河北工业大学物理化学上答案

第二章 热力学第一定律

2.5 始态为25℃，200 kPa 的5 mol 某理想气体，经途径a ，b 两不同途径到达相同的末态。途经a 先经绝热膨胀到 -28.47℃，100 kPa ，步骤的功；再恒容加热到压力

200 kPa 的末态，步骤的热

。途径b 为恒压加热过程。求途径b 的

及

。

解：先确定系统的始、末

态

311106190200000

1529831485m ...P nRT V =××==

3210160100000

58

24431485m ...P nRT V V =××==

= kJ .kJ )..(Q W U Δa a 85194225575=+=+=－

对于途径b ，其功为

kJ .J ..V Δp W b 932706190101602000001－）－（－－===

根据热力学第一定律

2.10 2mol 某理想气体，C p,m =7/2R 。由始态100kPa,50dm 3，先恒容加热使压力升高至200kPa ，再恒压冷却使体积缩小至25dm 3。求整个过程的W ，Q ，ΔH 和ΔU 。 解：过程图示如下

由于，则，对有理想气体和只是温度的函数

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

2.27 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，ΔUΔH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

2.31 100kPa下冰(H2O,s)的熔点为0℃.在此条件下冰的摩尔熔化焓。已知在-10～0℃范围内过冷水(H2O,l)和冰的摩尔定压热容分别为

和。求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。

解: 在100kPa、273.15K下，水和冰互相平衡，所以在100kPa、263.15K的过冷水凝固为冰就偏离了平衡条件，因此该过程为不可逆相变化，设计途径如下：

2.32 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)

2.35 应用附录中有关物质的热化学数据,计算25℃时反应的标准摩尔反应焓,

要求: （1）应用附录中25℃的标准摩尔生成焓的数据;

（2）应用附录中25℃的标准摩尔燃烧焓的数据.

解: (1) 由

得:

(2) 先分别求出CH3OH(l)、HCOOCH3(l)的标准摩尔燃烧焓.

应用附录查出在25℃时

CH3OH(l)、HCOOCH3(l)的燃烧反应分别为:

再应用公式

得:

///////

2.39 5mol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

第三章热力学第二定律

3.10 1mol理想气体在T=300K下，从始态100KPa 到下列各过程，求及。（1）可逆膨胀到压力50Kpa；

（2）反抗恒定外压50Kpa，不可逆膨胀至平衡态；

（3）向真空自由膨胀至原体积的2倍

3．13 4mol单原子理想气体从始态750K，150KPa，先恒容冷却使压力降至50KPa，再恒温可逆压缩至100KPa，求整个过程的

解：

(a)

(b)

3.21 绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板一侧为2mol 的200K ，的单原子理想

气体A ，另一侧为3mol 的400K ，100的双原子理想气体B 。今将容器中的绝热隔板撤去，

气体A 与气体B 混合达到平衡态，求过程的

。

解：

A B

n=2mol n=3mol n=2+3(mol)

T=200K T=400K T=? V=

V=

V=

∵绝热恒容 混合过程，Q = 0, W = 0 ∴△U = 0

0=4002

5

×320023×20

=4002002222）－）＋－）－）＋－T R T R T C n T C n B m ,V B A m ,V A ((((

T 2 = 342.86K

注：对理想气体，一种组分的存在不影响另外组分。即A 和B 的末态体积均为容器的体积。