《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 Q

U ∆ 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 ＝-623.55J

U ∆＝)(11,初末－T T nC m v +0+)(33,初末－T T nC m v ＝0

W ＝-)(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 ∆＝0

2． 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 +＝0ln

1

2

+V V nRT

＝(0.1×8.314×400×8

.3210

ln +0)J ＝370.7J

U ∆＝)(12,T T nC m V -＝[)400610(314.82

3

1.0-⨯⨯⨯]J ＝261.9J Q ＝U ∆+W ＝63

2.6J H ∆＝)(12,T T nC m p -＝[)400610(314.82

5

1.0-⨯⨯⨯

]＝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。

3. 已知100℃，101.325kPa 下水的θ

m vap H ∆＝40.67kJ •mol -

1，水蒸气与水的摩尔体积分别为

)(g V m ＝30.19dm 3•mol -1，)(l V m ＝18.00×10-3 dm 3•mol -1，试计算下列两过程的Q 、W 、

U ∆及H ∆。

(1) 1mol 水于100℃，101.325kPa 下可逆蒸发为水蒸气；

(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

101.325kPa 。

解：(1)恒压下的可逆变化 Q ＝H ∆＝θ

m vap H n ∆＝40.67kJ W ＝-V p ∆外＝-)(液气外V V p -

＝-[101325(30.19-18.00×10-3)×10-3]J

＝-3.06kJ

U ∆＝Q +W ＝(40.67-3.061)kJ ＝37.61kJ (2) 向真空中蒸发，所以W ＝0

由于两过程的始终态相同故H ∆和U ∆与(1)相同 Q ＝U ∆-W ＝37.61kJ

4. 1mol 乙醇在其沸点时蒸发为蒸气，已知乙醇的蒸发热为858J •g -1，1g 蒸气的体积为607cm 3，

忽略液体的体积，试求过程的Q 、W 、U ∆及H ∆。 解： 因为是恒压蒸发

p Q ＝(46×858) J ＝17.16kJ

W ＝)12V V p －（外⨯-＝(-1.013×105×670×10-6×46) J ＝-3.122kJ U ∆＝Q +W ＝14.04kJ 恒压过程 H ∆＝p Q ＝14.04kJ

5. 在101.325kPa 下，把一块极小冰粒投入100g 、-5℃的过冷水中，结果有一定数量的水凝

结为冰，体系的温度则变为0℃。过程可看作是绝热的。已知冰的熔化热为333.5J •g -

1，

在-5～0℃之间水的比热容为4.230J •K -1•g -

1。投入极小冰粒的质量可以忽略不计。

(1) 确定体系的初、终状态，并求过程的H ∆。 (2) 求析出冰的量。

解：(1)体系初态：100g 、-5℃、过冷水 终态： 0℃、冰水混合物

因为是一个恒压绝热过程，所以H ∆＝Q ＝0

(2)可以把这个过程理解为一部分水凝结成冰放出的热量用以体系升温至0℃。 设析出冰的数量为m ，则： t C m p ∆水＝H m fus ∆ 100×4.230×5＝m ×333.5 得 m ＝6.34g

6. 0.500g 正庚烷放在氧弹量热计中，燃烧后温度升高3.26℃，燃烧前后的平均温度为25℃。

已知量热计的热容量为8176J •K -

1，计算25℃时正庚烷的恒压摩尔燃烧热。

解：反应方程式 C 7H 16（l ）+11O 2(g) → 7CO 2(g)+8H 2O(l) 反应前后气体化学计量数之差n ∆＝-4 V Q ＝t C ∆量热计＝(8176×2.94)J ＝24.037kJ m r U ∆＝

24307

0500100

v Q ..n

=kJ ＝5150.88kJ m r H ∆＝m r U ∆+nRT ∆＝(5150.88-4×8.314×298.15×10-3)kJ ＝5141 kJ

7. B 2H 6(g)的燃烧反应为：B 2H 6(g)+3O 2(g) → B 2O 3(s)+3H 2O(g)。在298.15K 标准状态下每燃