物理化学第一章习题.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,p46,，,11,：,一绝热圆筒用一铜制隔板分成,A,、,B,两室各装有温度为,400K,，压力为,500kPa,的,1 mol,单原子理想气体。现将,A,室气体在恒外压,p,e,=100kPa,下绝热膨胀至压力为,100kPa,，系统中,A,、,B,两室气体达到热平衡，求最终温度,T,2,。,解：,对,A,室和,B,室,：,1mol,500kPa,400K,1mol,500kPa,400K,1mol,100kPa,T,2,1mol,T,2,A,室,B,室,A,室,B,室,绝热膨胀,B,室为恒容过程，所以，,A,室为恒外压膨胀过程，所以，,铜板在,A,、,B,两室间传热，整体绝热过程，,所以，,-n,B,1.5R(,T,2,T,1,),-,n,B,R,(,T,2,-,T,1,p,2,/p,1,),n,A,1.5R(,T,2,T,1,)=,T,2,=,(3+,p,2,/p,1,),T,1,/4,=(3+100kPa/500kPa),400K/4,=320K,p46,，,12,：,1 mol,理想气体由,298K,、,1.0MPa,分别经过,(1),恒温可逆膨胀，,(2),反抗,0.1 MPa,外压快速膨胀，,(3),自由膨胀，三个过程终压为,0.1 MPa,，分别计算各过程中的,W,，,Q,，,U,，,H,。,已知理想气体的,C,p,m,=29.10JK,-1,mol,-1,解：,1mol,1.0MPa,400K,1mol,0.1MPa,T,2,恒温可逆膨胀,自由膨胀,恒外压膨胀,W,=-,nRT,ln,(,V,2,/,V,1,),=-,nRT,ln,p,2,/p,1,=1,8.315 298 ln(0.1/1.0)J,=-5706J,Q=,W,=5706J,D,U,=,0,，,理想气体恒温，,D,U=,0,，,D,H,=0,(1),恒温可逆过程，,T,2,=,T,1,Q=,0,D,U,=,W,(2),恒外压快速膨胀过程，近似认为绝热过程，,对于理想气体，,所以，,Q=,0,理想气体恒温，,D,U=,0,，,D,H,=0,(3),自由膨胀即向真空膨胀，,T,2,=,T,1,p,e,=0,，,W,=0,p47,，,17,：,300K,、,16g,的氧气经绝热可逆过程从,10 dm,3,压缩到,6 dm,3,，然后再经恒温可逆膨胀使气体复原，求该过程的,W,，,Q,，,U,，,H,。已知氧气视为理想气体，,C,p,m,=3.5R,解：,16g,10dm,3,300K,绝热可逆压缩,恒温可逆膨胀,16g,6dm,3,T,2,16g,10dm,3,T,3,=,T,2,19,1 mol,25的水在101325Pa下变成200的水蒸气,求过程的W、Q、,U、H。已知：水的,C,p,m,(l,),=,75.29,JK,-1,mol,-1,水蒸气的,C,p,m,(,g),=33.58,JK,-1,mol,-1,vap,H,m,(,100)=40.637K,Jmol,-,1,水蒸气可看作理想气体。,解：据题意知，在101325Pa下，,1 mol,水的状态变化框图如下：,t,1,=25,H,2,O(l),t,2,=100,H,2,O(l),t,2,=100,H,2,O(g),t,3,=200,H,2,O(g),(1),(2),(3),1)为液态水的恒压升温过程,H,1,=Q,1,=nC,p,m,(l)(T,2,-T,1,)=1mol75.29J,/,Kmol(373K-,298K)=5.647kJ,由于液体水在升温过程中体积变化不大，故W,1,=0,对由固态或液态物质组成的凝聚系统（,V,m,/T,）p,0,所以,C,p,m,-C,v,m,0，,U1=,nC,v,m,(l)(T,2,-T,1,),5.647,kJ,(2)为水的平衡相变过程：Q,2,=,H,2,n,vap,H,m,n,vap,H,m,=40.637kJ,W,2,=,-P,e,(V,g,-V,l,),-pv,g,=-nRT=,1mol,8.315,J,/,Kmol373K,=-3.101,kJ,U,2,=Q2+W2=,40.637kJ,-3.101,kJ,=37.54,kJ,(3)为水蒸气的恒压升温过程：,Q,3,=,H,3,=nC,p,m,(g)(T,3,-T,2,)=1mol33.58JK,-1,mol,-,1,(473K-373K)=3.358kJ,W,3,=,-P,e,(V,3,-V,2,)=-nR(T,3,-T,2,)=-,1mol,8.315,J,/,Kmol(473K-,373K)=,-831,J,U,3,=Q,3,+W,3,=3358,J,-831,J,=2527,J,对于整个过程而言：,W=W,1,+W,2,+W,3,=0KJ-3.101KJ-0.831KJ=-3.932KJ,Q=Q,1,+Q,2,+Q,3,=5.647KJ+40.637KJ+3.358KJ=49.642KJ,H=Q,p,=49.642,KJ,U=Q+W=,49.642KJ-3.932KJ=45.710KJ,p47,，,21,298.15K,时，使,4.6g,的乙醇,(,摩尔质量为,46 gmol,-1,),在弹式热量计中恒容燃烧，放出,136.68kJ,的热量，忽略压力对焓的影响。