材料物理化学 第一篇习题
物理化学章节习题
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第一章热力学第一定律一、单选题1) 如图,在绝热盛水容器中,浸入电阻丝,通电一段时间,通电后水及电阻丝的温度均略有升高,今以电阻丝为体系有:( )A.W =0,Q <0,∆U <0B.W <0,Q <0,∆U >0C.W <0,Q <0,∆U >0D. W <0,Q =0,∆U >02) 如图,用隔板将刚性绝热壁容器分成两半,两边充入压力不等的空气(视为理想气体),已知p右> p左,将隔板抽去后: ( )A.Q=0, W =0, ∆U =0B.Q=0, W <0, ∆U >0C.Q >0, W <0, ∆U >0D.∆U =0, Q=W ≠03)对于理想气体,下列关系中哪个是不正确的:( )A. (∂U/∂T)V=0B. (∂U/∂V)T=0C. (∂H/∂p)T=0D. (∂U/∂p)T=04)凡是在孤立孤体系中进行的变化,其∆U 和∆H 的值一定是:( )A.∆U >0, ∆H >0B.∆U =0, ∆H=0C.∆U <0, ∆H <0D.∆U =0,∆H 大于、小于或等于零不能确定。
5)在实际气体的节流膨胀过程中,哪一组描述是正确的: ( )A.Q >0, ∆H=0, ∆p < 0B.Q=0, ∆H <0, ∆p >0C.Q=0, ∆H =0, ∆p <0D.Q <0, ∆H =0, ∆p <06)如图,叙述不正确的是:( )A.曲线上任一点均表示对应浓度时积分溶解热大小B.∆H1表示无限稀释积分溶解热C.∆H2表示两浓度n1和n2之间的积分稀释热D.曲线上任一点的斜率均表示对应浓度时HCl的微分溶解热7)∆H=Q p此式适用于哪一个过程: ( )A.理想气体从101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨胀到10132.5sPaB.在0℃、101325Pa下,冰融化成水的水溶液C.电解CuSO4D.气体从(298K,101325Pa)可逆变化到(373K,10132.5Pa )8) 一定量的理想气体,从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀到具有相同压力的终态,终态体积分别为V1、V2。
物理化学第八版第一章课后题答案
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物理化学第八版第一章课后题答案1、D.环形电流的电流强度跟m成反比(正确答案)下列说法不符合分子动理论观点的是()*A.用气筒打气需外力做功,是因为分子间的后斥力作用(正确答案)B.温度升高,布朗运动显著,说明悬浮颗粒的分子运动剧烈C.相距较远的两个分子相互靠近的过程中,分子势能先减小后增大D.相距较远的两个分子相互靠近的过程中,分子间引力先增大后减小(正确答案)2、沙漠中昼夜温差明显,是因为沙石的比热容较大造成的[判断题] *对错(正确答案)答案解析:沙石的比热容较小3、图66是我国早期的指南针——司南,是把天然磁石磨成勺子的形状,把它放在水平光滑的“地盘”上,东汉学者王充在《论衡》中记载:“司南之杓(用途),投之于地,其柢(握柄)指南”。
下列说法中正确的是()[单选题]A. 司南握柄端是磁石的北极B. 司南握柄端指向地磁场的南极C. 地磁场的北极在地理的北极附近D. 司南握柄端指南是由于受到地磁场的作用(正确答案)4、42.小明在测量某种液体的密度时,根据测量数据绘制出了烧杯和液体的总质量与液体体积的关系图象如图所示,下列说法正确的是()[单选题] *A.该液体的密度是3g/cm3B.由图象可知,该液体体积越大,密度越小C.该液体体积是50cm3时,液体和烧杯的总质量是90g(正确答案)D.烧杯的质量是40kg5、23.口罩成为常态防疫“神器”,戴眼镜的人们常因口罩佩戴出现镜片模糊的情况,这是液化现象。
下列实例中与它物态变化相同的是()[单选题] *A.初春,冰雪消融B.夏天,清晨草叶或树叶上形成露珠(正确答案)C.深秋,屋顶的瓦上结了一层霜D.冬天,室外冰冻的衣服变干了6、若跳高运动员竖直向下蹬地的力大于他的重力,运动员就能从地上跳起来[判断题]*对(正确答案)错答案解析:运动员竖直向下蹬地的力与地面给他的支持力是一对相互作用力,大小相等。
若地面给他的支持力大于重力,运动员所受合力大于零,方向向上,运动员就能从地上跳起来7、探究物体受到的浮力与液体密度的关系时,需要控制物体体积相同[判断题] *对错(正确答案)答案解析:需要控制物体排开液体的体积相同8、67.关于粒子和宇宙,下列认识中正确的是()[单选题] *A.光年是时间单位,宇宙是一个有层次的天体结构B.电子的尺度比原子的尺度大;原子核带负电,电子带正电C.水和酒精混合后总体积变小,说明分子间有引力D.汤姆生发现了电子,卢瑟福建立了原子核式结构模型(正确答案)9、小林在水平路面上匀速直线骑自行车,自行车受到的重力跟地面对自行车的支持力二力平衡[判断题] *对错(正确答案)答案解析:以自行车与小林整体为研究对象,他们的总重力跟地面对自行车的支持力二力平衡10、24.运用你学过的物理知识进行“特殊测量”,下面的几种方法中()①用天平、水测出墨水瓶的容积;②用天平、刻度尺测出一卷细铜丝的长度;③用量筒、水测出小钢珠的质;④用量筒测出20g酒精. [单选题] *A.只有①③正确B.只有②④正确C.只有①②③正确D.①②③④都正确(正确答案)11、95.小明家的厨房里有一个恰好能装下1kg水的玻璃瓶子,现有汽油、酒精和硫酸三种液体,它能够装下1kg的哪种液体()(已知ρ汽油<ρ酒精<ρ水<ρ硫酸)[单选题] *A.汽油B.酒精C.硫酸(正确答案)D.都能装下12、5.推着自行车前行时前轮和后轮所受摩擦力的方向相同.[判断题] *对(正确答案)错13、1.高速公路上沿直线高速行驶的轿车为避免事故紧急刹车:因为轿车紧急刹车,速度变化很快,所以加速度很大.[判断题] *对(正确答案)错14、4.两个物体只有接触才存在作用力和反作用力.[判断题] *对错(正确答案)15、1.用手拍打桌面,手也很疼,充分说明力的作用是相互的.[判断题] *对(正确答案)错16、1.速度在数值上等于单位时间内通过的路程.[判断题] *对错(正确答案)17、人推木箱没有推动,是因为人对木箱的推力小于地面对木箱的摩擦力[判断题] *对错(正确答案)答案解析:木箱没有被推动,处于静止状态,合力为零。
物理化学第一章习题及答案
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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。
13、常温下,氢⽓经节流膨胀ΔT 0;W 0;Q 0;ΔU 0;ΔH 0。
物理化学第一章课后习题解答
