(完整版)物理化學作業(yè)答案

第二章熱力學第一定律2.111mol理想氣體于27°C,101.325kPa的始態(tài)下，先受某恒定外壓溫壓縮至平衡態(tài)，再恒容升溫至97.0°C,250.0kPa，求過程的W,Q，AU，AH,已知氣體的Cvm=20.92J。mol-1?K-1。n=1moln=1moln=1molT=300.15K解：1p=101.325T=300.15K解：1p=101.325kPaV1因為V3=J有牛=牛，23T=300.15KT=370.15K_>2——dV=0_>3pp=250.00kPa23VV=V232pT250.00x300.157I=32=kPa=202.72kPaddV^Q>p2370.15W2=0nRTp1202.72=[1x8.314x300.15x(nRTp1202.72=[1x8.314x300.15x(-1)]J=2.497kJ101.325所以W=W/+W=2.497kJAU=nC'TV,m3AH=nC'Tp,m3W=-p(V122-V)=_nRT11=nRT(h-1)1P2)-T=[1x20.92x(370.15-300.15)J=1.464kJ-T)=n(C+R^T-T)1V,m31=[1x(20.92+8.314)x(370.15-300.15)]J=2.046kJQ=AU-W=(1.464-2.497kJ=-1.033kJ2.39某雙原子理想氣體1mol從始態(tài)350K，200kPa經(jīng)過如下五個不同過程達到各自的平衡態(tài)，求各過程的功W恒溫可逆膨脹到50kPa；恒溫反抗50kPa恒外壓不可逆膨脹;恒溫向真空膨脹到50kPa；絕熱可逆膨脹到50kPa；絕熱反抗50kPa恒外壓不可逆膨脹解：(1)2)W=解：(1)2)W=nRTIn住=(1x8.314x350xIn-50)J=-4.034kJp2001nRTnRTW=-pAV=-p(V-V)=-p(-)21pp21=[50x(1x8.314x350501x8.314x350200)]j=-2.182kJ(3)p=0，W=-pAV=0ambamb(4)對絕熱可逆過程：C=3.5R，C=2.5RTOC\o"1-5"\h\zp,mV,mT=dR/CpmxT=[G50)R/(3.5R)x350]K=235.5KTp12001因為Q=0，所以W=AU-Q=nC'T-T)-0V,m21=11x2.5x8.314x(235.5-350丿J=-2.380kJ

(5)Q=0，所以W=AU-Q=AU=nC(T-T)V,m21AnRTnRT、而W=—pAV二—p(2—i)2P2P21聯(lián)合上述二式可得(-1)x8.314T+皂x1x8.314x350K=1x2.5x8.314(T-350K)22002解出T2=275K于是W=AU=nC(TTx2.5x8.314x(235.5-350)J=-1.559kJV,m21第三章熱力學第二定律3.1卡諾熱機在=6°°K的高溫熱源和益二孔的低溫熱源間工作。求熱機效率職；當向環(huán)境作功-爐二100口時，系統(tǒng)從高溫熱源吸收的熱°】及向低溫熱源放出的熱。300600解：卡諾熱機的效率為300600根據(jù)定義-W912=-^=?=200kJ"戸0.550%0+2=-W-Q]=總-(-莊)=200-100=lOOkJ3.35.已知100°C水的飽和蒸氣壓為101.325kPa，此條件下水的摩爾蒸發(fā)焓△vapHm=40.668kJ?moli。在置于100°C恒溫槽中的容積為100dm3的密閉容器中，有壓力120kPa的過飽和蒸氣。此狀態(tài)為亞穩(wěn)態(tài)。今過飽和蒸氣失穩(wěn)，部分凝結(jié)成液態(tài)水達到熱力學穩(wěn)定的平衡態(tài)。求過程的QAU4HAS4A及4G。解：凝結(jié)蒸氣的物質(zhì)量為^=—(P1-P2)=100x10(120-101.325)xl03RT373A5R=0.602mol熱力學各量計算如下=-0.602x40.668=-24.481HUJ1L仆也M小宀24.281X103100xl20d101.325=——-^ln—=h7Fi373.15373.15120=-60.166JR-1Qv二宜？7二AH—M卩廠）二含丹—處（P）=-24.4Slxl03-100x10_3（101.325-120）x103=-22.614kJ-24.481xlO3+373.15x60.166=-2.030kJAA=A?7-A（?^）=-22.614xl03+373.15x60.166=-0.163kJ3.48已知水在77°C是的飽和蒸氣壓為41.891kPa。水在101.325kPa下的正常沸點為100°C。