物理化學(xué)答案(第二版學(xué)生版)

1、第 一 章 氣 體 物理化學(xué)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(fù)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(fù)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(jù)理想氣體狀態(tài)方程，若物質(zhì)的量相同，則溫度才會相等。3. 兩個容積相同的玻璃球內(nèi)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293 K時，汞滴處在中間達成平衡。試

2、問：（1）若將左球溫度升高10 K，中間汞滴向哪邊移動？（2）若兩球溫度同時都升高10 K, 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10 K，汞滴仍向右邊移動。因為左邊起始溫度低，升高10 K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(xiàn)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

3、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?xí)贡仄勘?。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(zhì)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？Amaga

4、t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 （b為大于零的常數(shù)），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（Vm-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pVm圖上，當氣-液兩相共存的線段縮成一

5、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. van der Waals氣體的內(nèi)壓與體積成反比，這一說法是否正確？答：不正確。內(nèi)壓力與氣體摩爾體積的平方成反比。10. 當各種物質(zhì)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CADB1. 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。若在容器中再加入一定量的理想氣體

6、C，問和的變化為（ ）。 （A）和都變大 （B） 和都變?。–） 不變，變小 （D） 變小，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T、容積V都恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，它們的物質(zhì)的量、分壓和分體積分別為nA，pA，VA和nB，pB，VB容器中的總壓為p。試判斷下列公式中哪個是正確的（ ）。 （A） （B）（C） （D） 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。有一氫氣鋼瓶，在298 K時瓶內(nèi)壓力為，這時氫氣的狀態(tài)為（ ）。（A）液態(tài) （B）氣態(tài) （C）氣-液兩相平衡 （D）無法確

7、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373 K和壓力為101.325 kPa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101.325 kPa（C）小于101.325 kPa （D）等于101.325 kPa答：（D）飽和蒸汽壓是物質(zhì)的本性，與是否有空間無關(guān)。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100kPa，將球帶至高空

8、，溫度降為253K，球的直徑脹大到3m，此時球內(nèi)的壓力為（ ）。（A）33.3 kPa （B）9.43 kPa （C）3.14 kPa （D）28.3 kPa答：（C） kPa。7. 真實氣體液化的必要條件是（ ）。 （A）壓力大于 （B）溫度低于 （C）體積等于 （D）同時升高溫度和壓力答：（B）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100 kPa，2 dm3的N2（g）和200 kPa，1 dm3的Ar（g），設(shè)兩者形成理想氣體混合物，則容器中的總壓力為（ ）。 （A）100 kPa （B）1

9、50 kPa （C）200 kPa （D）300 kPa答：（C）等溫條件下，200 kPa，1 dm3氣體等于100 kPa，2 dm3氣體，總壓為=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。9. 在298 K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和，則兩者的關(guān)系為（ ）。 （A）< （B）> （C）= （D）無法確定答：（C）飽和蒸汽壓是物質(zhì)的特性，只與溫度有關(guān)。10. 在273 K，101.325 kPa時，摩爾質(zhì)量為154的CCl4（l）的蒸氣可以近似看作為理想氣體，則氣體的密度為（ ）。（單位為）

10、 （A）6.87 （B）4.52 （C）3.70 （D）3.44答：（A）11. 某體積恒定的容器中裝有一定量溫度為300 K的氣體，現(xiàn)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）350 K （B）250 K （C）300 K （D）360 K答：（D）V，p不變，12. 實際氣體的壓力（p）和體積（V）與理想氣體相比，分別會發(fā)生的偏差為（ ）。（A）p、V都發(fā)生正偏差 （B）p、V都發(fā)生負偏差（C）p正偏差，V負偏差 （D）p負偏差，V正偏差答：（B）內(nèi)壓力和可壓縮性的存在。三、習(xí)題1. 在兩個容積均為V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

