物理化学-第一章作业剖析
物理化学第一章课后习题解答
1.12 CO2 气体在 40℃时的摩尔体积为 0.381dm3 .mol-1 。设 CO2 为范德华气体，试 求其压力，并比较与实验值 5066.3kPa 的相对误差。
解： ,Vm =0.381× 10-3 m3 .mol-1 ,T=313.15K CO2 的范德华常数 a=364× 10-3 /Pa.m3 .mol-2 , b =42.67× 10-6 m3 .mol-1 代入方程得: P=5187.674KPa 相对误差=(5187.674-5066.3)/ 5066.3=2.4% 1.13 今有 0℃， 40530kPa 的 N2 气体,分别用理想气体状态方程及范德华方程计算 其摩尔体积.实验值为 70.3cm.mol-1 。 解：T=273.15K ，p=40530kPa N2 的范德华常数 a=140.8× 10-3 /Pa.m3 .mol-2 , b =39.13× 10-6 m3 .mol-1 =0.05603 m3 .mol-1
第一章
习题解答
1.1 物质的体膨胀系数α V 与等温压缩率κ T 的定义如下：
试导出理想气体的
、
与压力、温度的关系
解：对于理想气体： PV=nRT , V= nRT/P
求偏导：
1.2 气柜储存有 121.6kPa， 27℃的氯乙烯 （C2 H3 Cl） 气体 300m3 ， 若以每小时 90kg 的流量输往使用车间，试问储存的气体能用多少小时？ 解：将氯乙烯(Mw=62.5g/mol)看成理想气体： PV=nRT , n= PV/RT n=121600300/8.314300.13 (mol)=14618.6mol m=14618.662.5/1000(kg)=913.66 kg t=972.138/90(hr)=10.15hr 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：将甲烷(Mw=16g/mol)看成理想气体： PV=nRT , PV =mRT/ M w 甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PMw/RT =101.32516/8.314273.15(kg/m3 ) =0.714 kg/m3 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。 若改充以 25℃， 13.33kPa 的某碳氢化合物气体， 则总质量为 25.0163g。 -3 试估算该气体的摩尔质量。水的密度按 1 g.cm 计算。 解：球形容器的体积为 V=（125-25）g/1 g.cm-3 =100 cm3 将某碳氢化合物看成理想气体：PV=nRT , PV =mRT/ M w Mw= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)8.314300.15/(1333010010-6 ) Mw =30.51(g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。设空气中氧、氮摩尔分数之比为 1：4。 解： 根据题意未通氮之前 : ,操作 n 次后, , 操作 1 次后, ,重复三次, ,V,T 一定, 故
物理化学第一章知识点解析
G 等叫热力学系统的宏观性质( 或简称热力学性质)。
宏观性质分为两类:强度性质——与系统中所含物质的量无关, 无
加和性( 如p、T 等) ;广度性质——与系统中所含物质的量有关, 有加 和性( 如V、U、H⋯ 等) , 而
另 一 一 种 种 广 广 度 度 性 性 质 质=强 度 性 质，如
Vm
=
V n
,
= m V
3.系统的状态和状态函数
系统的状态是指系统所处的样子。热力学中采用系统的宏观性质 来描述系统的状态, 所以系统的宏观性质也称为系统的状态函数。
( i) 对于一定量的组成不变的均相流体系统, 系统的任意一个宏观性 质是另外两个独立的宏观性质的函数。这一结论是由实验结果得到的,
p2 = psu , 此过程叫定压过程。而定压变化, 仅有p1 = p2, 过程中压力可不恒定。 ( iii ) 定容过程
系统状态变化过程中体积保持恒定, V1 = V2 , 此为定容过程。 ( iv) 绝热过程
系统状态变化过程中, 与环境间的能量传递仅可能有功的形式, 而无热的形式, 即Q = 0 , 叫绝热过程。 ( v) 循环过程
