，体积为：V 1，半径为：R 1；半径1 µm 水滴的表面积为A 2，体积为：V 2，半径为：R 2；N 为小水滴的个数。
33121244 , 33V NV R N R ππ== 33912 1 mm 101 μm R N R ⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 229222114 1 μm 1010004 1 mm A N R A R ππ⨯⎛⎫=== ⎪⎝⎭ 12221440.07288 N m 4()=9.14510 N m 9.14510 JA G dA NR R γπ---∆==⋅⨯-⨯⋅=⨯49.14510 J A W G -=-∆=-⨯4. 在298 K ，101.325 kPa 下，将直径为1 µm 的毛细管插入水中，问管需加多大压力才能防止水面上升？若不加额外压力，让水面上升达平衡后，管液面上升多高？已知：该温度下水的表面力为0.072 N ·m -1，水的密度为1000 kg ·m -3，设接触角为0o ，重力加速度为9.8 m ·s -2。
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第一章气体的pVT 关系1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下：1 1TT p V p V V T V V ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系？解：对于理想气体，pV=nRT111 )/(11-=⋅=⋅=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=T TVV p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=⋅=⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=p p V V pnRT V p p nRT V p V V T T T κ 1-2 气柜内有121.6kPa 、27℃的氯乙烯（C 2H 3Cl ）气体300m 3，若以每小时90kg 的流量输往使用车间，试问贮存的气体能用多少小时？解：设氯乙烯为理想气体，气柜内氯乙烯的物质的量为mol RT pV n 623.1461815.300314.8300106.1213=⨯⨯⨯==每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为 133153.144145.621090109032-⋅=⨯=⨯=h mol M v Cl H Cn/v=（14618.623÷1441.153）=10.144小时1-3 0℃、101.325kPa 的条件常称为气体的标准状况。
试求甲烷在标准状况下的密度。
解：33714.015.273314.81016101325444--⋅=⨯⨯⨯=⋅=⋅=m kg M RT p M V n CH CH CHρ 1-4 一抽成真空的球形容器，质量为25.0000g 。
充以4℃水之后，总质量为125.0000g 。
若改用充以25℃、13.33kPa 的某碳氢化合物气体，则总质量为25.0163g 。
试估算该气体的摩尔质量。
解：先求容器的容积33)(0000.10010000.100000.250000.1252cm cm Vl O H ==-=ρ n=m/M=pV/RTmol g pV RTm M ⋅=⨯-⨯⨯==-31.301013330)0000.250163.25(15.298314.841-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。
《物理化学》课后习题第一章答案
习题解答第一章1． 1mol 理想气体依次经过下列过程：(1)恒容下从25℃升温至100℃，(2)绝热自由膨胀至二倍体积，(3)恒压下冷却至25℃。
试计算整个过程的Q 、W 、U ∆及H ∆。
解：将三个过程中Q 、U ∆及W 的变化值列表如下：过程 QU ∆ W(1) )(11,初末T T C m V - )(11,初末T T C m V -0 (2)（3） )(33,初末T T C m p - )(33,初末T T C m v - )(33初末V V p -则对整个过程:K 15.29831＝末初T T = K 15.37331==初末T T Q ＝)(11,初末－T T nC m v +0+)(33,初末－T T nC m p＝）初末33(T T nR -＝[1×8.314×(-75)]J ＝-623.55JU ∆＝)(11,初末－T T nC m v +0+)(33,初末－T T nC m v ＝0W ＝-)(33初末V V p -＝-）初末33(T T nR - ＝-[1×8.314×(-75)]J ＝623.55J因为体系的温度没有改变，所以H ∆＝02． 0.1mol 单原子理想气体，始态为400K 、101.325kPa ，经下列两途径到达相同的终态：(1) 恒温可逆膨胀到10dm 3，再恒容升温至610K ； (2) 绝热自由膨胀到6.56dm 3，再恒压加热至610K 。
分别求两途径的Q 、W 、U ∆及H ∆。