11、不計。若將兩燒杯均浸入373 K的開水中，測得氣體壓力為60 kPa。若一只燒瓶浸在273 K的冰水中，另外一只仍然浸在373 K的開水中，達到平衡后，求這時氣體的壓力。設(shè)氣體可以視為理想氣體。解： 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 化簡得： 2. 將溫度為300 K，壓力為1800 kPa的鋼瓶中的氮氣，放入體積為20的貯氣瓶中，使貯氣瓶壓力在300 K時為100 kPa，這時原來鋼瓶中的壓力降為1600 kPa（假設(shè)溫度未變）。試求原鋼瓶的體積。仍假設(shè)氣體可作為理想氣體處理。 解： 放入貯氣瓶中的氣體物質(zhì)的量為 設(shè)鋼瓶的體積為V，原有氣體為，剩余氣體為 3. 用電解水的方法制備氫氣時，氫氣總是被水蒸氣

12、飽和，現(xiàn)在用降溫的方法去除部分水蒸氣。現(xiàn)將在298 K條件下制得的飽和了水氣的氫氣通入283 K、壓力恒定為128.5 kPa的冷凝器中，試計算： 冷凝前后混合氣體中水氣的摩爾分數(shù)。已知在298 K和283 K時，水的飽和蒸汽壓分別為3.167 kPa和1.227 kPa?；旌蠚怏w近似作為理想氣體。解：水氣所占的摩爾分數(shù)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，T=298 K 在冷凝器出口處，T=283 K 可見這樣處理以后，含水量下降了很多。4. 某氣柜內(nèi)貯存氯乙烯CH2=CHCl（g）300，壓力為122 kPa，溫度為300 K。求氣柜內(nèi)氯乙烯氣體的密度和質(zhì)量。若提用其中的1

13、00，相當于氯乙烯的物質(zhì)的量為多少？已知其摩爾質(zhì)量為62.5，設(shè)氣體為理想氣體。解： 代入，得： （總）=5. 有氮氣和甲烷（均為氣體）的氣體混合物100 g，已知含氮氣的質(zhì)量分數(shù)為0.31。在420 K和一定壓力下，混合氣體的體積為9.95。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。已知氮氣和甲烷的摩爾質(zhì)量分別為28和16。解： 6. 在300 K時，某一容器中含有H2（g）和N2（g）兩種氣體的混合物，壓力為152 kPa，溫度為。將N2（g）分離后，只留下H2（g），保持溫度不變，壓力降為50.7 kPa，氣體質(zhì)量減少14 g。試計算：（1）容器的體積；（2

14、）容器中H2（g）的質(zhì)量；（3）容器中最初的氣體混合物中，H2（g）和N2（g）的摩爾分數(shù)解：（1） （2） 在T ，V 不變的情況下 （3） 7. 設(shè)某水煤氣中各組分的質(zhì)量分數(shù)分別為：， ，。試計算：（1）混合氣中各氣體的摩爾分數(shù)；（2）當混合氣在670 K和152 kPa時的密度；（3）各氣體在上述條件下的分壓。解：設(shè)水煤氣的總質(zhì)量為100g，則各物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)乘以總質(zhì)量即為各物質(zhì)的質(zhì)量，所以： （1）同理有： 則有： （總）= 同理有：， ， （2）因為 （3）根據(jù)Dalton分壓定律 ，所以 同理 ， 第 137 頁 共 137 頁 2021-12-25（余訓(xùn)爽）第 二 章 熱力學(xué)第一

15、定律第 二 章 熱力學(xué)第一定律一、思考題1. 判斷下列說法是否正確，并簡述判斷的依據(jù)（1）狀態(tài)給定后，狀態(tài)函數(shù)就有定值，狀態(tài)函數(shù)固定后，狀態(tài)也就固定了。答：是對的。因為狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。（2）狀態(tài)改變后，狀態(tài)函數(shù)一定都改變。答：是錯的。因為只要有一個狀態(tài)函數(shù)變了，狀態(tài)也就變了，但并不是所有的狀態(tài)函數(shù)都得變。（3）因為U=QV，H=Qp，所以QV，Qp 是特定條件下的狀態(tài)函數(shù)? 這種說法對嗎？答：是對的。DU，DH 本身不是狀態(tài)函數(shù)，僅是狀態(tài)函數(shù)的變量，只有在特定條件下與QV，Qp的數(shù)值相等，所以QV，Qp不是狀態(tài)函數(shù)。（4）根據(jù)熱力學(xué)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