,（,1,）计算乙醇的标准摩尔燃烧焓,c,H,m,（,2,）乙醇恒压燃烧的反应焓,（,3,）已知,298.15K,时,H,2,O(l),和,CO2(g),的标准摩尔生成焓分别为,-285.83kJmol,-1,，,-393.51kJmol,-1,，计算,C,2,H,5,OH(l),的,f,H,m,过程,1,，理想气体绝热可逆压缩，可以利用绝热过程方程：,过程,2,为理想气体恒温，,D,U,2,=,0,D,H,2,=,0,D,U,=,D,U,1,D,H,=,D,H,1,过程,1,绝热，,Q,1,=,0,W,1,=,D,U,1,=,D,U,=,706.7J,D,U,2,=,0,W,2,=,-,Q,2,=,-,nRT,2,ln,(,V,3,/,V,2,),=-16/32,8.315 368 ln(10/6),=-781.5J,W=W,1,+,W,2,=,706.7-781.5=-74.8J,Q=Q,1,+,Q,2,=,781.5J,x,=,D,n,乙醇,/,v,乙醇,=(0-4.6)/46 mol/(-1),=0.1 mol,解,:,S,v,B,(g)=2-3=-1,C,2,H,5,OH(l)+3O,2,(g),2CO,2,(g)+3H,2,O(l),c,U,=,Q,v,=-136.68kJ,恒容反应，,=+,S,v,B,(g),RT,c,H,m,c,U,m,（,1,）,=-136.68/0.1+(-1)8.315 298.15/1000,kJmol,-1,=-1369.28kJmol,-1,C,2,H,5,OH(l)+3O,2,(g),2CO,2,(g)+3H,2,O(l),（,2,）,恒压反应，,Q,p,=,c,H,=,x,c,H,m,=(-1369.28 0.1)kJ,=-136.93kJ,=136.68+0.1(-1)8.315 298.15/1000,kJmol,-1,=-136.93kJmol,-1,Q,V,+,x,S,v,B,(g),RT,Q,p,=,或：,C,2,H,5,OH(l)+3O,2,(g),2CO,2,(g)+3H,2,O(l),（,3,）,=2(-393.51)+3(-285.83),+,1369.28,kJmol,-1,=-275.23kJmol,-1,r,H,m,=,2,f,H,CO2,m,+,3,f,H,H2O,m,-,f,H,乙醇,m,r,H,m,=,c,H,乙醇,m,2,f,H,CO2,m,+,3,f,H,H2O,m,-,f,H,乙醇,m,=,c,H,乙醇,m,p47,，,22,25,的,C,6,H,6,(l),c,H,m,=-3267.5,kJmol,-1,，,CO2(g),及,H,2,O(l),的,c,H,m,分别为,-393.51kJmol,-1,，,-285.83kJmol,-1,，,C,6,H,6,(l),，,C(,石墨,),和,H,2,(g),的,C,p,m,分别为,135.77JK,-1,mol,-1,，,8.527JK,-1,mol,-1,和,28.82JK,-1,mol,-1,，求,25,和,60,时,C,6,H,6,(l),的,f,H,m,反应,(4),反应,(2),6,+,反应,(3),3-,反应,(1),C,6,H,6,(l)+7.5O,2,(g)=6CO,2,(g)+3H,2,O(l),D,H,m,1,=-3267.5kJmol,-1,(2)C(,石墨,)+O,2,(g)=CO,2,(g),D,H,m,2,=-393.51kJmol,-1,(3)H,2,(g)+(1/2)O,2,(g)=H,2,O(l),D,H,m,3,=-285.83kJmol,-1,(4)C,6,H,6,(l),的生成反应，,3H,2,(g)+6C(,石墨,)=,C,6,H,6,(l),6,f,H,m,2,+,3,f,H,m,3,-,f,H,m,=,c,H,m,1,=6(-393.51)+3(-285.83),-(-,3267.5)kJmol,-1,=48.95kJmol,-1,解,:,1),25,时，,2)60,时，,T,1,=25+273=298K,T,2,=60+273=333K,=48.95kJ,mol,-1,+(135.77-3,28.82-6,8.527),JK,-1,mol,-1,(333-298)K/1000,=48.89,kJmol,-1,求反应,H,2,(g),+,Cl,2,(g),2HCl(g),在,598K,，,10,5,Pa,时的反应焓,D,r,H,m,(598K),。已知,298K,时,HCl(g),的,D,f,H,m,=,-,92.307 kJ,mol,-1,HCl(g),，,Cl,2,(g),和,H,2,(g),的,C,p,m,分别为,29.1 J,K,-,1,mol,-,1,、,33.91 J,K,-,1,mol,-,1,，,28.82 J,K,-,1,mol,-,1,。,解：,已知,T,1,时,D,H,1,求,T,2,时,D,H,2,，且,D,r,C,p,m,为常,数，用,基希霍夫公式,:,D,r,H,m,(,T,2,),=,D,r,H,m,(,T,1,),+,D,r,C,p,m,(T,2,-,T,1,),p47,，,23,D,r,C,p,m,=2,C,p,m,HCl(g),-,C,p,m,H,2,(g),-,C,p,m,Cl,2,(g),=(2,29.1,-,33.91,-,28.82)J,K,-,1,mol,-,1,=,-,4.53 J,K,-,1,mol,-,1,=2,(-,92.307),-,0,-,0 kJ,mol,-1,=-,184.614 kJ,mol,-1,D,r,H,m,(298K),=2,D,f,H,m,HCl(g),-,D,f,H,m,H,2,(g),-,D,f,H,m,Cl,2,(g),=,-,184614+(,-,4.53),(598,-,298)J,mol,-,1,=,-,185973 J,mol,-,1,D,r,H,m,(598K),