物理化學核心教程（第二版）課后習題答案

物理化學核心教程（第二版）參考答案

第一章氣體

一'思考題

1.如何使一個尚未破裂而被打癟的乒乓球恢復原狀？采用了什么原理？

答：將打癟的乒乓球浸泡在熱水中，使球壁變軟，球中空氣受熱膨脹，可使其恢復球狀。采用的是氣體熱脹冷縮的

原理。

2.在兩個密封、絕熱、體積相等的容器中，裝有壓力相等的某種理想氣體。試問，這兩容器中氣體的溫度是否相等？

答：不一定相等。根據理想氣體狀態(tài)方程，若物質的量相同，則溫度才會相等。

3.兩個容積相同的玻璃球內充滿氮氣，兩球中間用一玻管相通，管中間有一汞滴將兩邊的氣體分開。當左球的溫度為273

K,右球的溫度為293K時，汞滴處在中間達成平衡。試問：

（1）若將左球溫度升高10K,中間汞滴向哪邊移動？

（2）若兩球溫度同時都升高10K,中間汞滴向哪邊移動？

答：（1）左球溫度升高，氣體體積膨脹，推動汞滴向右邊移動。

（2）兩球溫度同時都升高10K,汞滴仍向右邊移動。因為左邊起始溫度低，升高10K所占比例比右邊大，283/273

大于303/293,所以膨脹的體積（或保持體積不變時增加的壓力）左邊比右邊大。

4.在大氣壓力下，將沸騰的開水迅速倒入保溫瓶中，達保溫瓶容積的0.7左右，迅速蓋上軟木塞，防止保溫瓶漏氣，并

迅速放開手。請估計會發(fā)生什么現象？

答：軟木塞會崩出。這是因為保溫瓶中的剩余氣體被熱水加熱后膨脹，當與迅速蒸發(fā)的水汽的壓力加在一起，大于

外面壓力時，就會使軟木塞崩出。如果軟木塞蓋得太緊，甚至會使保溫瓶爆炸。防止的方法是灌開水時不要太快，且要將

保溫瓶灌滿。

5.當某個純物質的氣'液兩相處于平衡時，不斷升高平衡溫度，這時處于平衡狀態(tài)的氣-液兩相的摩爾體積將如何變化？

答：升高平衡溫度，純物的飽和蒸汽壓也升高。但由于液體的可壓縮性較小，熱膨脹仍占主要地位，所以液體的摩

爾體積會隨著溫度的升高而升高。而蒸汽易被壓縮，當飽和蒸汽壓變大時，氣體的摩爾體積會變小。隨著平衡溫度的不斷

升高，氣體與液體的摩爾體積逐漸接近。當氣體的摩爾體積與液體的摩爾體積相等時，這時的溫度就是臨界溫度。

6.Dalton分壓定律的適用條件是什么？Amagat分體積定律的使用前提是什么？

答：實際氣體混合物（壓力不太高）和理想氣體混合物。與混合氣體有相同溫度和相同壓力下才能使用，原則是適

用理想氣體混合物。

7.有一種氣體的狀態(tài)方程為pVm=RT+hp（6為大于零的常數），試分析這種氣體與理想氣體有何不同？將這種氣

體進行真空膨脹，氣體的溫度會不會下降？

答：將氣體的狀態(tài)方程改寫為P（%-b）=RT,與理想氣體的狀態(tài)方程相比，只校正了體積項，未校正壓力項。說明

這種氣體分子自身的體積不能忽略，而分子之間的相互作用力可以忽略不計。所以，將這種氣體進行真空膨脹時，溫度不

會下降。

8.如何定義氣體的臨界溫度和臨界壓力？

答：在真實氣體的L%圖上，當氣一液兩相共存的線段縮成一個點時，稱這點為臨界點。這時的溫度為臨界溫度，

這時的壓力為臨界壓力。臨界壓力是指在該臨界溫度時能使氣體液化的最低壓力。

9.vanderWaals氣體的內壓與體積成反比，這一說法是否正確？

答：不正確。內壓力與氣體摩爾體積的平方成反比。

10.當各種物質處于處于臨界點時，它們有哪些共同特性？

答：這時氣-液界面消失，液體和氣體的摩爾體積相等，成為一種既不同于液相、又不同于氣相的特殊流體，稱為超

流體。

二、概念題

題號12345678

選項CABDCCBC

題號9101112

選項CADB

1.在溫度、容積恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，這時A的分壓和分體積分別是和匕。若在容器中再加入

一定量的理想氣體C,問和匕的變化為（）.

（A）PA和匕都變大（B）p,\和匕都變小

（C）口人不變,匕變?。―）“變小，匕不變

答：（C）這種情況符合Dalton分壓定律，而不符合Amagat分體積定律。

2.在溫度八容積。都恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，它們的物質的■、分壓和分體積分別為跖A,匕和匹

R,%容器中的總壓為“試判斷下列公式中哪個是正確的（）.

