《物理化学》习题答案
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100℃, 4×104pa, H2O (g) → 100℃, pθ , H2O (g) → 100℃, pθ , H2O (l) 第一步是理想气体等温过程：
ΔU1 = ΔH1 = 0
第二步是等温等压下可逆相变： ΔH2 = -n Δvap H θ m = - 81.34 kJ
ΔU2 = ΔH2 － pθ ΔV = ΔH2 + 2RT = - 75.14 kJ
解：∵ 所求方程 =（2）－（1） ∴ΔtrsHmθ=ΔrHmθ（2）－ΔrHmθ（1） =－393.5－(－395.4) = 1.9 kJ· mol－1
※ 习题43 P40 利用标准mol生成焓数据，计算下列反应的△rHθ
(1)Cl2(g)+2KI(s)=2KCl(s)+I2(s) (2)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
(2)
△rHθ
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 –110.52 -241.83 -393.51 0
m
(298.15K) =-41.16 kJ· mol－1
(3)
△rHθ
SO2(g)+1/2O2(g)+ H2O(l)=H2SO4(l)
0 -285.84 -800.8 (298.15K) =-218.06 kJ· mol－1
m
(298.15K)。
(3)SO2(g)+1/2O2(g)+ H2O(l)=H2SO4(l)
(4)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) (5) CaO(s)+3C(石墨)=CaC2(s)+ CO(g)
(6)Fe2O3(s)+CO(g)=CO2(g)+ 2FeO(s)
(7)2H2S(s)+ SO2(g)=3S(s)+ 2H2O(g) (8) Fe2O3(s)+ 3C(石墨)=4Fe(s)+3CO2(g)
P61
第二章 热力学第二定律
解: 等温等压下不同理想气体混合: △S = △SA + △SB = [ -nA R T ln (VA/V)] / T + [ - nBRT ln(VB/V)] / T = - R (nAlnXA+ nBlnXB) = 2 R ln2 = 11.52 (J.K-1) 因为 Q/T=0 所以 △S ＞ 0 过程自发进行
解：△rHθ
(1)
m
(298.15K) =∑γi △f Hθi(β, 298.15K)
Cl2(g)+2KI(s)=2KCl(s)+I2(s)
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 0 -327.65 -435.89 0
△rHθ
m
(298.15K) =2(-435.89)-2(-327.65)=-216.5 kJ· mol－1
0 -62.76 –110.52 (298.15K) =462.22 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -635.5
m
(6) △rHθ
Fe2O3(s)+CO(g)=CO2(g)+ 2 FeO(s) (298.15K) =6.2 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -822.2 –110.52 -393.51 -266.5
（2）由于p(外）= P2 ， PV=nRT,
P2 =nRT/V2
W =- P2(V2-V1)=-nRT(V2- V1)/V2=-1×8.314×373.15(100-25)/100=-2327 (J) （3）W=W1+W2= =P2(V2-V1)- P3(V3-V2)=-3101 (J)
（4）W= -nRTlnV2/V1=-4301 (J)
m
(7)
△rHθ
2H2S(s)+ SO2(g)=3S(s)+ 2H2O(g)
0 -241.83 (298.15K) =-146.46 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -20.15 -296.9
m
(8)
△rHθ
2Fe2O3(s)+ 3C(石墨)=4Fe(s)+3CO2(g)
0 0 -393.51 (298.15K) =463.9 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -822.2
m
＊※ 习题45
P42 已知C2H5OH（l）在25℃时的燃烧热
为-1367 kJ· mol－1，试用CO2(g)和H2O（l）在25℃时的生 成热，计算C2H5OH（l）在25℃时的生成热。 解：查表得ΔfHmθ(CO2，g) = - 393.514 kJ· mol－1， ΔfHmθ(H2O，l ) = -285.84 kJ· mol－1
所以全过程的ΔU和ΔH为： ΔU = ΔU1 + ΔU2 = - 75.14 kJ
ΔH = ΔH1 + ΔH2 = - 81.34 kJ
※ 习题39
P38
已知下列反应在25℃时的热效应为：
