物理化学第三章 习题解答
大学物理化学 第三章 多组分系统热力学习指导及习题解答
RT Vm p A Bp
积分区间为 0 到 p,
RT
p
d ln
f=
（p RT
A Bp)dp
0
0p
RT p d ln（ f ）= （p A Bp)dp Ap 1 Bp2
0
p0
2
因为
lim ln( f ) 0 p0 p
则有
RT ln（ f ）=Ap 1 Bp2
为两相中物质的量浓度，K 为分配系数。
萃取量
W萃取
=W
1
KV1 KV2 V2
n
二、 疑难解析
1. 证明在很稀的稀溶液中，物质的量分数 xB 、质量摩尔浓度 mB 、物质的量浓度 cB 、质量分数 wB
之间的关系： xB
mBM A
MA
cB
MA MB
wB 。
证明：
xB
nA
nB nB
nB nA
）pdT
-S
l A,m
dT
RT xA
dxA
-S（mg A）dT
-
RT xA
dxA =
S（mg A）-S
l A,m
dT
Δvap Hm (A) T
dT
-
xA 1
dxA = xA
Tb Tb*
Δvap Hm (A) R
dT T2
若温度变化不大， ΔvapHm 可视为常数
- ln
xA =
Δvap Hm (A) R
真实溶液中溶剂的化学势 μA μ*A(T, p) RT ln γx xA =μ*A(T, p) RT ln aA,x
真实溶液中溶质 B μB μB* (T, p) RT ln γx xB =μ*A(T, p) RT ln aB,x
物理化学第三章课后答案完整版
第三章热力学第二定律3.1 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。
求（1）热机效率；（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为根据定义3．2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：（1）热机效率；（2）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热解：(1) 由卡诺循环的热机效率得出（2）3．3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求（1）热机效率；（2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。
解： （1）(2)3．4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功r W 等于不可逆热机作出的功－W 。
假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修斯说法。
证： （反证法） 设 r ir ηη>不可逆热机从高温热源吸热，向低温热源放热，对环境作功则逆向卡诺热机从环境得功从低温热源吸热向高温热源放热则若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不可逆热机从高温热源吸收的热相等，即总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境作功，违背了热力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。
3．5 高温热源温度，低温热源温度，今有120KJ的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程。
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程3.6 不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。
（1）可逆热机效率。
（2）不可逆热机效率。
（3）不可逆热机效率。
解：设热机向低温热源放热，根据热机效率的定义因此，上面三种过程的总熵变分别为。
3.7 已知水的比定压热容。
今有1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加热成100 ℃的水，求过程的。
（1）系统与100℃的热源接触。
（2）系统先与55℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。
第五版物理化学第三章习题答案
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求（1）热机效率；（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为根据定义3．2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：（1）热机效率；（2）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热解：(1) 由卡诺循环的热机效率得出（2）3．3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求（1）热机效率；（2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。
解：（1）(2)3．4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功等于不可逆热机作出的功－W。
假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修斯说法。