若只知始态和终态，能否求出两途径的U ∆及H ∆？解：(1)始态体积1V ＝11/p nRT ＝(0.1×8.314×400/101325)dm 3＝32.8dm 3 W ＝恒容恒温W W +＝0ln12+V V nRT＝(0.1×8.314×400×8.3210ln +0)J ＝370.7JU ∆＝)(12,T T nC m V -＝[)400610(314.8231.0-⨯⨯⨯]J ＝261.9J Q ＝U ∆+W ＝632.6J H ∆＝)(12,T T nC m p -＝[)400610(314.8251.0-⨯⨯⨯]＝436.4J (2) Q ＝恒压绝热Q Q +＝0+)(12,T T nC m p -＝463.4J U ∆＝恒压绝热U U ∆+∆＝0+)(12,T T nC m V -＝261.9J H ∆＝恒压绝热H H ∆+∆＝0+绝热Q ＝463.4J W ＝U ∆-Q ＝174.5J若只知始态和终态也可以求出两途径的U ∆及H ∆，因为H U 和是状态函数，其值只与体系的始终态有关，与变化途径无关。
《物理化学》课后习题第一章答案
习题解答第一章1． 1mol 理想气体依次经过下列过程：(1)恒容下从25℃升温至100℃，(2)绝热自由膨胀至二倍体积，(3)恒压下冷却至25℃。
试计算整个过程的Q 、W 、U ∆及H ∆。
解：将三个过程中Q 、U ∆及W 的变化值列表如下：过程 QU ∆ W(1) )(11,初末T T C m V - )(11,初末T T C m V -0 (2)（3） )(33,初末T T C m p - )(33,初末T T C m v - )(33初末V V p -则对整个过程:K 15.29831＝末初T T = K 15.37331==初末T T Q ＝)(11,初末－T T nC m v +0+)(33,初末－T T nC m p＝）初末33(T T nR -＝[1×8.314×(-75)]J ＝-623.55JU ∆＝)(11,初末－T T nC m v +0+)(33,初末－T T nC m v ＝0W ＝-)(33初末V V p -＝-）初末33(T T nR - ＝-[1×8.314×(-75)]J ＝623.55J因为体系的温度没有改变，所以H ∆＝02． 0.1mol 单原子理想气体，始态为400K 、101.325kPa ，经下列两途径到达相同的终态：(1) 恒温可逆膨胀到10dm 3，再恒容升温至610K ； (2) 绝热自由膨胀到6.56dm 3，再恒压加热至610K 。
分别求两途径的Q 、W 、U ∆及H ∆。
若只知始态和终态，能否求出两途径的U ∆及H ∆解：(1)始态体积1V ＝11/p nRT ＝(0.1×8.314×400/)dm 3＝32.8dm 3 W ＝恒容恒温W W +＝0ln12+V V nRT＝(0.1×8.314×400×8.3210ln +0)J ＝370.7JU ∆＝)(12,T T nC m V -＝[)400610(314.8231.0-⨯⨯⨯]J ＝261.9J Q ＝U ∆+W ＝632.6J H ∆＝)(12,T T nC m p -＝[)400610(314.8251.0-⨯⨯⨯]＝436.4J (2) Q ＝恒压绝热Q Q +＝0+)(12,T T nC m p -＝463.4J U ∆＝恒压绝热U U ∆+∆＝0+)(12,T T nC m V -＝261.9J H ∆＝恒压绝热H H ∆+∆＝0+绝热Q ＝463.4J W ＝U ∆-Q ＝174.5J若只知始态和终态也可以求出两途径的U ∆及H ∆，因为H U 和是状态函数，其值只与体系的始终态有关，与变化途径无关。
物理化学课后习题答案
1.1 物质的体膨胀系数与等温压缩率的定义如下试推出理想气体的，与压力、温度的关系。
解：根据理想气体方程1.5 两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。
若将其中的一个球加热到100 °C，另一个球则维持0 °C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。
解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。
标准状态：因此，1.9 如图所示，一带隔板的容器内，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均可视为理想气体。
（1）保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体混合后的压力。
（2）隔板抽取前后，H2及N2的摩尔体积是否相同？（3）隔板抽取后，混合气体中H2及N2的分压立之比以及它们的分体积各为若干？解：（1）等温混合后即在上述条件下混合，系统的压力认为。
（2）混合气体中某组分的摩尔体积怎样定义？（3）根据分体积的定义对于分压1.11 室温下一高压釜内有常压的空气，为进行实验时确保安全，采用同样温度的纯氮进行置换，步骤如下：向釜内通氮气直到4倍于空气的压力，尔后将釜内混合气体排出直至恢复常压。
重复三次。
求釜内最后排气至恢复常压时其中气体含氧的摩尔分数。
解：分析：每次通氮气后至排气恢复至常压p，混合气体的摩尔分数不变。
设第一次充氮气前，系统中氧的摩尔分数为，充氮气后，系统中氧的摩尔分数为，则，。
重复上面的过程，第n次充氮气后，系统的摩尔分数为，因此。
1.13 今有0 °C，40.530 kPa的N2气体，分别用理想气体状态方程及van der Waals方程计算其摩尔体积。
实验值为。
解：用理想气体状态方程计算用van der Waals计算，查表得知，对于N2气（附录七），用MatLab fzero函数求得该方程的解为也可以用直接迭代法，，取初值，迭代十次结果1.16 25 °C时饱和了水蒸气的湿乙炔气体（即该混合气体中水蒸气分压力为同温度下水的饱和蒸气压）总压力为138.7 kPa，于恒定总压下冷却到10 °C，使部分水蒸气凝结为水。
(完整版)物理化学课后答案-热力学第一定律
欢迎共阅第二章热力学第一定律【复习题】【1】判断下列说法是否正确。
（1）状态给定后，状态函数就有一定的值，反之亦然。