（1）Na(s)+1/2Cl2(g)=NaCl(s) ΔrHmθ=－411.0kJ· mol－1 （2）H2(g)+S(s)+2O2(g)=H2SO4(l) ΔrHmθ=－800.8kJ· mol－1 （3）2Na(s)+ S(s) +2O2(g)= Na2SO4(s) ΔrHmθ=－1382.8kJ· mol－1 （4）1/2 H2(g)+1/2Cl2(g)= HCl(g) ΔrHmθ=－92.30kJ· mol－1 计算反应2 NaCl(s)+ H2SO4(l)= Na2SO4(s)+2HCl(g)在25℃时的ΔrHmθ和 ΔrUmθ 。 解：∵ 所求方程 =（3）+ （4）× 2 －（1）× 2 － （2） ∴ ΔrHmθ= ΔrHmθ（3）+ 2ΔrHmθ（4）－ 2ΔrHmθ（1）－ ΔrHmθ（2） = 55.4 kJ· mol－1 ΔrUmθ=ΔrHmθ－ nRT (g) = ΔrHmθ－ 2RT = 50.4 kJ· mol－1
以上结果说明，虽然始终态相同，但所作的功不同，其中以等温可逆膨胀 所作的功最大。
＊※习题23
P25
试求算2mol 100℃、4×104pa的水蒸气变成100℃及pθ的水时，此过程 的ΔU和ΔH。设水蒸气为理想气体，液态水的体积可忽略不计。已知水的 摩尔汽化热为40．67kJ· mol-1。
解：上述过程可分为下面两个过程
C2H5OH（l）+3O2(g)=2 CO2(g)+3 H2O（l）
ΔcHmθ(C2H5OH，l) = 2ΔfHmθ(CO2 g )+3ΔfHmθ(H2O，l ) －△fHθm(C2H5OH，l ) ΔfHmθ(C2H5OH，l) = 2ΔfHmθ(CO2 g )+3ΔfHmθ(H2O，l ) －△cHθm(C2H5OH，l)
※ 习题41
P38
已知反应
（1）C(金刚石)+ O2(g) = CO2(g) ΔrHmθ（298K）=－395.4kJ· mol－1 （2）C(石墨)+ O2(g) = CO2(g) ΔrHmθ（298K）=－393.5kJ· mol－1
求 C(石墨) = C(金刚石) 的 ΔtrsHmθ（298K）
P63
P77
解：
H U 0
nRT nRT P2 W P环 （V2 V1） P2 nRT ( 1) P P P2 1 1
106 3 2.5 8.314 400( ) J 8.31 10 J 5 5 10
Q W 8.3110 J
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 –296.90
m
(4)
△rHθ
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
(298.15K) =177.86 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -1206.87 -635.5 -393.51
m
(5)
△rHθ
CaO(s)+3C(石墨)=CaC2(s)+ CO(g)
第八章 表面化学与胶体化学
※ P291
※ P291
※ 291
Biblioteka Baidu
※ 习题18 P306
＊※ P306
※ P317 21
※ P320
24
第九章 化学动力学基本原理
※ P340
※ P340
※
P356
3
P1 S nR ln P2
5 105 1 2.5 8.314ln 6 J .K 14.4 J .K 1 10
3
A U T S T S 5.76 10 J
G A 5.76 10 J
3
P79
= - 5290J
第三章
＊ ※ P93
化学势
※ P93
※ P98
※ P98
=
※ P101
※ P104
第四章 化学平衡
※ P115
※ P119
＊※
P126
※ P129
＊※ P134
※ P138
第五章 相平衡
※ P147
※ P150
第七章 电化学
※ P225
※
P234
※ P248
※ P275
《物 理 化 学》习题答案
（水121~4）
P17
第一章 热力学第一定律
习题9 计算lmol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积 为25dm3，终态体积为lOOdm3，始态及终态温度均为100℃。
(1)向真空膨胀； (2)在外压力恒定为气体终态的压力下膨胀；
(3)先在外压力恒定为体积等于50dm3时的气体的平衡压力下膨胀，当膨胀 到50dm3(此时温度仍为100℃)以后，再在外压力等于lOOdm3时气体的平衡 压力下膨胀； (4)等温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功，比较的结果说明了什么问题? 解：（1）由于p(外）= 0，W = 0；
= － 277.6 kJ· mol－1
※习题49 P46 试计算在25℃及标准压力下，1mol液态水蒸 发成水蒸气的气化热。已知 100℃及标准压力下液态水的气 化热为2259J· g-1，在此温度区间内，水和水蒸气的平均定压 摩尔热容分别为75.3及33.2J· K-1· mol-1。 解：ΔevpHmθ(298K)= ΔevpHmθ(373K)+∫298373ΔCp,m(水)dT +∫373298ΔCp,m(水汽)dT = [2259×18 + 75.3×75－33.2×75] J· mol－1 = 43.8 kJ· mol－1