(II)封闭系统——系统与环境之间通过界面只有能量的传递, 而无 物质的质量传递。因此封闭系统中物质的质量是守恒的。
(III)隔离系统——系统与环境之间既无物质的质量传递亦无能量 的传递。因此隔离系统中物质的质量是守恒的, 能量也是守恒的。
2.系统的宏观性质
热力学系统是大量分子、原子、离子等微观粒子组成的宏观集合
过程——在一定环境条件下, 系统由始态变化到终态的经过。 途径——系统由始态变化到终态所经历的过程的总和。
《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。
物理化学第一章 习题及答案
第一章 热力学第一定律一、 填空题1、一定温度、压力下，在容器中进行如下反应：Zn(s)+2HCl(aq)= ZnCl 2(aq)+H 2(g)若按质量守恒定律，则反应系统为 系统；若将系统与环境的分界面设在容器中液体的表面上，则反应系统为 系统。
2、所谓状态是指系统所有性质的 。
而平衡态则是指系统的状态 的情况。
系统处于平衡态的四个条件分别是系统内必须达到 平衡、 平衡、 平衡和 平衡。
3、下列各公式的适用条件分别为：U=f(T)和H=f(T)适用于 ；Q v =△U 适用于 ；Q p =△H 适用于 ； △U=dT nC 12T T m ,v ⎰适用于 ； △H=dT nC 21T T m ,P ⎰适用于 ； Q p =Q V +△n g RT 适用于 ；PV r=常数适用于 。
4、按标准摩尔生成焓与标准摩尔燃烧焓的定义，在C （石墨）、CO （g ）和CO 2(g)之间， 的标准摩尔生成焓正好等于 的标准摩尔燃烧焓。
标准摩尔生成焓为零的是 ，因为它是 。
标准摩尔燃烧焓为零的是 ，因为它是 。
5、在节流膨胀过程中，系统的各状态函数中，只有 的值不改变。
理想气体经节流膨胀后，它的 不改变，即它的节流膨胀系数μ= 。
这是因为它的焓 。
6、化学反应热会随反应温度改变而改变的原因是 ；基尔霍夫公式可直接使用的条件是 。
7、在 、不做非体积功的条件下，系统焓的增加值 系统吸收的热量。
8、由标准状态下元素的 完全反应生成1mol 纯物质的焓变叫做物质的 。
9、某化学反应在恒压、绝热和只做膨胀功的条件下进行, 系统温度由T 1升高到T 2，则此过程的焓变 零；若此反应在恒温（T 1）、恒压和只做膨胀功的条件下进行，则其焓变 零。
10、实际气体的μ=0P T H〈⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂,经节流膨胀后该气体的温度将 。
11、公式Q P =ΔH 的适用条件是 。
12、若某化学反应，只做体积功且满足等容或等压条件，则反应的热效应只由 决定，而与 无关。
第一章 热力学第一定律(物理化学-印永嘉)解析
焦耳(Joule)和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20多年，用 各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J
这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实 验证明。
对于热力学系统而言，能量守恒原理就是热力学第一定律
到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的 普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：
力学平衡 又称机械平衡，体系各部的压力都相等，边界不再移动。 如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。 相平衡 在系统中多个相（包括g，l，s）的数量和组成不随温度 而变。上述平衡条件中任何一个的不能满足，则系统处于 非平衡态。
化学平衡 反应体系中各物的组成不再随时间而改变。
（二）热力学第一定律 §1.3 能量守恒——热力学第一定律
（2）状态和状态性质
状态是系统的物理性质和化学性质的综合表现。系统状态 的性质称为状态性质，或状态函数。当系统所有的状态性 质都不随时间变化时，则称系统处于“定态”。
容量性质 它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。 这种性质有加和性。
强度性质 它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具 有加和性，如温度、压力等。往往两个容量性质之比成为系 统的强度性质。