（2）状态函数改变后，状态一定改变。
【答】（1）正确，因为状态函数是体系的单质函数，体系确定后，体系的一系列状态函数就确定。
相反如果体系的一系列状态函数确定后，体系的状态也就被惟一确定。
（2）正确，根据状态函数的单值性，当体系的某一状态函数改变了，则状态函数必定发生改变。
（3）不正确，因为状态改变后，有些状态函数不一定改变，例如理想气体的等温变化，内能就不变。
（4）不正确，ΔH＝Qp，只说明Qp 等于状态函数H的变化值ΔH，仅是数值上相等，并不意味着Qp 具有状态函数的性质。
ΔH＝Qp 只能说在恒压而不做非体积功的特定条件下，Qp 的数值等于体系状态函数H 的改变，而不能认为Qp 也是状态函数。
（5）正确，因为恒温过程是体系与环境的温度始终保持相等且恒定，是一个自始至终保热平衡的过程，由于只有同时满足力学平衡、相平衡、化学平衡才能保持热平衡，所以这种过程必然是一个保持连续平衡状态的过程，即为可逆过程。
恒温过程不同与等温过程，后者只需始终态温度相同即可，而不管中间经历的状态如何。
等温可逆过程则一定是恒温过（12）正确，因为体系的始终态确定后，可以通过不同的过程来实现，一般在不同的过程中W、Q的数值不同，但焓是状态函数，而状态函数的变化与过程无关。
即△H1=△H2。
【2】回答下列问题。
（1）在盛水槽中放置一个盛水的封闭试管，加热盛水槽中之水，使其达到沸点。
试问试管中的水是否会沸腾，为什么？（2）夏天将室内电冰箱的门打开，接通电源并紧闭门窗（设墙壁、门窗都不传热），能否使室内温度降低，为什么？（3）可逆热机的效率最高，在其他条件都相同的前提下，用可逆热机去牵引火车，能否使火车的速度加快，为什么？（4）Zn与稀硫酸作用，（a）在敞口的容器中进行；(b)在密闭的容器中进行。
哪一种情况放热较多，为什么？（5）在一铝制筒中装有压缩空气，温度与环境平衡。
物理化学习题课答案(一)
物理化学习题课答案（一）班级：_______________ 姓名：_______________ 学号：_______________一. 选择题1. 对于理想气体的内能有下述四种理解：(1) 状态一定，内能也一定(2) 对应于某一状态的内能是可以直接测定的(3) 对应于某一状态，内能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值(4) 状态改变时，内能一定跟着改变其中正确的是：( D )(A)（1）（2）（B）（3）（4）(C)（2）（4）（D）（1）（3）2. 下列宏观过程：(1) p，273 K 下冰融化为水(2) 电流通过金属发热(3) 往车胎内打气(4) 水在 101 325 Pa， 373 K 下蒸发可看作可逆过程的是：( A )(A)（1）（4）（B）（2）（3）(C)（1）（3）（D）（2）（4）3. 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： ( C )(A) H1> H2 (B) H1= H2(C) H1< H2 (D) 不能确定4. 对于下列的四种表述：(1) 因为ΔH = Qp，所以只有等压过程才有ΔH(2) 因为ΔH = Qp，所以Qp也具有状态函数的性质(3) 公式ΔH = Qp只适用于封闭体系(4) 对于封闭体系经历一个不作其它功的等压过程，其热量只决定于体系的始态和终态上述诸结论中正确的是：( B )(A)（1）（4）（B）（3）（4）(C)（2）（3）（D）（1）（2）5. ΔH = Qp适用于下列哪个过程？ ( B )(A) 理想气体从1×107Pa反抗恒定的外压1×105Pa膨胀到1×105Pa(B) 0℃、101325Pa下冰融化成水(C) 101325Pa下电解CuSO4水溶液(D) 气体从298K，101325Pa可逆变化到373K、10132.5Pa6. 在体系温度恒定的变化中，体系与环境之间： ( CD )(A) 一定产生热交换 (B) 一定不产生热交换(C) 不一定产生热交换 (D) 温度恒定与热交换无关7. 在一个刚性的绝热容器中燃 ( B ) C6H6(l) + (15/2) O2(g)6CO2（g）+ 3H2O(g)(A) ΔU = 0 ，ΔH < 0 ， Q = 0(B) ΔU = 0 ，ΔH > 0 ， W = 0(C) ΔU = 0 ，ΔH = 0 ， Q = 0(D) ΔU ≠ 0 ，ΔH ≠ 0 ， Q = 08. 体系的压力p(体系)与环境的压力p(环境)有何关系? ( D )(A) 相等 (B) 无关系(C) p(体系)> p(环境) (D) 可逆变化途径中p(体系)=p(环境)9. 如图，在绝热盛水容器中，浸有电阻丝，通以电流一段时间，如以电阻丝为体系，则上述过程的Q、W和体系的ΔU值的符号为： ( B )(A) W = 0， Q < 0，ΔU <0(B) W > 0， Q < 0，ΔU >0(C) W = 0， Q > 0，ΔU > 0(D)W < 0， Q = 0，ΔU > 010. 理想气体卡诺循环的图为下列四种情况中的哪一种? ( BC )11. 测定有机物燃烧热Qp，一般使反应在氧弹中进行，实测得热效应为QV。
物理化学课后习题答案
第一章 热力学第一定律与热化学1. 一隔板将一刚性决热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。
现将隔板抽去左、右气体的压力达到平衡。
若以全部气体作为体系，则ΔU 、Q 、W 为正？为负？或为零？解：0===∆W Q U2. 试证明1mol 理想气体在衡压下升温1K 时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R 。
