第五版物理化学习题答案
物理化学第五版复习题答案
物理化学第五版复习题答案1. 请解释什么是热力学第一定律，并给出其数学表达式。
答案：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，指出能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
在封闭系统中，系统的内能变化等于系统吸收的热量与对外做功的代数和。
数学表达式为：\(\Delta U = Q - W\)，其中\(\Delta U\)表示内能的变化，\(Q\)表示系统吸收的热量，\(W\)表示系统对外做的功。
2. 描述理想气体状态方程，并解释其各参数代表的意义。
答案：理想气体状态方程为\(PV = nRT\)，其中\(P\)代表气体的压力，\(V\)代表气体的体积，\(n\)代表气体的摩尔数，\(R\)是理想气体常数，\(T\)代表气体的绝对温度。
该方程描述了理想气体在一定条件下压力、体积、温度和摩尔数之间的关系。
3. 什么是化学平衡？请举例说明。
答案：化学平衡是指在一个可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等的状态，此时反应物和生成物的浓度不再随时间变化。
例如，氮气和氢气合成氨的反应：\(N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3\)，在一定条件下，当生成氨的速率与氨分解回氮气和氢气的速率相等时，系统达到化学平衡。
4. 简述熵的概念及其物理意义。
答案：熵是一个热力学函数，用于描述系统的无序程度。
在统计力学中，熵与系统微观状态的数目有关，微观状态数目越多，系统的熵就越大。
物理意义上，熵的增加表示系统从有序状态向无序状态的自发转变，这是自然界普遍存在的现象。
5. 什么是电化学电池？请说明其工作原理。
答案：电化学电池是一种将化学能直接转化为电能的装置。
其工作原理基于氧化还原反应，其中一个电极上发生氧化反应，另一个电极上发生还原反应，电子通过外部电路从氧化电极流向还原电极，从而产生电流。
例如，常见的铅酸电池就是通过铅和二氧化铅之间的氧化还原反应来产生电能。
6. 描述表面张力的概念及其对液体性质的影响。
【物理】物理化学课后答案第五版科学出版社董元彦主编全解
【关键字】物理第一章化学热力学基础1-1 气体体积功的计算式中，为什么要用环境的压力？在什么情况下可用体系的压力？答：在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式中，可用体系的压力代替。
1-2 298K时，5mol 的理想气体，在（1）定温可逆膨胀为原体积的2 倍；( 2 )定压下加热到373K；（3）定容下加热到373K。
已知Cv,m = 28.28J·mol-1·K-1。
计算三过程的Q、W、△U、△H和△S。
解（1）△U = △H = 0（2）W = △U – QP = －3.12 kJ（3）W = 01-3 容器内有理想气体，n=2mol , P=10P，T=300K。
求(1) 在空气中膨胀了1dm3，做功多少？(2) 膨胀到容器内压力为lP，做了多少功？(3）膨胀时外压总比气体的压力小dP , 问容器内气体压力降到lP时，气体做多少功？解：（1）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且（2）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且（3）1-4 1mol 理想气体在300K下，1dm3定温可逆地膨胀至10dm3，求此过程的Q 、W、△U 及△H。
解：△U = △H = 01-5 1molH2由始态及P可逆绝热压缩至5dm-3, 求（1）最后温度；(2）最后压力；( 3 ) 过程做功。
解：（1）（2）（3）1-6 氦在3P下从加热到，试求该过程的△H、△U、Q和W 。
设氦是理想气体。
（He的M=·mol-1 )解：W = △U – QP = -2078.5J1-7 已知水在时蒸发热为2259.4 J·g-1，则时蒸发水，过程的△U、△H 、Q和W为多少？（计算时可忽略液态水的体积）解：1-81-9 298K时将1mol液态苯氧化为CO2 和H2O ( l ) ，其定容热为－3267 kJ·mol-1 , 求定压反应热为多少？解：C6H6 (l) + 7.5O2 (g) → 6CO2 (g) +3 H2O ( l )1-101-11 300K时2mol理想气体由ldm-3可逆膨胀至10dm-3 ，计算此过程的嫡变。
《物理化学》第五版(天津大学物理化学教研室 著)课后习题答案 高等教育出版社
由于汽缸为绝热，因此
2.20 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。隔板靠活塞一侧为 2 mol，0 C 的
单原子理想气体 A，压力与恒定的环境压力相等；隔板的另一侧为 6 mol，100 C 的双原子
理想气体 B，其体积恒定。今将绝热隔板的绝热层去掉使之变成导热板，求系统达平衡时的
T 及过程的
与温度的函数关系查本书附录，水
的比定压热容
。
解：300 kg 的水煤气中 CO(g)和 H2(g)的物质量分别为
300 kg 的水煤气由 1100 C 冷却到 100 C 所放热量
设生产热水的质量为 m，则
2.18 单原子理想气体 A 于双原子理想气体 B 的混合物共 5 mol，摩尔分数
，始态温
（1）
（2）
的；
（3）
的；
解：（1）C10H8 的分子量 M = 128.174，反应进程
。
（2）
。
（3） 2.34 应用附录中有关物资在 25 C 的标准摩尔生成焓的数据，计算下列反应在 25 C 时 的 及。
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
第二章 热力学第一定律
解：该过程图示如下
设系统为理想气体混合物， 则
1.17 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。
[物理化学[上册]完整习题的答案解析]第五版高等教育出版社
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第一章 气体pVT 性质1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下：1 1TT p V p V V T V V ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系？ 解：对于理想气体，pV=nRT111 )/(11-=⋅=⋅=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=T TVV p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=⋅=⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=p p V V pnRT V p p nRT V p V V T T T κ 1-2 气柜内有121.6kPa 、27℃的氯乙烯（C 2H 3Cl ）气体300m 3，若以每小时90kg 的流量输往使用车间，试问贮存的气体能用多少小时？解：设氯乙烯为理想气体，气柜内氯乙烯的物质的量为mol RT pV n 623.1461815.300314.8300106.1213=⨯⨯⨯== 每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为13353.144145.621090109032-⋅=⨯=⨯=h mol M v Cl H C n/v=（14618.623÷1441.153）=10.144小时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：33714.015.273314.81016101325444--⋅=⨯⨯⨯=⋅=⋅=m kg M RT p M V n CH CH CHρ 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 。
