物理化學熱力學章節(jié)測試練習答案-2009

物理化學熱力學章節(jié)測試練習（2009.4）答案姓名：學號：班級：1、.一個絕熱容器原處于真空狀態(tài)，用針在容器上刺一微孔，使298.2K，p的空氣緩慢進入，直至壓力達平衡。求此時容器內空氣的溫度。（設空氣為理想的雙原子分子）。解：首選要選好系統(tǒng)，此題為計算容器內空氣的溫度，可以選容器內終態(tài)空氣為系統(tǒng)。因環(huán)境的壓力不為零，故在空氣進入容器時環(huán)境對系統(tǒng)作體積功。而容器為絕熱容器,故，則。將熱力學能和功的表達式聯(lián)立可以求出容器內空氣的溫度。設終態(tài)時絕熱容器內所含的空氣為系統(tǒng)，始終態(tài)與環(huán)境間有一設想的界面，始終態(tài)如下圖8所示pp=p,nmolT1=298Kp=0V1p=pVb圖8在絕熱相上刺一小孔后，空氣進入箱內，在此過程中環(huán)境對系統(tǒng)做功為。系統(tǒng)對真空箱內做功為0。系統(tǒng)做的凈功為，絕熱過程，又理想氣體任何過程：聯(lián)立上式得，對于雙原子理想氣體則討論：這種兩式聯(lián)立求解終態(tài)溫度的方法在熱力學過程計算中是經常使用的，尤其在計算絕熱過程的終態(tài)溫度經常用到此方法。41.0mol理想氣體由500K、1.0MPa，反抗恒外壓絕熱膨脹到0.1MPa達平衡，然后恒容升溫至500K，求整個過程的、、和。已知。（華南理工大學2005）4.解：系統(tǒng)狀態(tài)變化對恒外壓絕熱過程：所以整個過程,，,例1.液態(tài)水在100℃、101325Pa下的汽化熱為41kJ·mol－1。今有液態(tài)水從100℃、101325Pa的始態(tài)向真空汽化為100℃、101325Pa的水氣，則該過程、、、、、、各為多少？（設水氣為理想氣體，水的體積忽略）。解：可以設計一個可逆過程II來計算狀態(tài)函數?！?，；∴設計Ⅱ為可逆相變過程，則，計算結果說明，雖然始態(tài)與終態(tài)相同，水可逆蒸發(fā)和向真空蒸發(fā)所需要的熱是不同的。一個是，一個是。例4已知反應的標準摩爾反應Gibbs函數和分別為和，求時水的飽和蒸氣壓（水蒸氣設為理想氣體,并認為與壓力無關）。解：設計如下過程進行計算。；代入已知數據，解出。討論：在做物理化學題目時，最好畫出過程的框圖。因為有些復雜的題目僅看文字比較難理解，不容易理出解題思路。但是一旦畫出過程的框圖，你會有新的發(fā)現(xiàn)，馬上有了解題思路，而且還能看出一些隱含在字理行間的已知條件。希望你能養(yǎng)成畫過程框圖的良好習慣。例8.2mol100℃、101325Pa的液體水向真空蒸發(fā)，全部變成為100℃、101325Pa的水蒸氣求水的熵變VapS，判斷過程是否自發(fā)。已知101325Pa，100℃時水的摩爾蒸發(fā)熱為40.68kJ·mol-1解：這是一個不可逆過程，必須設計一個可逆過程計算VapS體=QR/T=H/T=218.0J.K-1Q環(huán)=-VapU=-(H–nRT)=-75.15KJS環(huán)=Q環(huán)/T=-201.4J.K-1VapS總=VapS體+S環(huán)=16.6J.K-1>0，過程自發(fā)。-5℃，C6H6(l)可逆相變可逆降溫可逆升溫△S-5℃，C6H6(s)5℃，C6H6(l)-5℃，C6H6(l可逆相變可逆降溫可逆升溫△S-5℃，C6H6(s5℃，C6H6(l5℃，C6H6(s△S2△S1△S3圖5解：-5℃不是苯的正常疑固點，欲判斷此過程能否自動發(fā)生，需運用熵判據，即分別求出系統(tǒng)的S(1)系統(tǒng)S的求算將此過程設計成圖5所示的可逆過程為方便起見，取1molC6H6作為系統(tǒng)．則△S=△S1+△S2+△S3=[127ln(278/268)-9940/278+123ln(268/278)]JK-1mol-1=-35.62JK-1mol-1(2)環(huán)境熵變的求算根據基爾霍夫方程，首先求得-5℃=[-9940+(123-127)(268-278)]Jmol-1=-9900J故 △S環(huán)=-Q體/T=9900/268=36.49JK-1mol-1△S隔=△S體+△S環(huán)=-35.62+36.49=0.87JK-1mol-1>0根據熵判據，此凝固過程可能發(fā)生，且為不可逆過程。此題也可以先△S體，再求實際凝固過程熱溫商，根據Clausius不等式，通過比較△S體和實際凝固過程熱溫商的大小來對過程進行判斷，結果是一樣的。例15.已知冰和水的熱容分別是37.6和75.3JK-1mol-1、0℃，常壓下冰的熔化熱為6020Jmol-1。（1）求常壓、-10℃時1mol冰變?yōu)?molH2O(l)的△G（計算時忽略壓力對凝聚相焓和熵的影響）；（2解：設計下列三步變化過程。△H=△H1+△H2+△H3=37.610+6020-75.310=5643Jmol-1△S=△S1+△S2+△S3=nCp,m(s)ln(T2/T1)+△fusH/Tm+nCp,m(l)ln(T1/T2)=[37.6ln(273.15/263.15)+6020/273.15+75.13ln(268.15/273.15)=20.64JK-1mol-1△G=△H-T△S=5643-263.1520.64=210Jmol-1(2)-10℃、p下的冰變成-10℃、p△G=△G1+△G2+△G3+△G4+△G5≈△G3=nRTln(pl*/ps*)=210Jmol-1∴pl*/ps*=1.10例21.已知理想氣體化學反應2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)在298K、標準壓力下的140kJmol-1，，且不隨溫度變化，求反應在873K時的。解：將G–H公式積得=即==-30.01kJ·mol-1故===-37.27kJ·mol-1例23.水（H2O）和氯仿（CHCl3）在101.325kPa下正常沸點分別為100℃和61.5℃，摩爾蒸發(fā)焓分別為ΔvapHm(H2O)=40.668kJ·mol-1和ΔvapHm(CHCl3)=29.50kJ·mol解：應用克—克方程ln(p2/p1)=-ΔvapHm/R(1/T2-1/T1)，聯(lián)立求解即可。