ΔU1 = ΔH1 = 0
第二步是等温等压下可逆相变： ΔH2 = -n Δvap H θ m = - 81.34 kJ
ΔU2 = ΔH2 － pθ ΔV = ΔH2 + 2RT = - 75.14 kJ
解：∵ 所求方程 =（2）－（1） ∴ΔtrsHmθ=ΔrHmθ（2）－ΔrHmθ（1） =－393.5－(－395.4) = 1.9 kJ· mol－1
※ 习题43 P40 利用标准mol生成焓数据，计算下列反应的△rHθ
(1)Cl2(g)+2KI(s)=2KCl(s)+I2(s) (2)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
(2)
△rHθ
CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 –110.52 -241.83 -393.51 0
m
(298.15K) =-41.16 kJ· mol－1
(3)
△rHθ
SO2(g)+1/2O2(g)+ H2O(l)=H2SO4(l)
0 -285.84 -800.8 (298.15K) =-218.06 kJ· mol－1
m
(298.15K)。
(3)SO2(g)+1/2O2(g)+ H2O(l)=H2SO4(l)
(4)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) (5) CaO(s)+3C(石墨)=CaC2(s)+ CO(g)
(6)Fe2O3(s)+CO(g)=CO2(g)+ 2FeO(s)
(7)2H2S(s)+ SO2(g)=3S(s)+ 2H2O(g) (8) Fe2O3(s)+ 3C(石墨)=4Fe(s)+3CO2(g)
P61
第二章 热力学第二定律
解: 等温等压下不同理想气体混合: △S = △SA + △SB = [ -nA R T ln (VA/V)] / T + [ - nBRT ln(VB/V)] / T = - R (nAlnXA+ nBlnXB) = 2 R ln2 = 11.52 (J.K-1) 因为 Q/T=0 所以 △S ＞ 0 过程自发进行
解：△rHθ
(1)
m
(298.15K) =∑γi △f Hθi(β, 298.15K)
Cl2(g)+2KI(s)=2KCl(s)+I2(s)
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 0 -327.65 -435.89 0
△rHθ
m
(298.15K) =2(-435.89)-2(-327.65)=-216.5 kJ· mol－1
0 -62.76 –110.52 (298.15K) =462.22 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -635.5
m
(6) △rHθ
Fe2O3(s)+CO(g)=CO2(g)+ 2 FeO(s) (298.15K) =6.2 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -822.2 –110.52 -393.51 -266.5
（2）由于p(外）= P2 ， PV=nRT,
P2 =nRT/V2
W =- P2(V2-V1)=-nRT(V2- V1)/V2=-1×8.314×373.15(100-25)/100=-2327 (J) （3）W=W1+W2= =P2(V2-V1)- P3(V3-V2)=-3101 (J)
（4）W= -nRTlnV2/V1=-4301 (J)
m
(7)
△rHθ
2H2S(s)+ SO2(g)=3S(s)+ 2H2O(g)
0 -241.83 (298.15K) =-146.46 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -20.15 -296.9
m
(8)
△rHθ
2Fe2O3(s)+ 3C(石墨)=4Fe(s)+3CO2(g)
0 0 -393.51 (298.15K) =463.9 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -822.2
m
＊※ 习题45
P42 已知C2H5OH（l）在25℃时的燃烧热
为-1367 kJ· mol－1，试用CO2(g)和H2O（l）在25℃时的生 成热，计算C2H5OH（l）在25℃时的生成热。 解：查表得ΔfHmθ(CO2，g) = - 393.514 kJ· mol－1， ΔfHmθ(H2O，l ) = -285.84 kJ· mol－1
所以全过程的ΔU和ΔH为： ΔU = ΔU1 + ΔU2 = - 75.14 kJ
ΔH = ΔH1 + ΔH2 = - 81.34 kJ
※ 习题39
P38
已知下列反应在25℃时的热效应为：
