简明物理化学第二版答案杜凤沛高丕英沈明.doc

第一章热力学第一定律****题解答
1. 1mol 理想气体依次经过下列过程:(1)恒容下从 25℃升温至 100℃,(2)绝热自由膨胀
至二倍体积,(3)恒压下冷却至 25℃。试计算整个过程的Q 、W 、∆U 及∆H 。
解:将三个过程中Q 、∆U 及W 的变化值列表如下:
过程
Q
∆U
W
(1)
CV ,m (T1末−T1初)
CV ,m (T1末−T1初)
0
(2)
0
0
0
(3) C p,m (T3末−T3初)
Cv,m (T3末−T3初)
p(V3末−V3初)
则对整个过程:
T
= T =
T
= T
=
1初
3末
1末
3初
Q =nCv,m (T1末-T1初) +0+ nC p,m (T3末-T3初)
=nR(T3末−T3初)
=[1××(-75)]J=-
∆U =nCv,m (T1末-T1初) +0+ nCv,m (T3末-T3初) =0
W =- p(V3末−V3初) =-nR(T3末−T3初)
=-[1××(-75)]J=
因为体系的温度没有改变,所以∆H =0
单原子理想气体,始态为 400K、,经下列两途径到达相同的终态:
恒温可逆膨胀到 10dm3,再恒容升温至 610K;
绝热自由膨胀到 ,再恒压加热至 610K。
分别求两途径的Q 、W 、∆U 及∆H 。若只知始态和终态,能否求出两途径的∆U 及
∆H ?
解:(1) 始态体积V1 =nRT1 / p1 =(××400/101325)dm3=
W =W恒温+W恒容=nRT ln VV2 + 0
1
=(××400× ln +0)J
=
∆U =nCV ,m (T2 −T1 ) =[× 32 × ×(610 − 400) ]J=
1
Q =∆U +W =
∆H =nC p,m (T2 −T1 ) =[ × 52 × ×(610 − 400) ]=
Q =Q绝热+ Q恒压=0+ nC p,m (T2 −T1 ) =
∆U =∆U绝热+ ∆U 恒压=0+ nCV ,m (T2 −T1 ) =
∆H =∆H绝热+ ∆H 恒压=0+ Q绝热=
W =∆U -Q =
若只知始态和终态也可以求出两途径的∆U 及∆H ,因为 U 和 H 是状态函数,其值只与体系的始终态有关,与变化途径无关。
已知 100℃, 下水的∆vap H mθ= kJ•mol-1,水蒸气与水的摩尔体积分别为 Vm (g) =•mol-1,Vm (l) =×10-3 dm3•mol-1,试计算下列两过程的Q 、
、∆U 及∆H 。
1mol 水于 100℃, 下可逆蒸发为水蒸气;
1mol 水在 100℃恒温下于真空容器中全部蒸发为蒸气,而且蒸气的压力恰好为
。
解:(1)恒压下的可逆变化 Q =∆H =n∆vap H mθ=
W =- p外∆V =- p外(V气−V液)
=-[101325(-×10-3)×10-3]J =-
∆U =Q +W =(-)kJ=
(2) 向真空中蒸发,所以W =0 由于两过程的始终态相同故∆H 和∆U 与(1) 相同
=∆U -W =
1mol 乙醇在其沸点时蒸发为蒸气,已知乙醇的蒸发热为 858J•g-1,1g 蒸气的体积为 607cm3,忽略液体的体积,试求过程的Q 、W 、∆U 及∆H 。
解: 因为是恒压蒸发
Qp =(46×858) J=
W =− p外×(V2-V1 ) =(-×105×670×10-6×46) J=-
∆U =Q +W =
2
恒压过程 ∆H =Qp =
在 kPa 下,把一块极小冰粒投入 100g、-5℃的过冷水中,结果有一定数量的水凝结为冰,体系的温度则变为 0℃。过程可看作是绝热的。已知冰的熔化热为 J•g-1,在-5~0℃之间水的比热容为 J•K-1•g-1。投入极小冰粒的质量可以忽略不计。
(1) 确定体系的初、终状态,并求过程的∆H 。
(2) 求析出