(完整版)物理化學(xué)作業(yè)答案

第二章熱力學(xué)第一定律1mol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，U，H,已知?dú)怏w的Cv,m=20.92J。mol-1K-1解：因?yàn)?，有，所?.39某雙原子理想氣體1mol從始態(tài)350K，200kPa經(jīng)過如下五個(gè)不同過程達(dá)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）（3），（4）對(duì)絕熱可逆過程：，因?yàn)镼=0，所以（5）Q=0，所以而聯(lián)合上述二式可得解出于是第三章熱力學(xué)第二定律3.1

卡諾熱機(jī)在的高溫?zé)嵩春偷牡蜏責(zé)嵩撮g工作。求（1）

熱機(jī)效率；（2）

當(dāng)向環(huán)境作功時(shí)，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次盏臒峒跋虻蜏責(zé)嵩捶懦龅臒?。解：卡諾熱機(jī)的效率為

根據(jù)定義

3.35.

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ΔvapHm=40.668kJmol-1。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(dá)到熱力學(xué)穩(wěn)定的平衡態(tài)。求過程的Q,ΔU,ΔH,ΔS,ΔA及ΔG。

解：凝結(jié)蒸氣的物質(zhì)量為

熱力學(xué)各量計(jì)算如下

3.48

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(diǎn)為100°C。求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+B在此溫度范圍內(nèi)水的摩爾蒸發(fā)焓。在多大壓力下水的沸點(diǎn)為105°C。

解：（1）將兩個(gè)點(diǎn)帶入方程得

（2）根據(jù)Clausius-Clapeyron方程

（3）每四章多組分系統(tǒng)熱力學(xué)在25°C，1kg水（A）中溶有醋酸（B），當(dāng)醋酸的質(zhì)量摩爾濃度bB介于0.16molkg-1和2.5molkg-1之間時(shí)，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=1.5molkg-1時(shí)水和醋酸的偏摩爾體積。解：根據(jù)定義

當(dāng)時(shí)

4.11

A，B兩液體能形成理想液態(tài)混合物。已知在溫度t時(shí)純A的飽和蒸氣壓，純B的飽和蒸氣壓。（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(shí)系統(tǒng)的總壓及該液滴的組成（以摩爾分?jǐn)?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(shí)飽和蒸氣的組成（摩爾分?jǐn)?shù)）。解：1.由于形成理想液態(tài)混合物，每個(gè)組分均符合Raoult定律;2.凝結(jié)出第

一滴微小液滴時(shí)氣相組成不變。因此在溫度t

混合物在100kPa，溫度t下開始沸騰，要求

第五章化學(xué)平衡5.9

在真空的容器中放入固態(tài)的NH4HS，于25°C下分解為NH3(g)與H2S(g)，平衡時(shí)容器內(nèi)的壓力為66.66kPa。（1）

當(dāng)放入NH4HS時(shí)容器內(nèi)已有39.99kPa的H2S(g)，求平衡時(shí)容器中的壓力。（2）

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(yīng)的化學(xué)計(jì)量式如下

由題給條件，25°C下

5.14體積為1dm3的抽空密閉容器中放有0.03458molN2O4(g)，發(fā)生如下分解反應(yīng)：N2O4(g)===2NO2(g)50°C時(shí)分解反應(yīng)的平衡問壓為130.3kPa，已知25°C時(shí)NN2O4（g），和NO2（g）的分別為9.16KJmol-1和33.18kJmol-1。充反應(yīng)的。計(jì)算50°C時(shí)N2O4(g)的解離度及分解反應(yīng)的K計(jì)算100°C時(shí)反應(yīng)的。解：（1）設(shè)50°C時(shí)N2O4(g)的解離度為N2O4(g)===2NO2(g)初始時(shí)nBn00平衡時(shí)nBn0(1-α)2n0α題目給出分解反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)系統(tǒng)的總壓p,由p，得代入數(shù)據(jù)得此溫度下分解反應(yīng)的平衡常數(shù)即（2）計(jì)算100°C時(shí)反應(yīng)的，需要知道反應(yīng)的。由題給條件，25°C，所以與溫度無關(guān)，根據(jù)范特霍夫方程的積分式代入數(shù)據(jù)，得第六章相平衡6.1指出下列平衡系統(tǒng)中的組分?jǐn)?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(dá)到分配平衡（凝聚系統(tǒng)）。解：（1）C=1,P=2,F=C–P+2=1–2+2=1.（2）C=3–1=2,P=3,F=C–P+2=2–3+2=1.（3）C=3–1–1=1,P=2,F=C–P+2=1–2+2=1.（4）C=3–1=2,P=2,F=C–P+2=2–2+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(dǎo)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（1）

