《简明物理化学》第二章答案.doc

1. 2mol 298K,5dm3得He(g),经过下列可逆变化:
（1） 等温压缩到体积为原来得一半;
（2） 再等容冷却到初始得压力。
等温压缩 等容冷却
求此过程得。已知20、8J•K-1•mol-1。
解:体系变化过程可表示为
W=W1+W2=nRTln+0=2×8、314×298×ln0、5=-3435(J)
Q=Q1+Q2=W1+ΔU2=-3435+nΔT=-3435+n(298-298/2)
=-3435+(-3716)=-7151(J)
ΔU=ΔU1+ΔU2=ΔU2=-3716(J)
ΔS=ΔS1+ΔS2=nRln+=2×8、314×ln0、5+2×1、5×8、314ln0、5
=-2818()
2. 10mol理想气体从40℃冷却到20℃,同时体积从250dm3 变化到50dm3。已知该气体得=29、20J•K-1•mol-1,求。
解:假设体系发生如下两个可逆变化过程
250dm3 等温 50dm3 等容 50dm3
40℃ ΔS1 40℃ ΔS2 20℃
ΔS=ΔS1+ΔS2=nRln+
=10Rln+10×(29、20-8、314)×ln
=-147、6()
3. 2mol某理想气体(=29、36 J•K-1•mol-1)在绝热条件下由273、2K,1、0MPa膨胀到203、6K,0、1MPa求该过程得。
解:273、2K 绝热 203、6K
1、0MPa 膨胀 0、1MPa
∵=29、36
∴ =29、36-8、314=21、046
且Q=0
ΔU==2×21、046×(203、6-273、2)=-2930(J)
W=-ΔU=2930(J)
4. 有一带隔板得绝热恒容箱,在隔板两侧分别充以不同温度得H2与O2,且V1=V2(见图),若将隔板抽去,试求算两种气体混合过程得(假设此两种气体均为理想气体)。
1mol O2 1mol H2
10℃,V1 20℃,V2
10℃,V1 20℃,V2

解:先由能量衡算求终温。O2 与 H2均为双原子分子理想气体,故均有=5R/2,设终温为T,则
(293、2-T)=(T-283、2)
T=288、2K
整个混合过程可分以下三个过程进行:
恒容ΔS1
①

ΔS3
③
1mol,O2,283、2K 1mol,O2,T
恒容ΔS2
②

在恒温恒压下混合达状态
1mol,H2,293、2K 1mol,H2,T
当过程①与②进行后,容器两侧气体物质得量相同,温度与体积也相同,故压力也必然相同,即可进行过程③。三步得熵变分别为:
ΔS1===0、364
5. 100g、10℃得水与200g、40℃得水在绝热得条件下混合,求此过程得熵变。已知水得比热容为4、184J•K-1•g-1。
解:∵绝热混合 ∴
=-
C•m1(t-t1)=-C•m2(t-t2) t为混合后得温度
∴ t-10=2(40-t) t=30℃=303、15K
ΔS=100+200
=1、40()
6. 过冷CO2(l)在－59℃时其蒸气压为465、96kPa,而同温度下CO2(s)得蒸气压为439、30kPa。求在－59℃、101、325kPa下,1mol过冷CO2(l)变成同温、同压得固态CO2(s)时过程得,设压力对液体与固体得影响可以忽略不计。已知过程中放热189、54J•g-1、
解: CO2(l) CO2(s)
－59℃, ΔG -59℃,
ΔG5
ΔG1

CO2(l) CO2(s)
-59℃,(l) -59℃,(s)
ΔG4
ΔG2

ΔG3
CO2(g) CO2(g)
-59℃,(l) -59℃,(s)
ΔG10,ΔG50 ΔG2=ΔG4=0
∴ ΔG=ΔG3==nRTln=1×8、314×214、2ln=-104、9J
∵ ΔG=ΔH-TΔS ΔH=-189、54×44=-8339、76J
∴ ΔS=(ΔH-ΔG)/T==-38、5
7. 2molO2(g)在正常沸点－182、97℃时蒸发为101325Pa得气体,求此过程得。已知在正常沸点时O2(l)得6、820kJ•K-1。
解:O2在,－182、97℃时得饱与蒸气压为101、325Pa,该相变为等温可逆相变
Q=n 故ΔS=Q/T=n/T==151
8. 1mol水在100℃及标准压力下向真空蒸发变成100℃及标准压力得水蒸气,试计算此过程得,并与实际过程得热温熵相比较以判断此过程就是否自发。
解:ΔS===108、98
向真空膨胀,W=0, Q=ΔU=ΔH-Δ=ΔH-nRT=40、67×-8、314×373、2
=37、567
Q/T==100、66
ΔS＞Q/T, 所以此过程为不可逆过程
9. 1molH2O(l)在100℃,101325Pa下变成同温同压下得H2O(g),然后等温可逆膨胀到Pa,求整个过程得。已知水得蒸发焓40、67kJ•K-1、
解:W1=ΔV=()nRT=3、1kJ
W2=nRTln=8、314×373、15×ln=2、883kJ
故W=W1+W2=5、983kJ
Q1=n=40、67kJ
Q2=W2=2、883kJ
故Q=Q1+Q2=40、67+2、883=43、55kJ
ΔU1=Q1-W1=37、57kJ
ΔU=ΔU1=37、57kJ
ΔH1=n=40、67kJ
ΔH2=0
故ΔH=ΔH1+ΔH2=40、67kJ
ΔS1=Q1/T==109 ΔS2=nRln=8、314×0、93=7、73
故ΔS=ΔS1+ΔS2=116、73
10. 1mol0℃,101325Pa得理想气体反抗恒定得外压力等温膨胀到压力等于外压力,体积为原来得10倍,试计算此过程得。
解:W=-ΔV=-(V2-V1)=-(10V1-V1)
=-V1=-0、9RT=-0、9×8、314×273、15=-2、04kJ
Q=-W=2、04kJ
ΔU=ΔH=0 ΔS=nRln=8、314×ln10=19、14
ΔG=ΔH-TΔS=-5229J-5、23kJ
ΔF=ΔU-TΔS=-5229J-5、23kJ
11. 若－5℃时,C5H6(s)得蒸气压为2280Pa,-5℃时C6H6(l)凝固时－35、65J•K-1•mol-1,放热9874J•mol-1,试求-5℃时C6H6(l)得饱与蒸气压为多少？
ΔG
解: C6H6(l) C5H6(s)
－5℃, -5℃,
ΔG5
ΔG1