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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
物理化学课后习题第一章答案

1.2 气柜内贮有121.6 kPa,27℃的氯乙烯(C2H3Cl)气体300 m3,若以每小时90 kg的流量输往使用车间,试问贮存的气体能用多少小时?
解:假设气柜内所贮存的气体可全部送往使用车间。
1.5 两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结,泡内密封着标准状态下的空气。
若将其中的一个球加热到 100℃,另一个球则维持 0℃,忽略连接细管中气体体积,试求该容器内空气的压力。
解:由题给条件知,(1)系统物质总量恒定;(2)两球中压力维持相同。
标准状态:
因此,
1.12 CO2气体在40℃时的摩尔体积为0.381 dm3·mol-1。
设CO2为范德华气体,试求其压力,并比较与实验值5066.3 kPa的相对误差。
1.18 把25℃的氧气充入40dm3的氧气钢瓶中,压力达 202 7×102kPa。
试用普遍化压缩因子图求钢瓶中氧气的质量。
氧气的T C=-118.57℃,P C=5.043MPa
氧气的T r=298.15/(273.15-118.57)=1.93, P r=20.27/5.043=4.02
Z=0.95
PV=ZnRT
n=PV/ZRT=202.7×105×40×10-3/(8.314×298.15)/0.95=344.3(mol)
氧气的质量m=344.3×32/1000=11(kg)。
物理化学-第一章作业
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or
W
p1(V2
V1 )
p1
(
nRT p2
nRT p1
)
nRT (1
p1 ) p2
1mol 8.314J mol1 K 1 300K (1 0.1105 Pa ) 0.25105 Pa
1.5103 J
Q W 1.5103 J
(2)
T'
p2V1
p2
nRT p1
p2 T
nR
nR
p1
W nRT nR(T T ' ) nR(T p2 T ) nRT (1 p2 )
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
3R 2
T2
p2 p1
T1
2 273K
546K
U
nCv,mT
100 103 Pa 100 103 m3 8.314J mol1 K 1 273K
解 题目中的过程是不可逆相变过程,
H2O(s, 273.2K ) H1 H2O(l, 273.2K ) H2 H2O(l, 373.2K ) H3 H2O(g, 373.2K )
H1 nH fus 1mol 6.002kJ mol 1 6.002kJ
H2 nCp,mT 1mol 75.3J mol1 K 1 (373.2 273.2)K 7.53kJ
mol 1
K 1 (673.2 373.2)K
1.4105 J
U Q W 5.7 105 J 1.4105 J 4.3105 J
《物理化学》课后习题第一章答案
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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》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/)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 答案 第一章_习题解答
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-
知此气体的 Cp,m=29.10 J·K 1,求过程的ΔU、ΔH、Q 和 W 。 解: (1)等容
ΔU = n ⋅ Cv ,m (T2 − T1 ) = 1 × (29.1 − 8.314) × 75 = 1559 J ΔH = n ⋅ C p ,m (T2 − T1 ) = 1 × 29.1 × 75 = 2183 J
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 =
γ =1.4,试求 Cv,m。若该气体的摩尔热容近似为常数,试求在等容条件下加热该气体至 t2=
80℃所需的热。 解:∵ γ =
C p,m Cv , m
=
Cv , m + R Cv , m
= 1.4
∴ Cv, m =
R
γ
=
8.314 = 20.79 J ⋅ K -1 ⋅ mol-1 0.4
Qv = n ⋅ Cv ,m ⋅ ΔT = =
4
3 3 ⎧ ⎧ ⎪V1 = 5dm ⎪V2 = 6dm Q (可 ) = 0 ⎯⎯⎯⎯ → ⎨ ⎨ ⎪T1 = 298.15 K ⎪T2 = 278.15 K ⎩ ⎩
由理想气体绝热可逆过程方程式可知
T2 / T1 = (V1 / V2 ) Cv ,m =
R / Cv , m
《物理化学》第一章气体复习题.doc.docx

第一章练习题一、单选题1.理想气体状态方程pV=nRT 表明了气体的p、V、T、n、这几个参数之间的定量关系,与气体种类无关。
该方程实际上包括了三个气体定律,这三个气体定律是( C)A 、波义尔定律、盖一吕萨克定律和分压定律B、波义尔定律、阿伏加德罗定律和分体积定律C、阿伏加德罗定律、盖一吕萨克定律和波义尔定律D、分压定律、分体积定律和波义尔定律2、在温度、容积恒定的容器中,含有A和 B 两种理想气体,这时A的分A A。
若在容器中再加入一定量的理想气体问P A 和A 的变化为:,分体积是 V C,V 是 P(C)A、P A和V A都变人B、P A和V A都变小C P A不变,V A变小D、P A变小, V A不变3、在温度 T、容积 V 都恒定的容器中,含有 A 和 B 两种理想气体,它的物质的量、分压和分体积分别为n A P A¥和1^ P B V B,容器中的总压为 P。
试判断&列公式屮哪个是正确的( A )A 、P A V= n A RTB、P A V= ( n A +n B)RT C、P A VA = n A RT D、P B V B= n B RT4、真实气体在如下哪个条件下,可以近似作为理想气体处理( C )A 、高温、高压B、低温、低压C、高温、低压D、低温、高压5、真实气体液化的必要条件是( B )A 、压力大于P cB、温度低于T cC、体积等于v c D、同时升高温度和压力6. 在 273 K,101.325 kPa时,CC14(1)的蒸气可以近似看作为理想气体。
已知CC14(1)的摩尔质量为isig.mor1的,则在该条件下,CC14(1)气体的密度为(A )A 、6.87 g.dm-3B、dm-3C、6.42 g.dm'D、3.44 g dm-34.52 g.37、理想气体模型的基本特征是( D ) A 、分子不断地作无规则运动、它们均匀分布在整个容器屮B、各种分子间的作用相等,各种分子的体积大小相等C、所有分子都可看作一个质点,并且它们具有相等的能量D、分子间无作用力,分子本身无体积8、理想气体的液化行为是:( A ) 。