证：（反证法）设不可逆热机从高温热源吸热，向低温热源放热，对环境作功则逆向卡诺热机从环境得功从低温热源吸热向高温热源放热则若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不可逆热机从高温热源吸收的热相等，即总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境作功，违背了热力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。
3．5 高温热源温度，低温热源温度，今有120KJ的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程。
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程3.6 不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。
物理化学 答案 第三章_习题解答
Ο 在 298.15K 的 Δ r H m = −9.20kJ ⋅ mol −1 ，C2H5OH （1） 的标准摩尔燃烧焓为-1366.8kJ·mol 1， CH3COOH （1）
-
Ο 的为-874.54kJ·mol 1。试求 CH3COOC2H5（1）的标准摩尔生成焓 Δ f H m （298.15K） 。
-
解：根据题给数据，可设计下列过程：
Δr H m CH 2COOH (1) + C2 H 5OH (1) + 5O2 ( g ) ⎯⎯⎯ → CH 3COOC2 H 5 (1) + H 2O (1) + 5O2
Ο
Δ c H1
恒温 25℃ 4CO2（g）+5H2O(1)
Δc H 2
Ο Δ c H 2 = Δ c H1 − Δ r H m (298.15K ) Ο Ο Δ c H1 = Δ c H m (CH 3 COOH ,1, 298.15 K ) + Δ c H m (C2 HOH ,1, 298.15K )
(3) Δ r Η m = Δ f Η m (CH 3 OH ) − Δ f Η m (CH 4 ) −
Θ
Θ
Θ
1 Δ f ΗΘ m (O2 ) 2
= −238.7 − (−74.81) = −163.89 KJ ⋅ mol −1
Θ Θ Θ Δr Sm = Sm (CH 3 OH ) − S m (CH 4 ) −
= −393.51 − 74.81 − (−484.5) = −16.18 KJ ⋅ mol −1
Δ r C p ,m = C p ,m (CO2 ) + C p , m (CH 4 ) − C p ,m (CH 3COOH ) = 31.4 + 37.7 − 52.3 = 16.8 J ⋅ mol −1
物理化学第三章 习题解答
第三章 习题解答1. 在298 K 和标准压力下，含甲醇(B)的摩尔分数x B 为0.458的水溶液的密度为0.89463kg dm -⋅，甲醇的偏摩尔体积313(CH OH)39.80 cm mol V -=⋅，试求该水溶液中水的偏摩尔体积2(H O)V 。
解：3322(CH OH)(CH OH)(H O)(H O)V n V n V =+3330.45832(10.458)18()dm 0.02729 dm 0.894610mV ρ⨯+-⨯===⨯ 3313120.027290.45839.8010(H O)() cm mol 16.72 cm mol 10.458V ----⨯⨯=⋅=⋅-2. 298 K 和标准压力下，有一甲醇物质的量分数为0.4的甲醇－水混合物。
如果往大量的此混合物中加入1 mol 水，混合物的体积增加17.35 cm 3；如果往大量的此混合物中加1 mol 甲醇，混合物的体积增加39.01 cm 3。
试计算将0.4 mol 的甲醇和0.6 mol 的水混合时，此混合物的体积为若干？此混合过程中体积的变化为若干？已知298 K 和标准压力下甲醇的密度为0.79113g cm -⋅，水的密度为0.99713g cm -⋅。
解：312(H O)17.35cm mol V -=⋅313(CH OH)39.01 cm mol V -=⋅33322(CH OH)(CH OH)(H O)(H O)26.01 cm V n V n V =+=混合前的体积为：33[(18/0.9971)0.6(32/0.7911)0.4] cm 27.01 cm ⨯+⨯=31.00 cm V ∆=3. 298 K 时，K 2SO 4在水溶液中的偏摩尔体积V B 与其质量摩尔浓度的关系式为：1/2B 32.28018.220.222V m m =++，巳知纯水的摩尔体积V A , m = 17.96 cm 3·mol -1，试求在该溶液中水的偏摩体积与K 2SO 4浓度m 的关系式。
物理化学第3章 部分习题解答
m有机物
Tb ,有机物 W有机物 / M 有机物 W醇 Kb
M 有机物
K bW有机物 1.0291 2 0.1647 kg mol 1 W醇Tb ,有机物 100 0.1250
此有机物质的相对摩尔质量为0.1647kg · -1。 mol
12. 人的血液(可视为水溶液)在101.325kPa于-0.56℃凝固。已知 水的K f 1.86 K kg mol 1 。（1）求血液在37℃时的渗透压； （2）在同温度下，1dm3蔗糖（C12H22O11）水溶液中需含有多 少克蔗糖时才能与血液有相同的渗透压？
解：（1） m血液
c糖
M糖
V糖
c血 m 血 0.3011
W
糖
c糖V糖M 糖 0.3011 1 342 .3 103 .1 g
水溶液中需含有103.1克蔗糖时才能与血液有相同的渗透压。