证明：R T nR V V p W =∆=-=)(123. 已知冰和水的密度分别为：0.92×103kg·m -3，现有1mol 的水发生如下变化： (1) 在100o C ，101.325kPa 下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体； (2) 在0 o C 、101.325kPa 下变为冰。
试求上述过程体系所作的体积功。
解：(1) )(m 1096.11092.010183633--⨯⨯⨯＝＝冰V )(m 1096.1100.110183633--⨯⨯⨯＝＝水V )(10101.3373314.81)(3J nRT V V p W e ⨯=⨯⨯===冰水－ (2) )(16.0)108.11096.1(101325)(55J V V p W e =⨯-⨯⨯=-=--水冰4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。
(1) Q 、W 、Q －W 、ΔU 是否已经完全确定。
(2) 若在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，则(1)中的各量是否已完全确定？为什么？解：(1) Q －W 与ΔU 完全确定。
(2) Q 、W 、Q －W 及ΔU 均确定。
5. 1mol 理想气体从100o C 、0.025m 3 经过下述四个过程变为100o C 、0.1m 3： (1) 恒温可逆膨胀； (2) 向真空膨胀；(3) 恒外压为终态压力下膨胀；(4) 恒温下先以恒外压等于气体体积为0.05m 3时的压力膨胀至0.05 m 3，再以恒外压等于终态压力下膨胀至0.1m 3。
物理化学课后习题答案
第1章 化学热力学基本定律1．1mol 双原子理想气体在300 K 、101 kPa 下，经恒外压恒温压缩至平衡态，并从此状态下恒容升温至370 K 、压强为1 010 kPa 。
求整个过程的U ∆、H ∆、W 及Q 。
（答案：△U = 1455 J ，△H = 2037 J ，W=17727 J ，Q = -16272 J ）解： 第一步：恒外压恒温压缩至平衡态，U ∆=0，H ∆=0 V 1=8.314×300/101=24.695dm 3,此平衡态的体积就是末态的体积V 2， V 2=8.314×370/1010= 3.046dm 3 此平衡态的压强P’=8.314×300/(3.046×10-3)=818.84kPaW=-P’(V 2-V 1)=-818.92×103×(3.046-24.695)×10-3=17727 J=17.727 kJ -Q=W=17.727 kJ Q=-17.727 kJ 第一步： 因恒容W=0U ∆=Q v =C v,m (T 2-T 1) =20.79×(370-300)=1455.3 J=1.455 kJH ∆=(20.79+R)×70=2037.3 J=2.037 kJ整个过程：W=17.727 kJ ；Q= -17.727+1.455= -16.27 kJ ；U ∆=1.455 kJ ；H ∆=2.037 kJ 。
2．设有0.1 kg N 2，温度为273.15 K ，压强为101325 Pa ，分别进行下列过程，求U ∆、H ∆、Q 及W 。
(1) 恒容加热至压强为151987.5 Pa ； (2) 恒压膨胀至原体积的2倍；(3) 恒温可逆膨胀至原体积的2倍； (4) 绝热可逆膨胀至原体积的2倍。
（答案： ①△U = Q V = 1.01×104 J ，△H = 1.42×104 J ，W = 0；②△H = Q P = 28.4 kJ ，△U = 20.20 kJ ，W= -8.11 kJ ； ③ Q = 5622 J ，W = -5622 J ，△H = △U = 0 J ；④ Q = 0，W = △U = -4911 J ，△H = - 6875 J ）解： 将N 2 气视为双原子理想气体，则C p,m =29.10 J ·mol -1·K -1; C v,m =20.79 J ·mol -1·K -1 (1) W=0, 末态温度 T 2=1.5T 1=1.5×273.15 K∴U ∆=Q v =n C v (T 2-T 1) =(100/28)×20.79×(1.5×273.15-273.15)=1.01×104 JH ∆= n C p (T 2-T 1) =(100/28)×29.10×(1.5×273.15-273.15)=1.42×104 J(2) 末态温度 T 2=2T 1=2×273.15KH ∆=Q p = n Cp(T 2-T 1) =(100/28)×29.10×(2×273.15-273.15) =28388 J=28.4 kJU ∆=n C v (T 2-T 1) =(100/28)×20.79×273.15 = 20201 J=20.20 kJW= -P V ∆= -101325×(100/28)×8.314×273.15/101325= -8110J= -8.11kJ (3) 理想气体恒温，H ∆=U ∆=0,W= -Q= -(100/28)×8.314×273.15×ln2= -5622 J= -5.62 kJ (4) 运用理想气体绝热过程方程：4.0224.011V T V T =T 2=(1/2)0.4×T 1=(1/2)0.4×273.15 =207 K; Q=0W=U ∆= n C v,m T ∆= (100/28)×20.79×(207-273.15)= -4911 J= - 4.911 kJH ∆= (100/28)×29.10×(207-273.15)=-6875 J= -6.875 kJ3．在373.15 K 、101325 Pa 下，1 mol 水缓慢蒸发。
物理化学课后答案
1
K p (3)
1 0.0344 Pa 1 K p (1)
K c (3)