物理化学第一章课后答案资料
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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。
陈启元版物理化学第1章 习题解答
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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
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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 。
物理化学章节练习题
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物理化学试题库(一)第一章热力学第一定律一、填空题(填>、<或= )1.理想气体等温可逆膨胀过程,ΔU0,ΔH0,Q0,W0。
2.273K,101.325 kPa下,1mol冰融化为水,则Q____0;W____0;ΔU____0;ΔH___0。
3.一个绝热箱内装有浓硫酸和水,开始时中间用隔膜分开,弄破隔膜后水和浓硫酸混合,以水和硫酸为系统,则Q0;W0;ΔU0 。
4.理想气体从相同始态分别经绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀到达相同的终态压力,则终态的温度T可逆____T不可逆, 终态体积V可逆____V不可逆, 过程的焓变ΔH可逆____ΔH不可逆。
二、选择题1.把一杯水放在刚性绝热箱内,若以箱内热水及空气为系统,则该系统为()。
A.敞开系统B.封闭系统C.孤立系统D.绝热系统2.有关状态函数的描述不正确的是()。
A.状态确定,状态函数的值都确定B.从一始态经任一循环再回到同一始态,状态函数的值不变C.在数学上具有全微分的性质D.所有状态函数的绝对值都无法确定3.当系统向环境传递热量时,系统的热力学能将( )A.增加B.减少C.不变D.无一定规律4.一封闭系统从A态出发,经一循环过程后回到A态,则下列()的值为零。
A. QB.WC.Q +WD.Q-W5.热力学第一定律以下式表达时d U =δQ-p d V,其适用条件为()。
A.理想气体可逆过程B.无非体积功的封闭系统的可逆过程或恒压过程C.理想气体等压过程D.理想气体等温可逆过程6.有关盖斯定律的说法,不正确的是()。
A.它是热力学第一定律的直接结果B.它的内容表明化学反应的Q p 或Q V 是状态函数C.用它进行热化学计算必须具有恒容或恒压、无非体积功条件D.用它使热化学方程式进行线性组合,可以计算某些无法测定的反应热7.在绝热刚弹中,发生一个放热的分子数增加的化学反应,则( )。
A.Q > 0, W > 0, ΔU > 0B.Q = 0, W = 0, ΔU > 0C.Q = 0, W = 0, ΔU = 0D.Q < 0, W > 0, ΔU < 08.将某气体分装在一汽缸的两个气室内,两气室之间有隔板相隔开,左室的气体为0.02dm 3、273K 、p ,右室中气体为0.03dm 3、363K 、3p ,现将隔板抽掉,以整个汽缸中气体为系统,则此过程的功为( ) 。
《物理化学》课后习题第一章答案
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《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。
物理化学第一、二章习题+答案
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第一章 气 体1 两个容积均为V 的玻璃球泡之间用细管连结,泡内密封着标准状态下的空气。
若将其中的一个球加热到100℃,另一个球则维持0℃,忽略连接细管中气体。
解:由题给条件知,(1)系统物质总量恒定;(2)两球中压力维持相同。
2 一密闭刚性容器中充满了空气,并有少量的水。
但容器于300 K 条件下大平衡时,容器内压力为101.325 kPa 。
若把该容器移至373.15 K 的沸水中,试求容器中到达新的平衡时应有的压力。
设容器中始终有水存在,且可忽略水的任何体积变化。
300 K 时水的饱和蒸气压为3.567 kPa 。
解:将气相看作理想气体,在300 K 时空气的分压为由于体积不变(忽略水的任何体积变化),373.15 K 时空气的分压为由于容器中始终有水存在,在373.15 K 时,水的饱和蒸气压为101.325 kPa ,系统中水蒸气的分压为101.325 kPa ,所以系统的总压 ()()K 15.373,O H P air P P 2+==(121.595 + 101.325)KPa =222.92KPa第二章 热力学第一定律1. 1mol 理想气体经如下变化过程到末态,求整个过程的W 、Q 、△U 、△H.解:KnR V P T K nR V P T KnR V P T 7.243314.81101105.20262437314.811010105.20267.243314.8110101065.202333333322233111=⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯==--- 恒容升温过程:W 1= 0 J恒容1 mol 理想气体 P 2=2026.5 KPa V 2=10dm 3 T 2=?1 mol 理想气体P 1=202.65 KPa V 1=10 dm 3 T 1=?1 mol 理想气体 P 3=2026.5 KPa V 3=1 dm 3 T 3=?恒压恒压压缩过程:W 2= -P 外(V 3-V 1) = -2026.5×103×(1-10)×10-3=18.24 kJJ W W W k 24.1821=+=T 3=T 1, ()()J 0T T C n H J 0T T C n U 13m .P 13m .v =-⋅⋅=∆=-⋅⋅=∆, 根据热力学第一定律J W U Q 8.24k 1-24.18-0==-∆=2. 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。
材料物理化学第一篇习题
