应用物理化学习题解答

《应用物理化学》

习题及部分思考题解答志明清瑞吴也平编解

八一农垦大学

齐齐哈尔大学

河南科技大学

2009年7月31日

第一章 热力学定律

思考题

1. 设有一电炉丝浸入水槽中(见下图)，接上电源，通以电流一段时间。分别按下列几种情况作为体系，试问ΔU 、Q 、W 为正、为负，还是为零？

①以水和电阻丝为体系； ②以水为体系； ③以电阻丝为体系； ④以电池为体系；

⑤以电池、电阻丝为体系； ⑥以电池、电阻丝和水为体系。 答：该题答案列表如下。 序号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥

体系 水和电阻丝 水 电阻丝 电池 电池、电阻

丝

电池、电阻丝、

水

环境

电池 电池、电阻

丝 水、电池 水、电阻丝 水 － Q ＝ >0 <0 =0 <0 0 W

>0 =0 <0 >0 =0 0 ΔU <0

<0

>0

<0

<0

2. 任一气体从同一始态出发分别经绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀达到体积相同的终态，终态压力

相同吗?

答：不同。膨胀到相同体积时，绝热可逆与绝热不可逆的终态温度和压力不同。 3. 熵是量度体系无序程度大小的物理量。下列情况哪一种物质的摩尔熵值更大？

(1)室温下纯铁与碳钢； (2)100℃的液态水与100℃的水蒸气； (3)同一温度下结晶完整的金属与有缺陷的金属；(4)1000℃的铁块与1600℃铁水。

答：温度相同的同一种物质，气、液、固态相比（例如水蒸气、液态水和冰相比），气态的微观状态数最大，固态的微观状态数最小，液态居中，因此，摩尔熵气态最大，液态次之，固态最小；同类物质，例如，氟、氯、溴、碘，分子量越大摩尔熵越大；分子结构越复杂熵越大；分子构象越丰富熵越大；同素异形体或同分异构体的摩尔熵也不相同。

（1）、（2）、（3）和（4）均是后者摩尔熵值大。

4. 小分子电解质的渗透压与非电解质的渗透压哪个大？为什么？电解质的稀溶液是否有依数性？其渗透压公式是怎样的？

答：非电解质的渗透压大。因为非电解质不能电离，通过半透膜的几率就小，这样就造成膜两侧的浓差增大，使渗透压增大。小分子电解质的稀溶液有依数性，但不显著。稀溶液以浓度代替活

度，()RT RT 2c 21c 2c

1c 1c 2c ++=∆=π，若c 1>>c 2，RT 1c 2=π；若c 2>>c 1，RT 1c =π，c 1、c 2分别为溶液一侧

和溶剂一侧的浓度。

5. 下列物理量中，哪一组是广度性质的状态函数？

(1). C p ，C v ，S ，H m (2). U m ，T ，P ，V m (3). V m ，H m ，μ，U (4). H ，V ，U ，G 答：（4）组，即H ，V ，U ，G 是广度性质的状态函数。

6. 回答下列问题：

(1)在水槽中放置一个盛水的封闭试管，加热水槽中的水，使其达到沸点。试问试管中的水是否沸腾？为什么？

(2)可逆热机的效率最高.在其它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，何故？

(3)锌和硫酸反应：a)在敞口瓶中进行；b)在封口瓶中进行。何者放热多？为何？

答：(1)不会。液体沸腾必须有一个大于沸点的环境热源，槽中之水的温度与水的沸点温度相同无法使试管的水沸腾。

(2)不会。可逆过程的特点之一就是过程变化无限缓慢，因此在其它条件相同的情况下，可逆热机带动的机车速度最慢。

(3)“a”相当于敞开体系，“b”相当于封闭体系。由相关定义，敞开体系有物质和能量的交换；封闭体系无物质交换，但有能量的交换。所以体系与环境交换的能量后者多，即“b”放热多。

7. 下列说法是否正确？为何？

(1)溶液的化学势等于溶液中各组分的化学势之和；

(2)对于纯组分，化学势等于其自由能；

(3)稀溶液中，组分B的浓度可用x B、b B、c B、表示，其标准态的选择不同，则组分B的化学势也不同；

(4)气体的标准态压力均为pө、温度均为T，且符合理想气体行为，所以纯气体只有一个标准态；

(5)在同一溶液中，若标准态规定不同，活度也不同；

(6)二组分理想溶液的总蒸气压大于任一组分的蒸气分压；

(7)在298K时，0.01mol·kg-1的糖水的渗透压与0.01mol·kg-1食盐水的渗透压相等；

(8)298K时，A和B两种气体单独在某一溶剂中溶解，平衡时相应的亨利系数为k A和k B。已知k A＞k B，若A和B同时溶解在该溶剂中达到平衡，当气相中A和B平衡分压相等时，则溶液中A的

浓度大于B的浓度；

(9)凡熵增加的过程都是自发过程；

(10)不可逆过程的熵永不减少；

(11)体系达平衡时熵值最大，自由能最小；

(12)一封闭体系，当始终态确定后：①若经历一个绝热过程，则功有定值；②若经历一个等容过程，则Q有定值；③若经历一个等温过程，则能有定值；④若经历一个多方过程，则热和功的差值有定值。

答：(1) 不对。化学势是某组分的偏摩尔Gibbs自由能。溶液可分为溶剂的化学势或溶质的化学势，而没有整个溶液的化学势。

(2) 不对，至少不严密。应该说纯组分的化学势等于其摩尔Gibbs自由能。

(3) 不对。浓度表示方式不同，则所取标准态也不同，它们的标准态时的化学势是不相等的。但是，B物质在该溶液中的化学势只有一个数值，是相同的。

(4) 不对。虽然气体的标准态都取压力为pө、温度为T ，且符合理想气体行为，但对理想气体，该标准态是真实状态，对实际气体，该标准状态是假想状态。

(5) 对。a B = c B/γB。c B规定不同，a B也不同；

(6) 对。因为二组分理想溶液的总蒸气压等于两个组分的蒸气压之和。

(7) 不相等。渗透压是溶液依数性的一种反映。稀溶液中，依数性只与粒子的数目有关，而与