若改用充以25℃、13.33kPa 的某碳氢化合物气体，则总质量为25.0163g 。
试估算该气体的摩尔质量。
解：先求容器的容积33)(0000.10010000.100000.250000.1252cm cm V l O H ==-=ρn=m/M=pV/RTmol g pV RTm M ⋅=⨯-⨯⨯==-31.301013330)0000.250163.25(15.298314.841-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。
物理化学第五版全册课后习题答案
n H 2O nC H 2 2 n H 2O nC H 2 2
p H 2O 进 p C2 H 2 p H 2O 出 p C 2 H 2
3.17 0.02339(mol ) 进 138.7 3.17 123 0.008947(mol ) 出 138.7 123
可见，隔板抽去前后，H2 及 N2 的摩尔体积相同。 （3） y H 2
3n N 2 n N 2 3n N 2
3 , 4
y N2
1 4
3 1 p; p N 2 y N 2 p p 4 4
pH2 yH2 p
所以有
p H2 : p N2 3 1 p : p 3 :1 4 4
3
VO2 y O2 V
n pV 101325 200 10 6 0.008315mol RT 8.314 293.15
3
M
m 0.3897 y AM A yB M B 46.867 g mol 1 n 0.008315 30.0694 y A 58.123 y B
（1）
第七章 电化学
余训爽
1-8 如图所示一带隔板的容器中， 两侧分别有同温同压的氢气与氮气， 二者均克视为理 想气体。 H2 p 3dm T
3
N2 p
1dm T
3
（1）保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体 混合后的压力。 （2）隔板抽去前后，H2 及 N2 的摩尔体积是否相同？ （3）隔板抽去后，混合气体中 H2 及 N2 的分压力之比以及它们的分体积各为若干？ 解： （1）抽隔板前两侧压力均为 p，温度均为 T。 n H RT n N RT （1） p H 2 2 3 p N2 2 3 p 3dm 1dm 得： nH 3n N
《物理化学(第五版,傅献彩)》课后习题及答案
压蒸发热为 40.63kJ·mol-1。当 1mol 液态水，在 373K 和外压为 p时完全蒸发成水蒸气时，
试求：
（1）蒸发过程中体系对环境所作的功。
（2）假定液态水的体积略而不计，试求蒸发过程中的功，并计算所得结果的百分误差。
（3）假定把蒸气看作理想气体，且略去液态水的体积，求体系所作的功。
（4）求（1）中变化的△vapHm 和△vapUm。 （5）解释何故蒸发热大于体系所作的功。
T V
0
T
16.证明：
U V
p
C p
T V
p
p
证：
U V
p
H V
P
p
=
H T
T p V
p
p
=
CP
T V
p
p
证明： CP
CV
p T
V
Hp
T
V
证： CP
CV
HT
U = H p T V T
P
HT
V T
dT P
Hp
T dP
H T
V
H T
解:
Zn (s)+2 H+= Zn2++ H2(g)
VH2
RT p
8.314 291 m3 101325
0.024m 3
W pV pVg nRT 8.314 291J 2419.4J
△rUm=(Q+W)/ =(-152-2.42)kJ·mol-1
3 . 在 373.2K 和 p压力下，使 1molH2O(l)汽化。已知水在气化时吸热 40.69kJ·mol-1。
P
Hp
T Tp
V
代入上式
物理化学(天大第五版全册)课后习题答案
第一章气体pVT 性质1-1物质的体膨胀系数V与等温压缩系数T的定义如下：11TTpVpV VTV V 试导出理想气体的V、T与压力、温度的关系？解：对于理想气体，pV=nRT111)/(11TT V VpnR VT p nRT V T V V ppV1211)/(11ppV VpnRT Vpp nRT VpV VT T T1-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。
若将其中一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃，忽略连接管中气体体积，试求该容器内空气的压力。
解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。
并且设玻璃泡的体积不随温度而变化，则始态为)/(2,2,1i i iiRT V p n n n终态（f ）时ff ff f ff f ff T T T T RV p T V T V R p n n n,2,1,1,2,2,1,2,1kPaT T T T T p T T T T VR np ff ff ii ff f f f00.117)15.27315.373(15.27315.27315.373325.10122,2,1,2,1,2,1,2,11-8 如图所示一带隔板的容器中，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均克视为理想气体。
H 2 3dm 3p TN 2 1dm 3p T（1）保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体混合后的压力。
（2）隔板抽去前后，H 2及N 2的摩尔体积是否相同？（3）隔板抽去后，混合气体中H 2及N 2的分压力之比以及它们的分体积各为若干？解：（1）抽隔板前两侧压力均为p ，温度均为T 。
pdmRTn p dmRTn p N NH H33132222（1）得：223NHn n 而抽去隔板后，体积为4dm 3，温度为，所以压力为3331444)3(2222dmRTn dmRTn dmRT n n VnRT pN N N N（2）比较式（1）、（2），可见抽去隔板后两种气体混合后的压力仍为p 。
第五版物理化学习题答案
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??? 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。
??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。
物理化学(第五版)复习(附详细参考答案)
热力学第一定律练习题一、是非题，下列各题的叙述是否正确，对的画√错的画×1、已知温度T时反应H2(g) + 12O2(g) == H2O(g) 的∆rH，则∆rH即为温度为T时H2(g)的∆C H。
（）2、不同物质在它们相同的对应状态下，具有相同的压缩性，即具有相同的压缩因子Z。
( )。
3、d U = nC V,m d T这个公式对一定量的理想气体的任何p，V，T过程均适用，( )4、物质的量为n的理想气体，由T1，p1绝热膨胀到T2，p2，该过程的焓变化∆H n C TpTT=⎰,m d12。
（）5、理想气体的热力学能和焓均只是温度的函数，而与压力或体积无关。
（）6、在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变，CO2的内能和焓也不变。
( )7、25℃∆f H(S ,单斜) = 0 。
（）。
8、理想气体在恒定的外压力下绝热膨胀到终态。
因为是恒压，所以∆H = Q；又因为是绝热，Q = 0，故∆H = 0。
( )9、500 K时H2(g)的∆f H= 0 。
（）10、在临界点，饱和液体与饱和蒸气的摩尔体积相等。
( )11、∆f H(C ,石墨, 298 K) = 0 。
（）12、热力学标准状态的温度指定为25℃。
（）13、100℃时，1 mol H2O(l)向真空蒸发变成1mol H2O(g)，这个过程的热量即为H2O( l )在100℃的摩尔汽化焓。
