物理化学课后习题答案

第一章
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 C，另一个球则维持 0 C，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，
1.8 如图所示，一带隔板的容器中，两侧分别有同温、不同压的H2与N2，P(H2）=20kpa，P(N2)=10kpa,二者均可视为理想气体。

H2 3dm3 P(H2） T N2 1dm3 P(N2) T
（1）保持容器内温度恒定,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）计算混合气体中H2和N2的分压力；
（3）计算混合气体中H2和N2的分体积。

第二章
2.2 1mol水蒸气（H2O,g）在100℃，101.325kpa下全部凝结成液态水，求过程的功。

假设：相对水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。

2.11 1mol某理想气体与27℃，101.325kpa的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态，在恒容升温至97.0℃，250.00kpa。

求过程的W,Q, ΔU, ΔH。

已知气体的体积Cv,m=20.92J*mol-1 *K-1。

2.15 容积为0.1 m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0 C，4 mol 的Ar(g)及150 C，2 mol的Cu(s)。

现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度t及过程的。

已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容分别为
及，且假设均不随温度而变。

解：图示如下
假设：绝热壁与铜块紧密接触，且铜块的体积随温度的变化可忽略不计
则该过程可看作恒容过程，因
此
假设气体可看作理想气体，，则
2.25 冰（H2O,S）在100kpa下的熔点为0℃，此条件下的摩尔熔化焓ΔfusHm=6.012KJ*mol-1 *K-1。

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Cpm（H2O,l）=76.28J*mol-1 *K-1和Cpm（H2O,S）=37.20J*mol-1 *K-1。

求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。

2.26 已知水（H 2O, l）在100 C的摩尔蒸发焓。

水和水蒸气在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=75.75J*mol-1 *K-1和Cpm （H2O,g）=3
3.76J*mol-1 *K-1。

求在25C时水的摩尔蒸发焓。

2.29 应用附录中有关物资的热化学数据，计算 25 C时反应
的标准摩尔反应焓，要求：（1）应用25 C的标准摩尔生成焓数据；
（2）应用25 C的标准摩尔燃烧焓数据。

解：查表知
Compound
0 0
因此，由标准摩尔生成焓
由标准摩尔燃烧焓
2.31已知25 C甲酸甲脂（HCOOCH3, l）的标准摩尔燃烧焓为
，甲酸（HCOOH, l）、甲醇（CH3OH, l）、水（H2O, l）及二氧化碳（CO2, g）的标准摩尔生成焓分别为、
、及。

应用这些数据求25 C时下列反应的标准摩尔反应焓。

解：显然要求出甲酸甲脂（HCOOCH3, l）的标准摩尔生成焓
2.38 某双原子理想气体1mol从始态350K，200kpa经过如下五个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功W。

(1)恒温可逆膨胀到50kpa；
(2)恒温反抗50kpa恒外压不可逆膨胀；
(3)恒温向真空膨胀到50kpa；
(4)绝热可逆膨胀到50kpa；
(5)绝热反抗50kpa恒外压不可逆膨胀。

第三章
3.9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
3.15 5mol单原子理想气体从始态300K，50kpa，先绝热可逆压缩至100kpa，再恒压冷却使体积小至85dm3。

求整个过程的W,Q, ΔU, ΔH及ΔS。

3.21绝热恒容容器中有一绝热耐压隔板，隔板一侧为2 mol的200 K，50 dm3的单原子理想气体A，另一侧为3 mol的400 K，100 dm3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。

求过程的。

解：过程图示如下
系统的末态温度T可求解如下
系统的熵变
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。

3.22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。

3.29 已知苯（C6H6）的正常沸点为80.1C，ΔvapHm=30.878KJ*mol-1。

液体苯的摩尔定压热容Cp,m=142.7J*mol-1 *K-1。

今将40.53kpa，80.1C的苯蒸气1 mol，先恒温可逆压缩至101.325kpa,并凝结成液态苯，再在恒压下将其冷却至60 C.求整个过程的W,Q, ΔU, ΔH及ΔS。

3.36 已知在101.325 kPa下，水的沸点为100 C，其比蒸发焓。

已知液态水和水蒸气在100 ~ 120 C范围内的平均比定压热容分别为
及。

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及。

解：设计可逆途径如下
3.40化学反应如下：
（1）利用附录中各物质的数据，求上述反应在25 C时的；
（2）利用附录中各物质的数据，计算上述反应在25 C时的；
（3）25 C，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。

解：（1）
（2）
（3）设立以下途径
3.48 已知水在77 C是的饱和蒸气压为41.891 kPa。

水在101.325 kPa下的正常沸点为100 C。

求
（1）下面表示水的蒸气压与温度关系的方程式中的A和B值。

（2）在此温度范围内水的摩尔蒸发焓。

（3）在多大压力下水的沸点为105 C。

解：（1）将两个点带入方程得
（2）根据Clausius-Clapeyron方程
（3）
第四章
4.3 在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓
度bB介于和之间时，溶液的总体积。

求：
（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成bB的函数关系。

（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。

解：根据定义
当时
4.5 80 C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。

两液体可形成理想液态混合物。

若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。

解：根据Raoult定律
4.7 20 C下HCl溶于苯中达平衡，气相中HCl的分压为101.325 kPa 时，溶液中HCl的摩尔分数为0.0425。

已知20 C时苯的饱和蒸气压为10.0 kPa，若20C时HCl和苯蒸气总压为101.325 kPa，求100 g笨中溶解多少克HCl。

解：设HCl在苯中的溶解符合Henry定律
4.21 在100 g苯中加入13.76 g联苯（C6H5C6H5），所形成溶液的沸点为82.4 C。

已知纯苯的沸点为80.1 C。

求：（1）苯的沸点升高系数；（2）苯的摩尔蒸发焓。

解：
4.24 现有蔗糖（C12H22O11）溶于水形成某一浓度的稀溶液，其凝固点为-0.200 C，计算此溶液在25 C时的蒸气压。

已知水的，纯水在25 C时的蒸气压为。

解：首先计算蔗糖的质量摩尔浓度
由4.6知，质量摩尔浓度和摩尔分数有以下关系
假设溶剂服从Raoult定律，则此溶液在25 C时的蒸气压
4.27 人的血液（可视为水溶液）在101.325 kPa下于-0.56 C凝固。

已知水的。

求：
（1）血液在37 C时的渗透压；
（2）在同温度下，1 dm3蔗糖（C12H22O11）水溶液中需含有多少克蔗糖才能与血液有相同的渗透压。

解：根据已知条件
稀水溶液条件下，因此
稀水溶液时，渗透压与溶质的性质无关，
第五章
5.9 在真空的容器中放入固态的NH 4HS，于25 C下分解为NH3(g)与H2S(g)，平衡时容器内的压力为6
6.66 kPa。

（1）当放入NH4HS时容器内已有39.99 kPa的H2S(g)，求平衡时容器中的压力。

（2）容器内原有6.666 kPa的NH3(g)，问需加多大压力的H2S，才能形成NH4HS
解：反应的化学计量式如下
由题给条件，25 C下
5.11一直下列数据（298.15K）：
物质C（石墨）H2(g) N2（g）O2（g）CO(NH2)2(s
)
5.740 130.68 191.6 205.14 104.6
-393.51 -285.83 0 0 -631.66 物质NH3(g) CO2(g) H2O(g)
-16.5 -394.36 -228.57
求298.15K下CO(NH2)2的标准摩尔生成吉布斯函数，以及下列反应的。

CO2(g)+2NH3(g)=H2O(g)+CO(NH2)2(s)
. .。