求1）下面表示水的蒸氣壓與溫度關(guān)系的方程式中的A和B值。lg（p/Pa）=--A/T+B2）在此溫度范圍內(nèi)水的摩爾蒸發(fā)焓。3）在多大壓力下水的沸點為105°C。解：（1）將兩個點帶入方程得lg（41.891xlO3）=+覽伽.塑xlF）二+0350.15373.15J=2179.133,^=10.84555（2）根據(jù)Clausius-Clapeyron方程血戸二一匹竺+URT7仏=2.303/^4=2.303>:/?x2179.133=41.717kJ-mol_1UQJ）HL2[了9"133lg[p/P^）=10.84555;p=124.041kPa（3）378.15每四章多組分系統(tǒng)熱力學4.3在25°C，1kg水（A）中溶有醋酸（B）,當醋酸的質(zhì)量摩爾濃度bB介于0.16mol?kg-1和2.5mol?kg-1之間時，溶液的總體積V/cm3=1002.935+51.832[bB/（mol.kg-1）]+0.1394[bB/（mol.kg-1）]2。求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩爾體積分別表示成bB的函數(shù)關(guān)系。（2）bB=1.5mol?kg-1時水和醋酸的偏摩爾體積。解：根據(jù)定義'哉E丿"'哉E丿"g丿対舲=lmol-1x[51.332十A27紀虹/mol?@一*]

%=[51.332+0.27SS^E/mclkg-^Jctn5-mol_L廠-1咤雖％1S.015210001S.015210001002.935-0.1394^/mol-kg-1}2=18,0681-1.0025{^E/niQl■k^-1}2^m3■morL匸=lJmolkg_1時=[51.832+0.2738x1.5]cm5-mol'1=52.250cm3=[18.0631-0.0025xl.52:m3-mol_1=13.0625cm34.11A,B兩液體能形成理想液態(tài)混合物。已知在溫度t時純A的飽和蒸氣壓p?二40kPa,A純B的飽和蒸氣壓P?二120kPa。B（1）在溫度t下，于氣缸中將組成為y（A）=0.4的A,B混合氣體恒溫緩慢壓縮，求凝結(jié)出第一滴微小液滴時系統(tǒng)的總壓及該液滴的組成（以摩爾分數(shù)表示）為多少？（2）若將A,B兩液體混合，并使此混合物在100kPa,溫度t下開始沸騰，求該液態(tài)混合物的組成及沸騰時飽和蒸氣的組成（摩爾分數(shù)）。解：1.由于形成理想液態(tài)混合物，每個組分均符合Raoult定律;2.凝結(jié)出第一滴微小液滴時氣相組成不變。因此在溫度ty^p=心戸;；y^p=心毘0.4x1200.6x400.4x1200.6x40xA=0.667;rB=0.333p=p==66.7kPa九3^0.4混合物在100kPa，溫度t下開始沸騰，要求100-120Q=0.75處—毘40-120p1UU下分解為NH下分解為NH3（g）與H2S（g），平衡時容器5.9在真空的容器中放入固態(tài)的NH4HS,于25°C內(nèi)的壓力為66.66kPa。

當放入NH4HS時容器內(nèi)已有39.99kPa的H2S(g),求平衡時容器中的壓力。容器內(nèi)原有6.666kPa的NH3(g),問需加多大壓力的H2S，才能形成NH4HS解：反應的化學計量式如下?+HS^===NH3(g)+H2Sfe)由題給條件，25°C下K二丄飛尹尹田工)二竺竺^二0.1111(戸)4TW⑴(瀘丫疋=呻泌9.99十尹耳0}39.99p(K2^)~HH=0⑵兒=001耳*田蟲「—kmi0(H舟J——⑵兒=001耳*田蟲「—kmi0(H舟J——=111L=166.7kPa5.14體積為ldm3的抽空密閉容器中放有0.03458molN2O4(g)，發(fā)生如下分解反應：N2O4(g)===2NO2(g)50°C時分解反應的平衡問壓為130.3kPa,已知25°C時NN2O4(g),和NO2(g)的AH242fm分別為9.16KJ?mol-1和33.18kJ?mol-1。充反應的AC0=0。rp,m計算50°C時N2O4(g)的解離度及分解反應的K。計算100°C時反應的K0。解：(1)設(shè)50°C時N2O4(g)的解離度為aN2O4(g)===2NO2(g)初始時nBn00平衡時nBn0(1-a)2n0an=n(1-a)EB00b0V=2-1=1題目給出分解反應達平衡時系統(tǒng)的總壓P，由pV=工nRT，得BpVn==n(1+a)bRT08.314x325.15此溫度下分解反應的平衡常數(shù)(2na)20—代入數(shù)據(jù)130.0X103x118.314x325.15此溫度下分解反應的平衡常數(shù)(2na)20—K0=K=0=4aPnp0Enn(1-a)n(1+a)p01-a2p0pb00K0=41°.39932X130=0.98641-0.39932100(2)計算100°C時反應的K0，需要知道反應的“由題給條件，25°C時