（a）气体向真空膨胀
因为外压p外=0，所有在膨胀过程中系统没有 对环境做功，即
W=0
（b）气体在恒定外压的情况下膨胀
W
V2 V1
p外dV p外(V2
V1 )
（c）在整个膨胀过程中，始终保持外压比气体压力p只差 无限小的数值。
W
V2 V1
p外dV
V2 (p-dp)dV
物理化学(第一章)作业及答案
每次物理化学作业及答案§1.1 热力学基本概念第一周(1) 练习1“任何系统无体积变化的过程就一定不对环境作功。
”这话对吗?为什么?答：不对，应该是无体积变化的过程,系统就一定不对环境作体积功。
系统和环境之间交换能量的方式,除体积功外,还有非体积功,如电功,表面功等.2“凡是系统的温度下降就一定放热给环境，而温度不变时则系统既不吸热也不放热。
”这结论正确吗?举例说明之。
答:不正确。
系统的温度下降，内能降低,可以不放热给环境.例如: (13页例1-4) 绝热容器中的理想气体的膨胀过程,温度下降释放的能量,没有传给环境,而转换为对外做的体积功.而温度不变时则系统既不吸热也不放热。
不对, 等温等压相变过程，温度不变,但需要吸热(或放热), 如一个大气压下，373.15K 下，水变成同温同压的水蒸汽的汽化过程，温度不变，但需要吸热。
3在一绝热容器中盛有水，其中浸有电热丝，通电加热。
将不同对象看作系统，则上述加热过程的Q或W大于、小于还是等于零?⑴以电热丝为系统Q<0; W>0；⑵以水为系统; Q>0;W=0；⑶以容器内所有物质为系统Q=0; W>0；⑷将容器内物质以及电源和其它一切有影响的物质看作整个系统。
Q=0;W=0.4在等压的条件下，将1mol理想气体加热使其温度升高1K，试证明所作功的数值为R。
证明：∵等压过程则P1=P2=P e∴W=-p(V2-V1)=-p[ nR(T+1)/p- nRT/p]= -p×(nR/p)= -R51mol理想气体，初态体积为25dm3，温度为373.2K，试计算分别通过下列四个不同过程，等温膨胀到终态体积100dm3时，系统对环境作的体积功。
(1)向真空膨胀。
(2)可逆膨胀。
(3)先在外压等于体积50dm3时气体的平衡压力下，使气体膨胀到50dm3，然后再在外压等于体积为100dm3时气体的平衡压力下使气体膨胀到终态。
(4)在外压等于气体终态压力下进行膨胀。
物理化学-第一章-热力学第一定律-习题精选全文
273.15K
Q p1T1 p2T2
T2
p1T1 p2
2101.325 273.15 4 101.325
136.6K
V2
nRT2 p2
2.80dm3
2. U nCVmT 1.70kJ
H nCpmT 2.84kJ
3. QT C
p
Q pV RT CR p
p2 CR V
p CR V
(2)
9．反响CO〔g〕+1/2O2〔g〕→CO2〔g〕的 △rHmθ，以下说法何者是不正确的？
〔1〕△rHmθ是CO2〔g〕的标准摩尔生成焓 〔2〕△rHmθ是CO〔g〕的标准摩尔燃烧焓 〔3〕△rHmθ是负值 〔4〕△rHmθ与△rUmθ值不等
(1)
三.填空
1．在一绝热箱中置一绝热隔板，将箱分成两 局部。分别装有温度压力都不同的两种气 体。将隔板抽走使气体混合，假设以气体 为系统，那么Q0=〔 〕；W0=〔 〕； △U=〔 0 〕。
四 计算
1．1mol单原子理想气体，始态 2×101.325kPa，11.2dm3，经pT=常数的 可逆过程，压缩到终态为4×101.325kPa， Cvm=3/2R，求：
〔1〕终态的体积和温度； 〔2〕△U和△H； 〔3〕所作的功。
1.
T1
p1V1 nR
2 101.325 11.2 1 8.314
〔1〕B→C过程的△U2； 〔2〕B→C过程的Q2。
U U1 U2 U3 0 U1 0
U2 U3 W3
(2) B→C过程的Q2
∵△U=0, Q=-W(ABC围起的面积) ∵Q=Q1+Q2+Q3, Q3=0 ∴Q2=Q-Q1 Q1 (AB线下面的面积)
陈启元版物理化学第1章 习题解答
U 282 .18(kJ )
总功=电功+体积功=-187.82+3.7182 =-184.102（kJ）
Q U W 282 .18 184 .102 98.08(kJ )
5．在绝热密闭容器内装水1 kg。开动搅拌器使容器中 的水由298 K升温至303 K。已知液体水的 C P ,m≈ CV ,m ＝75.31 J· -1· -1，求 Q 、 W 、 △U 及△H ，结果说 mol K 明什么?