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Chap 1 Structure of Crystals1.1. Show that the face-centered tetragonal lattice is equivalent to thebody-centered tetragonal lattice.1.2. Show that the spacing d(hkl ) between adjacent lattice planes with Millerindices (hkl ) is equal to 222l k h /++a for cubic Bravais lattices and to 222222////1c l b k a h ++for orthorhombic Bravais lattices.1.3. Calculate the densities of lattice points in the (100), (110), (111), and (hkl )lattice planes of a simple cubic lattice.1.4. Write a computer program that will determine the distance d(n) form a givenatom to the n th nearest neighbor(NN) in a Bravais lattice. Also computer N(n ) ,the number of n th NNs .Carry out the calculation for the SC (简单立方), BBC ,and FCC lattices.1.5. Calculate the packing fractions for the following crystal structures: FCC,HCP, and diamond .1.6. Show that the B atoms in an A-B 8 bounding unit come into contact with eachother when r B =1.366r A [i.e., when r A= (3-1)r B ] .Here r A and r B are the radii of the hard-sphere A and B atoms, respectively .Find the analogous conditions on the radii for the A-B 6 and A-B 4 bonding units.1.7. Prove for hard-sphere atoms in the HCP crystal structure that c/a=3/8=1.633.1.8. Assuming that the atoms in the CC crystal structure are hard spheres (刚性球)of radius R in contact with each other, calculate the maximum radii r of the smaller hard-sphere atoms that could occupy the octahedral interstitial sites in the FCC crystal structure.Chap 2 Bonding in Solids1.1. Compute the cohesive energies for monatomic crystals of atoms bondstogether by the Lennard-Jones potential U(r) given in Eq.(2.3). Express thecohesive energy, c H ∆(0K) = n (atoms)(CN/2))(0r U , in terms of the parameter ε and the equilibrium interatomic distance r 0 in terms of the parameter σ. Here n (atom) is the concentration of atoms and CN is the coordination number. Carry out the calculations for the SC, BCC ,and FCC crystal structures. Eq.(2.3): ])()[(4)(612612rr r C r B r U σσε-=-+= 1.2. Given the following lattice constants for crystals with the NaCl crystalstructure, a(NaCl)=0.563nm, a(KCl)=0.629nm, a(NaF)=0.462nm, and a(KF)=0.535nm, show that these data are not sufficient to obtain a self-consistent set of ionic radii for the Na +, K +, Cl -, and F- ions .Why is it not possible to determine a completely self-consistent set of radii from the data given?1.3. Use the cohesive energy c H ∆ (see below)o f cubic β-SiC with the zincblendecrystal structure to determine the bond energy E (Si-C).1.4. Calculate the potential energy U of an anion-cation(Na +-Cl -) pair resultantingfrom their mutual Coulomb attraction and then compare the result with the cohesive energy c H ∆ of NaCl listed in the above Table. The lattice constant of NaCl is a = 0.563 nm .