第五版物理化学第二章习题答案

热力学第一定律第二章

℃，求过程中系统与环境交换的功。1mol理想气体在恒定压力下温度升高12.1

n = 1mol解：理想气体

）,应用式（2.2.3对于理想气体恒压过程) =－8.314J(nRT－p(V-V) =

－-nRTW =－pΔV =11amb22

下全部凝结成液态水。求过程的功。假设：100℃,101.325kPa2.2 1mol水蒸气(HO,g)在2相对于水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。解: n = 1mol

水蒸气可看作理想气体, 应用式（2.2.3）恒温恒压相变过程, p(V-V) ≈ pVg =

nRT = 3.102kJW =－pΔV =－g ambl

水(H，求过程的体积功。O,l)2.3 在25℃及恒定压力下，电解1mol21/2O(g) HO(l) ＝H(g) + 222解: n = 1mol

恒温恒压化学变化过程, 应用式（2.2.3）

W=－pΔV =－(pV-pV)≈－pV=－nRT=－3.718kJ 2222amb2 11

2.4 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a的

Q=2.078kJ,Wa=－a4.157kJ；而途径b的Q=－0.692kJ。求W.bb

解: 热力学能变只与始末态有关,与具体途径无关,故ΔU = ΔU ba由热力学

第一定律可得 Qa + Wa = Q + W bb∴ W = Q + W －Q= －1.387kJ b baa

两不同途径到达相同的末℃，200 kPaba，的5 mol某理想气体，经途径 2.5 始态为25

；再恒容加热到压力100 kPa，步骤的功a先经绝热膨胀到 -28.47℃，态。途经

的。途径b为恒压加热过程。求途径200 kPa的末态，步骤的热b及。

解：先确定系统的始、末

态

nRT15.8.314×298×513m==0.V0619=1200000P1nRT5×8.314×244.583

m1016==0=VV=.2P100000ΔU=W+Q=(－5.57+25.42)kJ=19.85kJ aa 对于途径b，其功为

W=－pΔV=－200000（0.1016－0.0619）J=－7.932kJ1b根据热力学第一定律

的值。ΔH－ΔU, 4mol2.6 某理想气体，温度升高20℃求解：根据焓的定义

-3。求1mol水(HO,l)在25℃的密度ρ=997.04kg·m℃下：（1）压力从

100kPa2.7 已知水在252增加至200kPa时的ΔH;（2）压力从100kPa增加至1Mpa时的ΔH。假设水的密度不随压力改变，在此压力范围内水的摩尔热力学能近似认为与压力无关。

-3-3-1 kg· = 18.015 × 10: 已知ρ= 997.04kg·mmol M解H2O凝聚相物质恒温变压过程, 水的密度不随压力改变,1molHO(l)的体积在此压力范围可认2为不变, 则 V = m /ρ= M/ρH2OΔH －ΔU = Δ(pV) = V(pp) 1 2 －摩尔热力学能变与压力无关, ΔU = 0

∴ΔH = Δ(pV) = V(pp) 1 2 －1) ΔH －ΔU = Δ(pV) = V(pp) = 1.8J

1 2 －2) ΔH －ΔU = Δ(pV) = V(pp) = 16.2J1 2 －

2.8 某理想气体C=3/2R。今有该气体5mol在恒容下温度升高50℃。求过程的W，Q，ΔH v,m和ΔU。

解: 理想气体恒容升温过程 n = 5mol C= 3/2R V,m

Q =ΔU = n CΔT = 5×1.5R×50 = 3.118kJ V,mV W = 0

ΔH = ΔU + nRΔT = n CΔT p,m= n (C+ R)ΔT = 5×2.5R×50 = 5.196kJ V,m

2.9 某理想气体C=5/2R。今有该气体5mol在恒压下温度降低50℃。求过程的W，Q，ΔU v,m和ΔH。

解: 理想气体恒压降温过程 n = 5mol

C= 5/2R C= 7/2R p,m V,m

Q =ΔH = n CΔT = 5×3.5R×(－50) = －7.275kJ p,mp W =－pΔV =－p(V-V) =－(nRT-nRT) = 2.078kJ122amb1ΔU =ΔH－nRΔT = nCΔT = 5×2.5R×(-50) = －5.196kJ V,m

3，先恒容加热使压力升高至100kPa,50dmC=7/2R。由始态2mol2.10 某理

想气体，p,m3。求整个过程的W，Q，ΔH，再恒压冷却使体积缩小至200kPa25dm 和ΔU。

解：过程图示如下

和只是温，则由于，对有理想气体

度的函数

该途径只涉及恒容和恒压过程，因此计算功是方便的

根据热力学第一定律

3的恒容密闭容器中有一绝热隔板,其两侧分别为0℃,4mol2.15 容积为

0.1m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 。

-1-1-1-1，K·及24.435 J·mol的摩尔定压热容已知：Ar(g)和Cu(s)C分别为20.786J·molK·p,m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 (Ar,g)×(t－0) 2V,mΔU(Cu,S) ≈ΔH (Cu,s) = n(Cu,s)C(Cu,s)×(t－150) 2p,m解得末态温度 t = 74.23℃2又得过程

ΔH =ΔH(Ar,g) + ΔH(Cu,s)

=n(Ar,g)C(Ar,g)×(t－0) + n(Cu,s)C(Cu,s)×(t－150) 2p,mp,m2 = 2.47kJ

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