323.15
- Q体 1882.75 -1 S 环 5.05J K T环 373.15
S隔 S体 S环 6,06 - 5.05 1.01J K -1 0
故，过程自发，即不可逆。
16．设有两种气体，其 C P , m＝28 J· -1· -1，用隔板 mol Ｋ 分开(如右图所示)，两侧的体积相等，容器是绝热的。 试求抽去隔板后的 S 。 1 mol A 1 mol B 238 K, V 293 K, V
故：∆S = ∆SA + ∆SB = 6.108 + 5.424 =11.53(K·-1) J
17．试计算压强为、温度为373.15K时，1mol水向真 空蒸发为同温同压的水蒸气的 S 体 、S 外及 S总。已 知水的蒸发热 ( p 、373.15 K)为40.710 J· -1，在 mol 此条件下的水蒸气可视为理想气体。
W - pV - p(V2 - V1 ) -p(2V 1 - V1 ) nRT1 100 - pV1 - p -nRT1 8.314 273 .15 p 28 -8110 J -8.11k J
物理化学第一章课后习题解答
第一章习题解答1.1物质的体膨胀系数αV与等温压缩率κT的定义如下：试导出理想气体的、与压力、温度的关系解：对于理想气体：PV=nRT , V= nRT/P求偏导：1.2 气柜储存有121.6kPa，27℃的氯乙烯（C2H3Cl）气体300m3，若以每小时90kg 的流量输往使用车间，试问储存的气体能用多少小时？解：将氯乙烯(M w=62.5g/mol)看成理想气体：PV=nRT , n= PV/RT n=121600⨯300/8.314⨯300.13 (mol)=14618.6molm=14618.6⨯62.5/1000(kg)=913.66 kgt=972.138/90(hr)=10.15hr1.3 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：将甲烷(M w=16g/mol)看成理想气体：PV=nRT , PV =mRT/ M w 甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PM w/RT=101.325⨯16/8.314⨯273.15(kg/m3)=0.714 kg/m31.4 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。
水的密度按1 g.cm-3计算。
解：球形容器的体积为V=（125-25）g/1 g.cm-3=100 cm3将某碳氢化合物看成理想气体：PV=nRT , PV =mRT/ M wM w= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)⨯8.314⨯300.15/(13330⨯100⨯10-6)M w =30.51(g/mol)1.5 两个容器均为V的玻璃球之间用细管连接，泡内密封着标准状况下的空气。
若将其中一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃，忽略连接细管中的气体体积，试求该容器内空气的压力。
物理化学 答案 第一章_习题解答
解：题给过程可表示为： n=1mol，理想气体
⎧t3 = 97 C ⎧t1 = 27 C ⎧t2 = t1 ⎪ ⎪ ⎪ 恒温 , 恒外压 恒容 → ⎨ p2 = p (环) ⎯⎯⎯ → ⎨ p3 = 1013.25kPa ⎨ p1 = 101.325kPa ⎯⎯⎯⎯⎯ (1) (2) ⎪V ⎪V ⎪V = V 2 ⎩ 2 ⎩ 1 ⎩ 3
因为 P3V3 = P1V1， 所以 T3 = T1 ΔU = 0 ΔH = 0
n = 10mol , 理想气体
W = W1 + W2 = W2 = − P2 (V3 − V2 ) = −2 × 105 × (10 − 1) × 10−3 J = −1800J Q = ΔU − W = −W = 1800 J
∵ W2 = 0 ∴ W = W1+W2 = W1 = 17.74kJ
整个过程： ΔH = nC p , m (T3 − T1 ) = n(Cv , m + R )(T3 − T1 ) =1×(20.92+8.314)× (97-27)kJ = 2.046kJ
ΔU = nCv , m (T3 − T1 ) = 1 × 20.92 × (92 − 27)kJ = 1.46kJ
η = −Wr / Q1 = (T1 − T2 ) / T1 = (500 − 300) / 600 = 40%
第二个卡诺热机效率
η ′ = −Wr / Q1′ = (T1 − T2′) / T1 = (500 − 250) / 600 = 50%
∵
η =η′
∴两个热机的效率不相同
（2）第一个热机吸收的热量： Q1 =
−Wr = −2.5Wr η 0.4 −Wr −Wr 第二个热机吸收的热量： Q1′ = = = −2Wr η′ 0.5 =
物理化学第一章课后习题解答