（A）pAV-n/XRT（B）〃匕=（〃A+?B）RT

（C）PA匕=勺式T（D）PB%=n3RT

答：（A）只有（A）符合Dalton分壓定律。

3.已知氫氣的臨界溫度和臨界壓力分別為乙=33.3K,°。=1.297x1（）6pa。有一氫氣鋼瓶，在298K時瓶內壓

力為98.0xl（）6Pa,這時氨氣的狀態(tài)為（）.

（A）液態(tài)（B）氣態(tài)（C）氣-液兩相平衡（D）無法確定

答：（B）仍處在氣態(tài)區(qū)。

4.在一個絕熱的真空容器中，灌滿373K和壓力為101.325kPa的純水，不留一點空隙，這時水的飽和蒸汽壓為（）.

（A）等于零（B）大于101.325kPa

(C)小于101.325kPa(D)等于101.325kPa

答：(D)飽和蒸汽壓是物質的本性，與是否有空間無關。

5.真實氣體在如下哪個條件下，可以近似作為理想氣體處理().

(A)高溫、高壓(B)低溫、低壓

(C)高溫、低壓(D)低溫、高壓

答：(C)這時分子間距離很大，分子間的作用力可以忽略不計。

6.在298K時，地面上有一個直徑為1m的充了空氣的球，其壓力為lOOkPa,將球帶至高空，溫度降為253K,球的直徑脹

大到3m,此時球內的壓力為().

(A)33.3kPa(B)9.43kPa(C)3.14kPa(D)28.3kPa

P\D\T2253xl2

答：?=100x=3.14kPa。

2則298x3?

7.真實氣體液化的必要條件是().

(A)壓力大于Pc(B)溫度低于幾

(C)體積等于匕°(D)同時升高溫度和壓力

答：(B)心是能使氣體液化的最高溫度，溫度再高無論加多大壓力都無法使氣體液化。

8.在一個恒溫，容積為2dm3的真空容器中，依次充入溫度相同、始態(tài)為100kPa,2dm，的N2(g)和200kPa,1dm，的

Ar(g),設兩者形成理想氣體混合物，則容器中的總壓力為()。

(A)100kPa(B)150kPa(C)200kPa(D)300kPa

答：(C)等溫條件下，200kPa,1dm'氣體等于100kPa,2dm,氣體，總壓為'='A+'B=n)okPa+100kPa=200kPa.

9.在298K時，往容積相等的A、B兩個抽空容器中分別灌入100g和200g水，當達到平衡時，兩容器中的水蒸汽壓力分

別為PN和PB，則兩者的關系為().

(A)<PB(B)PA>pK(OpA=pK(D)無法確定

答：(C)飽和蒸汽壓是物質的特性，只與溫度有關。

10.在273K,101.325kPa時，摩爾質置為154g?mol」的CCL(；)的蒸氣可以近似看作為理想氣體，則氣體的密度

為()。(單位為gdm3)

(A)6.87(B)4.52(C)3.70(D)3.44

m154g

答：(A)夕="==6.87g-dm'3

22.4dm3

11.某體積恒定的容器中裝有一定量溫度為300K的氣體，現在保持壓力不變，要將氣體趕出1/6,需要將容器加熱到的

溫度為().

(A)350K(B)250K(C)300K(D)360K

答：（D）v,p不變，=—n,T=-7j=360K

6{25

12.實際氣體的壓力（p）和體積⑺與理想氣體相比，分別會發(fā)生的偏差為（）?

（A）p、Z都發(fā)生正偏差（B）p、，都發(fā)生負偏差

（C）p正偏差，，負偏差（D）p負偏差，P正偏差

答：（B）內壓力和可壓縮性的存在。

三、習題

1.在兩個容積均為P的燒杯中裝有氮氣，燒瓶之間有細管相通，細管的體積可以忽略不計。若將兩燒杯均浸入373K

的開水中，測得氣體壓力為60kPa。若一只燒瓶浸在273K的冰水中，另外一只仍然浸在373K的開水中，達到平衡后，

求這時氣體的壓力。設氣體可以視為理想氣體。

解：〃=勺+4根據理想氣體狀態(tài)方程

Pl2V_p2VP2V伊筒坦2Pli1

---------1----化簡得：----------P)(----1--)