C6H6(l) C6H6(s)
-5℃,(l) -5℃,(s)
ΔG4
ΔG2

ΔG3
C6H6(g) C6H6(g)
-5℃,(l) -5℃,(s)
ΔG10,ΔG50 ΔG2=ΔG4=0
∴ ΔG=ΔG3
ΔG=ΔH-TΔS=-9874-268、2×(-35、65)=-312、67
ΔG3==nRTln=1×8、314×268、2×ln=-312、67
2632Pa
12. 在298K 及101325Pa下有下列相变化:
CaCO3(文石) → CaCO3(方解石)
已知此过程得－800, 2、75。试求在298K时最少需施加多大压力方能使文石成为稳定相？
解: CaCO3(文石) CaCO3(方解石)
298K, 298K,
ΔG3
ΔG1

ΔG 2
文石 方解石
298K, 298K,
设298K,压力时,CaCO3(文石) CaCO3(方解石) 这个反应以可逆方式进行,
即 ΔG2=0
∴ =ΔG1+ΔG 2+ΔG3
=
=
=2、75×10-6×800
∴2、91×108Pa
13. 在－3℃时,冰得蒸气压为475、4Pa,过冷水得蒸气压为489、2Pa,试求在-3℃时1mol过冷H2O转变为冰得。
解: H2O(l) H2O(s)
－3℃, ΔG -3℃,
ΔG5
ΔG1

H2O(l) H2O(s)
-3℃,(l) -3℃,(s)
ΔG4
ΔG2

ΔG3
H2O(g) H2O(g)
-3℃,(l) -3℃,(s)
ΔG10,ΔG50 ΔG2=ΔG4=0
ΔG=ΔG3==nRTln=1×8、314×270、2ln
=-64、27J
14.已知298、15K下有关数据如下:
物质
O2(g)

CO2(g)
H2O(l)
/J•K-1•mol-1
0
-1274、5
－393、5
－285、8
/J•K-1•mol-1
205、1
212、1
213、6
69、9
求在298、15K标准状态下,1mo lα-右旋糖与氧反应得标准摩尔吉布斯自由能。
解:因为化学反应一般就是在恒T、恒V下或者在恒T、恒下进行,所以求化学反应得最基本公式应为 =-T
本题求298、15K、标准状态下α-右旋糖得氧化反应如下:
298、15K标准状态下

+6 6
故得计算式为
(298、15K)得计算式为
(298、15K)=(298、15K)-298、15K×(298、15K)
据题给数据
(298、15K)=
=6(H2O,l)+6(CO2,g)- ()
=6×(-285、8)+6×(-393、6)-(-1274、5)
=-2801、3 kJ•mol-1
(298、15K)=
=6(H2O,l)+6(CO2,g)-(-6(O2,g)
=258、3
∴ =(298、15K)-298、15K×(298、15K)
=-2801、3-298、15K×258、3×10-3
=-2878、3
15. 生物合成天冬酰胺得为－19、25kJ•mol-1,反应式为:
天冬氨酸+ 天冬酰胺(无机焦磷酸) (0)
已知此反应就是由下面四步完成得:
天冬氨酸 β-天冬氨酰腺苷酸 (1)
β-天冬氨酰腺苷酸+ 天冬酰胺 (2)
β-天冬氨酰腺苷酸 天冬氨酸 (3)
(4)
已知反应(3)与(4)得分别为－41、84kJ•mol-1与－33、47kJ•mol-1,求反应(2)得值、
解: 反应方程式(1)+(2)(0)
∴ (1)+(2)=
又有反应方程式2×(1)+(2)+(3)-(4)=(0)
∴ 2(1)+(2)+(3)-(4)=
∴ (1)+(2)=-19、25
2(1)+(2)=-19、25-33、47+41、84
(2)=-27、62
16.固体碘化银AgI有α与β两种晶型,这两种晶型得平衡转化温度为146、5℃,由α型转化为β型时,转化热等于6462J•mol-1。试计算由α型转化为β型时得。
解: AgI(α) AgI(β)
ΔS=Q/T=/T=6462/419、7=15、4
17.试判断在10℃及标准压力下,白锡与灰锡哪一种晶形稳定。已知在25℃及标准压力下有下列数据:
物质
/(J•mol-1)
/(J•K-1•mol-1)
/(J•K-1•mol-1)
白锡
0
52、30
26、15
灰锡
－2197
44、76
25、73
解: Sn(白) Sn(灰)
(298、2K)=-2197
(298、2K)=44、76-52、30=-7、45()
(283、2K)=(298、2K)+
=-2197+(25、73-26、15)×(283、2-298、2)
=-2197+6、3=-2190、7()
(283、2K)=(298、2K)+
=-7、45+(25、73-26、15)×ln
=-7、43()
(283、2K)=(283、2K)-T(283、2K)
=-2190、7-283、2×(-7、43)
=-86、5()
∴ Sn(白) Sn(灰) 得反应可自发进行
∴ 灰锡较白锡稳定