第一章习题及答案8．1mol 理想气体，始态为2×101.325kPa 、11.2dm 3，经p T ＝常数的可逆过程压缩到终态为4×101.325kPa ，已知C V =3/2R 。
求：（1）终态的体积和温度。
（2）ΔU 和ΔH （3）所作的功。
解：(1)T 1=p 1V 1/nR 273314.8/102.112026503=××=−K 因pT =常数故T 2=p 1T 1/p 2=202.65×273/405.3=136.5KV 2=nRT -2/p 2=8.314×136.5/405.3=2.8dm 3(2)单原子理想气体C V ,m =3/2R,C p ,m =5/2RΔU =C V (T 2－T 1)=3/2×8.314×(136.5－273)=－1702J ΔH =C p (T 2－T 1)=5/2×8.314×(136.5－273)=－2837J (3)pT =B,p =B/T V=RT/p=RT 2/B,d V=(2RT/B)d TJ2270)2735.136(314.82d 2d B2B d =−××−=−=−=−=∫∫∫TR T RTT V p W 9．1mol 理想气体从373.15K 、0.025m 3经下述四个过程变为373.15K 、0.1m 3：（1）等温可逆膨胀；（2）向真空膨胀；（3）等外压为终态压力下膨胀；（4）等温下先以等外压等于气体体积为0.05m 3时的压力膨胀至0.05m 3，再以等外压等于终态压力下膨胀至0.1m 3。
求诸过程系统所作的体积功。
解：（1）∫−=−=12lnd V V nRT V p W J 4301025.01.0ln15.373314.81−=×××−=J （2）)(0)(1212e V V V V p W −×−=−−==0（3）)()(122122V V V nRTV V p W −×−=−−=J 2326)025.01.0(1.015.373314.81−=−×××−=J（4）)]05.01.0(1.0[)025.005.0(05.0−×−+−−=nRTnRT W =－3102J 15．298.15K 的0.5g 正庚烷在等容条件下完全燃烧使热容为8175.5J·K -1的量热计温度上升了2.94℃，求正庚烷在298.15K 完全燃烧时的ΔH 。
《物理化学》课后习题第一章答案
《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)0 0（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 TQ ＝)(11,初末－T T nC m v +0+)(33,初末－T T nCmp＝）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 ＝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 ?＝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 ＝261.9JQ ＝U ?+W ＝632.6J H ?＝)(12,T T nCmp -＝[)400610(314.8251.0-]＝436.4J(2) Q ＝恒压绝热Q Q +＝0+)(12,T T nCmp -＝463.4JU ?＝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。
物化第一章作业答案课件
3. 物化的应用实例包括：炼 油、制药、食品加工、材料合
成等。
练习题二及答案
练习题二 1. 解释物化的基本原理。
2. 说明物化过程中的能量变化。
练习题二及答案
• 列举物化过程中的几个重要反应类型。
练习题二及答案
01
答案
02
1. 物化的基本原理是通过物理或化学手段改变物质的性质，通常涉及 到分子结构和性质的改变。
题目三解析
问题
请解释为什么在等温、等容条件下，理想气体的内能只与分子数有关？
解答
在等温、等容条件下，理想气体的内能可以用分子数表示。根据热力学第一定律 $U = Q + W$，由于等容条件下体积不变，所以 $W = 0$。因此，内能 $U = Q$。由 于温度不变，分子平均动能也不变，所以内能只与分子数有关。
答案
化学反应达到平衡状态时，正反应 速率等于逆反应速率，反应物的浓 度和产物的浓度不再发生变化。
题目三答案
问题
什么是催化剂？
答案
催化剂是一种能够加速化学反应的物质，本身 不参与化学反应。
问题
催化剂的作用是什么？
答案
催化剂的作用是降低化学反应的活化能，从而加速 化学反应的速率。
催化剂有哪些种类？
问题
3. 优化这些参数的方法包括：通过实验确定最佳 参数组合、采用先进的工艺技术和设备、加强过 程控制和监测等。
05
重点与难点总结
重点总结
重点1
物化的基本概念和意义。
重点3
热力学第一定律和第二定律的应用。
重点2
物质的状态和相变。
重点4
化学反应的动力学和热力学。
难点总结
难点1
难点2
物理化学第一章课后答案说课材料