RT、RT,RT27；“7；5

2.將溫度為300K,壓力為1800kPa的鋼瓶中的氮氣，放入體積為20dm3的貯氣瓶中，使貯氣瓶壓力在300K時

為100kPa,這時原來鋼瓶中的壓力降為1600kPa（假設溫度未變）。試求原鋼瓶的體積。仍假設氣體可作為理想氣體處

理。

解：放入貯氣瓶中的氣體物質的■為n

設鋼瓶的體積為V,原有氣體為為,剩余氣體為坦

3.用電解水的方法制備氫氣時，氫氣總是被水蒸氣飽和，現在用降溫的方法去除部分水蒸氣?，F將在298K條件下

制得的飽和了水氣的氫氣通入283K、壓力恒定為128.5kPa的冷凝器中，試計算：冷凝前后混合氣體中水氣的摩爾分

數。已知在298K和283K時，水的飽和蒸汽壓分別為3.167kPa和1.227kPa。混合氣體近似作為理想氣體。

解：水氣所占的摩爾分數近似等于水氣壓力與冷凝操作的總壓之比

在冷凝器進口處，佇298K

在冷凝器出口處，Z283K

可見這樣處理以后，含水量下降了很多。

4.某氣柜內貯存氯乙烯CmXHCl（g）300m3,壓力為122kPa,溫度為300K.求氣柜內氯乙烯氣體的密度和質

若提用其中的100m3,相當于氯乙烯的物質的量為多少？已知其摩爾質量為62.5g?mo『，設氣體為理想氣體。

m.,nV

解：p=—,m=nM,n=——代入，得：

VRT

11,乂、1918kg"s’，

n=-n（總）=〃=一〃（總）=—x-------z-------4896mol

33362.5x10-3kg.moL

5.有氮氣和甲烷（均為氣體）的氣體混合物100g,已知含氮氣的質量分數為0.31。在420K和一定壓力下，混合

氣體的體積為9.95dm'。求混合氣體的總壓力和各組分的分壓。假定混合氣體遵守Dalton分壓定律。已知氨氣和甲烷

的摩爾質?分別為28g-mol'16g-mol1.

解:〃(喘0.31x100g

NJ=1.11mol

28g-mol'1

6.在300K時，某一容器中含有Hz(g)和Nz(g)兩種氣體的混合物，壓力為152kPa,溫度為。將Nz(g)分離后,

只留下m(g),保持溫度不變，壓力降為50.7kPa,氣體質量減少14go試計算：

(1)容器的體積；

(2)容器中壓(g)的質?；

(3)容器中最初的氣體混合物中，H(g)和Nz(g)的摩爾分數

解：⑴p(N2)=p-/?(H2)=(152-50.7)kPa=101.3kPa

(2)p(N2)=101.3kPap(H2)=50.7kPa

在7,〃不變的情況下

叭)65moi=o.67

⑶X(N2)=

H(H2)+H(N2)(0.5+0.25)mol

7.設某水煤氣中各組分的質■分數分別為：vv(H2)=0.064,H<CO)=0.678,u<N2)=0.107,

K(C02)=0.140,以0<4)=0.011。試計算：

(1)混合氣中各氣體的摩爾分數；

(2)當混合氣在670K和152kPa時的密度；

(3)各氣體在上述條件下的分壓。

解：設水煤氣的總質量為100g,則各物質的質■分數乘以總質量即為各物質的質?，所以:

zn(H)_6.4g

H2

(1)(H2)-3.20mol

M(H2)2.0g-mor'