20. 288.15K时，1mol NaOH溶在4.59mol H2O中所形成溶液的蒸气 压为596.5Pa。在该温度下，纯水的蒸汽压为1705Pa，求： （1）溶液中水的活度等于多少？（2）在溶液中，水的化学势 与纯水相差多少？
+
1 mol A + 2 mol B 混合物
分离前： G1 2mol ( A RT ln 0.5) 2mol ( B RT ln 0.5) 1 2 G 分离后： 2 1mol A 1mol ( A RT ln ) 2mol ( B RT ln ) 3 3 G G2 G1 2139 J， W G 2139 J， 即环境对体系所做的最小功为2139 J。
物理化学课后习题第三章答案
3.31. 02（g ）的摩尔定压热容与温度的函数关系为—=（28.17 + $297 x 1『（T/K ）- 0.7494 x 1沪 g 酹卜 mol _l K'1已知25 C 下O 2（g ）的标准摩尔爛匸•f 匚‘。
求02（g ）在 100C, 50 kPa 下的摩尔规定熵值 — 解：由公式T p严叫气门风=瞪+ 二呵—肪爼J 盹 15K T100=205,138+ 28.17hi+ 6.297xW 3 x75298 15 曲廿*卄壯巴2 100 = 217.6751 mol -1 K -13.33. 已知25C 时液态水的标准摩尔生成吉布斯函 I 八:三匸」=:「勺 匚二…|，水在25C 时的饱和蒸气压/■ " ■' lfl ； '「」。
求25C 时水蒸气的标准 摩尔生成吉布斯函数。
解:AG ；AG =厲笙 邑O.g) -亠盅(比00 = AG 1 + AG 2 + AG 3恒温下dG = -pd^f =AO对凝聚相恒温过程A。
佟0 , 可逆相变AG3= 0因此2：（H a O,g）= g（HQJ）- J；\松=3：（HQJ）- RTh旦' Pi=-237.129XW3- 298.152?In 丄竺100=-228.57 lkJ mol3.36已知在101.325 kPa下，水的沸点为100C，其比蒸发焓一--几已知液态水和水蒸气在100〜120C范围内的平均比定压热容分别为：■..J-.',' - ■ ■■-及」丁…：。
今有101.325 kPa下120°C的1 kg过热水变成同样温度、压力下的水蒸气。
设计可逆途径，并按可逆途径分别求过程的丄J及」」。
解：设计可逆途径如下A J¥=A//]+A//2 +A禺=叫0比- £) +沁Q +咖越)低-驾)=廉后)-讥血一爲)+沁卅= lx(2 033-4,224)X20+1X 2257.4= 2213.6kJ十』)ln J泌小+心九爲d卅373.15 1x2257.4 “ ° 心“ 393.15= 1x4.224In ---------- F ------------- +1x2.0331n ----------393.15 373.15 373.15=5.935 kJ K-1AG = AH-7hS= 2213.6 - 393.15 x 5.935= -119 77 kJ3.40化学反应如下：CH』g) + CO 血卜=2CO(g)+H2(g)(1)利用附录中各物质的S°m, △ f G °m数据，求上述反应在25 C时的△r S°m,△ r G m ；(2)利用附录中各物质的Af G em数据，计算上述反应在25C时的':'-L ;(3)25C，若始态CH4(g)和H2(g)的分压均为150 kPa，末态CO(g)和H2(g)的分压均为50 kPa,求反应的人r丄一解(1) 25 Q时题给反应的、瓷=S^H^B) = 2A f H^(C0J g)-^(044,8)^^(002^) B=|2x( - 110.525)- (-74.81)-(-393.509)}kJ-moP l= 247.269 kJ-mol-1irS® = S V B S S(B^)=2 S®(C0.g) + 2 S®(H3>g) - S软CH^g)-熏(COzQ=(2 X (197-674+130.684)-186.264 - 213.741 J*n»r u K_1= 256.712 J^mor^K-1=(247 ・ 269 - 298 ・ 15 x 256 ・ 712 x KT?)町・ mol -1 = 170.730 kJ ・moL所以 AS =AS(N 2) + ^S(H 2O) = (15.237+335.479 )J-K^ = 350.716 J-K^1TAS = 373.15 Kx350.716 J ・KT = 130.87 kJ dA = AU-TZ\S = (112.696-130.8刀 kJ=-18.174 kJAG - AZZ - TAS = (122.004 - 130.87)kJ - -8.866 kJ (2) 25t 时，=为"QG^(B,p )B= 2A f G2(CO,g)-A f G®(CH 4,g)-A f G®(CQ 2,g) =-(2 x 137.168 - 50.72 - 394.359)kJ • mol'1 =170.743 kJ-moP 1(3)由于参加反应的各物质皆不处于标准状态，所以，需要设计岀一条途 径，利用标准状态下反应的热力学函数变，计算在指定条件下的有关的函数变。
物理化学第三章习题和答案
第三章 化学反应系统热力学 (习题答案) 2007-6-6§3.1 标准热化学数据 练习1 所有单质的 Om f G ∆ (T )皆为零?为什么?试举例说明?答：所有处于标准状态的稳定单质的O m f G ∆ (T )（因为生成稳定单质，稳定单质的状态未发生改变）；如单质碳有石墨和金刚石两种，O m f G ∆ (298.15K ，石墨，)=0kJmol -1.而O m f G ∆ (298.15K ，金刚石，)=2.9kJmol -1, (课本522页)，石墨到金刚石状态要发生改变，即要发生相变，所以O m f G ∆ (298.15K ，金刚石，)=2.9kJmol -1,不等于零。
