物理化学课后习题第二章答案

2.15 容积为0.1m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板,其两侧分别为0℃,4mol的Ar(g)及150℃,2mol的Cu(s)。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度t及过程的ΔH 。

已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容C p,m分别为20.786J·mol-1·K-1及24.435 J·mol-1·K-1，且假设均不随温度而变。

解: 恒容绝热混合过程Q = 0 W = 0

∴由热力学第一定律得过程ΔU=ΔU(Ar,g)+ΔU(Cu,s)= 0

ΔU(Ar,g) = n(Ar,g) C V,m (Ar,g)×(t2－0)

ΔU(Cu,S) ≈ΔH (Cu,s) = n(Cu,s)C p,m(Cu,s)×(t2－150)

解得末态温度t2 = 74.23℃

又得过程

ΔH =ΔH(Ar,g) + ΔH(Cu,s)

=n(Ar,g)C p,m(Ar,g)×(t2－0) + n(Cu,s)C p,m(Cu,s)×(t2－150)

= 2.47kJ

或ΔH =ΔU+Δ(pV) =n(Ar,g)RΔT=4×8314×(74.23－0)= 2.47kJ

2.17 单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5mol，摩尔分数y

=0.4，

B

始态温度T1=400K，压力P1=200kPa，今该混合气体绝热反抗恒外压p=100kPa 膨胀到平衡态，求末态温度T2及过程的W,ΔU及ΔH。

2.21 已知水(H2O,l)在100℃的饱和蒸气压p s=101.325kPa，在此温度、压力下

水的摩尔蒸发焓。求在100℃,101.325kPa下使1kg水蒸气全部凝结成液体水时的W，Q，ΔU，ΔH和ΔH。设水蒸气适用理想气体状态方程式。

解: 题给过程的始末态和过程特性如下：

n = m/M = 1kg/18.015g·mol-1 = 55.509mol

题给相变焓数据的温度与上述相变过程温度一致，直接应用公式计算

W=－p ambΔV =－p(V l-V g )≈pVg = n g RT=172.2kJ

ΔU = Q p + W =－2084.79kJ

2.24蒸气锅炉中连续不断地注入20℃的水，将其加热并蒸发成180℃，饱和蒸气压为1.003Mpa的水蒸气。求每生产1kg水蒸气所需要的热量。

已知：水(H2O,l)在100℃的摩尔蒸发焓，水的平均摩尔定压热容，水蒸气(H2O,g)的摩尔定压热容与温度的函数关系见附录。

解:

2.26 已知水(H2O,l)在100℃的摩尔蒸发焓,水和水蒸气在25～100℃范围间的平均摩尔定压热容分别为

和

求在25℃时水的摩尔蒸发焓。

解：由已知温度的相变焓求未知温度的相变焓，常压下对气体摩尔焓的影响通常可以忽略，可直接应用p68公式(2.7.4)

2.30

2.31

2.33

2.34

2.38某双原子理想气体1mol从始态350K,200kPa经过如下四个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功W。

（1）恒温下可逆膨胀到50kPa；

（2）恒温反抗50kPa恒外压不可逆膨胀；

（3）绝热可逆膨胀到50kPa；

（4）绝热反抗50kPa恒外压不可逆膨胀。

解: 双原子理想气体

n = 5mol；C V,m =（5/2）R ；C p,m = （7/2）R

2.395mol双原子理想气体从始态300K,200kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50kPa，再绝热可逆压缩到末态压力200kPa。求末态温度T及整个过程的W，Q，ΔUΔH和ΔH。

解: 理想气体连续pVT变化过程. 题给过程为

由绝热可逆过程方程式得

1) ΔH 和ΔU 只取决于始末态,与中间过程无关

ΔH = n C p,mΔT = n C p,m(T3-T1) = 21.21kJ

ΔU = n C V,mΔT = n C V,m(T3-T1) = 15.15kJ

W2=ΔU = n C V,mΔT = n C V,m(T3-T2) = 15.15kJ ∴ W = W1 + W2 = －2.14kJ

3) 由热力学第一定律得Q =ΔU－W = 17.29kJ