《簡(jiǎn)明物理化學(xué)》第二章答案

1、優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載1. 2mol 298K ， 5dm3 的 He(g) ，經(jīng)過下列可逆變化：（ 1） 等溫壓縮到體積為原來的一半；（ 2） 再等容冷卻到初始的壓力。求此過程的 Q、W、 U、 H 和 S 。已知(,g)?-1?mol-1。C p ,mHe20.8J K解：體系變化過程可表示為等溫壓縮等容冷卻W=W 1+W 2=nRTln V2 +0=2 × 8.314× 298× ln0.5=-3435(J)V1121+U2=-3435+n C v, mT=-3435+nCv,m (298-298/2)Q=Q+Q =W=-3435+(-3716)=-7151(

2、J)U=U1+U 2= U 2=-3716(J)S=S1+S2=nRln V2 +T2nCv, mVT11dT=2× 8.314× ln0.5+2 × 1.5×T=-2818( JK1 )2. 10mol 理想氣體從 40冷卻到 20，同時(shí)體積從250dm3 變化到 50dm3。已知該氣體的C p,m =29.20J?K -1?mol -1，求 S 。解：假設(shè)體系發(fā)生如下兩個(gè)可逆變化過程250dm3等溫50dm3等容50dm340S140S220S= S1V2T2dT2+ S =nRlnnCv,mV1T1T50+10× (29.20-8.314

3、) × ln273.1520=10Rln273.1540250=-147.6( JK1 )3. 2mol 某理想氣體 ( C p, m =29.36 J?K -1?mol -1)在絕熱條件下由273.2K,1.0MPa 膨脹到 203.6K，0.1MPa 求該過程的 Q、 W、 U 、 H 和 S 。解： 273.2K絕熱203.6K1.0MPa膨脹0.1MPa優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載 C p, m =29.36 J K 1 mol 1C v,m =29.36-8.314=21.046 JK1且 Q=0T 2U=nCv,m dT =2 × 21.046× (203.6

4、-273.2)=-2930(J)T1W=-U=2930(J)4. 有一帶隔板的絕熱恒容箱，在隔板兩側(cè)分別充以不同溫度的H2 和 O2，且 V 1=V 2(見圖 )，若將隔板抽去，試求算兩種氣體混合過程的S （假設(shè)此兩種氣體均為理想氣體）。1mol O 21mol H 210 ,V120 ,V 2解：先由能量衡算求終溫。O2 與 H 2 均為雙原子分子理想氣體，故均有C v,m =5R/2 ，設(shè)終溫為 T,則C v,m (H 2 ) (293.2-T)= C v,m (O2 ) (T-283.2)T=288.2K整個(gè)混合過程可分以下三個(gè)過程進(jìn)行：恒容S11mol,O 2,283.2K1mol,O

5、 2,TS3恒容S2 在恒溫恒壓下混合達(dá)狀態(tài)1mol,H 2,293.2K1mol,H 2,T當(dāng)過程與進(jìn)行后，容器兩側(cè)氣體物質(zhì)的量相同，溫度與體積也相同，故壓力也必然相同，即可進(jìn)行過程。三步的熵變分別為：S1= C v,m(O2 ) ln 288.2=58.314 ln288.2J K 1=0.364 J K 1283.22283.25. 100g、10的水與 200g、40的水在絕熱的條件下混合，求此過程的熵變。已知水的比熱容為 4.184J K-1 -1。g?解：絕熱混合 Q吸Q放 0優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載Q吸 =- Q放C?m1(t-t 1)=-C ?m2(t-t 2)t 為混合后的溫度t

6、t1m2200t-10=2(40-t)t=30 =303.15Ktm12t 2100S=100 C p ln 303.15 +200 C p ln 303.15283.15313.15=1.40( JK1 )6. 過冷 CO2(l) 在 59時(shí)其蒸氣壓為 465.96kPa，而同溫度下CO2(s)的蒸氣壓為 439.30kPa。求在 59、101.325kPa 下，1mol 過冷 CO2(l) 變成同溫、同壓的固態(tài) CO2(s)時(shí)過程的S ，設(shè)壓力對(duì)液體與固體的影響可以忽略不計(jì)。已知過程中放熱189.54J?g-1.解：CO2(l)CO2(s) 59 , pG-59 , pG1G5CO2(l)