2 化合物的标准生成热(焓)定义成：“由稳定单质在298.15K 和100KPaPa 下反应生成1mol 化合物的反应热”是否准确?为什么?答：单独处于各自标准态下，温度为T 的稳定单质生成单独处于标准态下、温度为T 的1mol 化合物B 过程的焓变。
此定义中（1）强调压力为一个标准大气压，而不强调温度；（2）变化前后都单独处于标准态。
所以题中的定义不准确，3 一定温度、压力下，发生单位化学反应过程中系统与环境交换的热Q p 与化学反应摩尔焓变n r H ∆是否相同?为什么?答： 等压不作其他功时（W ’=0），数值上Q p =n r H ∆; Q p 是过程量，与具体的过程有关，而n r H ∆是状态函数与过程无关，对一定的化学反应有固定的数值；如将一个化学反应至于一个绝热系统中Q p 为零，但n r H ∆有确定的数值。
§3.2 化学反应热力学函数改变值的计算. 练习1 O m r G ∆(T ),m r G ∆(T ),Om f G ∆(B ，相态，T )各自的含义是什么?答：Om r G ∆(T )： 温度为T ，压力为P θ，发生单位反应的ΔG;m r G ∆(T ): 温度为T ，压力为P ，发生单位反应的ΔG;Omf G ∆(B ，相态，T ): 温度为T ，压力为P θ，由各自处于标准状态下的稳定单质，生成处于标准态1mol 化合物反应的ΔG;2 25℃时，H 2O(l)及H 2O(g)的标准摩尔生成焓分别为-285.838及-241.825kJ mol -1 。
物理化学 第03章习题(含答案)
第三章 化学平衡测试练习题选择题：1、化学反应若严格遵循体系的“摩尔吉布斯函数—反应进度”曲线进行，则该反应在（ A ）[A]．曲线的最低点[B]．最低点与起点或终点之间的某一侧[C]．曲线上的每一点[D]．曲线以外某点进行着热力学可逆过程．2、有一理想气体反应A+B=2C ，在某一定温度下进行，按下列条件之一可以用θm r G ∆直接判断反应方向和限度：（ C ）[A]．任意压力和组成[B]．总压101.325kPa ，物质的量分数31===C B A x x x [C]．总压303.975kPa ，31===C B A x x x [D]．总压405.300kPa ，41==B A x x ，21=C x 3、298K 的理想气体化学反应AB=A+B ，当温度不变，降低总压时，反应的转化率（ A ）[A]．增大 [B]．减小 [C]．不变 [D]．不能确定4、已知气相反应)()(3)(126266g H C g H g H C =+在373K 时的143.192-⋅-=∆mol kJ H mr θ，当反应达平衡时，可采用下列哪组条件，使平衡向右移动（ C ）[A]．升温与加压 [B]．升温与减压[C]．降温与加压 [D]．降温与减压5、化学反应的平衡状态随下列因素当中的哪一个面改变? （ A ）[A]．体系组成 [B]．标准态 [C]．浓度标度[D]．化学反应式中的计量系数νB6、在相同条件下有反应式(1)C B A 2=+，（θ1,m r G ∆）；(2) C B A =+2121，（θ2,m r G ∆）则对应于(1)，(2)两式的标准摩尔吉不斯函数变化以及平衡常数之间的关系为：（ B ）[A]．θθ2,1,2m r m r G G ∆=∆，θθ21K K =[B]．θθ2,1,2m r m r G G ∆=∆，221)(θθK K =[C]．θθ2,1,m r m r G G ∆=∆，221)(θθK K =[D]．θθ2,1,m r m r G G ∆=∆，θθ21K K = 7、反应)()()()(222g H g CO g O H g CO +=+，在600℃、100 kPa 下达到平衡后，将压力增大到5000kPa ，这时各气体的逸度系数为09.12=CO γ，10.12=H γ，23.1=CO γ，77.02=O H γ。
物理化学-第三章课后练习题答案-冶金工业出版社
理化学-第三章课后练习题答案-冶金工业出版社第三章 化学平衡（Chemical Equilibrium ）*2．在457K ，100kPa 时，二氧化氮按下式离解5％：2222NO NO O =+求此温度下反应的K p 和K c 。
解：此反应为恒温恒压反应：2222NONO O =+设2NO 起始时的物质的量为2NO n ，则0.052NO n 分解生成的NO和2O 的物质的量分别为20.05 NO NO n n =，220.025O NO nn =，平衡时体系的物质总量为1.0252NO n各组分的分压分别为：20.950.9271.025NO p p p θθ==，0.050.04881.025NOpp p θθ==，2(10.9270.0488)0.0242O p p p θθ=--=故25320.04880.0242 6.70610101.310 6.794()0.927i v p K p Pa -⨯∑==⨯⨯⨯=，56.70610x K -=⨯，3316(10) 6.794(108.314457) 1.78810(/)iv c P K K RT mol L ---∑==⨯⨯⨯=⨯3..由甲烷制氢的反应为：()()2243ggCH H O CO H +=+已知1000K 时K=25.56。
若总压为400kPa ，反应前体系存在甲烷和水蒸气，其摩尔比为1：1，求甲烷的转化率。
解：设反应前甲烷的摩尔数为4CH n ，转化率为α。