1 285.7mol 1 dm 3 K c (1)
Q √5. 已知 Br 2 (g) 的标准摩尔生成焓 D f H m =30.91kJ·mol-1 ，标准摩尔生成 Gibbs 自由能
y 1.49 1 y
y=0.60 mol 因为 0.30-0.60<0， 所以铁已经完全反应。 故氢气为 0.30mol， 水蒸气为 0.70mol， FeO(s) 为 0.30mol 。 当与 0.8mol Fe 反应，生成的氢气为 0.60mol，水蒸气为 0.40mol，FeO 为 0.60mol，Fe 为 0.20mol。 √7. 1157K时，CO 2 和 5.62m mol的K 2 CO 3 ,11.10m mol的CaCO 3 共热，平衡时CO 2 的分压为 P ，凝聚相里有纯固体CaO和熔化的CaCO 3 ，K 2 CO 3 混合物，冷却后称重发现固相失去了相 当于 3.98mmolCO 2 的质量，求， （1）熔融物中CaCO 3 的摩尔分数。 （2）已知反应CaCO 3 (s)=CaO(s)+CO 2 (g)的平衡常数为 3.5，以纯CaCO 3 作为标准态，求 熔融物CaCO 3 中的活度。 解：① 已知凝聚相里有纯固体CaO(s)而没提到有K 2 O(s)，说明在此温度下只有CaCO 3 (s)。 已知CaCO 3 (s)在纯态时的分解平衡常数 K 2 =3.5 ② 当CaCO 3 反应在熔液中进行时，但温度相同且K 2 CO 3 没有参与反应，所以
√2.合成氨循环气压机第二缸内混合气组成如下（体积分数%） ：
《物理化学》课后习题答案(天津大学第四版)
解：300 kg的水煤气中CO(g)和H2(g)的物质量分别为
300 kg的水煤气由1100 °C冷却到100 °C所放热量
设生产热水的质量为m，则
2.18 单原子理想气体A于双原子理想气体B的混合物共5 mol，摩尔分 数 ，始态温度 ，压力 。今该混合气体绝 热反抗恒外压 膨胀到平衡态。求末态温度 及过程的 解：过程图示如下
对于途径b，其功为
根据热力学第一定律
2.6 4 mol的某理想气体，温度升高20 °C，求∆H - ∆U的值。 解：根据焓的定义 H=U+PV ∆H - ∆U= ∆(PV) PV=nRT ∆H - ∆U= ∆(nRT)= nR ∆T=4 ╳ 8.314 ╳ 20=665.12J 2.10 2 mol某理想气体，Cp,m=7R/2。由始态100 kPa，50 dm3，先 恒容加热使压力体积增大到150 dm3，再恒压冷却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的W,Q, ∆H,∆U. 解：过程图示如下
整个过程由于第二步为绝热，计算热是方便的。而第一步为恒温可逆
2.24 求证在理想气体p-V 图上任一点处，绝热可逆线的斜率的绝对 值大于恒温可逆线的绝对值。
证明：根据理想气体绝热方程，
因此绝热线在
处的斜率为
恒温线在
由于 对值。
处的斜率为
，因此绝热可逆线的斜率的绝对值大于恒温可逆线的绝
2.25 一水平放臵的绝热恒容的圆筒中装有无摩擦的绝热理想活塞， 活塞左、右两侧分别为50 dm3的单原子理想气体A和50 dm3的双原子 理想气体B。两气体均为0 °C，100 kPa。A气体内部有一体积和热 容均可忽略的电热丝。现在经过通电缓慢加热左侧气体A，使推动活 塞压缩右侧气体B到最终压力增至200 kPa。求： （1）气体B的末态温度 。 （2）气体B得到的功 。 （3）气体A的末态温度 。 （4）气体A从电热丝得到的热 。 解：过程图示如下
物理化学课后习题答案(全)
6. 1mol N2 在 0℃时体积为 70.3cm3，计算其压力，并与实验值 40.5 MPa 比较： (1) 用理想气体状态方程； (2) 用范德华方程； (3) 用压
缩因子图。
解：(1) p = RT Vm
=
⎜⎛ ⎝
8.3145× 273.15 70.3 ×10 −6
⎟⎞ ⎠
Pa
=
32.3 ×10 6
=
−
1 1672
=
−0.06 ％
(3) 1 g 水蒸气的体积
V
=
nRT
=
⎡ ⎢ ⎢
1 18.02
×
8.3145
×
(100
+
273.15)
⎤ ⎥ ⎥
m
3
p⎢
101325
⎥
⎢⎣
⎥⎦
= 1.699 ×10−3 m 3 = 1699cm3
[ ] W = − 101325 × (1699 − 1.044) × 10−6 × 18.02 J
及 101325Pa 时 1g 水的体积为 1.044cm3，1 g 水蒸气的体积为 1673cm3。
(1) 试求此过程的功； (2) 假定略去液态水的体积，试求结果的百分误
差； (3) 假定把水蒸气当作理想气体，试求结果的百分误差； (4) 根
据(2)、(3)的假定，证明恒温下若外压等于液体的饱和蒸气压，则物质
Pa
=
32.3
MPa
(2) 由表 1–6 查得， a = 0.141 Pa ⋅ m6 ⋅ mol−2 ，
b = 0.0391 × 10−3 m3 ⋅ mol −1 ，则
p = RT − a Vm − b Vm2
物理化学课后习题与答案
逆过程。设气体的
Cv,m
＝
3 2
R
。试计算各个状态的压力
p
并填下表。
V/dm3•mol-1
44.8 C B
22.4 A
273
546
T/K
1
步骤
A B C
过程的名称
等容可逆 等温可逆 等压可逆
Q/J W/J △U/J
8. 一摩尔单原子理想气体，始态为 2×101.325kPa、11.2dm3，经 pT = 常数的可逆过程(即过
(1) 298K 时的“平衡常数”； (2) 正、逆反应的活化能； (3) 反应热；
(4) 若反应开始时只有 A，pA，0=105Pa，求总压达 1.5×105Pa 时所需时间（可忽略逆反应）。