16、做功，必須從外界吸收熱量。答：是錯的。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，它不僅說明熱力學(xué)能（U）、熱（Q）和功（W）之間可以轉(zhuǎn)化，有表述了它們轉(zhuǎn)化是的定量關(guān)系，即能量守恒定律。所以功的轉(zhuǎn)化形式不僅有熱，也可轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)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H=Qp=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Wf0，所以HQp。（6）某一化學(xué)反應(yīng)在燒杯中進行，熱效應(yīng)為Q1，焓變?yōu)镠1。如將化學(xué)反應(yīng)安排成反應(yīng)相同的可逆電池，使化學(xué)反應(yīng)和電池反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)形同，這時熱效應(yīng)為Q2，焓變?yōu)镠2，則H1=H2。答：是對的。Q是非狀態(tài)函數(shù)，由于經(jīng)過的途徑不同，則Q值不

17、同，焓（H）是狀態(tài)函數(shù)，只要始終態(tài)相同，不考慮所經(jīng)過的過程，則兩焓變值DH1和DH2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？答？不能。熱機效率是指從高溫熱源所吸收的熱最大的轉(zhuǎn)換成對環(huán)境所做的功。但可逆熱機循環(huán)一周是一個緩慢的過程，所需時間是無限長。又由可推出v無限小。因此用可逆熱機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(yīng)，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(yīng)放熱多。在熱化學(xué)中有Qp = QV+ ng（RT），而Zn（s）+ H

18、2SO4（aq）= Zn SO4 （aq）+ H2（g）的ng =1，又因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)Qp 、 QV的值均為負值，所以QV>Qp。（3）在一個導(dǎo)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(nèi)壓力變化過程：當壓縮氣體沖出，在絕熱可逆過程有，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(nèi)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(yīng)室中，N2（g）與H2（g）的物質(zhì)的量的比為1:3，反應(yīng)

19、方程式為，N2（g）+ H2（g）N H3（g）。在溫度為T1和T2的條件下，實驗測定放出的熱量分別為Qp（T1）和Qp（T2）.但是用Kirchhoff定律計算時計算結(jié)果與實驗值不符，試解釋原因。答：r，rHm實際是指按所給反應(yīng)式，進行=1mol反應(yīng)時的焓變，實驗測得的數(shù)值是反應(yīng)達到平衡時發(fā)出的熱量，此時<1mol，因此經(jīng)過計算使用Kirchhoff定律計算的結(jié)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T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）

20、 （2） （3）答：（1）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(xué)概念判斷下列各過程中功、熱、熱力學(xué)能和焓的變化值。第一定律數(shù)學(xué)表示式為U = Q + W。（1） 理想氣體自由膨脹（2） van der Waals氣體等溫自由膨脹（3） Zn（s）+ 2HCl（l）= ZnCl2 + H2 （g）進行非絕熱等壓反應(yīng)（4） H2（g）+ Cl2（g）= 2HCl（g） 在絕熱鋼瓶中進行 （5） 常溫、常壓下水結(jié)成冰（273.15 K，101.325kPa）答：（1）W = 0 因為自由膨脹外壓為零。 Q

21、 = 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。 DU = 0 因為溫度不變，理想氣體的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)。 DH = 0 因為溫度不變，理想氣體的焓也僅是溫度的函數(shù)。（2）W = 0 因為自由膨脹外壓為零。 Q > 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。 DU > 0 因為從環(huán)境所吸的熱使系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加。 DH > 0 根據(jù)焓的定義式可判斷，系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加，焓值也增加。（3）W < 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(yīng)是放熱反應(yīng)。DU