（1）Na(s)+1/2Cl2(g)=NaCl(s) ΔrHmθ=－411.0kJ· mol－1 （2）H2(g)+S(s)+2O2(g)=H2SO4(l) ΔrHmθ=－800.8kJ· mol－1 （3）2Na(s)+ S(s) +2O2(g)= Na2SO4(s) ΔrHmθ=－1382.8kJ· mol－1 （4）1/2 H2(g)+1/2Cl2(g)= HCl(g) ΔrHmθ=－92.30kJ· mol－1 计算反应2 NaCl(s)+ H2SO4(l)= Na2SO4(s)+2HCl(g)在25℃时的ΔrHmθ和 ΔrUmθ 。 解：∵ 所求方程 =（3）+ （4）× 2 －（1）× 2 － （2） ∴ ΔrHmθ= ΔrHmθ（3）+ 2ΔrHmθ（4）－ 2ΔrHmθ（1）－ ΔrHmθ（2） = 55.4 kJ· mol－1 ΔrUmθ=ΔrHmθ－ nRT (g) = ΔrHmθ－ 2RT = 50.4 kJ· mol－1
以上结果说明，虽然始终态相同，但所作的功不同，其中以等温可逆膨胀 所作的功最大。
＊※习题23
P25
试求算2mol 100℃、4×104pa的水蒸气变成100℃及pθ的水时，此过程 的ΔU和ΔH。设水蒸气为理想气体，液态水的体积可忽略不计。已知水的 摩尔汽化热为40．67kJ· mol-1。
解：上述过程可分为下面两个过程
C2H5OH（l）+3O2(g)=2 CO2(g)+3 H2O（l）
ΔcHmθ(C2H5OH，l) = 2ΔfHmθ(CO2 g )+3ΔfHmθ(H2O，l ) －△fHθm(C2H5OH，l ) ΔfHmθ(C2H5OH，l) = 2ΔfHmθ(CO2 g )+3ΔfHmθ(H2O，l ) －△cHθm(C2H5OH，l)
※ 习题41
P38
已知反应
（1）C(金刚石)+ O2(g) = CO2(g) ΔrHmθ（298K）=－395.4kJ· mol－1 （2）C(石墨)+ O2(g) = CO2(g) ΔrHmθ（298K）=－393.5kJ· mol－1
求 C(石墨) = C(金刚石) 的 ΔtrsHmθ（298K）
P63
P77
解：
H U 0
nRT nRT P2 W P环 （V2 V1） P2 nRT ( 1) P P P2 1 1
106 3 2.5 8.314 400( ) J 8.31 10 J 5 5 10
Q W 8.3110 J
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 –296.90
m
(4)
△rHθ
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
(298.15K) =177.86 kJ· mol－1
ΔfHmθ(298) kJ· mol－1 -1206.87 -635.5 -393.51
m
(5)
△rHθ
CaO(s)+3C(石墨)=CaC2(s)+ CO(g)
第八章 表面化学与胶体化学
※ P291
※ P291
※ 291
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※ 习题18 P306
＊※ P306
※ P317 21
※ P320
24
第九章 化学动力学基本原理
※ P340
※ P340
※
P356
3
P1 S nR ln P2
5 105 1 2.5 8.314ln 6 J .K 14.4 J .K 1 10
3
A U T S T S 5.76 10 J
G A 5.76 10 J
3
P79
= - 5290J
第三章
＊ ※ P93
化学势
※ P93
※ P98
※ P98
=
※ P101
※ P104
第四章 化学平衡
※ P115
※ P119
＊※
P126
※ P129
＊※ P134
※ P138
第五章 相平衡
※ P147
※ P150
第七章 电化学
※ P225
※
P234
※ P248
※ P275
《物 理 化 学》习题答案
（水121~4）
P17
第一章 热力学第一定律
习题9 计算lmol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积 为25dm3，终态体积为lOOdm3，始态及终态温度均为100℃。
(1)向真空膨胀； (2)在外压力恒定为气体终态的压力下膨胀；
(3)先在外压力恒定为体积等于50dm3时的气体的平衡压力下膨胀，当膨胀 到50dm3(此时温度仍为100℃)以后，再在外压力等于lOOdm3时气体的平衡 压力下膨胀； (4)等温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功，比较的结果说明了什么问题? 解：（1）由于p(外）= 0，W = 0；
= － 277.6 kJ· mol－1
※习题49 P46 试计算在25℃及标准压力下，1mol液态水蒸 发成水蒸气的气化热。已知 100℃及标准压力下液态水的气 化热为2259J· g-1，在此温度区间内，水和水蒸气的平均定压 摩尔热容分别为75.3及33.2J· K-1· mol-1。 解：ΔevpHmθ(298K)= ΔevpHmθ(373K)+∫298373ΔCp,m(水)dT +∫373298ΔCp,m(水汽)dT = [2259×18 + 75.3×75－33.2×75] J· mol－1 = 43.8 kJ· mol－1