则反应前体系总摩尔数42CH nn =前，反应后体系的总摩尔数为444421321CH CH CH CH n n n n n αααα后＝（－）＋＋＝（＋）且4CH ，2H O ，CO ，2H 的物质的量分别为：4(1)CH nα-，4(1)CH nα-，4CH n α，43CH nα四种气体的摩尔分数分别为：412(1)CH x αα-=+，212(1)H Oxαα-=+，2(1)COxαα=+，232(1)H x αα=+选取体系压力平衡常数PK242324222274(1)CO Hp CH H Ox x p K p x x αα==-总又232)103.101(56.25)()(⨯⨯===ΘΘ∑ΘΘp K p K K i v p所以23322410400103.10179.2)1(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=-αα220.51αα=- 解得0.577α=， 即转化率为57.7％4.将含有50％CO ，25％CO 2，25%H 2的混合气体通入900℃的炉子中，总压为200kPa 。
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第三章热力学第二定律卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。
求（ 1）热机效率；（ 2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为根据定义3． 2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：（ 1）热机效率；（ 2）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热解： (1) 由卡诺循环的热机效率得出（2）3． 3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求（ 1）热机效率；（ 2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。
解：（ 1）(2)3． 4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功 W r等于不可逆热机作出的功－W。
假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修斯说法。
证：（反证法）设η >ηir r不可逆热机从高温热源吸热，向低温热源放热，对环境作功则逆向卡诺热机从环境得功从低温热源吸热向高温热源放热则若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不可逆热机从高温热源吸收的热相等，即，违背了热总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境作功力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。
3． 5高温热源温度，低温热源温度，今有120KJ 的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程。
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程不同的热机中作于当热机从高温热源吸热的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，时，两热源的总熵变。
（ 1）可逆热机效率。
（ 2）不可逆热机效率（ 3）不可逆热机效率解：设热机向低温热源放热。
，根据热机效率的定义因此，上面三种过程的总熵变分别为。
已知水的比定压热容。
今有 1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加热成100 ℃的水，求过程的。
（1）系统与 100℃的热源接触。
（2）系统先与 55℃的热源接触至热平衡，再与 100℃的热源接触。
第五版物理化学第三章习题答案
第三章热力学第二定律3.1卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。
求（ 1）热机效率；（ 2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为根据定义3． 2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：（ 1）热机效率；（ 2）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热解： (1)由卡诺循环的热机效率得出（2）3． 3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求（ 1）热机效率；（ 2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。
解：（1）(2)3． 4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功 W r等于不可逆热机作出的功－W 。
假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修斯说法。