22、< 0 系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。DH < 0 因為這是不做非膨脹功的等壓反應(yīng)，DH = Qp 。（4）W = 0 在剛性容器中是恒容反應(yīng)，不作膨脹功。 Q = 0 因為用的是絕熱鋼瓶 DU = 0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量守恒，熱力學(xué)能不變。 DH > 0 因為是在絕熱剛瓶中發(fā)生的放熱反應(yīng)，氣體分子數(shù)沒有減少， 鋼瓶內(nèi)溫度升高，壓力也增高，根據(jù)焓的定義式可判斷焓值是增加的。（5）W < 0 常溫、常壓下水結(jié)成冰，體積變大，系統(tǒng)克服外壓對環(huán)境作功。Q < 0 水結(jié)成冰是放熱過程。DU < 0 系統(tǒng)既放熱又對外作功，熱力學(xué)能下降。DH < 0

23、因為這是等壓相變，DH = Qp 。 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：（1）氫氣在氧氣中燃燒；（2）爆鳴反應(yīng)；（3）氫氧熱爆炸；（4）氫氧燃料電池。在所有反應(yīng)中，保持反應(yīng)始態(tài)和終態(tài)都相同，請問這四種變化途徑的熱力學(xué)能和焓的變化值是否相同?答：應(yīng)該相同。因為熱力學(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，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)樵疲圃诟呱缴献優(yōu)橛?、雪，并凝結(jié)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(jīng)整個循環(huán)，水的熱力學(xué)能和焓的變化是多少?答：水的熱力學(xué)能和焓的變化

24、值都為零。因為熱力學(xué)能和焓是狀態(tài)函數(shù)，不論經(jīng)過怎樣的循環(huán)，其值都保持不變。這就是：周而復(fù)始，數(shù)值還原。8. 298 K，101.3 kPa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(shè)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BBABCCDB1. 對于理想氣體的熱力學(xué)能有下述四種理解：（1）狀態(tài)一定，熱力學(xué)能也一定 （2）對應(yīng)于某一狀態(tài)的熱力學(xué)能是可以直接測定的 （3）對應(yīng)于某一狀態(tài)，熱力學(xué)能只有一個數(shù)值，不可能有兩個或兩個以上的數(shù)值（4）狀態(tài)改變時，熱力學(xué)能一定跟

25、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(xué)能是狀態(tài)的單值函數(shù)，其絕對值無法測量。2. 有一高壓鋼筒，打開活塞后氣體噴出筒外，當筒內(nèi)壓力與筒外壓力相等時關(guān)閉活塞，此時筒內(nèi)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(xué)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(nèi)，此時瓶內(nèi)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(xué)能升高。4. 1 mol 373 K、標準壓力下的水分別

26、經(jīng)歷：（1）等溫、等壓可逆蒸發(fā)；（2）真空蒸發(fā)，變成373 K、標準壓力下的水氣。這兩個過程中功和熱的關(guān)系為（ ）。（A）W 1< W 2、Q 1> Q 2 （B） W 1< W 2、Q 1< Q 2 （C）W 1= W 2、Q 1= Q 2 （D） W 1> W 2、Q 1< Q 2 答：（A）過程（1）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(nèi)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）對冰箱作的電功全轉(zhuǎn)化為熱

27、了。6. 凡是在孤立系統(tǒng)中進行的變化，其U和H的值一定是（ ）。（A）U > 0，H > 0 （B）U = 0 ，H = 0 （C）U < 0，H < 0 （D）U = 0，H不確定答：（D） 熱力學(xué)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(xué)能保持不變。而焓雖然有能量單位，但它不是能量，不符合能量守衡定律。例如，在絕熱鋼瓶里發(fā)生一個放熱的氣相反應(yīng)，H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(nèi)能僅僅是溫度的單值函數(shù)，經(jīng)真空絕熱膨脹后，內(nèi)能不變，因此體系溫度不變。

28、8. 某氣體的狀態(tài)方程pVm= RT+bp（b是大于零的常數(shù)），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pVm= RT+bp可知此實際氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，經(jīng)真空絕熱膨脹后，內(nèi)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(xué)能不變）。9. 公式DH = Qp適用于哪個過程（ ）。（A）理想氣體絕熱等外壓膨脹 （B）H2O（s）H2O（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