(Hint: Take into account the fact that each Na + ion in NaCl interacts with six NN Cl - ions, and vice versa.)1.5. In the structural change from BCC a-Fe to FCC r-Fe at T=912℃ thelattice constant change from a(BCC)=0.290nm to a(FCC)=0.364nm. Assuming that the Fe atoms act as hard spheres, which is more nearly constant in a-Fe and r-Fe ---the radius r met or the atomic volume V met ?3、Diffraction and Reciprocal Lattice3.1 Prove that ∑Rexp(iq·R)=0, where {R} is a set of Bravais lattice vectors andq (≠0)lies within the primitive unit cell of the reciprocal lattice. Also prove the orthogonality identity appearing in Eq.(3.12):G G WS G G i WS V dr e ''-=⎰,)(δ3.2 Find the Fourier coefficients 傅里叶级数Vn for the periodic functions)/2sin()(a x A x V π= and )/2cos()(a x B x V π=.3.3 Prove that the plane defined by the equation G·r = A lies a distance d=A/Gform the origin and that the normal to the plane is parallel to ∧G .3.4 Use the results of Problem 3.3 to generate formulas for the bounding planesof the first Brillouin zones for the FCC, BCC, and HCP crystal structures. 3.5 Determine the structure factor for the basis, Φ(q), defined in∑=Φj iqs j j eq f q )()(, for the cubic ZnS, CsCl, and NaCl crystal structures.3.6 Draw the x-ray ring patterns produced by diffractions from powders for theSC, FCC, BCC, and diamond crystal structures.3.7 Given an amorphous solid in which each atom has an electron densitydescribed by n(r)=A exp(-2r/a) and the pair distribution function is the unit step function g(r) =Ө(r-b), find the expected scattering intensity.3.8 Sketch the Wigner-Seitz cell for the HCP crystal structure.3.9 Find the distances from the center of the Wigner-Seitz cells for theBCC,FCC.3.10 The primitive translation vectors of the hexagonal lattice can be written as∧∧+=2231a j a i u , ∧∧+-=2232a j a i u , ∧=k c u 3(a) Show that the fundamental translation vectors of the reciprocal lattice aregiven bya j a i g ππ2321∧∧+= , a j a i g ππ2322∧∧+-= , ∧=k c g π23 (b) Describe and sketch the first Brillouin zone of the hexagonal lattice.(c) Prove that the perpendicular distance d(hkl) between adjacent parallel planes in the hexagonal lattice is222223)(41)(c l a k hk h hkl d +++=[Hint: Use )(/2)(hkl G hkl d π=.]3.11 Find the shortest G(hkl) for (a) the BCC crystal structure, and (b) the FCCcrystal structure.Chap 4 Order and Disorder in Solids4.1 Take a small box or cylindrical container and measure its volume. Pourmarbles or ball bearings into the box until it is full. Determine the volume occupied by the sphere. Compute the packing fraction. Repeat the experiment several times and average the results. Compute your result with the packing fraction for FCC and HCP, BCC, SC, and the value 0.64obtained for the random packing of hard spheres.4.2 Draw sketches of the two-atom Frenkel pair interstitial configurationsknown as “dumbbells ” in both FCC and BCC metals.4.3 Consider the equilibrium concentration of Frenkel defects in a solid. (a) Derive the value of N L (V) given in Eq.(4.7) ( ]2)()(exp[)]()([)(2/1Tk A G V G V N A N V N B I L I L L +-=]2)()(exp[)(2/1T k V G V G N N B I LI L +-≈) by first setting N L (A) = N L (V) in Eq.(4.6) and then minimizing the resulting Gibbs free energy with respect to NL(V).Eq.