7、CO2(s)-59 , p (l)-59 , p (s)G2G4CO2(g)G3CO2(g)-59 , p (l)-59 , p (s)G10,G 0G=G =0524G=p( s)Vdp =nRTlnp(s) =1× 8.314×214.2ln439.30G3=-104.9Jp(l )p(l )465.96G=H-T SH=-189.54 ×44=-8339.76J S=( H- G)/T= 8339.76 ( 104.9) =-38.5 J K 1214.27. 2molO 2(g) 在正常沸點(diǎn)182.97時(shí)蒸發(fā)為 101325Pa 的氣體， 求此過程的 S。

8、已知在正常沸點(diǎn)時(shí) O2(l) 的vap H m6.820kJ?K -1。解： O2 在 p ， 182.97時(shí)的飽和蒸氣壓為101.325Pa，該相變?yōu)榈葴乜赡嫦嘧僎=n vap H m故 S=Q/T=n vap H m /T=2 6.820 103=151J K 1273.15182.97優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載8. 1mol 水在 100及標(biāo)準(zhǔn)壓力下向真空蒸發(fā)變成100及標(biāo)準(zhǔn)壓力的水蒸氣，試計(jì)算此過程的 S ，并與實(shí)際過程的熱溫熵相比較以判斷此過程是否自發(fā)。解： S=vap H m=40.67 103=108.98 J K 1 mol 1T373.23向真空膨脹，W=0,Q=U=H-( pV

9、) =H-nRT=40.67 × 10-8.314×373.2=37.567 kJmol137.56711Q/T=100.66 JKmolSQ/T,所以此過程為不可逆過程9. 1molH 2O(l) 在 100 ， 101325Pa下變成同溫同壓下的H 2O(g) ，然后等溫可逆膨脹到4 10 4 Pa，求整個(gè)過程的S 。已知水的蒸發(fā)焓vap H m40.67kJ?K -1.解： W 1= p外nRTM H2OnRT=3.1kJV= p ()p水W 2=nRTlnp1 =8.314× 373.15× ln101325=2.883kJp240000故 W=

10、W 1+W 2=5.983kJQ1=nvap H m =40.67kJQ2=W 2=2.883kJ故 Q=Q 1+Q 2=40.67+2.883=43.55kJ U 1=Q 1-W 1=37.57kJU= U1=37.57kJH 1=nvap H m =40.67kJH 2=0故H=H 1+ H 2=40.67kJS1140.67 103=109J K 12p1=8.314× 0.93=7.73J K 1=Q /T=S =nRlnp2373.15故 S=S1+S2=116.73 JK 1優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載10.1mol0 ， 101325Pa 的理想氣體反抗恒定的外壓力等溫膨脹到壓

11、力等于外壓力，體積為原來的 10 倍，試計(jì)算此過程的Q、W、 U、H、S、 G和F 。解： W=- p外V=- p外 (V 2-V 1)=- p外 (10V 1-V 1)9p1=-V =-0.9RT=-0.9 × 8.314× 273.15=-2.04kJ10Q=-W=2.04kJU=H=0S=nRln V2 =8.314 × ln10=19.14 J K 1V1G=H-TS=-5229J -5.23kJF=U-TS=-5229J -5.23kJ11.若 5時(shí)， C5H6(s)的蒸氣壓為 2280Pa， -5時(shí) C6H6(l) 凝固時(shí)Sm 35.65J?K-1 ?

12、mol-1 ，放熱?-1，試求 -5時(shí) C6H 6(l) 的飽和蒸氣壓為多少？9874J mol解：C6H 6(l)GC5H6(s) 5 , p-5 , pG1G5C6H6(l)C6H6(s)-5 , p (l)-5, p (s)G2G4C6H6(g)G3 C6H6(g)-5 , p (l)-5 , p (s)G10,G50G2= G4=0 G= G3G=H-T S=-9874-268.2 ×(-35.65)=-312.67 Jmol 1G3p( s)p(s)2280Vdp =nRTln× 8.314× 268.2× ln=1=-312.67p(l )p

13、(l )p(l )p(l )2632Pa12.在 298K 及 101325Pa 下有下列相變化：CaCO3 (文石 ) CaCO3(方解石 )優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載已知此過程的trs Gm 800 Jmol 1 ,trsV m2.75 cm3mol 1 。試求在298K 時(shí)最少需施加多大壓力方能使文石成為穩(wěn)定相？解：CaCO3(文石 )CaCO3(方解石 )298K, p298K, pG1G3文石G 2方解石298K, p298K, p設(shè) 298K, 壓力 p 時(shí)， CaCO3( 文石 )CaCO3(方解石 ) 這個(gè)反應(yīng)以可逆方式進(jìn)行，即G2=0G=G1+G2+ G3t r s mpppp=