29、想氣體的 =Cp/CV =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 （B）1.40=，CV =R Cp=R ，這是雙原子分子的特征。11. 當以5 mol H2氣與4 mol Cl2氣混合，最后生成2 mol HCl氣。若以下式為基本單元，H2（g） + Cl（g） 2HC（g）則反應(yīng)進度應(yīng)是（ ）。(A) 1 mol (B) 2 mol (C) 4 mol (D) 5 mol 答：（A）反應(yīng)進度=1 mol12. 欲測定有機物燃燒熱Qp，般使反應(yīng)在氧彈中進行，實測得熱效應(yīng)為QV ，公式 Qp= QV + ngRT 中的n為（

30、 ）。（A）生成物與反應(yīng)物總物質(zhì)的量之差 （B）生成物與反應(yīng)物中氣相物質(zhì)的量之差 （C）生成物與反應(yīng)物中凝聚相物質(zhì)的量之差 （D）生成物與反應(yīng)物的總熱容差 答：（B）ngRT一項來源于（pV）一項，若假定氣體是理想氣體，在溫度不變時（pV）就等于ngRT。13. 下列等式中正確的是（ ）。（A） （B）（C） （D）答：（C）在標準態(tài)下，有穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol物質(zhì)B產(chǎn)生的熱效應(yīng)為該物質(zhì)B的摩爾生成焓；在標準態(tài)下，1mol物質(zhì)B完全燃燒產(chǎn)生的熱效應(yīng)為該物質(zhì)B燃燒焓，故有。14. 298 K時，石墨的標準摩爾生成焓（ ） 。（A）大于零 （B）小于零 （C）等于零 （D）不能確定 答：（C）根據(jù)標

31、準摩爾生成焓定義，規(guī)定穩(wěn)定單質(zhì)的標準摩爾生成焓為零。碳的穩(wěn)定單質(zhì)制定為石墨。15. 石墨（C）和金剛石（C）在 298 K ，標準壓力下的標準摩爾燃燒焓分別為-393.4 kJ·mol-1和-395.3 kJ·mol-1，則金剛石的標準摩爾生成焓（金剛石, 298 K）為（ ）。（A）-393.4 kJ·mol-1 （B） -395.3 kJ·mol-1 （C）-1.9 kJ·mol-1 （D）1.9 kJ·mol-1 答：（D） 石墨（C）的標準摩爾燃燒焓就是二氧化碳的標準摩爾生成焓，為-393.4 kJ·mol-1，金剛

32、石的標準摩爾燃燒焓就是金剛石（C）燃燒為二氧化碳的摩爾反應(yīng)焓變，等于二氧化碳的標準摩爾生成焓減去金剛石的標準摩爾生成焓，所以金剛石的標準摩爾生成焓就等于-393.4 kJ·mol-1 (-395.3 kJ·mol-1)= 1.9 kJ·mol-1 。16. 某氣體的狀態(tài)方程pVm= RT+bp（b是大于零的常數(shù)），則下列結(jié)論正確的是（ ）。（A）其焓H只是溫度T的函數(shù)（B）其熱力學(xué)能U只是溫度T的函數(shù)（C）其熱力學(xué)能和焓都只是溫度T的函數(shù)（D）其熱力學(xué)能和焓不僅與溫度T有關(guān)，話語氣體的體積Vm或壓力p有關(guān)。答：由氣體狀態(tài)方程pVm= RT+bp可知此實際氣體的內(nèi)能

33、與壓力和體積無關(guān)，則此實際氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。三、習(xí)題1. （1）一系統(tǒng)的熱力學(xué)能增加了100kJ，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(xué)能的變化值。解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律：U= W Q，即有：（1）W =UQ = 100 40 = 60kJ（2）U= W Q = -20 20 = 02. 在300 K時，有 10 mol理想氣體，始態(tài)壓力為 1000 kPa。計算在等溫下，下列三個過程做膨脹功：（1）在100 kPa壓力下體積脹大1 dm3 ；（2）在100 kPa壓力下，氣體膨脹

34、到壓力也等于100 kPa ；（3）等溫可逆膨脹到氣體的壓力等于100 kPa 。解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV= nRT，即有：（1） W = -peV= -pe(V2V1) W = -100×103×1×10-3 = -100J（2） W = -peV= -pe(V2V1) = - () = - W = -10×8.314×300×（1-）= -22.45 kJ（3） W = - =-= -= - W = - 10×8.314×300×= -57.43 kJ3. 在373 K恒溫條件下，計算1 mol理