物理化学第一章课后答案物理化学核心教程（第二版）参考答案第一章气体一、思考题1. 如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。
采用的是气体热胀冷缩的原理。
2. 在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。
试问，这两容器中气体的温度是否相等？答：不一定相等。
根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。
3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。
当左球的温度为273 K，右球的温度为293 K时，汞滴处在中间达成平衡。
试问：（1）若将左球温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动？（2）若两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动？答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。
（2）两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。
因为左边起始温度低，升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。
4. 在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。
请估计会发生什么现象？答：软木塞会崩出。
这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。
如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。
防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。
5. 当某个纯物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化？答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。
但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。
而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。
随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。
物理化学(周鲁)第一章作业参考答案
代入上题得，
Cp CV dS = dp + dV p V 积分得
∆S = nCV ,m ln
p2 V + nC p ,m ln 2 。 。 p1 V1 （本题可参考教材 29 页）
书上得来终觉浅，绝知此事须躬行
1-25 证明 （1） dU = TdS − pdV
定容条件下 定容下两边除δT
dU = TdS
dT
V
∂ U ∂ V ⎞ ⎟ ⎠
⎞ ⎟ ⎠
dV
T
dT
V
dV
T
⎛ ∂ T ⎞ = ⎜ ⎟ ∂ V ⎝ ⎠ U dU = TdS ⎛ ∂ U ⎜ ⎝ ∂ V ⎛ ∂ T ⎜ ⎝ ∂ V ⎛ ∂ S ⎜ ⎝ ∂ V ⎛ ∂ T ⎜ ⎝ ∂ V ⎞ ⎟ ⎠ ⎞ ⎟ ⎠ ⎞ ⎟ ⎠ ⎛ ∂ U ⎢ − ⎜ ⎝ ∂ V ⎣ pdV ⎞ ⎟ ⎠ −
书上得来终觉浅，绝知此事须躬行
ΔU1=0, Q1=-W1 W2=0, Q2=ΔU2=nCv,m ΔT=1×20.92×(273.15+97-273.15-27)=1.46kJ W=W1+W2=17.75+0=17.75KJ Q=Q1+Q2=-17.75+1.46=-16.29KJ. ΔU=nCv,m ΔT=1.46kJ ΔH=nCp,mΔT=(20.92+R)×70=2.05KJ. 1-5 解：分析: 理想气体，n=2mol, T1=298.15k, p1=1.00×106Pa, V1=? n=2mol, T2=298.15k, p2=1.00×105Pa, V2=? V1=nRT1/p1=2×8.314×298.15/1.00×106=4.96×10-3m3 V2=nRT1/p2=2×8.314×298.15/1.00×105=4.96×10-2m3 计算： （1）自由膨胀， 温度不变，W=Q=ΔH=ΔU=0 . （2）恒外压等温膨胀，ΔH=ΔU=0 ， W=-1.00×105（V2-V1）=4.46KJ， 1-9 解：分析: 理想气体，V1=200×10-3m3, T1=293.15K, p1=2.5331×105Pa, γ=1.4， n=?mol 等容加热 V2=V1，T2=353.15K, p2=？ 计算： Q=-W （3）等温可逆膨胀，ΔH=ΔU=0，Q=-W=nRTlnV2/V1=11.4KJ.