AH0=YvAH0(B)=2AH0(NO,g)-AH(NO,g)TOC\o"1-5"\h\zfmBfmfm2fm24=(2x33.18-9.16)kJ?mol—=57.2kJ?mol—AC二0，所以AH0與溫度無關(guān)，根據(jù)范特霍夫方程的積分式rp,mrm、K0AH0/11、K01代入數(shù)據(jù)，得K0(373.15K)52.7x1031K01代入數(shù)據(jù)，得K0(373.15K)52.7x10311、ln二一(—)0.98648.314373.15323.15第六章相平衡RTTK0(373.15K)二K0(373.15K)二17.106.1指出下列平衡系統(tǒng)中的組分數(shù)C,相數(shù)P及自由度F。I2(s)與其蒸氣成平衡；CaCO3(s)與其分解產(chǎn)物CaO(s)和CO2(g)成平衡；NH4HS(s)放入一抽空的容器中，并與其分解產(chǎn)物NH3(g)和H2S(g)成平衡;取任意量的NH3(g)和H2S(g)與NH4HS(s)成平衡。I2作為溶質(zhì)在兩不互溶液體H2O和CCl4中達到分配平衡(凝聚系統(tǒng))。解：(1)C=1,P=2,F=C-P+2=1-2+2=1.C=3-1=2,P=3,F=C-P+2=2-3+2=1.C=3-1-1=1,P=2,F=C-P+2=1-2+2=1.C=3一1=2,P=2,F=C一P+2=2一2+2=2.5)C=3,P=2,F=C-P+1=3-2+1=2.6.4已知甲苯、苯在90°C下純液體的飽和蒸氣壓分別為54.22kPa和136.12kPa。兩者可形成理想液態(tài)混合物。取200.0g甲苯和200.0g苯置于帶活塞的導熱容器中，始態(tài)為一定壓力下90°C的液態(tài)混合物。在恒溫90°C下逐漸降低壓力，問壓力降到多少時，開始產(chǎn)生氣相，此氣相的組成如何？壓力降到多少時，液相開始消失，最后一滴液相的組成如何？壓力為92.00kPa時，系統(tǒng)內(nèi)氣-液兩相平衡，兩相的組成如何？兩相的物質(zhì)的量各位多少？解:原始溶液的組成為貳寮$M寮解:原始溶液的組成為貳寮$M寮)陀供)/皿條列呼苯仰苯)M仲苯j(luò)92.141-膽岸)+肌甲萊)_7E.114+92.141卿苯)=1—乂苯卜0.4588=0.5412(1)剛開始出現(xiàn)氣相時，可認為液相的組成不變，因此［萊)尹*慄)十甲荼)戶"［甲萊)=0.5412x136.12+0.4588x54.22=98.54kPa0.5412^136.12=0.747698.540.5412^136.12=0.747698.54(2)只剩最后一滴液體時，可認為氣相的組成等于原始溶液的組成尹尹”怦剩十（尹尹”怦剩十（X慄卜戸丫甲萊）/茉b《甲萊）"本）滬供）-仏［茱）-，（甲衆(zhòng)）IX茉）0.5412x54.22v.=0.3197136.12-（136.12-54.22）x0.5412P=去*甲苯）+{/苯）-/甲苯）H苯）=54.22+{136.12-54.22}0.3197=80.40kPa（3）根據(jù)（2）的結(jié)果胃=甲苯）+?（苯）-胃*甲苯）拭苯）尹丫茉卜尹丫甲茉）136.12-54.2292.00由杠桿原理知，缶K萊）-兀條）}=戒h慄）-d電}血=代徉）-忑判—心12-0曲_05655加）帆苯）—心（茉）］0.6S25-0.5412'込）十也）=200.0xJ—!—十一5—\=4.730978.11492.141世仍二'方?=3.022mol,応扣47309-^M=l.70S9mol1+0.5655第七章電化學7.3用銀電極電解AgNO3溶液。通電一定時間后，測知在陰極上析出1?15g的Ag，并知陰極區(qū)溶液中Ag+的總量減少了0.605g求AgNO3溶液中的t（AgO和t（NO3-）。解：解該類問題主要依據(jù)電極區(qū)的物料守恒（溶液是電中性的）顯然陰極區(qū)溶液Ag+的總量的改變DmA等于陰極析出銀的量m人與從陽極遷移來的銀的量m人之差：AgAgAg空丄電=1.15-0.605_%1.15'1（KO5）=1-（険亠）二1-0.474=0.5267.13電池Pt|!2（101.325kPa）|HCl（0.1mokg-1）|HgCl2（s）|H電動勢E與溫度T的關(guān)系為E/V=0.0694+1.88110-3T/K-2.910-6（T/K）2（1）寫出電池反應；（2）計算250C時該反應的DrGm,DrSm,DrHm以及電池恒溫可逆放電時該反應過程的Qrm解：（1）電池反應為’寺比十lHg2Cl2==二H呂十HClz=1（2）25C時222;爲E7總二(0.0694+l.SSVICT298.15-29W6r29E.153)2;爲E7l.SSV1O'?