14、V1dpV2dp V1dp V2 dpppppp=(V1 V2)dptrsVm( pp )p=2.75× 10-6 × ( p101325)800 p 2.91× 108Pa13.475.4Pa，過冷水的蒸氣壓為489.2Pa，試求在 -3時(shí) 1mol 過冷在 3時(shí)，冰的蒸氣壓為H 2O 轉(zhuǎn)變?yōu)楸腉 。解：H2O(l)H 2O(s) 3 , pG-3 , pG1G5H2O(l)H 2O(s)-3 , p (l)-3, p (s)G2G4H2O(g)G3H2O(g)-3 , p (l)-3 , p (s)G10,G50G2= G4=0p (s)p( s)475.4

15、G=G3=p( l )Vdp =nRTlnp(l ) =1× 8.314× 270.2ln 489.2=-64.27J優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載14已知 298.15K 下有關(guān)數(shù)據(jù)如下：物質(zhì)O2(g)C6 H12O6 ( s)CO 2(g)H 2O(l)?-1?mol-1-1274.5 393.5 285.8f Hm /J K0SB /J?K-1-1205.1212.1213.669.9?mol求在 298.15K標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下， 1mol-右旋糖 C6 H 12O6 ( s) 與氧反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能。解：因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)一般是在恒T 、恒 V 下或者在恒 T 、恒 p 下進(jìn)行，

16、所以求化學(xué)反應(yīng)的G 最基本公式應(yīng)為r Gm (T ) = r H m (T ) -Tr Sm (T )本題求 298.15K 、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下-右旋糖的氧化反應(yīng)如下 :298.15K 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下C6 H 12O6 (s) +6 O2 ( g)6 CO2 (g ) 6H 2O(l )故的計(jì)算式為r Gm , r H m ,r Smr Gm （298.15K ）的計(jì)算式為r Gm （298.15K ） = r H m (298.15K)-298.15K × r Sm (298.15K)據(jù)題給數(shù)據(jù)f H m (298.15K)=B f H m (298.15K )=6f H m (H 2O,l

17、)+6f H m (CO2,g)-f H m ( C6 H 12O6 , s)=6× (-285.8 kJ mol1 )+6 × (-393.6 kJmol 1 )-(-1274.5 kJ mol 1 )=-2801.3 kJ ?mol -1r Sm (298.15K)=B Sm (298.15K )=6 Sm (H 2O,l)+6 Sm (CO 2,g)- Sm ( (C6 H12 O6 , s) -6 Sm (O2,g)=258.3 JK1mol 1r G (298 .15 K ) = r H m (298.15K)-298.15K × r Sm (298.1

18、5K)=-2801.3 kJmol1 -298.15K × 258.3× 10-3 kJ mol 1=-2878.3kJmol 1優(yōu)秀學(xué)習(xí)資料歡迎下載15 生物合成天冬酰胺的r Gm 為 19.25kJ?mol -1，反應(yīng)式為：天冬氨酸 + NH 4ATP天冬酰胺AMPPPi （無機(jī)焦磷酸）（ 0）已知此反應(yīng)是由下面四步完成的：天冬氨酸ATP-天冬氨酰腺苷酸PPi(1)-天冬氨酰腺苷酸 + NH 4天冬酰胺AMP(2) -天冬氨酰腺苷酸H 2O天冬氨酸AMP(3)ATPH 2OAMP PPi(4)已知反應(yīng) (3)和 (4)的rG?-1 和 33.47kJ?mol -1，求反

19、應(yīng) (2) 的rGm 值 .m 分別為 41.84kJ mol解：反應(yīng)方程式 (1)+(2)(0)r G m (1)+r Gm (2)=r Gm又有反應(yīng)方程式2× (1)+(2)+(3)-(4)=(0) 2 r G m (1)+r Gm (2)+r Gm (3)-r G m (4)= r Gmr Gm (1)+r Gm (2)=-19.252r Gm (1)+r Gm (2)=-19.25-33.47+41.84r Gm (2)=-27.62kJ mol116固體碘化銀AgI有 和 兩種晶型，這兩種晶型的平衡轉(zhuǎn)化溫度為146.5，由 型轉(zhuǎn)化為 型時(shí)，轉(zhuǎn)化熱等于6462J?mol-1 。試計(jì)算由 型轉(zhuǎn)化為 型時(shí)的S