（）14、处在对应状态的两种不同气体，各自对于理想气体行为的偏离程度相同。
( )15、CO2(g)的∆f H(500 K) = ∆f H(298 K) +C Tp,m2KK(CO)d298500⎰。
（）16、在p = p(环) = 定值下电解水制氢气和氧气则Q = ∆H。
（）17、系统从同一始态出发，经绝热不可逆到达的终态，若经绝热可逆过程，则一定达不到此状态。
（）18、化学反应热Q p其大小只取决于系统始终态；( )19、凡是化学反应的等压热必大于等容热；( )20、理想气体等容过程的焓变为21,md()TVTH nC T V p∆=+∆⎰；( )二、选择题1、对一个化学反应，若知其∑νB C p, m(B) > 0 ，则：（）。
物理化学第五版课后习题答案
第七章 电化学7－1．用铂电极电解CuCl 2溶液。
通过的电流为20 A ，经过15 min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu ？ (2) 在阳阴极上能析出多少体积的27℃, 100 kPa 下的Cl 2(g )? 解：(1) m Cu ＝201560635462.F⨯⨯⨯＝5.527 g n Cu ＝2015602F⨯⨯＝0.09328 mol(2) 2C l n ＝2015602F⨯⨯＝0.09328 mol 2C l V ＝00932830015100.R .⨯⨯＝2.328 dm 37－2．用Pb (s )电极电解Pb (NO 3) 2溶液，已知溶液浓度为1g 水中含有Pb (NO 3) 21.66×10－2g 。
通电一段时间，测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。
阳极区溶液质量为62.50g ，其中含有Pb (NO 3) 21.151g ，计算Pb 2+的迁移数。
解： M [Pb (NO 3) 2]＝331.2098考虑Pb 2+：n 迁＝n 前－n 后＋n e＝262501151166103312098(..)..--⨯⨯－11513312098..＋0165821078682..⨯＝3.0748×10－3－3.4751×10－3＋7.6853×10－4 ＝3.6823×10－4 mol t ＋(Pb 2+)＝4436823107685310..--⨯⨯＝0.4791考虑3N O -： n 迁＝n 后－n 前＝11513312098..－262501151166103312098(..)..--⨯⨯＝4.0030×10－3 molt －(3N O -)＝4440030107658310..--⨯⨯＝0.52097－3．用银电极电解AgNO 3溶液。
通电一段时间后，阴极上有0.078 g 的Ag 析出，阳极区溶液溶液质量为23.376g ，其中含AgNO 3 0.236 g 。
第五版物理化学课后习题答案
物化第二章 热力学第一定律2－1． 1mol 理想气体在恒定压力下温度升高1℃，求过程中系统与环境交换的功。
解： n ＝ 1molp 1, V 1, T 1−−−→−恒压升温p 2, V 2, T 2 W ＝－p a m b ΔV ＝－p (V 2－V 1) ＝－nR (T 2－T 1) ＝－8.314J2－2． 1mol 水蒸气(H 2O ,g )在100℃，101.325kPa 下全部凝结成液态水。
求过程的功。
假设：相对于水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。
解： n ＝ 1molH 2O (g )−−−−−→−kPa101.325100℃，H 2O (l ) W ＝－p a m b ΔV ＝－p (V l －V g ) ≈ pVg ＝ nRT ＝ 3.102kJ2－3． 在25℃及恒定压力下，电解1mol 水(H 2O ,l )，求过程的体积功。
H 2O (l ) H 2(g ) + 12O 2(g )解： n ＝ 1molH 2O (l )−−−−−→−kPa 101.325100℃，H 2(g ) + O 2(g )n 1＝1mol 1mol + 0.5mol ＝ n 2 V 1 ＝ V l V (H 2) + V (O 2) ＝ V 2W ＝－p amb ΔV ＝－(p 2V 2－p 1V 1)≈－p 2V 2 ＝－n 2RT ＝－1.5×R ×298.15＝－3.718kJ2－4．系统由相同的始态经过不同的途径达到相同的末态。
若途径a 的Q a ＝2.078 kJ ，W a ＝－4.157 kJ ，而途径b 的Q b ＝－0.692kJ 。
求W b 。
解：Q a ＋W a ＝Q b ＋W bW b ＝Q a ＋W a －Q b ＝2.078－4.157＋0.692＝－2.079＋0.692＝－1.387kJ2－5．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。
【物理化学上册完整习题答案】第五版
物理化学上册完整习题答案第五版第一章热力学基础习题一(a)热容量定义为物体单位质量或单位物质量的温度升高所需的热量。
它的单位是J/(g·°C)。
(b)热容量可以用以下公式来计算：Q = mcΔT，其中Q表示热量，m表示物体的质量，c表示物质的比热容，ΔT表示温度变化。
(c)水的比热容是4.18 J/(g·°C)。
(a)焓的定义是在恒定压力下，物体单位质量的温度升高所需的热量。
焓可以用以下公式来计算：H =Q/m，其中H表示焓，Q表示热量，m表示物体的质量。
(b)焓变是指在化学反应或物理过程中，物体单位质量的焓的变化。
1.辅助函数的作用是简化热力学计算过程。
它可以帮助我们计算焓、熵和自由能等。
习题二1.当物体从低温区域向高温区域传递热量时，热量会按照热流从高温区域传递到低温区域。
这个现象符合热力学第一定律，即能量守恒定律。
2.传送速率可以通过热传导定律来计算。
热传导定律可以用以下公式表示：Q = kA(ΔT/Δx)，其中Q是传输的热量，k是热传导系数，A是传输的面积，ΔT是温度差，Δx是传输的距离。
3.传热的三种途径是热传导、热对流和热辐射。
习题三1.升华是指固体直接从固体相转变为气体相的过程，而不经过液体相。
凝华是指气体直接从气体相转变为固体相的过程。
2.溶解度是指溶质在溶剂中溶解所达到的最大浓度。
溶解度可以受到温度、压力和溶剂性质等因素的影响。
3.相变是指物质在一定条件下从一个相态转变为另一个相态的过程。
常见的相变包括融化、凝固、汽化、液化、升华和凝华。
第二章热力学函数习题一(a)熵是描述系统无序程度的物理量。
它的单位是J/(mol·K)。
(b)熵的变化可以通过以下公式计算：ΔS = Q/T，其中ΔS表示熵的变化，Q表示热量，T表示温度。
(a)熵增定律是指在孤立系统中，系统熵总是增加或至少保持不变。
(b)熵增定律可以用以下公式表示：ΔStotal =ΔSsystem + ΔSsurroundings ≥ 0，其中ΔStotal表示系统和周围环境的总熵变化，ΔSsystem表示系统的熵变化，ΔSsurroundings表示周围环境的熵变化。
《物理化学》第五版,(傅献彩主编)复习题答案(全)