物理化学第一章作业讲解
（3）
U nCV ,m (373 298 ) 10.61kJ
H nCP,m (373 298) 13.72kJ
QV U 10.61kJ
W=0
1-10 298K时将1mol液态苯氧化为CO2 和 H2O ( l ) ，其定 容热为 －3267 kJ· mol-1 , 求定压反应热为多少？
→
C2H5OH (l) 348K △H3
298K
C2H4 (g) + H2O (g)
→ C2H5OH (l) 298K
△rHmӨ = △rHmӨ ( 298K ) + △H1 + △H2 + △H3 = △rHmӨ ( 298K )＋
298
nC p,m (C 2 H 4 )dT
288
298
nC p,m ( H 2O)dT
Q W 11.49kJ
1-5 1 mol水在100 ℃，100 kPa下变成同温同压下的水蒸气， 然后等温可逆膨胀到4×104 Pa，求整个过程的 Q 、W、△U及 △H。已知水的汽化焓△vapHm=40.67 kJ/mol 解：分两步计算，第一步是等温等压可逆相变，第二步是理想 气体等温可逆。 第一步：
第一章作业讲解
1-3 2mol 理想气体在300K，100kPa等温可逆压 缩到1000 kPa，求该过程的 Q 、W、△U及△H。 解： U T nCV ,m dT
1
T2
H
T2
T1
nC p ,m dT
理想气体等温 △U = 0 △H = 0 P2 1000 W nRT ln 2 8.314 300ln 11.49kJ P 100 1
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r Cp,m 6.46 5.14 103T 0.33105T 2 1.01106 T 2
r H m (1217 K ) r H m (298)
1217 298
(6.46 5.14 103 T 0.33 105 T 2 1.01106 T 2 ) dT
W nRT
1000 g 1 1 5 8.314 J mol K (673.2 373.2) K 1.4 10 J 1 18 g mol
U Q W 5.7 105 J 1.4 105 J 4.3105 J
8. 已知冰在273.2 K及101.325 kPa时的熔化热为6.002 kJ· mol-1，
1 92.31103 J mol 1 [6.46 (1217 298) 5.14 10 3 (1217 2 2982 ) 0.33 105 2
1 1 1 ( ) 1.01106 (12173 2983 )]J mol 1 1217 298 3
V1 W nRT ln V2
4.3 103 J
25dm3 103 1mol 8.314 J mol K 373.2 K ln 100dm3 103
1 1
（2）向真空碰撞 W=0
（3） 两次等外压且定温膨胀
pV nRT
nRT 1mol 8.314 J mol 1 K 1 373.2K 4 p1 6.21 10 Pa V1 50dm3 103
nRT 1mol 8.314 J mol 1 K 1 373.2K p2 3.10 104 Pa 3 3 V2 100dm 10
W1 p1V 6.21104 Pa (50dm3 103 25dm3 103 ) 1.55103 J
9. 在定容条件下，加热氦气，起始体积为100 dm3，温度为 273 K，压力为标准压力，加热后压力增加至2倍标准压力，
试计算ΔU和ΔH 解 氦气为理想气体，且是定容过程，则pv=nRT, Cv ,m
p2 T2 T1 2 273K 546 K p1
100 103 Pa 100 103 m3 3 U nCv ,m T 8.314 J mol 1 K 1 (546 273) K 1 1 8.314 J mol K 273K 2
n 1000 g 64 g mol 1
T2
Q H相变热
Q nC p,m (s)(1356K 298K ) n 13.56 103 J mol 1 K 1 nC p,m (l )(1473K 1356K )
1000 g (24.28 J mol 1 K 1 1058K 13.56 103 J mol 1 K 1 31.4 J mol 1 K 1 117 K ) 1 64 g mol
3 R 2
15kJ
100 103 Pa 100 103 m3 5 H nC p ,m T 8.314 J mol 1 K 1 (546 273) K 1 1 8.314 J mol K 273K 2
25kJ
10和11略，方程式的加减。
试计算反应 2 H
解
1
2
1 ( g ) Cl2 ( g ) HCl ( g )在1273 2
K时的反应热。
r C p ,m vB C p ,m (26.53 4.60 103 T 1.09 105 T 2 ) J mol 1 K 1 1 (29.07 0.836 103 T 2.01 106 T 2 ) J mol 1 K 1 2 1 (36.90 0.25 103 T 2.845 105 T 2 ) J mol 1 K 1 2
1
0.1105 Pa 1mol 8.314 J mol K 300 K (1 ) 0.25 105 Pa
1
1.5 103 J