-5電-1CT「298.15=1.517^W4DrC7=-zFE=-lf%485.309r0.3724=-35.93kJ加沙1rD01超r-964S5.309rD01超r-964S5.309rW4=14.64。月皿=T)^十71)A=-35.93;103+29Z1亍14.64=-31.57kJ^nol'1ern=TI)t%=298.15f16.79=4.365kJ^mol'17.1425oC時，電池7.1425oC時，電池ZnlZnCl2(0.555mol?kg-i)IAgCl(s)IAg的電動勢E=1.015V。已知，Ee(Zn2+IZn)=--0.7620V,Ee(Cl-1IAgClIAg)=0.2222V，電池電動勢的溫度系數(shù)間丿P=—4.02x10-4V?K-1。1)2)3)4)寫出電池反應；計算反應的標準平衡常數(shù)Ee計算電池反應可逆熱Qrm求溶液中ZnCl2的平均離子活度因子Y土。解：(1)電極反應：陽極Zn(s)>Zn2+(b)+2e—陰極2AgCl(s)+2e>2Ag(s)+2Cl-(b)電池反應Zn(s)+2AgCl(s)>Zn2+(b)+2Ag(s)+2Cl-(b)計算平衡常數(shù)，由一RTInK0=AG0=—zFE0，有rM1”zFE02x96485x(0.222+0.7620)”.on““InK0===76.62K0=1.89x1033RT8.314x298.15電池反應的可逆熱Q=TAS=zFT()TOC\o"1-5"\h\zr,mrm=2x298.15Kx96485C?mol-1x(—4.02x10-4)V?K-1=—2.313x104J?mol-1計算平均離子活度因子a(ZnCl)=a3=(225oC時，41/3丫b、丫a(ZnCl)=a3=(225oC時，±b0b0對上述電池反應應用能斯特方程RT0.05916V…川b、[—lna(ZnCl)=E0—lg[4(」)3]zF22b0即11.015V=(00.2222+0.7620)V-0.05916Vlg[4(0.555y±)3]解出丫±=0.50810.4在293.15K時，將直徑為1.0mm的玻璃毛細管插入乙醇中。問需要在管內(nèi)加多大的壓力才能防止液面上升？若不加任何壓力，平衡后毛細管內(nèi)液面的高度為多少？已知該溫度下乙醇的表面張力為22.3*10-3N*m-i,密度為789.4kg*m-i,重力加速度為9.8m*s-2。設(shè)乙醇能很好地潤濕玻璃。解：為了防止毛細管內(nèi)方液面上升，需抵抗掉附加壓力Ap的作用，故需施加的壓力的大小等于附加壓力。2x22.3x2x22.3x10-30.05±x10-3)Pa二892Pa乙醇能很好地潤濕玻璃，即00，因此2丫cos02丫「2x22.320]0115h=沁—「]m=0.115mpgrpgr789.4x9.8x(0.1/2)x10-310.17292.15K時，丁酸水溶液的表面張力可以表示為Y—丫-aln(1+be)，式中丫為純00水的表面張力，a和b皆為常數(shù)。試求該溶液中丁酸的表面吸附量r和濃度c的關(guān)系。若已知a—13.1mN?m-1，b—19.62dm8.314J?mol-1?K-1x292.15Kx(18.314J?mol-1?K-1x292.15Kx(1+19.62x10-3x0.200x103)=4.298x10-6mol?m-2丁酸濃度足夠大，亦奶子溶質(zhì)在溶液表面上的吸附達到飽和，則bc>>1，此時,表面吸附量abea1——RT(1+be)RT此時的表面吸附量r等于飽和吸附時的表面吸附量rma13.1x10-3N?m-1RT_8.314J?mol-1?K-1x292.15K這樣，每個丁酸分子在飽和吸附時所占的溶液表面積為e—0.200mol?dm-3時的r為多少？當丁酸的深度足夠大，達到bc?1時，飽和吸附量r為多少？設(shè)此表面上丁酸呈m單分子層吸附，計算在液面上每個丁酸分子所占的截面積為多少？解：(1)題給溶液的表面張力丫與濃度c的關(guān)系式丫—丫-aln(1+be)0在一定溫度下，將上式對c微分，得dydln(1-be)rab—-ade—-—de1+be代入吉布斯吸附等溫式，得abeRT(1+abeRT(1+be)1———RTde(2)當e—0.200mol?dm-3jf，表面吸附量1為abeRT(1+be)r—rm—5.393x10-6mol?m-213.