第一章气体1. 两种不同的理想气体t 如果它们的平均平动能相同,密度也相同,则它们的压力是否相同？为什么?S ：由于两种气体均为理想气体.根据理想气体的状态方程式PV^nRT式中材是物质的蚩"是压力,U 是气体的体积，丁是热力学温度.R 是摩尔气体常数.又因为材=舊=豁式中也为气体的质儀为气体分子的摩尔质量屮为气体的密声 PV=為R 丁两边同除以V*则得P=疇我们已知气休分子的平均动能是温度的函数,即丁所以气休分子的平均平动能仪与温度有 关.由题目中已知两种不同的理想气体•平均平动平动能相同，因此它们的温度相同*又因为它们的密度相 同*则通过上式P=疇可知压力P 仪与M 有关.因此得出结论，两种不同的理想气体在它们具有相同的平均平动能,相同密度的条件下.它们的压力不 同.压力与M 成反比，M 越大则P 越小.乂在两个体积相等、密封、绝热的容器中+装有压力相等的某理想气体.试问这两个容器中温度是否相等？答:根据理想气体的状态方程式pV=n RT假设在第一个容器中某种理想气体符合AV 1 =«L JJT 1则在第二个容器中存在p 2V 2^n z R‰又因为两容器的体积相等,装有的理想气体的压力也相尊所以P 严P 2 ¼=V≡则得n i RT 1 ^n 2RT i ,两边同除以R 则得 m T 1 T 2若两容器中装有相同物质的慑的该理想气体,则两个容器中温度相等;否则，两容器中温度不相等.3. DakOn 分压定律能否用于实际气体？为什么？答:根据气体分子动理论所导出的基本方程式PV=^mNU i式中0是N 个分子与器壁碰撞后所产生的总效应,它具有统计平均的意义平均压力是一个定值，是 一个宏观可测的物理量•对于一定量的吒体,当温度和体积一定时,它具有稳定的数值+因为通过气体分子动理论所导岀的D a ltOn 分压定律孕是或专=述4是摩尔分数）适用于实际气体,经得起实验的考验+4. 在273 K 时,有三种气体,HχQ 和CQ,试判别哪种气休的根均方速率最大？哪种气体的最概然速 率最小？最概然速率 班或咖=勺瞬可推知棍均方速率、最概然速率与质議的平方根成反比因此,在相同温度273 K 的条件M H 2=2X10^3kg ∙ moΓ1t M⅛ s =32×10^3kg ∙ mol~1t ‰, =44XlO^kg ∙ mol~,HZ 的根均方速率第大;GE 的最概然速率蜃小.5. 最概撚速率、根均方連度和数学平均速率•三者的大小关系如何？各有什么用⅞t?答:在M aX W 訓速率分布曲线上有一最高点*该点表示具有这种速率的分子所占的分数葩大,这个最高 点所对应的速率称之为最概然速率或％=JW答:根据’根均方程率分子的数学平均速率（S）为所有分子速率的数学平均值∕‰T根均方速率（Q是一个统计平均值•它与各个分子的速率有关•但又不等于任务单个分子的速率・三种速率之比在三者中•最概然速率最小,根均方速率最大,数学平均速率居中.6. 气体在電力场中分布的情况如何？用什么公式可以计算地球上某一高度的压力？这样的压力差能否用来发电？答:在重力场中,气体分子受到两种互相相反的作用.无规则热运动将使气体分子均匀分布于它们所能达到的空间,而重力的作用则要使重的气体分子向下聚集.由于这两种相反的作用,达到平衡时•气体分子在空间中并排均匀的分布,密度随高度的增加而减少・假定在O〜人的高度范围内温度不变,则P=PO exp（—箸）由于在上述公式的积分过程中,均将温度看作常数,所以只在高度相差不太大的范围内,可以计算地球上某一高度的压力.虽然存在这样的压力差,但是由于存在重力场的原因,在实际生活中我们不能用这样的压力差来进行发电.7. 在一个密闭容器内有一定凰的气体,若升高温度,气体分子的动能和碰撞次数增加,那分子的平均自由程将如何改变？答:在一密闭的容器内，若温度升高，碰據次数增加,平均速度匕增加根据,平均自由程（Z）7=予由于移动着的分子在单位时间内与其他分子相碰的次数＜可以用含"的式子来表示,例如书中以分子平均以90°的角度互相碰撞为例,推导岀Z =》=需我们可以间接证明分子的平均自由程与温度无关.&什么是分子碰掠的有效截面积？如何计算分子的互碰频率？答:设分子的有效半径为r,有效直径为d.运动着的分子,其运动的方向与纸面垂直，以有效直径d（d =2刀为半径作虚线圆,这个面积称为分子碰撞的有效截面积Grd2）.单位时间、单位体积中分子平均相撞的总次数Z应为Z=甌4^rI AnB式中,dAβ代表A,B分子的有效半径之和,“代表折合质量9.什么是气体的隙流？研究气体隙流有何用处？答:气体分子通过小孔向外流出称为隙流.Graharn的隙流定律是指隙流速度与其摩尔质憊的平方根成反比,若两种气体在相同的情况下进行比隙流定律可以用来求气体的摩尔质绘，即√ = n A用隙流作用也可以分离摩尔质量不同的气体混合物,这在同位素分离中得到了应用.10.Van der WaalS对实际气体作了哪两项校正？如果把实际气体看作刚球,则其状态方程的形式应该如何？SIV a n der W a aI S对实际气体的体枳和压力两项上提出了具有物理意义的修正因子α和趴这两个因子揭示了真实气悴与理想咒体有差别的根本原因•Van der WaaIS 方程式，即（P十豈）（V m—6） =J?T11.在同温、同压下,某实际气体的摩尔体积大于理想气体的摩尔体积,则该气体的压缩因子Z是大于1还是小于1?答:在压力轻高或温度较祗时,实际气休与理想气体的偏差较大.我们以书中提及的压蝇因子（Z）衡址偏差的大小忆=晋=需在同温•同压下,某实际气体的摩尔体积大于理想气休的摩尔体积.则该气体的压缩因子z>ι^vς> Rh实际气体的可压缩性比理想气体小.同理我们可以推岀在相同情况下，若实际气体的摩尔体积小于理想气体的摩尔怵积•则该气悴的压竭因子Z<∖,pV rn<RT.实际气体的可压缩性比理想气体大.12.压缩因子图的基本原理建立在什么原理的基础上？如果有两种性质不同的实际气体*其压力、摩尔体积和温度是否可能都相同？其压缩因子是否相同？为什么？答:凡是Van der W^IS气体都可以用统一的对比方程式表示D = Sr没有岀现气体的持性常数α •仏所以它是一个具有普遍性的方程式.但直接使用对比方程式似嫌太繁.特别是对高压气体的有关计算,常使用压缩因子图.其状态方程式仍保留理想气体方程式的形式"V* ZRT（Z=嘗）.我们将范氏方程护十孟）仏一刃=RT展开后得必_瓷（卄竽）+讯計乎=0也可写成严ξ¾-荒假设两种性质不同的实际气体具有相同的V%和厂但是由于性质不同•它们分别的值不同.因而它们的P 值不同•所以说两种性质不同的实际气体*,Vπι和T值不可能同时相同.因为L护尸芒？尸£代入小修后得K许*孚又根据书中提及:諾=号已证明Van der W^I S气体的军背接近一个常数”所以两种性质不同的实际气体若具有相同的对比状态.即值相同’则它们的压缩因于相同；否则.压缩因子相同.第二章热力学第…定律1 •判断下列说法是否正确.G)状态给定后,状态函数就有一定的值,反之亦然.(2)状态函数改变后,状态一定改变.(3)状态改变后,状态函数一定都改变.(4)因为W=QMH=Q,,所以QSQP是特定条件下的状态函数.(5)恒温过程一定是可逆过程.(6)汽缸内有一定量的理想气体,反抗一定外压做绝热膨胀,则△ H=Qp=O.(7)根据热力学第一定律,因为能量不能无中生有,所以一个系统若要对外做功,必须从外界吸收热量.(8)系统从状态I变化到状态∏ ,若AT=O,则Q=0,无热量交换.(9)在等压下,机械搅拌绝热容器中的液体,使其温度上升,则AH=Q,=0.(10)理想气体绝热变化过程中,W=ΔU ,即WR=∆U=cv∆T, Vy IR=Δ(7=CVΔT,所以WR=W叫(11》有一个封闭系统,当始态和终态确定后：(a)若经历一个绝热过程,则功有定值；(b)若经历一个等容过程,则Q有定值(设不作非膨胀功)；(C)若经历一个等温过程,则热力学能有定值；(d)若经历一个多方过程,则热和功的代数和有定值.(12)某一化学反应在烧杯中进行,放热Q ,熔变为AH∣,若安排成可逆电池,使始态和终态都相同,这时放热Q ,熔变为厶局，则∆Hι =∆H2・答：(1)对.(2)对.(3)错.若外界条件不变,即状态给定后,所有的状态函数都有一定的数值•当某一个或某几个状态函数发生变化时,状态一定改变;反之,当状态改变,状态函数中一定有某一个或某几个发生变化,而不一定是全部的状态函数都发生改变.(4)错.热力学能U和熔H是状态函数•它的改变值决定于系统的起始和终了的状态,与途径无关.功和热决定于引起状态发生变化的方法,于途径有关.在特定条件下,断定Q、QP就是状态函数是不充分的.(5)对.恒温过程是系统与环境的温度随时相等且恒定,是一个热平衡的过程.当系统的诸种性质不随时间而改变,则系统处于热力学平衡状态.满足可逆过程的要求，即保持连续平衡状态的过程.(6〉错.等外压与等压不是同一概念，勿混淆；绝热膨胀过程中Q=O,而不是Qp = O.熔是状态函数•在绝热膨胀过程压力由Pl至化，石至T2(p2<Z>l,T2<T1)可得出AHVO.(7)错.热力学第一定律说明热力学能(U)、热(Q)和功(W)可以互相转化,又表述了它们转化时的定掀关系,所以它又是一个能量守恒定律.因此可知，系统热力学能的变化是W=Q+W.所以功的转化形式不仅有热,也可通过热力学能.⑻错.