8．有一反应，其速率正比于反应物浓度和一催化剂浓度。因催化剂浓度在反应过程中不变， 故表现为一级反应。某温度下，当催化剂浓度为 0.01 mol·dm-3 时，其速率常数为 5.8×10-6 s-1。 试问其真正的二级反应速率常数是多少？如果催化剂浓度为 0. 10 mol·dm-3，表现为一级反应
4. 固体 CO2 的饱和蒸汽压在 -103℃ 时等于 10.226kPa，在 -78.5℃ 时等于 101.325 kPa，求： （1）CO2 的升华热；（2）在 -90℃ 时 CO2 的饱和蒸汽压。
5. 设你体重为 50kg，穿一双冰鞋立于冰上，冰鞋面积为 2cm3，问温度需低于摄氏零下几 度，才使冰不熔化？已知冰的 ΔfusHm = 333.4kJ·kg-1，水的密度为 1000 kg·m3，冰的密度为 900kg·m3。
(2) 1mol 水在 100℃恒 温下于真 空容器中 全部蒸发 为蒸气， 而且蒸气 的压力恰 好为
物化作业课后习题
辽宁科技大学辽宁科技大学物理化学课后习题答案学院:矿业工程学院专业：矿物加工辽宁科技大学第一章 化学热力学基础P 82(1-1) 10 mol 理想气体由25℃，1.00MPa 。
设过程为：（i ）向真空膨胀；（ii ）对抗恒外压0.100MPa 膨胀。
分别计算以上各过程的(i) 外(ii)（ii ）P 1V 11=24.777m 3;因为是恒温过程，故 V 2=21P P V 1=66101.0101777.24⨯⨯⨯=247.77m 3W=-⎰21v v Pdv =-P(V 2-V 1)=-22.2995J小结：此题考查真空膨胀的特点及恒外压做功的求法，所用公式有：PV=nRT;TPV=常数；W=-⎰21v v Pdv 等公式。
P 82(1-3) 473k, 0.2MPa ，1dm 3的双原子分子理想气体，连续经过下列变化：（I ）定温膨胀到3 dm 3；（II ）定容升温使压力升到0.2MPa ；（III ）保持0.2MPa 降温到初始温度473K 。
（i ）在p-v 图上表示出该循环全过程；（ii ）计算各步及整个循环过程的Wv 、Q ，ΔU ，及Δ辽宁科技大学H 。
已知双原子分子理想气体C p,m =27R 。
解：P 1V 1=nRT 1 n=111RT V P =4733145.8101102.036⨯⨯⨯⨯-mol=0.0509mol,P 1V 1=P 2V 2 ∴P 2=21V VP 1=31×0.2×106=0.067MPa,T 2=21P P T 1=6316102.0102.0⨯⨯⨯×473K=1419K.(i) 恒温膨胀A B △U i =0，△H i =0. W i =-⎰21v v Pdv =-nRTln 12v v =-0.0509×8.3145×473×ln3=-219.92J.辽宁科技大学Q i=-W=219.92J.(ii)等体过程 B C 因为是等体积过程所以W ii=0, Q ii=△U ii=nC V,m△T=n(C p,m-R)(T2-T1)=0.0509×(7-1)×8.3145×2(1419-473)=1000.89J;△H ii=nC p,m△T=0.0509×3.5×8.3145×(1419-473)=1401.2J.(iii)等压过程 C AW iii=-P△V=-P(V1-V2)=-0.2×106×(1-3)×10-3=400J;△H iii=nC p,m△T=0.0509×3.5×8.3145×(473-1419)=-1401.2J △U iii=nC V,m△T=0.0509× 2.5×8.3145×(473-1419)=-1000.89JQ=△U-W=-1000.89-400=-1400.89J在整个过程中由于温度不变所以△U=0, △H=0;Q=-W=-180.08J.小结：此题考查了恒温过程、等体过程以及等压过程的公式应用，内能和焓只是过于温度的函数。
《物理化学》教材习题参考解答
第一篇化学热力学第一章热力学基本定律.1-1 0.1kg C6H6(l)在，沸点353.35K下蒸发，已知(C6H6) =30.80 kJ mol-1。
试计算此过程Q，W，ΔU和ΔH值。
解：等温等压相变。
n/mol =100/78 , ΔH = Q = n = 39.5 kJ , W= - nRT = -3.77 kJ , ΔU =Q+W=35.7 kJ1-2 设一礼堂的体积是1000m3，室温是290K，气压为pϑ，今欲将温度升至300K，需吸收热量多少?(若将空气视为理想气体，并已知其C p,m为29.29 J K-1·mol-1。
)解：理想气体等压升温（n变）。
Q=nC p,m△T=(1000pϑ)/(8.314×290)×C p,m△T＝1.2×107J1-3 2 mol单原子理想气体，由600K，1.0MPa对抗恒外压绝热膨胀到。
计算该过程的Q、W、ΔU和ΔH。
(Cp ,m=2.5 R)解：理想气体绝热不可逆膨胀Q＝0 。
ΔU＝W ，即nC V,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1), 因V2= nRT2/ p2, V1= nRT1/ p1，求出T2=384K。
ΔU＝W＝nCV,m(T2-T1)＝-5.39kJ ，ΔH＝nC p,m(T2-T1)＝-8.98 kJ1-4 在298.15K，6×101.3kPa压力下，1 mol单原子理想气体进行绝热膨胀，最后压力为pϑ，若为；(1)可逆膨胀(2)对抗恒外压膨胀，求上述二绝热膨胀过程的气体的最终温度；气体对外界所作的功；气体的热力学能变化及焓变。
(已知C p,m=2.5 R)。