证：（反证法）设η >ηir r不可逆热机从高温热源吸热，向低温热源放热，对环境作功则逆向卡诺热机从环境得功从低温热源吸热向高温热源放热则若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不可逆热机从高温热源吸收的热相等，即总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境作功，违背了热3． 5 高温热源温度，低温热源温度，今有120KJ的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程。
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程3.6不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。
（ 1）可逆热机效率。
（ 2）不可逆热机效率。
（ 3）不可逆热机效率。
解：设热机向低温热源放热，根据热机效率的定义因此，上面三种过程的总熵变分别为。
3.7已知水的比定压热容。
今有1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加热成 100℃的水，求过程的。
（1）系统与 100℃的热源接触。
（2）系统先与 55℃的热源接触至热平衡，再与 100℃的热源接触。
第三章物理化学习题--解(1)
1、1mol 单原子理想气体始态为273K 、p 恒温下压力加倍，计算其Q 、W 、ΔU 、ΔH 、ΔS 、ΔG 、ΔA 。
（已知273K 、p 下该气体的摩尔熵为100J·K -1·mol -1） 解：恒温下压力加倍V nRTP =，当P 1增大P 2时，V 1增大到V 20=∆U0=∆HJ V P Q W 44.4539-=∆-=-=11276.5ln-⋅-==∆K J V V nR S J S T H G 48.1572=∆-∆=∆J S T U A 48.1572=∆-∆=∆2、1mol 理想气体从300K ，100kPa 下等压加热到600K ，求此过程的Q 、W 、ΔU 、ΔH 、ΔS 、ΔA 、ΔG 。
已知此理想气体300K 时的S m =150.0J·K －1·mol －1，C p ,m =30.0J·K －1·mol －1。
解 ： W ＝－p (V 2-V 1) = nR (T 1-T 2) =1×8.314×(300-600) = -2494.2J∆U = nC V ,m (T 2-T 1) =1×(30.00-8.314)×(600-300) = 6506J ∆H = nC p ,m (T 2-T 1) =1×30.00×(600-300) = 9000J Q p = ∆H =9000J∆S = nC p ,m ln(T 2/T 1) =1×30.00×ln(600/300) = 20.79J·K －1·mol －1由 S (600K)=n S m (300K)+∆S =(150.0+20.79) =170.79J·K －1·mol －1∆(TS) =n (T 2S 2－T 1S 1)=1×(600×170.79－300×150.0) ＝57474J ∆G = ∆H －∆(TS) ＝9000－57474=－48474J3、 1mol 理想气体始态为27℃、1MPa ，令其反抗恒定的外压0.2MPa 膨胀到体积为原来的5倍，压力与外压相同。
物理化学第三章习题答案
G 70.01kJ
A U (T2S2 T1S1) U S(T2 T1) 75.43kJ
5. 将298.15 K，p下的 1dm3 O2绝热压缩到 5p ，耗费功
502 J。求终态的T2和S2以及过程的ΔU、ΔH、ΔS 和ΔG。
H2 n fus Hm (278 .15K ) ?
S S1 S2 S3
S1
nC p,m
(l )
ln
T2 T1
?
S3
nCp,m (s) ln
T1 T2
?
S2
n fus Hm T2
?
S ?
G H TS ?
12. 在400K、标准压力下，理想气体间进行下列
恒温、恒压化学反应：A（g）+ 2B（g）→ 3C（g）+ D
（g）
求进行1mol上述反应的AΔrGmθ已B知25℃数C据如下：D
ΔfHmθ/kJ·mol−1
0
-40
-30
0
Cp,m /J·mol−1·K-1 10
50
20
25
Sm /J·mol−1·K-1
20
70
30
40
rHm (298.15K) B f Hm (298.15K) ?
V
m(l)
dp
Vm
(l)p
?
G2 0
G3
V p1
p2
m( g )
dp
RT
ln
p1 p2
?
G ?
dp 0 dT 0 W 0 G 0
物理化学第三章课后习题解答
第三章习题及答案1.试确定在22H ()I (g)g+2HI(g)的平衡系统中的组分数。
（1）反应前只有HI ；（2）反应前有等物质的量的2H 和2I ；（3）反应前有任意量的2H 、2I 及HI 。
解（1）1113'=−−=−−=R R S K （2）1113=−−=K （3）2013=−−=K 4.环己烷在其正常沸点为80.75℃时的气化热为1358J g −⋅。
在此温度是液体和蒸气的密度分别为0.7199和0.00293g cm −⋅。
（1）计算在沸点时d d p/T 的近似值（仅考虑液体体积）；（2）估计在50.510Pa ×时的沸点；（3）欲使环己烷在25℃沸腾，应将压力减压到多少？解（1）根据克拉贝龙方程：6vap m,B m m 31d 358841011d [(g)(l)]353.75840.00290.71992.9510Pa K H p T T V V −⎡⎤⎢⎥∆××⎢⎥==−⎛⎞⎢⎥××−⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦=×⋅若忽略液体体积：6vap m,B 31m d 35884102.9310Pa K 1d (g)353.75840.0029H p T TV −⎡⎤∆⎢⎥××≈==×⋅⎢⎥⎢⎥××⎣⎦(2)由克克方程：vap m,B 211255211ln R 0.5103588411ln 108.314353.75H p p T T T ∆⎛⎞=−⎜⎟⎝⎠⎛⎞××=−⎜⎟⎝⎠解得：2331.29KT =（3）将5211298K,353.75K,10Pa T T p ===代入克克方程得：42 1.4810Pa p =×。