同理有：〃(CO)=Eg=242l10.7g

mo〃(2)==0.38mol

28g-mor128g-mol-1

則有：n(總)=〃(,總)==(3.20+2.42+0.38+0.32+0.07)mol=6.39mol

同理有：x(H2)=0.500,x(N2)=0.059,x(CO2)=0.050,x(CH4)=0.011

(2)因為pV=〃(總)RT

n(總、)RT6.39molx8.314J?mo『?ex670K

234.2dm3

P152kPa

(3)根據Dalton分壓定律pB=pxB,所以

同理

p(CO)=57.6kPa,p(N2)=8.97kPa,p(CO2)=7.60kPa

第二章熱力學第一定律

—'思考題

1.判斷下列說法是否正確，并簡述判斷的依據

(1)狀態(tài)給定后，狀態(tài)函數就有定值，狀態(tài)函數固定后，狀態(tài)也就固定了。

答：是對的。因為狀態(tài)函數是狀態(tài)的單值函數。

(2)狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數一定都改變。

答：是錯的。因為只要有一個狀態(tài)函數變了，狀態(tài)也就變了，但并不是所有的狀態(tài)函數都得變。

(3)因為A代Q，,△盾處所以Q,Q是特定條件下的狀態(tài)函數？這種說法對嗎？

答：是對的。？，？〃本身不是狀態(tài)函數，僅是狀態(tài)函數的變量，只有在特定條件下與Q,Q的數值相等，

所以能@不是狀態(tài)函數。

(4)根據熱力學第一定律，因為能量不會無中生有，所以一個系統(tǒng)如要對外做功，必須從外界吸收熱量。

答：是錯的。根據熱力學第一定律AUnQ+W,它不僅說明熱力學能(△/、熱(0)和功⑺之間

可以轉化，有表述了它們轉化是的定量關系，即能量守恒定律。所以功的轉化形式不僅有熱，也可轉化為

熱力學能系。

(5)在等壓下，用機械攪拌某絕熱容器中的液體，是液體的溫度上升，這時A層Q=0

答：是錯的。這雖然是一個等壓過程，而此過程存在機械功，即解中0,所以A族。。

(6)某一化學反應在燒杯中進行，熱效應為Q,焙變?yōu)锳4。如將化學反應安排成反應相同的可逆電池,

使化學反應和電池反應的始態(tài)和終態(tài)形同，這時熱效應為Q,焙變?yōu)锳",則

答：是對的。。是非狀態(tài)函數，由于經過的途徑不同，則。值不同，愴(M是狀態(tài)函數，只要始終態(tài)相同，

不考慮所經過的過程，則兩結變值?4和?用相等。

2.回答下列問題，并說明原因

(1)可逆熱機的效率最高，在其它條件相同的前提下，用可逆熱機去牽引貨車，能否使火車的速度加快？

W

答？不能。熱機效率77=-還是指從高溫熱源所吸收的熱最大的轉換成對環(huán)境所做的功。但可逆熱機循

W

環(huán)一周是一個緩慢的過程，所需時間是無限長。又由P=—=bxv可推出r無限小。因此用可逆熱機

t

牽引火車的做法是不實際的，不能增加火車的速度，只會降低。

(2)Zn與鹽酸發(fā)生反應，分別在敞口和密閉容器中進行，哪一種情況放熱更多？

答：在密閉容器中進行的反應放熱多。在熱化學中有Q=Q+Aa(RT),而Zn(s)+H2s0,(aq)=ZnSO,

(aq)+H2(g)的Aa=1,又因該反應為放熱反應Q?、。的值均為負值，所以IQI>IaI。

(3)在一個導熱材料制成的圓筒中裝有壓縮氣體，圓筒中的溫度與環(huán)境達成平衡。如果突然打開圓筒，

是氣體沖出去，當壓力與外界相等時，立即蓋上筒蓋。過一段時間，筒中氣體的壓力有何變化？

答：筒內壓力變化過程：當壓縮氣體沖出，在絕熱可逆過程有pJ'T'=常數，當氣體的壓力與外界相

等時，筒中溫度降低。立即蓋上筒蓋，過一會兒，系統(tǒng)與環(huán)境的溫度完全相等，筒內溫度上升，則壓力也

升高，即大于環(huán)境的標準大氣壓。

(4)在裝有催化劑的合成氨反應室中，刈(g)與%(g)的物質的量的比為1:3,反應方程式為，N2(g)

+也(g)-—NH3(g).在溫度為Z和A的條件下，實驗測定放出的熱量分別為Q?(Z)和

a(為.但是用Kirchhoff定律計算時

計算結果與實驗值不符，試解釋原因。

AH

答：比二，△/實際是指按所給反應式，進行AJ=lmol反應時的結變，實驗測得的數值是反

應達到平衡時發(fā)出的熱量，此時△JVmol,因此經過計算使用Kirchhoff定律計算的結果與實驗不符。

3.理想氣體絕熱可逆和絕熱不可逆過程的功，都可用公式W=gAT計算，那兩種過程的功是否一樣?

答：不一樣。過程不同，終態(tài)不相同，即AT不一樣，因此絕熱可逆和絕熱不可逆兩過程所做功不一樣。

4.請指出所列公式的適用條件：

(1)^H=Qp(2)NJ=QY(3)W=〃RTln匕

匕

答：(D式適用于不作非膨脹功的等壓過程。

(2)式適用于不作非膨脹功的等容過程。

(3)式適用于理想氣體不作非膨脹功的等溫可逆過程。

5.用熱力學概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學能和皓的變化值。

第一定律數學表示式為=0+%

(1)理想氣體自由膨脹

(2)vanderWaals氣體等溫自由膨脹

(3)Zn(s)+2HC1(1)=ZnCL+H2(g)進行非絕熱等壓反應

(4)H2(g)+Cl2(g)=2HC1(g)在絕熱鋼瓶中進行

(5)常溫、常壓下水結成冰(273.15K,101.325kPa)