(4.6):)()()()()0(A G A N V G V N G G I I L L ++≈)(ln )()](ln[)]([ln {V N V N V N N V N N N N T k L L L L L L L L B -----)}(ln )()](ln[)]([ln A N A N A N N A N N N N I I I I I I I I ----+(b) Repeat the derivation using Lagrange multipliers to enforce the constraintsof Eq.(4.4)( )()(V N A N N L L L +=, )()(V N A N N I I I +=).4.4 Consider a monatomic solid consisting of N atoms. Determine thenumber of ways, W, that n of the atoms may be removed to form n vacancies. Compute the entropy, given by S=k B lnW. For the SC, BCC, and FCC crystal structures, compute the entropy for forming NN vacancies.4.5 Consider a one-dimensional monatomic solid with N atoms and N L (V)vacancies at temperature T>0K. Show that the fractional vacancy concentration n v (T)=N L (V)/N is given approximately by00//a a l l n v ∆-∆≈. Here l 0=Na 0 is the length of the solid at T=0 K, l ∆ is the change in length, a 0 is the lattice constant of T = 0 K, and a ∆ is the change in the lattice constant. (Hint: Write the change of length as vacancies thermal l l l l l ∆+∆=-=∆0)。
无机材料物理化学课后习题及答案
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第一章几何结晶学基础1-1.晶体、晶胞的定义;空间格子构造的特点;晶体的基本性质。
1-2.参网页上的模型,运用对称要素组合定律,写出四方柱、六方柱、四方四面体、斜方双锥、六八面体、三方柱、复三方三角面体、四六面体的点群符号,并写出其所属的晶系和晶族。
1-3.参阅网页上的模型,请确定单型中的六八面体、复三方偏三角面体、复六方双锥、和聚型中2、3、4号模型在晶体定向中,各晶体的晶轴分别与哪些对称轴重或晶棱方向平行1-4.请写出单型三方柱、四方柱、四方双锥、六方柱、菱面体、斜方双锥各晶面的主要晶面符号。
1-5.请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号:1、2、3、4。
两个对称面相互成1)60°、2)90°、3)45°、4)30°,可组合成什么点群1-6.由两根相交的二次轴互成1)90°、2)60°、3)45°、4)30°,可以组合成什么点群试在面心立方格子中画出菱面体格子1-7.一晶面在X、Y、Z轴分别截得2、4、6个轴单位,请写出此晶面符号。
1-8.作图表示立方晶体的(123)、(012)、(421)晶面。
1-9.在六方晶体中标出晶面(0001)、(2110)、(1010)、(1120)、(1210)的位置。
1. 答:晶体最本质的特点是其内部的原子、离子、或原子集团在三维空间以一定周期性重复排列而成, 晶体的空间格子构造有如下特点:结点空间格子中的点,在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位置,因此也称为晶体结构中的等同点位置。
行列结点在一维方向上的排列. 空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向。
面网结点在平面上的分布构成面网。
空间格子中,不在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网。
平行六面体空间格子中的最小单位。
它由六个两两平行且大小相等的面组成。
晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质,这些性质完全来源于晶体的空间格子构造。
《材料物理化学》练习题题库
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材料物理化学-题库(第1章热力学基本原理)一、填空题1. 四大化学一般包括无机化学、有机化学、分析化学和()。
2. 四大化学一般包括()、有机化学、分析化学和物理化学。
3. 物理化学是采用()方法研究化学问题的学科。
4. 物理化学研究的内容一般包括()和动力学两大部分。
5. 物理化学研究的内容一般包括热力学和()两大部分。
6. ()学科研究的内容一般包括热力学和动力学两大部分。
7. 热力学主要研究的内容是化学反应的方向和()两部分。
8. 热力学主要研究的内容是化学反应的()和限度两部分。
9. 动力学主要研究的内容是化学反应的()和机理两部分。
10. 动力学主要研究的内容是化学反应的速率和()两部分。
11. 所谓化学反应的机理,意思是指化学反应的具体步骤和()。
12. 系统与环境是热力学的基本概念之一。
系统可分为三种:敞开系统、封闭系统和()。
13. 系统与环境是热力学的基本概念之一。
系统可分为三种:敞开系统、()和孤立系统。
14. 针对封闭系统,系统与环境之间不能发生物质交换,但可以发生()交换。
15. 针对封闭系统,系统与环境之间不能发生()交换,但可以发生能量交换。
16. 针对隔离系统,系统与环境之间既不能发生()交换,也不能发生能量交换。
17. 只跟初始()有关,而跟过程无关的函数,称为状态函数,如热力学能、温度、压力等函数。
18. 只跟初始状态有关,而跟()无关的函数,称为状态函数,如热力学能、温度、压力等函数。
19. 有的状态函数具有广度性质,有的函数具有强度性质。
所谓广度性质,就是指这些函数具有加和性,如热力学能、焓、熵等。
所谓(),就是指这些函数跟质量无关,如温度、压力等。
20. 当系统的各种性质都不随时间而变化,就说该系统处于热力学平衡状态。
这时,系统必须同时满足四个平衡条件:热平衡、力学平衡、相平衡和()。
21. 系统的总能量可分为三部分:动能、势能、热力学能。
热力学能也称(),用U表示。
物理化学第一章习题2011.3.21..