5.溴苯Br H C 56的正常沸点为156.15℃，试计算在373K 时溴苯的蒸气压？与实验值Pa 1088.14×比较并解释这一现象。
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第三章 习题解答1. 在298 K 和标准压力下，含甲醇(B)的摩尔分数x B 为0.458的水溶液的密度为0.89463kg dm -⋅，甲醇的偏摩尔体积313(CH OH)39.80 cm mol V -=⋅，试求该水溶液中水的偏摩尔体积2(H O)V 。
解：3322(CH OH)(CH OH)(H O)(H O)V n V n V =+3330.45832(10.458)18()dm 0.02729 dm 0.894610mV ρ⨯+-⨯===⨯ 3313120.027290.45839.8010(H O)() cm mol 16.72 cm mol 10.458V ----⨯⨯=⋅=⋅-2. 298 K 和标准压力下，有一甲醇物质的量分数为0.4的甲醇－水混合物。
如果往大量的此混合物中加入1 mol 水，混合物的体积增加17.35 cm 3；如果往大量的此混合物中加1 mol 甲醇，混合物的体积增加39.01 cm 3。
试计算将0.4 mol 的甲醇和0.6 mol 的水混合时，此混合物的体积为若干？此混合过程中体积的变化为若干？已知298 K 和标准压力下甲醇的密度为0.79113g cm -⋅，水的密度为0.99713g cm -⋅。
解：312(H O)17.35cm mol V -=⋅313(CH OH)39.01 cm mol V -=⋅33322(CH OH)(CH OH)(H O)(H O)26.01 cm V n V n V =+=混合前的体积为：33[(18/0.9971)0.6(32/0.7911)0.4] cm 27.01 cm ⨯+⨯=31.00 cm V ∆=3. 298 K 时，K 2SO 4在水溶液中的偏摩尔体积V B 与其质量摩尔浓度的关系式为：1/2B 32.28018.220.222V m m =++，巳知纯水的摩尔体积V A , m = 17.96 cm 3·mol -1，试求在该溶液中水的偏摩体积与K 2SO 4浓度m 的关系式。
解：m m m V V n P T 022.022.18280.3221,,21++=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂= 12d (32.28018.220.0222)d V m m m =++ 进行不定积分：C m mm V +++=2230111.014.1228.3299896.171810000,11=⨯====m V n V C m 时，当 2230111.014.1228.32998m mm V +++=由集合公式： 223122110222.022.18280.32181000m m m V V n V n V +++=+=3213222100099832.28012.14718 0.0111(32.28018.220.0222)V m m m m m m =+++-++ 342321(17.960.1093 1.99810)(cm )V m m -=--⨯4. 在298 K 和大气压力下，溶质NaCl(s) (B)溶于1.0 kg H 2O(l) (A)中，所得溶液的体积V 与溶入NaCl(s) (B)的物质的量n B 之间的关系式为：3/223B B B 1001.3816.625 1.7740.119cm mol mol mol n n n V ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+++⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦试求：(1) H 2O(l)和NaCl 的偏摩尔体积与溶入NaCl(s) (B)的物质的量n B 之间的关系；(2) n B = 0.5 mol 时，H 2O(l)和NaCl 的偏摩尔体积； (3) 在无限稀释时，H 2O(l)和NaCl 的偏摩尔体积。
解：(1) C NaCl ,,B B 3()16.62520.1192T p n V V n n ∂==+⨯⨯∂2B NaClH O A2/32B B B B B 32B B3{[1001.3816.625 1.774()0.119](16.62520.119)}21000/1811001.38 1.7720.119255.556V n V V n n n n n n n n -⋅=+++-+⨯⨯=-⨯-=(2) 0.5 mol B n =时22233131H O11001.38 1.7740.50.1190.52()cm mol 18.019 cm mol 55.556V ---⨯⨯-⨯=⋅=⋅131312NaCl3(16.625 1.7740.520.1190.5)cm mol 18.626 cm mol 2V --=+⨯⨯+⨯⨯⋅=⋅(3) B 0n →时，（无限稀）()231H O l 18.025 cm mol V -=⋅，31NaCl 16.625 cm mol V -=⋅5. 已知实际气体的状态方程为：11pV pRT pαα=++，式中α仅是温度的函数。