热(Q)的变化值与具体的变化途径有关,它不是状态函数•当AT=O时,只说明初始和终了的温度相同,而不能说明整个过程的变化情况,故Q不一定为零.(9)错.'H=Qp是在没有其他功的条件下才存在的等式.题目中提及机械搅拌使液体升温•则说明存在机械功,即δ W z≠0.所以,上面等式'H=Qp不成立.(10)错.由同一状态I出发,经过绝热可逆过程达到的状态∏和经过绝热不可逆过程达到的状态U两状态的温度一定不相同,故AGH△乃R ,所以W R HW IR.(IlXa)对.绝热过程,W=譽三皆=G(T2 —「).(b)对.等容过程中(不作非膨胀功)Q∙ = ∆U.(C)错.等温过程,∆U=0.(d)对.多方可逆Q^W=∫ CvdT.(12)对.Q是非状态函数，由于经过的途径不同,则Q值将会不同.熔(H)是状态函数，只要始终态相同,不考虑所经过的过程,则两熔变值AH∣和 Z 相等.2.回答下列问题.(1)在盛水槽中放置一个盛水的封闭试管,加热盛水槽中之水,使其达到沸点•试问试管中的水是非会沸腾,为什么？(2)夏天将室内电冰箱的门打开,接通电源并紧闭门窗(设墙壁、门窗均不传热),能否使室内温度降低, 为什么？(3)可逆热机的效率最高,在其他条件都相同的前提下•用可逆热机去牵引火车,能否使火车的速度加快,为什么？(4)Zn与稀硫酸作用,(a)在敞口的容器中进行；(b)在密闭的容器中进行.哪一种情况放热较多,为什么？(5)在一铝制筒中装有压缩空气,温度与环境平衡.突然打开筒盖•使气体冲出，当压力一外界相等时, 立即盖上筒盖,过一会儿,筒中气体的压力有何变化？(6)在N2和H2的物质的量之比为1 : 3的反应条件下合成氨,实验测得在温度T l和T2时放出的热量分别为Q(C)和Q(T2)，用KirChhOff定律验证时，与下述公式的计算结果不符，试解释原因∙Δr H m (T2) = ArH m(T1)+ F ∆r QdTJT I(7)从同一始态A岀发•经历三种不同途径到达不同的终态：(1)经等温可逆过程从Λ→β5(2)经绝热可逆过程从A-*C; (3)经绝热不可逆过程从AfD试问：(a)若使终态的体积相同,D点应位于BC虚线的什么位置,为什么？(b)若使终态的压力相同∙Γ＞点应位于BC虚线的什么位置,为什么•参见图2-3.(8)在一个玻璃瓶中发生如下反应：H2(g)+Cl2(g)-^2HCl(g)反应前后T.p.V均未发生变化•设所有的气体都可看作是理想气体•因为理想气体的热力学能仅是温度的函数Q=U(T),所以该反应的∆U=0.这个结论对不对？为什么？答:(1)不会.由于水槽中的水与水的沸点相同,不满足只有环境的温度高于液体的沸点•液体才能沸腾的条件.所以试管中的水不会沸腾.(2)不能.由于墙壁、门窗不传热•则可把整个屋子看作是一个绝热等容的系统•又因为∆U=Q +W, 而Q =O(绝热过程)・电冰箱做电功，即环境对系统做功W>0,所以∆U>0,温度升高.(3)不能.热机效率v=g是指从高温热源所吸的热最大的转换成对环境所做的功.但是同时可逆热机循环一周是一个缓慢的过程,所需时间是无限的•又由P≈W∕t≈F "可推出P将无限的小•因此用可逆热机牵到火车的做法是不实际的,不能增加火车的速度只会降低.(4)在密闭的容器中进行的反应放热较多.这是由于在热化学中,Qp=Q∙+∆n(RT)而在这个反应中Zn÷H2SO4—ZnSa+出，0=1.又因为该反应为放热反应Q-Q的值均为负数・IQ I>∣Q, I.(5)简内的压力变化过程：当压缩空气气体冲出,在绝热可逆过程有PiTy=常数，当气体的压力与外界相等时,筒中温度降低.立即盖上筒盖,过一会儿,系统与环境的温度完全相等•温度升高•则压力也升高, 即大于环境中的标准大气压.(6)∆f实际上是指按所给反应式,进行兰为ImoI反应时的熔变,实验中测得的数值是反应达到平衡时放出的热量•此时∆eVlmol,因此经过计算使用Kir C hhOff定律计算的结果与实验不符.(a) (b)图2-4由各种过程的膨胀功计算中,我们可知绝热可逆膨胀的功最大•绝热过程中.W=Cv√T2-T1),由于是膨胀过程,所以WVO.又因IWRl> I Ww I,所以T2lfi>T2tt.又根据理想气体状态方程pV=nRT,当匕相同时叭>臥当仇相同时*V2ff f>,V2Λ. *绝热膨胀在实际过程中是一个降温过程,与等温可逆相比,T2∕R<T2w,同理，当匕相同时、皿>仇叭当PZ相同时,v2^>v2at.(8)∆LΓ=O这个结论不正确.根据热力学第一定律∆T=Q+W,由于反应前后的丁未变,Q=O,47= W.虽然整个反应中V未变,但此化学反应由于光照而引发，以这种的形式对反应做功•所以∆U≠0.3.可逆过程有哪些基本特征？请识别下列过程中哪些是可逆过程•(】)摩擦生热；(2)室温和大气压力(101. 3 kPa)下,水蒸发为同温、同压的气；(3)373 K和大气压力(Io1. 3 kPa)下,水蒸发为同温、同压的气；(4) 用干电池使灯泡发光；(5) 用对消法测可逆电池的电动势；(6) N 2(g),O 2(g)在等温、等压条件下温合；(7) 恒温下将1 mol 水倾入大量溶液中,溶液浓度未变；(8) 水在冰点时变成同温、同压的冰.答:可逆过程基本特征：① 过程中的每一步都可向相反的方向进行,而且,系统复原后在环境中并不引起其他变化.② 经过无限慢的膨胀与压缩•③ 在可逆膨胀中系统做的功最大,在系统复原可逆压缩过程中对环境做的功最小.(3) √5)和(8〉的过程为可逆过程,其余均不是.4. 试将如下的两个不可逆过程设计成可逆过程：⑴在298 KJOl. 3 kPa 压力下,水蒸发为同温、同压的气；(2〉在268 K,101.3 kPa 压力下,水凝结为同温、同压的冰.答I (1)H 2O(1,298K,101. 3kPa)― H 2O(g,298K,101. 3kPa)等压可逆升温］ I 等压可逆降温H 2O(h373K,101. 3kPa)空鯉凹理翌JH2O(g,373K,lOl. 3kPa).⑵H2()(l,268K,101.3kPa)― H 2O(s,268KΛ01. 3kPa)等压可逆升温5.判断下列各过程中的Q,W,0U 和可能知道的值,用>0,VO 或=O 表示.(1) 如图2-5所示，当电池放电后,选择不同的对象为研究系统，① 以水和电阻丝为系统_② 以水为系统③ 以电阻丝为系统④ 以电池和电阻丝为系统⑤ 以水、电池和电阻丝为系统； ⑵Van der WaiiS 气体等温自由膨胀；(3) 密闭非绝热容器中盛有锌粒和盐酸，容器上部有可移动的活⑷ C 6 H 6 (s, 101. 3 kPa∙7})— C 6H 6(hl01.3 kPa, T f );(5) 恒容绝热容器中发生如下反应H 2(g)+Cl 2 (g)― 2HCl(g)(6) 恒容非绝热容器中,发生与(5)相同的反应,反应前后温度相同;(7) 在大量的水中,有一个含有H2(g),Q(g)的气泡,通一电火花使其化合变为水，以H2(g),Q(g)混 合气为系统,忽略电火花能量；(8) 理想气体JOUle-ThOmSOn 的节流过程.答:(1)①W>0,水和电阻丝为一整体看待Q=O,2=Q+W>0.② 以水为系统•对外不做功,W=O,系统吸热Q>0,故∆U=W+Q>O..等压可逆降温 H 2O(1,273K,101. 3kPa) 等温等压可逆凝结 H 2O(s,273K,101.3kPa).③以电阻丝为系统•电阻丝的状态未发生改变.所以∆L7=0.系统放热QCO,所以W>0.④以电池电阻丝为系统,不存在对外做功,W=O.系统为放热反应,Q<0,α=Q+WV0.⑤以电池水和电阻丝为系统•该系统成为孤立系统,2=0,Q=O,W=O.(2)外压为零的膨胀过程为自由膨胀,W=O.膨胀后体积增加,温度升高,是吸热反应,Q>0.所以可知,M∕=Q+W>0.(3)由于Zn÷2HCl==ZnCl2+ H2↑体积增加，活塞移动,对外做功,WV0.此反应为放热反应,所以Q<0.同理,∆U=Q+WV0.*(4)由固体变为液体,在凝固点和等压条件下,吸热.Q=Q f) =∆H>0. W= -^PV) = -P(V l-V t )< 0,Δ(7=Q÷UO0.(5)恒容绝热的容器中发生反应,Q=Q=0,W=0故∆T=0;因为该反应为放热反应,反应后温度升高•由理想气体状态方程可知P= 帶:V不变"随T增加而增加.又因AH=∆U+MpV)=V(3)>0.