答：(1)W=0因為自由膨脹外壓為零。

0=0理想氣體分子間沒有引力。體積增大分子間勢能不增加，保持溫度不變，不必從環(huán)境吸

熱。

?〃=0因為溫度不變，理想氣體的熱力學能僅是溫度的函數。

?〃=0因為溫度不變，理想氣體的培也僅是溫度的函數。

(2)1=0因為自由膨脹外壓為零。

0?0范氐氣體分子間有引力。體積增大分子間勢能增加，為了保持溫度不變，必須從環(huán)境吸

熱。

?〃？0因為從環(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力學能增加。

?//?0根據始的定義式可判斷，系統(tǒng)的熱力學能增加，焙值也增加。

(3)F?0放出的氫氣推動活塞，系統(tǒng)克服外壓對環(huán)境作功。

Q?0反應是放熱反應。

1U?0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學能下降。

?〃？0因為這是不做非膨脹功的等壓反應，？〃=Q。

(4)W=0在剛性容器中是恒容反應，不作膨脹功。

<2=0因為用的是絕熱鋼瓶

?〃=0根據熱力學第一定律，能量守恒，熱力學能不變。

因為是在絕熱剛瓶中發(fā)生的放熱反應，氣體分子數沒有減少，鋼瓶內溫

度升高，壓力也增高，根據結的定義式可判斷結值是增加的。

(5)F?0常溫、常壓下水結成冰，體積變大，系統(tǒng)克服外壓對環(huán)境作功。

0?0水結成冰是放熱過程。

71/?0系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學能下降。

?H?0因為這是等壓相變，？〃=Q。

6.在相同的溫度和壓力下，一定量氫氣和氧氣從四種不同的途徑生成水：(D氨氣在氧氣中燃燒；(2)

爆鳴反應；(3)氫氧熱爆炸；(4)氫級燃料電池。在所有反應中，保持反應始態(tài)和終態(tài)都相同，請問這四

種變化途徑的熱力學能和蠟的變化值是否相同？

答：應該相同。因為熱力學能和燃是狀態(tài)函數，只要始終態(tài)相同，無論通過什么途徑，其變化值一定相同。

這就是：異途同歸，值變相等。

7.一定量的水，從海洋蒸發(fā)變?yōu)樵?，云在高山上變?yōu)橛?雪，并凝結成冰。冰、雪熔化變成水流入江河,

最后流入大海，一定量的水又回到始態(tài)。問歷經整個循環(huán)，水的熱力學能和燃的變化是多少？

答：水的熱力學能和熔的變化值都為零。因為熱力學能和熔是狀態(tài)函數，不論經過怎樣的循環(huán)，其值都保

持不變。這就是：周而復始，數值還原。

8.298K,101.3kPa壓力下，一杯水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣是不可逆過程，試將它設計成可逆過程。

答：可逆過程(1)：繞到沸點

或可逆過程(2):繞到飽和蒸氣壓

二'概念題

題號12345678

選項DCBAADCC

題號910111213141516

選項BBABCCDB

1.對于理想氣體的熱力學能有下述四種理解：

(1)狀態(tài)一定，熱力學能也一定

(2)對應于某一狀態(tài)的熱力學能是可以直接測定的

(3)對應于某一狀態(tài)，熱力學能只有一個數值，不可能有兩個或兩個以上的數值

(4)狀態(tài)改變時，熱力學能一定跟著改變

其中都正確的是()?

(A)(1),(2)(B)(3),(4)(C)(2),(4)(D)(1),(3)

答：(D)熱力學能是狀態(tài)的單值函數，其絕對值無法測?。

2.有一高壓鋼筒，打開活塞后氣體噴出筒外，當筒內壓力與筒外壓力相等時關閉活塞，此時筒內溫度將

().

(A)不變(B)升高(C)降低(D)無法判定

答：(C)氣體膨脹對外作功，熱力學能下降。

3.有一真空鋼筒，將閥門打開時，大氣(視為理想氣體)沖入瓶內，此時瓶內氣體的溫度將().

(A)不變(B)升高(C)降低(D)無法判定

答：(B)大氣對系統(tǒng)作功，熱力學能升高。

4.1mol373K、標準壓力下的水分別經歷：(1)等溫、等壓可逆蒸發(fā)；(2)真空蒸發(fā)，

變成373K、標準壓力下的水氣。這兩個過程中功和熱的關系為().

(A)和＜%、么＞0(B)%、Q、＜0

(C)%=%、6=0(D)F,＞肌八Q＜Qz

答：(A)過程(D中，系統(tǒng)要對外作功，相變所吸的熱較多。

5.在一個密閉絕熱的房間里放置一臺電冰箱，將冰箱門打開，并接通電源使其工作，過一段時間之后，

室內的平均氣溫將如何變化()？

(A)升高(B)降低(C)不變(D)不一定

答：(A)對冰箱作的電動全轉化為熱了。

6.凡是在孤立系統(tǒng)中進行的變化，其A〃和A〃的值一定是().

(A)△〃〉0,A〃>0(B)△〃=0,A〃=0

(C)A〃<0,A〃<0(D)A〃=0,AN不確定

答：(D)熱力學能是能量的一種，符合能量守衡定律，在孤立系統(tǒng)中熱力學能保持不變.而焰雖然有能

■單位，但它不是能■,不符合能■守衡定律。例如，在絕熱鋼瓶里發(fā)生一個放熱的氣相反應，A〃可能

回大于零。

7.理想氣體向真空絕熱膨脹后，他的溫度將().