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(C) (in)>(ex) ;(D) 可逆变化途径中(in)=(ex); 4. 判断下述两个过程是可逆的还是不可逆的:(1)二个不同 温度的物体按某种方式直接接触,并使温度达到平衡; (2)在 100℃,101.3kPa 下水气化过程; (B)
物理化学第一章习题
二氧化碳钢瓶在工厂车间充气时室温10会发现钢瓶的总重量一直在增加但钢瓶中压强增到一数值就不变这原因是co的临界温度31
物理化学第一章习题
一、选择填空题
1. 理想气体由同一初态 A(,,)分别经绝热可逆 与等温可逆过程到达相同体积的终态,如图所示,则下 列说法中正确的是: B A. AB为绝热线,AC为等温线 ; B. AB为等温线,AC为绝热线 ; C. AB为等温线,BC为绝热线 ;
(A) Δ>0
(B) Δ<0
(C) Δ=0
(D) 不一定
34.下述说法中,哪一种正确? (C) A.对于单组分单相体系,有-=R B.对于单组分单相体系,有> C.对于单组分单相体系,有>0,>0
D.对于单组分单相体系,有=0,=0
D.对于单组分单相体系,有=0,=0 27. 1 mol单原子理想气体,由始态P=200 kPa,T=273 K,沿 着P/V=常数的途径可逆变化到终态压力为400 kPa,则ΔH为: (A)
物理化学第一章习题
(A). 17.02 kJ;
(B) -10.21 kJ;
(C) - 17.02 kJ; (D) 10.21 kJ;
物理化学第(B) 氧弹所浸泡的水中之温度 ; (C) 外水套中的水温 ; (A)等容绝热过程ΔU = 0; (C) 绝热过程ΔU=-∫PdT; (D) 298.2K ;
22.对于一个封闭系统,下列说法中正确的有: (D)
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Chap 1 Structure of Crystals1.1. Show that the face-centered tetragonal lattice is equivalent to thebody-centered tetragonal lattice.1.2. Show that the spacing d(hkl ) between adjacent lattice planes with Millerindices (hkl ) is equal to 222l k h /++a for cubic Bravais lattices and to 222222////1c l b k a h ++for orthorhombic Bravais lattices.1.3. Calculate the densities of lattice points in the (100), (110), (111), and (hkl )lattice planes of a simple cubic lattice.1.4. Write a computer program that will determine the distance d(n) form a givenatom to the n th nearest neighbor(NN) in a Bravais lattice. Also computer N(n ) ,the number of n th NNs .Carry out the calculation for the SC, BBC ,and FCC lattices.1.5. Calculate the packing fractions for the following crystal structures: FCC,HCP, and diamond .1.6. Show that the B atoms in an A-B 8 bounding unit come into contact with eachother when r B =1.366r A [i.e., when r A= (3-1)r B ] .Here r A and r B are the radii of the hard-sphere A and B atoms, respectively .Find the analogous conditions on the radii for the A-B 6 and A-B 4 bonding units.1.7. Prove for hard-sphere atoms in the HCP crystal structure that c/a=3/8=1.633.1.8. Assuming that the atoms in the CC crystal structure are hard spheres of radiusR in contact with each other, calculate the maximum radii r of the smaller hard-sphere atoms that could occupy the octahedral interstitial sites in the FCC crystal structure.Chap 2 Bonding in Solids1.1. Compute the cohesive energies for monatomic crystals of atoms bondstogether by the Lennard-Jones potential U(r) given in Eq.(2.3). Express thecohesive energy, c H ∆(0K) = n (atoms)(CN/2))(0r U , in terms of the parameter ε and the equilibrium interatomic distance r 0 in terms of the parameter σ. Here n (atom) is the concentration of atoms and CN is the coordination number. Carry out the calculations for the SC, BCC ,and FCC crystal structures. Eq.(2.3): ])()[(4)(612612rr r C r B r U σσε-=-+= 1.2. Given the following lattice constants for crystals with the NaCl crystalstructure, a(NaCl)=0.563nm, a(KCl)=0.629nm, a(NaF)=0.462nm, and a(KF)=0.535nm, show that these data are not sufficient to obtain a self-consistent set of ionic radii for the Na +, K +, Cl -, and F- ions .Why is it not possible to determine a completely self-consistent set of radii from the data given?1.3. Use the cohesive energy c H ∆ (see below)o f cubic β-SiC with the zincblendecrystal structure to determine the bond energy E (Si-C).1.4. Calculate the potential energy U of an anion-cation(Na +-Cl -) pair resultantingfrom their mutual Coulomb attraction and then compare the result with the cohesive energy c H ∆ of NaCl listed in the above Table. The lattice constant of NaCl is a = 0.563 nm .(Hint: Take into account the fact that each Na + ion in NaCl interacts with six NN Cl - ions, and vice versa.)1.5. In the structural change from BCC a-Fe to FCC r-Fe at T=912℃ thelattice constant change from a(BCC)=0.290nm to a(FCC)=0.364nm. Assuming that the Fe atoms act as hard spheres, which is more nearly constant in a-Fe and r-Fe ---the radius r met or the atomic volume V met ?3、Diffraction and Reciprocal Lattice3.1 Prove that ∑Rexp(iq·R)=0, where {R} is a set of Bravais lattice vectors andq (≠0)lies within the primitive unit cell of the reciprocal lattice. Also prove the orthogonality identity appearing in Eq.