35、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25 dm3和100 dm3 。（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50 dm3 時氣體的平衡壓力下膨脹，當膨脹到50 dm3以后，再在外壓等于100 dm3 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(guān)，系統(tǒng)與環(huán)境壓差越小，膨脹次數(shù)越多，做的功也越大。4. 在一絕熱保溫瓶中，將100 g 0 °C的冰和100 g 50 &#

36、176;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(zhì)量。（已知：冰的熔化熱Qp=333.46J·g-1，水的平均比熱Cp=4.184 J·K-1·g-1）解： 設(shè)平衡時溫度為，有質(zhì)量為的冰變?yōu)樗?100 g 0 °C的冰溶化成水，需吸熱 Q1=33 346 J 100 g 50 °C的水變?yōu)? °C的水，需吸熱 Q2= -20 920 J 由于Q1 > Q2 ，最后溫度只能是0 °C，得到冰水混合物。 得 故最后水的質(zhì)量為： (100+62.74) g = 162.74 g 5. 1mol

37、理想氣體在122K等溫的情況下，反抗恒定外壓10.15kPa，從10dm3膨脹的終態(tài)100 dm3，試計算Q、W和U、H。解：該過程是理想氣體等溫過程，故 U =H = 0 W = -peV= -pe(V2V1) W = -10.15×103×（100.0-10）×10-3 = -913.5J根據(jù)熱力學(xué)第一定律：U= W Q，即有：Q= UW = 0 -（-913.5）= 913.5J6. 1 mol單原子分子理想氣體，初始狀態(tài)為298 K，100 kPa，經(jīng)歷U = 0的可逆變化后，體積為初始狀態(tài)的2倍。請計算Q，W和H。 解：因為U=0，對于理想氣體的物理變化

38、過程，熱力學(xué)能不變，則溫度也不變，所以T=0，H=0 7. 判斷以下各過程中Q，W，U，H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）1mol 實際氣體恒容升溫 （5）在絕熱恒容容器中，H2（g）與 Cl2（g）生成 HCl（g）理想氣體反應(yīng) 解：（1）理想氣體恒溫可逆膨脹， （2）理想氣體節(jié)流膨脹，因為溫度不變， 所以 。節(jié)流過程是絕熱過程， ，故 。 （3）絕熱、恒外壓膨脹，系統(tǒng)對外作功 ，（4）恒容升溫，溫度升高，熱力學(xué)能也增加，故。溫度升高，壓力也升高， 。 （5）絕熱恒容的

39、容器，。這是個氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，放熱反應(yīng)，溫度升高。8. 設(shè)有300 K的1 mol理想氣體作等溫膨脹，起始壓力為1500kPa ，終態(tài)體積為10 dm3。試計算該過程的Q，W，DU和 DH。 解：該過程是理想氣體等溫過程，故 U =H = 0 始態(tài)體積 V1為： 9. 在300 K時，4 g Ar（g）（可視為理想氣體，其摩爾質(zhì)量MAr=39.95 g·mol-1），壓力為506.6 kPa。今在等溫下分別按如下兩過程：反抗202.6 kPa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202.6 kPa。試分別計算兩種過程的Q，W，U和H。

40、 解：（1）理想氣體的可逆過程， ，4 g Ar的物質(zhì)的量為： （2）雖為不可逆過程，但狀態(tài)函數(shù)的變化應(yīng)與（1）相同，即 10. 在573 K時，將1 mol Ne（可視為理想氣體）從1000 KPa經(jīng)絕熱可逆膨脹到100 kPa。求Q、W、U和H。解法1： 因該過程為絕熱可逆過程，故Q=0。 ，則又 ，則 = = 228K 解法2： 可得： 11. 有1 m3的單原子分子的理想氣體，始態(tài)為273 K，1000kPa?，F(xiàn)分別經(jīng)（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100 kPa。請分別計算終態(tài)溫度T2、終態(tài)體積V2和所做的功。解：（1）理想氣體的等溫可