(A)升高(B)降低(C)不變(D)不一定

答：(C)對于理想氣體而言，內能僅僅是溫度的單值函數，經真空絕熱膨脹后，內能不變，因此體系溫度

不變。

8.某氣體的狀態(tài)方程p%=RRbp(b是大于零的常數)，此氣體向真空絕熱膨脹，溫度將().

(A)升高(B)降低(C)不變(D)不一定

答：(C)由氣體狀態(tài)方程p存如可知此實際氣體的內能只是溫度的函數，經真空絕熱膨脹后，內能不

變，因此體系溫度不變(狀態(tài)方程中無壓力校正項，說明該氣體膨脹時，不需克服分子間引力，所以恒溫

膨脹時，熱力學能不變)。

9.公式?”=0適用于哪個過程().

ini

(A)理想氣體絕熱等外壓膨脹(B)也0(s)HQ(g)

(C)Cu2*(aq)+2e--Cu(s)(D)理想氣體等溫可逆膨脹

答：(B)式適用于不作非膨脹功的等壓過程。

10.某理想氣體的Y=金&=1.40,則該氣體為幾原子分子()?

(A)單原子分子(B)雙原子分子(C)三原子分子(D)四原子分子

757

(B)1.40=-,G=—RG=一R,這是雙原子分子的特征。

522

11.當以5mol上氣與4molCb氣混合，最后生成2molHC1氣。若以下式為基本單元，

H2(g)+Cl(g)-2HC(g)則反應進度f應是().

(A)1mol(B)2mol

(C)4mol(D)5mol

答：(A)反應進度《=包=也5=1mol

v2

12.欲測定有機物燃燒熱％般使反應在氧彈中進行，實測得熱效應為Q,,公式Q=Q+中的bn

為()

(A)生成物與反應物總物質的■之差

(B)生成物與反應物中氣相物質的量之差

(C)生成物與反應物中凝聚相物質的量之差

(D)生成物與反應物的總熱容差

答：(B)△出?7一項來源于A(p3一項，若假定氣體是理想氣體，在溫度不變時A(pK)就等于△以RT。

13.下列等式中正確的是().

(A)Af77m(H2O,l)=Ac/7m(O2,g)(B)AfA/m(H2O,g)=AcHm(O2,g)

(C)Af/7m(H2O,l)=AcHm(H2,g)(D)Af//m(H2O,g)=Ac/7m(H2,g)

答：(C)在標準態(tài)下，有穩(wěn)定單質生成Imol物質B產生的熱效應為該物質B的摩爾生成皓；在標準態(tài)下,

lmol物質B完全燃燒產生的熱效應為該物質B燃燒結，故有l(wèi))=A//g).

cnl(H2,

14.298K時，石墨的標準摩爾生成熠Af”1n().

(A)大于零(B)小于零(C)等于零(D)不能確定

答：(C)根據標準摩爾生成培定義，規(guī)定穩(wěn)定單質的標準摩爾生成焙為零。碳的穩(wěn)定單質制定為石墨。

15.石墨(C)和金剛石(C)在298K,標準壓力下的標準摩爾燃燒結分別為-393.4kJ?moL和-395.3

kJ-mol",則金剛石的標準摩爾生成皓(金剛石，298K)為()。

(A)-393.4kJ?mol-'(B)-395.3kJ?mol-'(C)-1.9kJ?mol-'(D)1.9kJ?mol-1

答：(D)石墨(C)的標準摩爾燃燒焙就是二氧化碳的標準摩爾生成拾，為-393.4kJ-mol1,金剛石的

標準摩爾燃燒結就是金剛石(C)燃燒為二氧化碳的摩爾反應燃變，等于二氧化碳的標準摩爾生成始減去

金剛石的標準摩爾生成皓，所以金剛石的標準摩爾生成結就等于-393.4kJ-mor1-(-395.3kJ-mo『)=

1.9kJ?mol-1.

16.某氣體的狀態(tài)方程？心RT+bp(b是大于零的常數)，則下列結論正確的是().

(A)其焰〃只是溫度7的函數

(B)其熱力學能〃只是溫度7的函數

(C)其熱力學能和給都只是溫度7的函數

(D)其熱力學能和熠不僅與溫度7有關，話語氣體的體積x或壓力p有關。

答：由氣體狀態(tài)方程P仁火日如可知此實際氣體的內能與壓力和體積無關，則此實際氣體的內能只是溫度

的函數。

三、習題

1.(1)一系統(tǒng)的熱力學能增加了lOOkJ,從環(huán)境吸收了40kJ的熱，計算系統(tǒng)與環(huán)境的功的交換量；

(2)如果該系統(tǒng)在膨脹過程中對環(huán)境做了20kJ的功，同時吸收了20kJ的熱，計算系統(tǒng)熱力學能的變化

值。

解：根據熱力學第一定律：0,即有：

(1)W=&U-Q=100-40=60kJ

(2)A3/+0=-20+20=0

2.在300K時，有10mol理想氣體，始態(tài)壓力為1000kPa.計算在等溫下，下列三個過程做膨脹

功：

(1)在100kPa壓力下體積脹大1dm3；

(2)在100kPa壓力下，氣體膨脹到壓力也等于100kPa；

(3)等溫可逆膨脹到氣體的壓力等于100kPa。

解：根據理想氣體狀態(tài)方程訓=MZ即有：0=竿

(1)V/=-AA"-A(K-K)