(3.12):G G WS G G i WS V dr e ''-=⎰,)(δ3.2 Find the Fourier coefficients Vn for the periodic functions)/2sin()(a x A x V π= and )/2cos()(a x B x V π=.3.3 Prove that the plane defined by the equation G·r = A lies a distance d=A/Gform the origin and that the normal to the plane is parallel to ∧G .3.4 Use the results of Problem 3.3 to generate formulas for the bounding planesof the first Brillouin zones for the FCC, BCC, and HCP crystal structures. 3.5 Determine the structure factor for the basis, Φ(q), defined in∑=Φj iqs j j eq f q )()(, for the cubic ZnS, CsCl, and NaCl crystal structures.3.6 Draw the x-ray ring patterns produced by diffractions from powders for theSC, FCC, BCC, and diamond crystal structures.3.7 Given an amorphous solid in which each atom has an electron densitydescribed by n(r)=A exp(-2r/a) and the pair distribution function is the unit step function g(r) =Ө(r-b), find the expected scattering intensity.3.8 Sketch the Wigner-Seitz cell for the HCP crystal structure.3.9 Find the distances from the center of the Wigner-Seitz cells for theBCC,FCC.3.10 The primitive translation vectors of the hexagonal lattice can be written as∧∧+=2231a j a i u , ∧∧+-=2232a j a i u , ∧=k c u 3(a) Show that the fundamental translation vectors of the reciprocal lattice aregiven bya j a i g ππ2321∧∧+= , a j a i g ππ2322∧∧+-= , ∧=k c g π23 (b) Describe and sketch the first Brillouin zone of the hexagonal lattice.(c) Prove that the perpendicular distance d(hkl) between adjacent parallel planes in the hexagonal lattice is222223)(41)(c l a k hk h hkl d +++=[Hint: Use )(/2)(hkl G hkl d π=.]3.11 Find the shortest G(hkl) for (a) the BCC crystal structure, and (b) the FCCcrystal structure.Chap 4 Order and Disorder in Solids4.1 Take a small box or cylindrical container and measure its volume. Pourmarbles or ball bearings into the box until it is full. Determine the volume occupied by the sphere. Compute the packing fraction. Repeat the experiment several times and average the results. Compute your result with the packing fraction for FCC and HCP, BCC, SC, and the value 0.64obtained for the random packing of hard spheres.4.2 Draw sketches of the two-atom Frenkel pair interstitial configurationsknown as “dumbbells ” in both FCC and BCC metals.4.3 Consider the equilibrium concentration of Frenkel defects in a solid. (a) Derive the value of N L (V) given in Eq.(4.7) ( ]2)()(exp[)]()([)(2/1Tk A G V G V N A N V N B I L I L L +-=]2)()(exp[)(2/1T k V G V G N N B I LI L +-≈) by first setting N L (A) = N L (V) in Eq.(4.6) and then minimizing the resulting Gibbs free energy with respect to NL(V).Eq.(4.6):)()()()()0(A G A N V G V N G G I I L L ++≈)(ln )()](ln[)]([ln {V N V N V N N V N N N N T k L L L L L L L L B -----)}(ln )()](ln[)]([ln A N A N A N N A N N N N I I I I I I I I ----+(b) Repeat the derivation using Lagrange multipliers to enforce the constraintsof Eq.(4.4)( )()(V N A N N L L L +=, )()(V N A N N I I I +=).4.4 Consider a monatomic solid consisting of N atoms. Determine thenumber of ways, W, that n of the atoms may be removed to form n vacancies. Compute the entropy, given by S=k B lnW. For the SC, BCC, and FCC crystal structures, compute the entropy for forming NN vacancies.4.5 Consider a one-dimensional monatomic solid with N atoms and N L (V)vacancies at temperature T>0K. Show that the fractional vacancy concentration n v (T)=N L (V)/N is given approximately by00//a a l l n v ∆-∆≈. Here l 0=Na 0 is the length of the solid at T=0 K, l ∆ is the change in length, a 0 is the lattice constant of T = 0 K, and a ∆ is the change in the lattice constant. (Hint: Write the change of length as vacancies thermal l l l l l ∆+∆=-=∆0)。