试导出气体逸度与压力的关系。
解：气体的逸度与其状态方程之间的联系是以化学势作为桥梁的。
设该气体压力为p 时的逸度为f ，压力为p *（p *→0）时的逸度为f *（此时p *=f *），则ln f RT pμμ=+，**ln p RT p μμ=+。
恒温下改变气体压力p *→p ：**ln fRT pμμμ∆=-= (1) 而纯气体恒温变化时又有：**d ()d 1p pm ppRT G V p RT p p pαμα∆=∆==+⋅+⎰⎰ ***1 lnln ln[(1)]1p p pRT RT RT p p p p ααα+=+=⋅++ (2) 联立(1)、(2)式可得：)1(p p f α+= 6. 298K 时，溶液甲组成为：NH 3·172H 2O ，其中NH 3的蒸气压为80 mmHg ，溶液乙的组成：NH 3·2H 2O ，其中NH 3的蒸气压为27 mmHg 。
(1) 试求从大量溶液甲中转移2 mol NH 3到大量溶液乙中的∆G 为多少？ (2) 若将压力为p 的2 mol NH 3(g)溶于大量溶液乙中，∆G 为多少？ 解：(1) 11(ln lnH p RT a RT K μμμ=+=+甲) 22(ln lnHp RT a RT K μμμ=+=+乙) 21272[((]2ln(28.314298ln ) J 5382 J 80p G RT p μμ∆=-==⨯⨯⨯=-乙)甲) (2) 2272[((g)]2ln(28.314298ln ) J 16538 J 760p G RT p μμ∆=-==⨯⨯⨯=-乙) 7. 300 K 时，纯A 和纯B 可形成理想的混合物，试计算如下两种情况的吉布斯函数的变化值。
(1) 从大量的等物质的量的纯A 与纯B 形成的理想混合物中，分出1 mol 纯A 的∆G ； (2) 从纯A 与纯B 各为2 mol 所形成的理想混合物中，分出1 mol 纯A 的∆G ； 解：(1)*A B B,m B B,m BB*A B A A B **A A A (A,B) ( [(1)]() ln )8.314300ln 0.5 1.717 kJG G G n G n G n n n n RT x μμμμμμμμμ∆=-=-=-=-++-+=-+=⨯⨯=∑∑后前后)(前)（ (2) 同理：//*A B A A B *****A B A A B [(21)2](22)1211 ln 2(ln )[2(ln )2(ln )]3322121(ln 2ln 4ln ) 2.138 kJ332G RT RT RT RT RT μμμμμμμμμμ∆=-++-+=++++-+++=+-=8. 在413 K 时，纯C 6H 5Br(l)(A)和纯C 6H 5Cl(l)(B)的蒸气压分别为125.24 kPa 和66.10 kPa 。
假定两种液体形成某理想液态混合物，在101.33 kPa 和413 K 时沸腾，试求：(1) 沸腾时理想液态混合物的组成；(2) 沸腾时液面上蒸气的组成。
解：(1) 设C 6H 5Cl 的摩尔分数为B x6565C H Cl C H Br p p p += 即C H Cl C H Br6565**B B (1)x p x p p ⋅+-=C H Br65C H Cl C H Br6565*B **101.3366.10.60125.2466.1p p x p p --===--C 6H 5Br 的摩尔分数为：40.01=-B x (2) 蒸汽的组成C 6H 5Cl 的分压 65C H Cl 65*C H Cl 0.675.144 kPa p p =⨯=C 6H 5Br 的分压 65C H Br 26.44 kPa p =65C H Cl 75.1440.7475.14426.44y ==+6565C H BrC H Cl 10.26y y =-=9. 液体A 和液体B 能形成理想液态混合物，在343 K 时，1 mol 纯A 和2 mol 纯B 形成的理想液态混合物的总蒸气压50.66 kPa 。
若在液态混合物中再加入3 mol 纯A ，则液态混合物的总蒸气压为70.93 kPa 。
试求：(1) 纯A 和纯B 的饱和蒸气压；(2) 对第一种理想液态混合物，在对应的气相中A 和B 各自的摩尔分数。
解：(1) 理想液态混合物，根据拉乌尔定律ABA p x p =1 mol A +2 mol B **AA B B p x p x p ⋅+⋅=总3 mol A 加入后 **AA B B p x p x p '''⋅+⋅=总 即**A B 1250.66 kPa 33p p ⋅+⋅=**A B 2170.93 kPa 33p p ⋅+⋅= 解得： *A 91.20 kPa p =；*30.39 kPa B p =(2) 对第一种理想液态混合物*AAA 191.2030.6050.66p x y p ⨯⋅===总B A 10.40y y =-=10. 已知368 K 时，纯A(l)和纯B(l)的饱和蒸气压分别为**A B 76.0 kPa, 120.0 kPa p p ==，二者形成理想液态混合物。
在一抽空的容器中，注入A(l)和B(l)，恒温368 K ，达到气-液平衡时，系统总压为103.0 kPa 。
试求此平衡系统气﹑液两相的组成y B 与x B 各为若干？解：95℃时，**A B B B (1)p p x p x =-+总B B 103.076.0(1)120.0x x =⨯-+ 解得B 0.6136x =气相组成： *B B BB 0.7149p p x y p p ===总总11. 353 K 时纯苯蒸气压为100 kPa ，纯甲苯的蒸气的压为38.7 kPa 。