:./=-1OOX1O3X1X1O-3=-100J

,、,.nRT〃RT、(,

⑵???/=-RA片-息(七一匕)=-(-----------)=-nRT\1-

PiPiIP\)

,100、

:.W=-10X8.314X300X(1------)=-22.45kJ

1000

(3)???W=-\pdV=-C2^-dV=-〃R71n^=T求Tina

J加VV,p2

：.-10X8.314X300X]n1222=-57.43kJ

100

3.在373K恒溫條件下，計算1mol理想氣體在下列四個過程中所做的膨脹功。已知始、終態(tài)體積

分別為25dn?和100dm5.

(1)向真空膨脹；

(2)等溫可逆膨脹；

(3)在外壓恒定為氣體終態(tài)壓力下膨脹；

(4)先外壓恒定為體積等于50dm3時氣體的平衡壓力下膨脹，當膨脹到50dm'以后，再在外壓等

于100dm3時氣體的平衡壓力下膨脹。

試比較四個過程的功，這說明了什么問題？

解：(1)向真空膨脹，外壓為零，所以

(2)等溫可逆膨脹

(3)恒外壓膨脹

(4)分兩步恒外壓膨脹

說明作功與過程有關，系統(tǒng)與環(huán)境壓差越小，膨脹次數越多，做的功也越大。

4.在一絕熱保溫瓶中，將100g0°C的冰和100g50°C的水混合在一起，試計算：(1)系統(tǒng)達

平衡時的溫度；(2)混合物中含水的質量。(已知：冰的熔化熱Q=333.46J?g’，水的平均比熱6=4.184

J?K-?g1)

解：設平衡時溫度為T,有質量為X的冰變?yōu)樗?/p>

100g0°C的冰溶化成水，需吸熱Q=33346J

100g50°C的水變?yōu)?°C的水，需吸熱Q=-20920J

由于Q〉Q,最后溫度只能是0°C,得到冰水混合物。

xx333.46J-g-1=100gx50Kx4.184J-K-1-g-'得x=62.74g

故最后水的質量為：(100+62.74)g=162.74g

5.lmol理想氣體在122K等溫的情況下，反抗恒定外壓10.15kPa,從10dn?膨脹的終態(tài)100dm\試

計算0、y和&U、A及

解：該過程是理想氣體等溫過程，故、U=&H=Q

???-AA片-A(^-K)

:./=-10.15X10,X(100.0-10)X10-3=-913.5J

根據熱力學第一定律：△厲〃+0,即有：

Q=A-0-(-913.5)=913.5J

6.1mol單原子分子理想氣體，初始狀態(tài)為298K,100kPa,經歷△〃=0的可逆變化后，體積為

初始狀態(tài)的2倍。請計算0,〃和AK

解：因為A/0,對于理想氣體的物理變化過程，熱力學能不變，則溫度也不變，所以A=0,A年0

7.判斷以下各過程中。，W,KU,A〃是否為零？若不為零，能否判斷是大于零還是小于零？

(1)理想氣體恒溫可逆膨脹

(2)理想氣體節(jié)流(絕熱等壓)膨脹

(3)理想氣體絕熱、反抗恒外壓膨脹

(4)lmol實際氣體恒容升溫

(5)在絕熱恒容容器中，昂(g)與CL(g)生成HC1(g)［理想氣體反應］

解：(1)理想氣體恒溫可逆膨脹，△(/=(),△"=(),W<0,Q>0

(2)理想氣體節(jié)流膨脹，△〃=(),因為溫度不變，所以AU=()。節(jié)流過程是絕熱過程，Q=0,

故W=0.

(3)絕熱、恒外壓膨脹，Q=0,系統(tǒng)對外作功W=-p^V<0,At/<0,

(4)恒容升溫，W=0,溫度升高，熱力學能也增加，△">(),故Q>0。

溫度升高，壓力也升高，A/7=At7+VA/?>0.