41、逆膨脹過程，pV=常數(shù)，則有：T2=T1=273K W = -= - W = -440.58×8.314×273×= -2302.6kJ（2）絕熱可逆膨脹， Q=0，則有U= W。，則又 ，則 = = 108.6KW =U = nCV,m( T2 T1) = 440.58××8.314×( 108.6 273) = -903.3 kJ（3）絕熱恒外壓膨脹， Q=0，則有U= W。即 -pe(V2V1) = nCV,m( T2 T1) - () = nCV,m( T2 T1) 則有：- () = ×( T2 T1)- () =

42、 ×( T2 273) T2 =174.7KW =U = nCV,m( T2 T1) = 440.58××8.314×( 174.7 273) = -540.1 kJ 12.在373K和101.325kPa時，有1molH2O（l）可逆蒸發(fā)成同溫、同壓的H2O（g），已知H2O（l）的摩爾氣化焓vapHm=40.66kJ·mol-1。（1）試計算該過程的Q、W、vapUm，可以忽略液態(tài)水的體積；（2）比較vapHm與vapUm的大小，并說明原因解：H2O（373K，101.325kPa，l） H2O（373K，101.325kPa，g）（1）由

43、于是同溫同壓下的可逆向變化，則有：Q p=H = nvapHm = 1×40.66 = 40.66kJW = -pe(V2V1) = -p(VgV1) -pVg = -ngRT = -1×8.314×373 = -3.10 kJ Hm =Um + ng（RT） vapUm = vapHm vg（RT）= 40.66 3.10= 37.56 kJ ·mol-1（2）vapHm > vapUm 等溫等壓條件下系統(tǒng)膨脹導(dǎo)致系統(tǒng)對環(huán)境做功。13. 300 K時，將1.53 mol Zn溶于過量稀鹽酸中。反應(yīng)若分別在開口燒杯和密封容器中進行。哪種情況放熱較多

44、？多出多少? 解：在開口燒杯中進行時熱效應(yīng)為Qp。在密封容器中進行時熱效應(yīng)為QV。后者因不做膨脹功故放熱較多。 多出的部分為：14. 在373K和101.325kPa時，有1glH2O經(jīng)（l）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H2O（g）。分別計算兩個過程的Q、W、U和H的值。已知水的氣化熱2259J·g-1，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)Q p=H = mvapHm = 1×2259 = 2.26kJW = -pVg = -ngRT = =-×8.314×373 = -172.3JU

45、 = Q + W = 2259 172.3 = 2.09 kJ（2）在真空箱中，pe = 0，故W = 0U、H 為狀態(tài)函數(shù)，即只要最終狀態(tài)相同，則數(shù)值相等，即有：H = 2.26kJ U = Q =2.09 kJ15. 在298K時，有酯化反應(yīng)，計算酯化反應(yīng)的標準摩爾反應(yīng)焓變。已知，。解： =16. 已知下列反應(yīng)在標準壓力和298 K時的反應(yīng)焓為： （1）CH3COOH（l）+2O2（g）=2CO2（g）+2H2O（l） rHm（1）= - 870.3 kJ·mol-1（2）C（s）+O2（g）=CO2（g） rHm（2）= - 393.5 kJ·mol-1（3）H2（g

46、）+O2（g）= H2O（l） rHm（3）= - 285.8 kJ·mol-1 試計算反應(yīng)：（4）2C（s）+2H2（g）+O2（g）=CH3COOH（l）的。 解：反應(yīng) （4） = 2 ×（2）+ 2×（3）-（1） 17. 298 K時，C2H5OH （l）的標準摩爾燃燒焓為 -1367 kJ·mol-1，CO2（g）和H2O（l） 的標準摩爾生成焓分別為-393.5 kJ·mol-1和 -285.8 kJ·mol-1，求 298 K 時，C2H5OH（l）的標準摩爾生成焓。 解： =2(393.5)+3(285.8)(1367