(6)恒容容器内W=O;由十是非绝热容器,该反应为放热反应,故Q=QVO;同理M<0. ΔH = ΔU< 0(由于系统最终能恢复原状态,Δ(pV)=O).(7)2H2÷O2—2H2O,W=-∕>(V2-V1)反应后气体体积滅血(以H2、Q为系统)所以W>0.该反应为吸热反应,Q<0热力学能减少,AUVO.(8)节流过程的特点是:①绝热过程②前后焙值相等.故Q=O,AH=O.又因为理想气体节流前后温度未发生改变,Δl∕=05同理由∆U=Q+W,可知W=O.6. 请列举4个不同类型的等熔过程.答:几种不同类型的等熔过程分别为：自由膨胀；等温可逆膨胀；等温可逆压缩Jo u Ie-Thomson节流过程.7. 在下列关系式中,请指出哪几个是准确的,哪几个是不准确的,并简单说明理由.(1)∆e⅛ (石墨，s) = Δ(Ht(CQ,g),(2)∆c肚(H2,g) = ∆f H=(HCXg),(3)ΔeH-(N2,g) = Δf H∙(2NO2,g),(4)∆c Hm(SC)2 ,g)=0,(5)Δ∣H^(H2O,g)=ΔfH∙(H2OJ)+∆,,p⅛(H2OJ),(6)Δc½(()2,g)=Δf H∙ (H2OJ).答:根据标准摩尔生成熔和标准摩尔燃烧的定义可知均指生成1 InOI纯物质的熔变.由此可知(1)和(2)正确；(3)错误.⑷由于so2÷yθ2-sα,so2在o2中可以完全燃烧生成sα,所以∆c H^(so2,g)≠o.(5)H2O(I)— H2O(g) ∆r⅛(373 K) = ∆vβp⅛(H2OJ) = ∆f H∙ (H2O,g)^∆f(H2OJ)结果正(6)根据定义ΔC W(H2,g) = Δf⅛(H2O,g)等式成立•所以题中表示结果错误•是否恒大于Cv.m?有一个化学反应,所有的气体都可以作为理想气体处理,若反应的∆Q,ro>0,则反应的AQm也一定大于零吗？≡:C^CV=(^-(^)V=（歌+（霍h （f⅛+M霁）厂（f⅛v= [?+（韵r]（霁），对于理想气体T （黑）r = CL （等）广竽© -CY=nR C^rtI -CV hnl=J R可知永远大于C Vral⅛ C PllII>0时•则厲问也一■定大于零.第三章热力学第二定律∣∙指出下列公式的适用范围.<l）Δr⅛sιS =—尺工^Rlnj（2）∆S=nRln E+Ch ⅛= KRh ⅛ 十GlrL ⅞ JPΞJ 1 Vt 1 1C3）dL r^≡Td5-PtfVJC4）M∕ = IVιJ∕>;（3）∆S.∆A/G作为判据时必须満足的条件・答:门）理想气体的等温等压过程,井符合分体积定律•心=訂■存在的每种气体的压力祁粕等*且等于气体的总压力.（即适用于非等温过程中爛的变化值.在计算一定量的理想气体由狀态1 <Pit¼t LJ⅛变到状态U（∕⅛,Fp ,玛）时*可由两种可逆过程的加和而求得.等号两边是两种不同的分步计算方法.〔3）对于封闭系统只做体积功时适用.（4）对于等溫条杵下'封闭系统只做体积功时适用.（G購判撼:对于隔离系统或绝热系统.dS≥0Hdmhoi∣∕自曲能判据在等温等容下做其他功的条杵下,若系统任其自然+叫自发变化总是朝向A减少的方向进行,直至系统达到平衡.Gih氏自由能判据:在等温等压下,不做其他功,任期自然进行,则自发变化長朝G减少的方向进行,直至奈统达到平衡.1.判斷F列说法尼否正确*并说明原因.d）不可逆过程一定是处肆的，而自发过程一定是不可逆的*（2）Λ⅛增加过程都是⅛发过程；（3）不可逆过程的端永不减少：（4）系统达平衡时，爛值最大.Gibbs自由能最小；（G当某系统的热力学能和休积恒定时,△$<（）的过程不可能发生匚<S）M⅛统从始态经过一个绝热不可逆过程到达终态*现在要在相同的始、终态之间设计一个绝热可逆过程；U）在一个绝热系统中.发主了一个可逆过程.系统从状态1变到『狀态2.不论用什么方法,系统再也回不到原来状态了*©）理想气休的等温膨胀过程,ZJJ=S系统所吸的热全部变成『功■这与KeIVin的说法不符匚(9)冷冻机可以从低温热源吸热放给髙温热源,这与CIa US iuS 的说法不符；(10) G 恒大于Cv.答:(1)错.自发过程一定是不可逆过程,而不是所有的不可逆过程都是自发的,有时需要环境对系统做 功,才可进行不可逆过程.(2) 错.爛判据使用是有条件的,适用于隔离系统或绝热系统.(3) 错.在隔离系统中,如果发生了不可逆变化,则爛增加.(4) 错.不应笼统的全部定义为系统.在绝热系统或隔离系统，当系统达到平衡状态之后,炳值最大;在 等温等压不做其他功的条件下，直至系统达到平衡后,Gibbs 自由能最小.(5) 错.不完全正确,这种说法只适用于隔离系统且不做非膨胀功的条件下才可以成立.(6) 错.绝热不可逆过程∆S>0.绝热可逆过程∆S=0.爛是一个状态函数，由于两过程有同样的始态. 同时∆S 值不同,则可以认为最终到达的终态的性质不同.故题中说法不能实现.(7〉对.在绝热系统中,从状态】到状态2 ∆S,2>0;而同样在该条件下，由状态2到状态1 S 21 >0.系统 的爛永远增加,故系统再也回不到原来状态了.(8) 错.Kelvin ：不可能从单热源取出热使之完全变为功・而不发生其他变化.理想气体等温膨胀过程 中,AU=O,系统,所吸的热全部变成了体枳膨胀所做的体积功.这与keWin 记述相符.(9) 错.从低温热源吸热放给高温热源的过程中•环境对低温热源做功.这一过程与CI a U S i US 说法:不可 能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其他的变化.相符.(ID)错.Cp-Cv V_ Z a(U+∕>p)、 (au、 一(dτ . (aT )V但HzO 在277. 15时,(等»=0・故Cp=G 故,题中说法过于武断.3.指岀下列各过程中,Q,W∙∆L∕dH∙∆S,∆A 和2等热力学函数的变供哪些为零•哪些绝对值相等?(1) 理想气体真空膨胀；(2) 理想气体等温可逆膨胀：(3) 理想气体绝热节流膨胀；(4) 实际气体绝热可逆膨胀；(5) 实际气体绝热节流膨胀；<6)H 2(g)和O 2(g)在绝热钢瓶中发生反应生成水；(7) H 2(g)和O2(g)在绝热钢瓶中发生反应生成HCKg)J(8) H 2Od,373 K,101 kPa)^H 2O(g,373 KUOl kPa)；(9) 在等温、等压、不作非膨胀功的条件下,下列反应达到平衡3H 2 (g)+N 2(g)-2NH 3(g)G 恒大于GZ=(執+(執(10)绝热、恒压、不作非膨胀功的条件下,发生了一个化学反应.答:(1)理想气体真空膨胀W=Q=M=AH=O.(2)理气等温可逆膨胀ΔI7=0,∆H=0;Q=V V J∆G=∆A,∆S=0.(3)理气节流膨胀AH=0,∆U=0.(4)实际全体绝热可逆Q= AS=^=0,W=Q+W=W.(5)实气绝热节流Q I=O,Δ(7=0,Δ∕∕=0.(6)恒容过程∆L∕=O∆A=-WR=Q .(7)H2 (g)+Cl2 (^)=2HCL(g) 体积与压力不变.Δ(7=Q=^H, W=O .AA=AG(8)∆A = -W R4G=0,Δl 丿=O QH=O.(S)∆L∕=O.∆H=Qρ*∆A=∆G,(Io)Q=Oa=W.4. 将下列不可逆过程设计为可逆过程.(1)理想气体从压力为P向真空膨胀为仇；(2)将两块温度分别为T l ,T2的铁块(T1>T2)相接解•最后终态温度为T t(3)水真空蒸发为同温、同压的气,设水在该温度时的饱和蒸气压为AH20( 1,303 KJOO kPa)— H2O(g,303 KJOO kPa)（4）理想气体从∕>1 ,W .T1经不可逆过程达到PZ,X∙E ,可设计几条可逆路线•画出示意图・答：（i）等温可逆膨胀.（2）以无限小且无限缓慢的速度dT降温•最终达到T的终态,则此过程为可逆过程.O图3-1φ∕(pι .v1,T1AA,W，T2)仝亘樂∏(Z>2,V2,T2)③“ Q ・ W ・T l p2,½∙, T I∏(∕>2,V2,T2)Z . Tr T、等溫可逆Z-” T、等容可逆n/ . “ T、④1( p∖ ,V) , TI ) DC PD . V2 , Tl ) *, Ii(P2，v^2 , 了2 )5. 判断下列恒温、恒压过程中,爛值的变化,是大于零•小于零还是等于零,为什么？