(5)絕熱恒容的容器，Q=0,W=0,AUnO。這是個氣體分子數不變的反應，

\H=AL/+A(/?V)=+MnRT)=At/+nR\T>0,放熱反應，溫度升高。

8.設有300K的1mol理想氣體作等溫膨脹，起始壓力為1500kPa,終態(tài)體積為10dm5.試計算該

過程的Q,#,?〃和？及

解：該過程是理想氣體等溫過程，故A〃=A〃=O

始態(tài)體積V、為:

9.在300K時，4gAr(g)(可視為理想氣體，其摩爾質量以=39.95g?molD,壓力為506.6kPa。

今在等溫下分別按如下兩過程：反抗202.6kPa的恒定外壓進行膨脹。(1)等溫為可逆過程；(2)等溫、

等外壓膨脹，膨脹至終態(tài)壓力為202.6kPa。試分別計算兩種過程的。，W,A〃和AA

解：(1)理想氣體的可逆過程，△(7=△"=(),4gAr的物質的量為：

QR=一唯=nRTIn以=0.10molx8.314J.moP1-K-1x300KxIn=228.6J

p2202.6

(2)雖為不可逆過程，但狀態(tài)函數的變化應與(D相同，即△(/=△"=()

10.在573K時，將1molNe(可視為理想氣體)從1000KPa經絕熱可逆膨脹到100kPa。求Q、

用、A〃和LH.

解法1:因該過程為絕熱可逆過程，故00。

:[,〃,=/,則片合號

/白

又?:P；T=P；2,則4=互'(

\P1)

互1-5/3

T\P\\Yrr，(1000)5/3

/.7；=—T=----x573=228K

21P2J'I100J

解法2：CIn—=—RIn—C-C=/?,—=-----可得：

Kvmv

T}V}V,m1pM

11.有1d的單原子分子的理想氣體，始態(tài)為273K,lOOOkPao現分別經(1)等溫可逆膨脹；(2)

絕熱可逆膨脹；(3)絕熱等外壓膨脹，到達相同的終態(tài)壓力100kPa。請分別計算終態(tài)溫度以終態(tài)體積

V?和所做的功。

解：(D理想氣體的等溫可逆膨脹過程，。眸常數，則有:

1000x1.0

④=方=273K=10.0m3

100

W--nRTln—=-nRTln—

viP2

I1000

:.用=-440.58X8.314X273XIn----=-2302.6kJ

100

(2)絕熱可逆膨脹，00,則有A生人

Cv?,=-R,C?則y==3

m

“2P-">2金，"3

i-y

又,??P：2=P；7'，則72=["]’不

\P2)

i-r1-5/3

Z

/.T2=f—x273=108,6K

\P2)I100J

3

〃=A〃=nG式看一幻=440.58X-X8.314X(108.6-273)=-903.3kJ

(3)絕熱恒外壓膨脹，小0,則有A3外

即=nG,.(R一幻

一P，(理\一竺4")=na,.(T2一幻則有：一(。一義與)=-X(T2-71)

PiPiP\2

「100x273、3,、

-(T,-----------)=-X(T2-273)L=174.7K

?10002

3

〃=A〃=nG.,(T2一幻=440.58X-X8.314X(174.7-273)=-540.1kJ

12.在373K和101.325kPa時，有l(wèi)mollW)(1)可逆蒸發(fā)成同溫、同壓的HQ(g),已知IW(1)的摩

爾氣化焙A,^=40.66kJ?mor'.(1)試計算該過程的Q、隊Aw?,可以忽略液態(tài)水的體積；(2)比較

ZJL與Aw”的大小，并說明原因

解：ftO(373K,101.325kPa,1)一一H20(373K,101.325kPa,g)

(1)由于是同溫同壓下的可逆向變化，則有：

QP=A^=n△，溫=1X40.66=40.66kJ

fT=-A(K-K)=-p(匕一%)^~pK=-n.RT=-1X8.314X373=-3.10kJ

VA"=Aa+A〃8(m

:.&熱-A%(AT)=40.66-3.10=37.56kJ?mol-1

(2)>ZE等溫等壓條件下系統(tǒng)膨脹導致系統(tǒng)對環(huán)境做功。

13.300K時，將1.53molZn溶于過量稀鹽酸中.反應若分別在開口燒杯和密封容器中進行。哪種

情況放熱較多？多出多少？

解：在開口燒杯中進行時熱效應為Q。在密封容器中進行時熱效應為G.后者因不做膨脹功故放熱較多。

多出的部分為：即gRT=lmolx8.314JmorlK_1x300K=3816J

14.在373K和101.325kPa時，有IgUfeO經(1)等溫、等壓可逆氣化；(2)在恒溫373K的真空箱

中突然氣化，都變?yōu)橥瑴?、同壓的?(g).分別計算兩個過程的Q、及A〃和A〃的值。已知水的氣化

熱2259J-g1,可以忽略液態(tài)水的體積。

解：(1)水在同溫同壓條件下的蒸發(fā)

QQH=mZ溫=1X2259=2.26kJ

tni

歹=一夕匕=-n.RT=-RT=~—X8.314X373=-172.3J

MH2O18

&U=Q+/=2259-172.3=2.09kJ

(2)在真空箱中，A=0,故『=0

ZU、為狀態(tài)函數，即只要最終狀態(tài)相同，則