Q W 1.5 103 Jຫໍສະໝຸດ （2）T'
p2V1 nR
p2
nRT p1 p 2T nR p1
W nRT nR(T T ' ) nR(T
V2
nRT p2
（1）
T' p1V2 nR
p1
nRT p2 p 1T nR p2
p1 p T T ) nRT (1 1 ) p2 p2
W nRT nR(T ' T ) nR(
or
W p1 (V2 V1 ) p1 (
p nRT nRT ) nRT (1 1 ) p2 p1 p2
(2)
nRT2 1mol 8.314 J mol 1 K 1 563.1K p2 936.32kPa 3 3 V2 5dm 10
(3) 绝热可逆过程，Q=0
5 W nCV ,m (T2 T1 ) 1mol R (563.1K 298.2 K ) 5.5 103 J 2
2. 将1 kg铜从25 ℃加热到1200 ℃，需供热多少？已知铜的熔点 为1083 ℃，熔化热为13.56×103 J﹒mol-1，铜的 C
C p,m (s) 24.28J mol 1 K 1。
p,m
(l ) 31.4J mol 1 K 1,
解 定压过程 Qp H T nCp,mdT，相变过程
水在373.2 K及101.325 kPa时的蒸发热为40.59 kJ· mol-1，在 273.2 K~ 373.2 K之间水的平均定压热容为75.3 J· mol-1· K-1。今
在101.325 kPa下，将1mol冰(273.2 K)变为373.2 K的水蒸气，其
ΔU和ΔH为多少？
解 题目中的过程是不可逆相变过程，
7. 已知水蒸气的平均摩尔热容， C p,m 34.10J mol 1 K 1, 现将
1 kg，373.2 K的水蒸气在101.325 kPa下升温至673.2 K，求该 过程中的Q、W、 ΔU及ΔH。 解 恒压无非体积功的过程，则
Q H nC p ,m T 1000 g 1 1 5 34.10 J mol K (673.2 373.2) K 5.7 10 J 18 g mol 1
H3 H1 H2 H2O(s, 273.2K ) H2O(l, 273.2K ) H2O(l,373.2K ) H2O( g,373.2K )
H1 nH fus 1mol 6.002kJ mol 1 6.002kJ
H2 nCp,mT 1mol 75.3J mol 1 K 1 (373.2 273.2)K 7.53kJ
W2 p2V 3.10 104 Pa (100dm3 103 50dm3 103 ) 1.55103 J
W W1 W2 3.1103 J
（4）
W p2V 3.10 104 Pa (100dm3 103 25dm3 103 ) 2.33103 J
6.71105 J
3. 在300 K时，5 mol氢气由5 dm3定温膨胀到50 dm3 ，试计算 其膨胀功。假定该气体为理想气体。 解
W pdV
V2
nRT dV V
W nRT ln V nRT ln
V1
V2 V nRT ln 1 V1 V2
1
5dm3 103 5mol 8.314 J mol K 300 K ln 50dm3 103
H3 nH fus 1mol 40.59kJ mol 1 40.59kJ
H H1 H2 H3 54.12kJ
U H p(Vg Vl ) H pVg H nRT2 54.12kJ 1mol 8.314 103 kJ mol 1 K 1 373.2K 51.02kJ
1
2.87 104 J
4. 1mol理想气体，始态体积为25 dm3，温度为373.3 K。分别 通过下列四个过程定温膨胀，末态体积为100 dm3，求系统所做
的功。
（1）可逆过程； （2）向真空膨胀；
（3）先在外压等于体积为50 dm3时气体的平衡压力下，使气
体定温膨胀到50 dm3，然后再在外压等于体积为100 dm3时气 体的平衡压力下进行定温膨胀； （4）在外压等于末态压力下进行定温膨胀。 解 （1）可逆过程
12、13、14一个类型，以12为例 12 氯化氢气体的标准生成焓，氯化氢、氢气、氯气的摩尔定 压热容分别为 f Hm (298K ) 92.31kJ mol 1
HCl : C p ,m (26.53 4.60 103 T 1.09 105 T 2 ) J mol 1 K 1 H 2 : C p ,m (29.07 0.836 103 T 2.01106 T 2 ) J mol 1 K 1 Cl2 : C p ,m (36.90 0.25 103 T 2.845 105 T 2 ) J mol 1 K 1
C p ,m 7 R 2 CV , m 5 R 2
1.40
(1)
nRT 1mol 8.314 J mol 1 K 1 298.2K V1 0.0245m3 24.5dm3 p1 101.325kPa
1 TV T2V2 1 1 1
V1 1 24.5dm3 1.41 T2 T1 ( ) 298.2K ( ) 563.1K V2 5dm3
5. 1 mol 单原子分子理想气体，由0.1×105 Pa，300 K按下面两 种不同过程压缩到0.25×105 Pa，300 K，试计算并比较两过程 的W,Q, ΔU及ΔH。 (1)定压冷却后再定容加热 (2)定容加热后再定压冷却