壓力降到多少時(shí)，開始產(chǎn)生氣相，此氣相的組成如何？（2）

壓力降到多少時(shí)，液相開始消失，最后一滴液相的組成如何？（3）

壓力為92.00kPa時(shí)，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

（1）剛開始出現(xiàn)氣相時(shí)，可認(rèn)為液相的組成不變，因此

（2）只剩最后一滴液體時(shí)，可認(rèn)為氣相的組成等于原始溶液的組成

（3）根據(jù)（2）的結(jié)果

由杠桿原理知，

第七章電化學(xué)7.3

用銀電極電解AgNO3溶液。通電一定時(shí)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(Ag+)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+的總量的改變等于陰極析出銀的量與從陽極遷移來的銀的量之差：

電池Pt|H2(101.325kPa)|HCl(0.1molkg-1)|Hg2Cl2(s)|Hg電動(dòng)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(yīng)；（2）計(jì)算250C時(shí)該反應(yīng)的DrGm，DrSm，DrHm以及電池恒溫可逆放電時(shí)該反應(yīng)過程的Q

解：（1）電池反應(yīng)為

（2）25?C時(shí)

因此，

250C時(shí)，電池Zn|ZnCl2(0.555molkg-1)|AgCl(s)|Ag的電動(dòng)勢E=1.015V。已知，Eθ（Zn2+|Zn）=--0.7620V，Eθ（Cl-1|AgCl|Ag）=0.2222V，電池電動(dòng)勢的溫度系數(shù)。。寫出電池反應(yīng)；計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Eθ計(jì)算電池反應(yīng)可逆熱Qr,m求溶液中ZnCl2的平均離子活度因子。解：（1）電極反應(yīng)：陽極陰極電池反應(yīng)（2）計(jì)算平衡常數(shù)，由，有（3）電池反應(yīng)的可逆熱（4）計(jì)算平均離子活度因子250即1解出10.4在293.15K時(shí)，將直徑為1.0mm的玻璃毛細(xì)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(xì)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-1,密度為789.4kg*m-1，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(xì)管內(nèi)方液面上升，需抵抗掉附加壓力的作用，故需施加的壓力的大小等于附加壓力。乙醇能很好地潤濕玻璃，即，因此10.17292.15K時(shí)，丁酸水溶液的表面張力可以表示為，式中為純水的表面張力，a和b皆為常數(shù)。試求該溶液中丁酸的表面吸附量和濃度c的關(guān)系。若已知，，試計(jì)算當(dāng)時(shí)的為多少？當(dāng)丁酸的深度足夠大，達(dá)到bc?1時(shí)，飽和吸附量為多少？設(shè)此表面上丁酸呈單分子層吸附，計(jì)算在液面上每個(gè)丁酸分子所占的截面積為多少？解：（1）題給溶液的表面張力與濃度c的關(guān)系式在一定溫度下，將上式對(duì)c微分，得代入吉布斯吸附等溫式，得（2）當(dāng)EQjf,表面吸附量為=（3）丁酸濃度足夠大，亦奶子溶質(zhì)在溶液表面上的吸附達(dá)到飽和，則bc>>1，此時(shí)，表面吸附量此時(shí)的表面吸附量等于飽和吸附時(shí)的表面吸附量這樣，每個(gè)丁酸分子在飽和吸附時(shí)所占的溶液表面積為上式中1/的表示在飽和吸附時(shí)，1mol丁酸分子所占的溶液表面積11.8．某一級(jí)反應(yīng)A→產(chǎn)物，初始速率為1*10-3molmin-1，1h后速率為0.25*10-3moldm-3min-1。求k,t1/2和初始濃度