(1)将食盐放入水中；(2)HCKg)溶于水中生成盐酸溶液；(3)NH J Cl(S)― NH3 (g) + HCKg)；(4)H2 (g) Q(g)— H2 O(I)；(5) 1 dm3 (N2 ^g)÷l dm3(Ar,g)—2 dm3 (N2 ÷Ar,g)；(6) 1 dm'(N2 ∙g) + l dn√(Ar,g)— 1 dm3 (N2÷Ar,g)；(7) 1 dm3(N2,g)÷l dm3(N2,g)— 2 dm3(N2,g);(8)1 dm3(N2∙g) + l dm3(N2,g)― 1 dm3(N2,g).答：(1)盐溶解于水中,为放热过程Q<0,dS-^,∆S<0.(2)同理,HCKg)溶水中,Q<O,∆S<O.(3〉此化学反应过程为吸热过程Q>O,∆S>O.(4)此化学反应过程为放热过程QVo,ASVO.9V 9V 2V(5)∆S=∆S4V2+∆S zv=Wn y+/?lny = 2Rln ~>0.(6)两气体的始态,经态未发生改变AS=O.(7)同种气体等温等压下压缩,前后状态未发生改变AS=O.(8)∆S=r i Kln 彩=2Rn 寺VO.6. ⑴在298 K和IOO kPa时,反应H2()(l)― H2(g)÷y()2(g)的Sm>0∙说明该反应不能自发进行.但在实验室内常用电解水的方法制备氢气,这两者有无矛盾？(2〉请将CarnOt循环分别表达在以如下坐标表示的图上：T- p, T — S,S-U,U-S, T- H答:⑴这两者没有矛盾HO⑴一H2(g)+∙∣()2(g)是指在隔离系统内，不做其他非膨胀功的条件下,A<im>0.实验室内用电解水的方法剔备氢气•这个过程中存在电流做功的电功形式•这一反应不是自发进行的.(2)Carnet缩环表达坐标如图3—2.。
物理化学第五版课后习题答案
第十章 界面现象10－1 请回答下列问题：(1) 常见的亚稳定状态有哪些为什么产生亚稳态如何防止亚稳态的产生(2) 在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象(3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由 (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么(5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程答： (1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。
产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。
(2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”， 根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。
(3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。
(4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。
物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为范德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。
(5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG ＜0，而ΔS ＜0，由ΔG =ΔH －T ΔS ，得 ΔH ＜0，即反应为放热反应。
10－2 在及下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少已知时汞的表面张力为 N ·m －1。
解： 3143r π＝N×3243r π N ＝3132r rΔG ＝21A A dA γ⎰＝(A 2－A 1)＝4·( N 22r －21r )＝4·(312r r －21r )＝4××(339 (110)110--⨯⨯－10－6)＝J10－3 计算时时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。
物理化学第五版课后习题答案
第十章 界面现象10－1 请回答下列问题：(1) 常见的亚稳定状态有哪些？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？(2) 在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？(3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？ (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？(5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？答： (1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。
产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。
(2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”， 根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。
(3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。
(4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。
物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为范德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。
(5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG ＜0，而ΔS ＜0，由ΔG =ΔH －T ΔS ，得 ΔH ＜0，即反应为放热反应。
10－2 在293.15K 及101.325kPa 下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少？已知293.15K 时汞的表面张力为0.4865 N ·m －1。
解： 3143r π＝N ×3243r π N ＝3132r rΔG ＝21A A dA γ⎰＝γ(A 2－A 1)＝4πγ·( N 22r －21r )＝4πγ·(312r r －21r )＝4π×0.47×(339(110)110--⨯⨯－10－6)＝5.9062 J10－3 计算时373.15K 时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。
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第五版物理化学习题答案标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]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。
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。
（3）系统先与40℃，70℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。
解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此, g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为已知氮（N2将始态为300 K，100 kPa下1 mol的N(g)置于1000 K的热源中，求下列过程（1）经2恒压过程；（2）经恒容过程达到平衡态时的。