解：(1)绝热可逆膨胀:γ=5/3 , 过程方程p11-γT1γ= p21-γT2γ, T2=145.6 K ,ΔU＝W＝nC V,m(T2-T1)＝-1.9 kJ , ΔH＝nC p,m(T2-T1)＝-3.17kJ(2)对抗恒外压膨胀,利用ΔU＝W ，即nC V,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1) ，求出T2=198.8K。
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四．概念题参考答案1．在温度、容积恒定的容器中，含有A 和B 两种理想气体，这时A 的分压和分体积分别是A p 和A V 。
若在容器中再加入一定量的理想气体C ，问A p 和A V 的变化为 ( )(A) A p 和A V 都变大 (B) A p 和A V 都变小 (C) A p 不变，A V 变小 (D) A p 变小，A V 不变答：(C)。
这种情况符合Dalton 分压定律，而不符合Amagat 分体积定律。
2．在温度T 、容积V 都恒定的容器中，含有A 和B 两种理想气体，它们的物质的量、分压和分体积分别为A A A ,,n p V 和B B B ,,n p V ，容器中的总压为p 。
试判断下列公式中哪个是正确的 ( )(A) A A p V n RT = (B) B A B ()pV n n RT =+(C) A A A p V n RT = (D) B B B p V n RT =答：(A)。
题目所给的等温、等容的条件是Dalton 分压定律的适用条件，所以只有(A)的计算式是正确的。
其余的,,,n p V T 之间的关系不匹配。
3． 已知氢气的临界温度和临界压力分别为633.3 K , 1.29710 Pa C C T p ==⨯。
有一氢气钢瓶，在298 K 时瓶内压力为698.010 Pa ⨯，这时氢气的状态为（ ）(A) 液态 (B) 气态 (C)气-液两相平衡 (D) 无法确定答：(B)。
仍处在气态。
因为温度和压力都高于临界值，所以是处在超临界区域，这时仍为气相，或称为超临界流体。
在这样高的温度下，无论加多大压力，都不能使氢气液化。
4．在一个绝热的真空容器中，灌满373 K 和压力为 kPa 的纯水，不留一点空隙，这时水的饱和蒸汽压 （ ）（A ）等于零 （B ）大于 kPa（C ）小于 kPa （D ）等于 kPa答：（D ）。
饱和蒸气压是物质的本性，与是否留有空间无关，只要温度定了，其饱和蒸气压就有定值，查化学数据表就能得到，与水所处的环境没有关系。
5．真实气体在如下哪个条件下，可以近似作为理想气体处理（ ）（A ）高温、高压 （B ）低温、低压（C ）高温、低压 （D ）低温、高压答：（C ）。
这时分子之间的距离很大，体积很大，分子间的作用力和分子自身所占的体积都可以忽略不计。
6．在298 K 时，地面上有一个直径为1 m 的充了空气的球，其中压力为100kPa 。
将球带至高空，温度降为253 K ，球的直径胀大到3m ，此时球内的压力为（ ）（A ） kPa （B ） kPa（C ） kPa （D ） kPa答：（C ）。
升高过程中，球内气体的物质的量没有改变，利用理想气体的状态方程，可以计算在高空中球内的压力。
112212p V p V n RT RT == 311212212100kPa 253K 3.14 kPa 298K p V T r p V T r ⎛⎫⨯==⨯= ⎪⎝⎭7．使真实气体液化的必要条件是 （ ）（A ）压力大于C p （B ）温度低于C T（C ）体积等于m,C V （D ）同时升高温度和压力答：（B ）。
C T 是能使气体液化的最高温度，若高于临界温度，无论加多大压力都无法使气体液化。
8．在一个恒温、容积为2 3dm 的真空容器中，依次充入温度相同、始态为100 kPa ，2 3dm 的2N （g ）和200 kPa ，13dm 的r A (g)，设两者形成理想气体混合物，则容器中的总压力为 （ ）（A ）100 kPa （B ）150 kPa（C ）200 kPa （D ）300 kPa答：（C ）。
等温条件下，200 kPa ，13dm 气体等于100 kPa ，23dm 气体，总压为A B p p p =+=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。
9．在298 K 时，往容积都等于32 dm 并预先抽空的容器A 、B 中，分别灌入100 g 和200 g 水，当达到平衡时，两容器中的压力分别为A p 和B p ，两者的关系为 （ ）（A ）A B p p < （B ）A B p p >（C ）A p =B p （D ）无法确定答：（C ）。
饱和蒸气压是物质的特性，只与温度有关。
在这样的容器中，水不可能全部蒸发为气体，在气-液两相共存时，只要温度相同，它们的饱和蒸气压也应该相等。
10．在273 K ， kPa 时，4CCl (l)的蒸气可以近似看作为理想气体。
已知4CCl (l)的摩尔质量为1541g mol -⋅的，则在该条件下，4CCl (l)气体的密度为 （ ）（A ）36.87 g dm -⋅ （B ）34.52 g dm -⋅（C ）36.42 g dm -⋅ （D ）33.44 g dm -⋅答：（A ）。
通常将273 K ， kPa 称为标准状态，在该状态下，1 mol 任意物质的气体的体积等于322.4 dm 。
根据密度的定义，33154 g 6.87 g dm 22.4 dmm V ρ-===⋅ 11．在某体积恒定的容器中，装有一定量温度为300 K 的气体，现在保持压力不变，要将气体赶出1/6，需要将容器加热到的温度为 （ ）（A ）350 K （B ）250 K（C ）300 K （D ）360 K答：（D ）。