47、) =277.4 18. 已知 298 K 時，CH4（g），CO2（g），H2O（l）的標準摩爾生成焓分別為 -74.8 kJ·mol-1，-393.5 kJ·mol-1和-285.8 kJ·mol-1，請求算298 K時CH4（g）的標準摩爾燃燒焓。 解： (,g)=2(,l)+(,g)(,g) =2(285.8)+(393.5)(74.8) =890.3 19. 0.50 g 正庚烷在彈式量熱計中燃燒，溫度上升2.94 K。若彈式量熱計本身及附件的熱容為8.177kJ·K-1，請計算298 K 時正庚烷的標準摩爾燃燒焓。設(shè)量熱計的平均溫度為298

48、K，已知正庚烷的摩爾質(zhì)量為 100.2 g·mol-1。解： 0.5 g正庚烷燃燒后放出的恒容熱為：=8.177 2.94 K=24.04 1 mol正庚烷燃燒的等容熱為： 24.04 =4818 正庚烷的燃燒反應(yīng)為： (l)+11(g)=7(g)+8(l) =4848 =+=4818 +(711) 8.314 J298 K=4828 20. 在標準壓力和298K時，H2（g）與O2（g）的反應(yīng)為：H2（g）+ O2（g）= H2O（g）。設(shè)參與反應(yīng)的物質(zhì)均可作為理想氣體處理，已知，它們的標準等壓摩爾熱容（設(shè)與溫度無關(guān)）分別為，。試計算：298K時的標準摩爾反應(yīng)焓變和熱力學(xué)能變化；（

49、2）498K時的標準摩爾反應(yīng)焓變。解：（1） = -240.58（2） = = -241.82 + （33.58-28.82-0.5×29.36）×（498-298）×10-3= 243.80第 三 章 熱力學(xué)第二定律第三章 熱力學(xué)第二定律一、思考題1. 自發(fā)過程一定是不可逆的，所以不可逆過程一定是自發(fā)的。這說法對嗎？答： 前半句是對的，后半句卻錯了。因為不可逆過程不一定是自發(fā)的，如不可逆壓縮過程。2. 空調(diào)、冰箱不是可以把熱從低溫熱源吸出、放給高溫熱源嗎，這是否與第二定律矛盾呢？答： 不矛盾。Claususe說的是“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他

50、變化”。而冷凍機系列，環(huán)境作了電功，卻得到了熱。熱變?yōu)楣κ莻€不可逆過程，所以環(huán)境發(fā)生了變化。3. 能否說系統(tǒng)達平衡時熵值最大，Gibbs自由能最??？答：不能一概而論，這樣說要有前提，即：絕熱系統(tǒng)或隔離系統(tǒng)達平衡時，熵值最大。等溫、等壓、不作非膨脹功，系統(tǒng)達平衡時，Gibbs自由能最小。4. 某系統(tǒng)從始態(tài)出發(fā)，經(jīng)一個絕熱不可逆過程到達終態(tài)。為了計算熵值，能否設(shè)計一個絕熱可逆過程來計算？答：不可能。若從同一始態(tài)出發(fā)，絕熱可逆和絕熱不可逆兩個過程的終態(tài)絕不會相同。反之，若有相同的終態(tài)，兩個過程絕不會有相同的始態(tài)，所以只有設(shè)計除絕熱以外的其他可逆過程，才能有相同的始、終態(tài)。5. 對處于絕熱瓶中的氣體進行不可逆壓縮，過程的熵變一定大于零，這種說法對嗎？ 答： 說法正確。根據(jù)Claususe不等式，絕熱鋼瓶發(fā)生不可逆壓縮過程，則。6. 相變過程的熵變可以用公式來計算，這種說法對嗎？答：說法不正確，只有在等溫等壓的可逆相變且非體積功等于零的條件，相變過程的熵變可以用公式來計算。7. 是否恒大于 ?答：對氣體和絕大部分物質(zhì)是如此。但有例外，4攝氏度時的水，它的等于。8. 將壓力為101.3 kPa，溫度為268.2 K的過冷液體苯，凝固成同溫、同壓的固體苯。已知苯的凝固點溫度為278.7 K，如何設(shè)計可逆過程？答：可以將苯等壓可逆變溫到苯的凝固點2