解：（1）在恒压的情况下（2）在恒容情况下，将氮（N, g）看作理想气体2将代替上面各式中的，即可求得所需各量始态为，的某双原子理想气体1 mol，经下列不同途径变化到，的末态。
求各步骤及途径的。
（1）恒温可逆膨胀；（2）先恒容冷却至使压力降至100 kPa，再恒压加热至；（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa，再恒压加热至。
解：（1）对理想气体恒温可逆膨胀，△U = 0，因此（2）先计算恒容冷却至使压力降至100 kPa，系统的温度T:（3）同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa时系统的温度T:根据理想气体绝热过程状态方程，各热力学量计算如下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3．11 某双原子理想气体从始态，经不同过程变化到下述状态，求各过程的解：（1）过程（1）为PVT变化过程（2）（3）2 mol双原子理想气体从始态300 K，50 dm3，先恒容加热至400 K，再恒压加热至体积增大到100 dm3，求整个过程的。
解：过程图示如下先求出末态的温度因此，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)3mol双原子理想气体从始态，先恒温可逆压缩使体积缩小至，再恒压加热至，求整个过程的及。
解：(a)(b)5 mol单原子理想气体，从始态 300 K，50 kPa先绝热可逆压缩至100 kPa，再恒压冷却至体积为85dm3的末态。
求整个过程的Q，W，△U，△H及△S。
始态300K，1MPa的单原子理想气体2mol，反抗的恒定外压绝热不可逆膨胀至平衡态。
求过程的解：组成为的单原子气体A与双原子气体B的理想气体混合物共10 mol，从始态，绝热可逆压缩至的平衡态。
求过程的。
解：过程图示如下混合理想气体的绝热可逆状态方程推导如下容易得到单原子气体A与双原子气体B的理想气体混合物共8 mol，组成为，始态。
今绝热反抗恒定外压不可逆膨胀至末态体积的平衡态。
求过程的。
解：过程图示如下先确定末态温度，绝热过程，因此常压下将100 g，27℃的水与200 g，72℃的水在绝热容器中混合，求最终水温t及过程的熵变。
已知水的比定压热容。
解：3．20 将温度均为300K，压力均为100KPa的100的的恒温恒压混合。
求过程，假设和均可认为是理想气体。
解：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 Bn=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 = 0T2=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。
绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板两侧均为N2(g)。
一侧容积50 dm3，内有200 K的N2(g) 2 mol；另一侧容积为75 dm3, 内有500 K的N2(g) 4 mol；N2(g)可认为理想气体。
今将容器中的绝热隔板撤去，使系统达到平衡态。
求过程的。
解：过程图示如下同上题，末态温度T确定如下经过第一步变化，两部分的体积和为即，除了隔板外，状态2与末态相同，因此注意21与22题的比较。
甲醇（）在下的沸点（正常沸点）为，在此条件下的摩尔蒸发焓，求在上述温度、压力条件下，1Kg液态甲醇全部成为甲醇蒸汽时。
解：常压下冰的熔点为0℃，比熔化焓，水的比定压热熔。
在一绝热容器中有1 kg，25℃的水，现向容器中加入 kg，0℃的冰，这是系统的始态。
求系统达到平衡后，过程的。
解：过程图示如下将过程看作恒压绝热过程。
由于1 kg，25℃的水降温至0℃为只能导致克冰融化，因此3．25 常压下冰的熔点是，比熔化焓，水的比定压热熔，系统的始态为一绝热容器中1kg，的水及的冰，求系统达到平衡态后，过程的熵。
解：已知常压下冰的熔点为0℃，摩尔熔化焓，苯的熔点为1℃，摩尔熔化焓。
液态水和固态苯的摩尔定压热容分别为及。
今有两个用绝热层包围的容器，一容器中为0℃的8 mol H2O(s)与2 mol H2O(l)成平衡，另一容器中为℃的5 molC6H6(l)与5 mol C6H6(s)成平衡。
现将两容器接触，去掉两容器间的绝热层，使两容器达到新的平衡态。
求过程的。
解：粗略估算表明，5 mol C6H6(l) 完全凝固将使8 mol H2O(s)完全熔化，因此，过程图示如下总的过程为恒压绝热过程，，将装有 mol乙醚(C2H5)2O(l)的小玻璃瓶放入容积为10 dm3的恒容密闭的真空容器中，并在℃的恒温槽中恒温。
℃为在 kPa下乙醚的沸点。
已知在此条件下乙醚的摩尔蒸发焓。
今将小玻璃瓶打破，乙醚蒸发至平衡态。
求（1）乙醚蒸气的压力；（2）过程的。
解：将乙醚蒸气看作理想气体，由于恒温各状态函数的变化计算如下△H＝△H1＋△H2△S＝△S1＋△S2忽略液态乙醚的体积. 容积为20 dm3的密闭容器中共有2 mol H2O成气液平衡。
已知80℃，100℃下水的饱和蒸气压分别为及，25 ℃水的摩尔蒸发焓；水和水蒸气在25 ~ 100 ℃间的平均定压摩尔热容分别为和。
今将系统从80℃的平衡态恒容加热到100℃。
求过程的。
解：先估算100 ℃时，系统中是否存在液态水。
设终态只存在水蒸气，其物质量为n, 则显然，只有一部分水蒸发，末态仍为气液平衡。
因此有以下过程：设立如下途径第一步和第四步为可逆相变，第二步为液态水的恒温变压，第三步为液态水的恒压变温。
先求80℃和100℃时水的摩尔蒸发热:. O2(g)的摩尔定压热容与温度的函数关系为已知25 ℃下O2(g)的标准摩尔熵。
求O2(g) 在 100℃，50 kPa下的摩尔规定熵值。
解：由公式. 若参加化学反应的各物质的摩尔定压热容可表示为试推导化学反应的标准摩尔反应熵与温度T的函数关系式，并说明积分常数如何确定。
解：对于标准摩尔反应熵，有式中.已知25℃时液态水的标准摩尔生成吉布斯函，水在25℃时的饱和蒸气压。
求25℃时水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数。
解：恒温下. 100℃的恒温槽中有一带有活塞的导热圆筒，筒中为2 mol N2(g)及装与小玻璃瓶中的3mol H2O(l)。
环境的压力即系统的压力维持120 kPa不变。
今将小玻璃瓶打碎，液态水蒸发至平衡态。
求过程的。
已知：水在100℃时的饱和蒸气压为，在此条件下水的摩尔蒸发焓。
. 已知100℃水的饱和蒸气压为 kPa，此条件下水的摩尔蒸发焓。
在置于100℃恒温槽中的容积为100 dm3的密闭容器中，有压力120 kPa的过饱和蒸气。
此状态为亚稳态。
今过饱和蒸气失稳，部分凝结成液态水达到热力学稳定的平衡态。
求过程的。
解：凝结蒸气的物质量为热力学各量计算如下已知在 kPa下，水的沸点为100℃，其比蒸发焓。
已知液态水和水蒸气在100～120℃范围内的平均比定压热容分别为：及。
今有 kPa下120℃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及。
解：设计可逆途径如下已知在100 kPa下水的凝固点为0℃，在-5 ℃，过冷水的比凝固焓，过冷水和冰的饱和蒸气压分别为，。
今在100 kPa下，有-5℃ 1 kg的过冷水变为同样温度、压力下的冰，设计可逆途径，分别按可逆途径计算过程的及。
解：设计可逆途径如下第二步、第四步为可逆相变，，第一步、第五步为凝聚相的恒温变压过程，，因此已知在-5℃，水和冰的密度分别为和。
在-5℃，水和冰的相平衡压力为 MPa。
今有-℃C的1 kg水在100 kPa下凝固成同样温度下的冰，求过程的。
假设，水和冰的密度不随压力改变。
若在某温度范围内，一液体及其蒸气的摩尔定压热容均可表示成的形式，则液体的摩尔蒸发焓为其中，为积分常数。