保持V ，p 不变，2156n n =，216360 K 5T T == 12．实际气体的压力（p ）和体积（V ）与理想相比，分别会发生的偏差为（ ）（A ）p ，V 都发生正偏差 （B ）p ，V 都发生负偏差（C ）p 正偏差，V 负偏差 （D ）p 负偏差，V 正偏差答：（B）。
由于实际气体的分子间有相互作用力，所以实际的压力要比理想气体的小。
由于实际气体分子自身的体积不能忽略，所以能运用的体积比理想气体的小。
四．概念题参考答案1．对于理想气体的热力学能，有下述四种理解：(1) 状态一定，热力学能也一定(2) 对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的(3) 对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值(4) 状态改变时，热力学能一定跟着改变，其中都正确的是：( )(A) (1)，(2) (B) (3)，(4)(C) (2)，(4) (D) (1)，(3)答：(D)。
热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。
2．有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将 ( )(A) 不变 (B) 升高(C) 降低 (D) 无法判定答：(C)。
压缩空气冲出钢筒时，筒内的气体对冲出的气体做功。
由于冲出的速度很快，筒内气体来不及从环境吸热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会下降。
3．有一真空钢筒，将阀门打开时，大气（视为理想气体）冲入瓶内，此时瓶内气体的温度将（）(A) 不变 (B) 升高(C) 降低 (D) 无法判定答：(B)。
空气冲入钢筒时，外面的气体对冲入钢筒的气体做功。
由于冲入的速度很快，筒内的气体来不及向环境放热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会升高。
4．将1 mol 373 K，标准压力下的水，分别经历：(1) 等温、等压可逆蒸发，(2) 真空蒸发，变成373 K，标准压力下的水气。
这两种过程的功和热的关系为( )(A) W 1< W 2Q 1> Q 2 (B) W 1< W 2Q 1< Q 2(C) W 1= W 2Q 1= Q 2 (D) W 1> W 2Q 1< Q 2答：(A)。
过程(1)中，系统要对外做功，W1<0，而过程（2）是真空蒸发，W =0，所以W1< W2。
过程(1)中，既要对外做功，又要保持温度不变，再加上相变2所吸的热，所以Q 1> Q 2。
5．在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱，将冰箱门打开，并接通电源使冰箱工作。
过一段时间之后，室内的平均气温将 ( )(A) 升高 (B) 降低(C) 不变 (D) 不一定答：(A)。
对冰箱做的电功，全转化为热释放在房间内。
6． 凡是在孤立系统中进行的过程，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 不确定答：(D)。
热力学能是能量的一种，遵循能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。
而焓虽然有能量单位，但它是定义出来的函数，不是能量，不遵循能量守衡定律，所以在孤立系统中发生的变化，ΔH 的值是不确定的，要根据具体的变化过程而定。
例如，在绝热钢瓶里，发生了一个气体分子数不变的放热气相反应，如22H (g)Cl (g)2HCl(g)+=，则ΔH 大于零。
但是，如果发生的是2221H (g)O (g)H O(l)2+=，虽然反应也放热，但是由于气体分子数减少，钢瓶内的压力下降，ΔH 会小于零。
7．理想气体向真空作绝热膨胀后，它的温度将（ ）(A) 升高 (B) 降低(C) 不变 (D) 不一定答：(C)。
理想气体分子之间的相互引力小到可以忽略不计，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变8．某气体的状态方程为m pV RT bp =+（b 是大于零的常数），此气体向真空作绝热膨胀，它的温度将 （ ）(A) 升高 (B) 降低(C) 不变 (D) 不一定答：(C)。
将状态方程改写为m ()p V b RT -=，与理想气体的状态方程对照，说明这种气体的自身体积不能忽略，但是分子间的引力与理想气体一样，是小到可以忽略不计的。
所以，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变9．公式p H Q ∆=适用于下列哪个过程（ ）(A) 理想气体作绝热等外压膨胀。
(B)22273K, 101.3 kPaH O(s)H O(l)(C) 2Cu (aq)2e Cu(s)+-+−−→ (D) 理想气体作等温可逆膨胀 答：(B)。
p H Q ∆=的适用条件是等压和f 0W =，两个条件缺一不可。
(A)中是等外压，而非等压，(C)中有电功，(D)是个不等压过程。
所以，只有(B)是适用的。
10．有一个理想气体的γ =C p /C V =，则该气体为几原子分子( )(A) 单原子分子 (B) 双原子分子(C) 三原子分子 (D) 四原子分子答：(B)。
根据能量均分原理，在一般温度下，单原子分子只有3个平动自由度，所以,m 32V C R =。
因为理想气体的,m ,m p V C C R =+，所以,m 52p C R =。
同理，双原子分子的,m 52V C R =，则,m 72p C R =。
现在，71.405γ==，相当于,m 52V C R =，,m 72p C R =，这是双原子分子的特征。