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1、物理化学习题第一章热力学第一定律1. 一隔板将一刚性决热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去左、右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则 U、Q、W 为正？为负？或为零？解：0WQU2. 试证明 1mol 理想气体在衡压下升温1K 时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R。证明：RTnRVVpW)(123. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。(1) Q、W、QW、 U 是否已经完全确定。(2) 若在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，则(1)中的各量是否已完全确定？为什么？解：(1) QW 与 U 完全确定。(2) Q、W、QW 及 U 均确定。4
2、. 1mol 理想气体从 100oC、0.025m3经过下述四个过程变为100oC、0.1m3：(1) 恒温可逆膨胀；(2) 向真空膨胀；(3) 恒外压为终态压力下膨胀；(4) 恒温下先以恒外压等于气体体积为0.05m3时的压力膨胀至 0.05 m3，再以恒外压等于终态压力下膨胀至0.1m3。求诸过程体系所做的体积功。解：(1)(4299025.01 .0ln314.81ln12JVVnRTW精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - - (2
3、) 0W(3) )(310101. 0373314.81PaVnRTpe)(2325)025.01.0(31010)(12JVVpWe(4) )(6202205.0373314.81Pape)(310115501550)05. 01 .0(31010)025. 005.0(62022)()(232121JVVpVVpW5. 在 373K 和 101.325kPa的条件下， 1mol 体积为 18.80cm3的液态水变为 30200cm3。求此过程的 H 及 U。解：)(10067.44JQHp)(10761. 310)80.1830200(10132510067.4)(46412JVVpHWQ
4、Ue6. 已知 H2(g)的 Cp,m=(29.07-0.83610-3T+2.01 10-6T2)J K-1 mol-1，现将 1mol 的 H2(g)从 300K 升至 1000K，试求：(1) 恒压升温吸收的热及H2的 H；(2) 恒容升温吸收的热及H2的 U。解：(1)dTTTH100030023-)6-102.01100.836-(29.07=20620.53J （2）2-3-621(29.07-0.814-0.836102.01 10)dTTUTTT=14800J 7.(1)在 0和 506.6kPa 下，1mol 水全部蒸发为水蒸气，求此过程的Q 、W 、U、H 。已知水的汽化热
5、为40.7kJ mol-1. (2)若在 373K、101.325kPa 下的水向真空蒸发，变成同温同压的水蒸气，上述个量又如何？（假设水蒸汽可视为理想气体）。解： （1）相变在恒温恒压且非体积功为零下进行，故精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - - H QP40.7KJ WP0（VgV1）8.314 3733.10gP VRTKJ40.73.1037.6PUQWKJ(2) 该相变相真空进行为不可逆相变，Pe0，W 0。因为（ 2）的始，
6、终态同（ 1）所以 H ，U 与（ 1）相同，即 H=40.7KJ,U=37.6KJ,Q=37.6KJ. 8.1mol 单原子理想气体，始态压力为202.65kPa，体积为 11.2dm3，经过 pT 为（1）终态的体积与温度（2）体系的 U及H；（3）该过程体系所作的功。解： （1）31 121 1232/202650 11.210/8.314273/202.65273/ 405.3136.58.314 136.5 / 405.32.8PVnRKPTTPTPKVdm常数（2）U3/2 8.314（136.5-273 ）-1702J H=5/28.314（136.5273）-2837J (3)
7、PT=B,P=B/T V=RT/P=RT2/B, Dv= （2RT/B）Dt W 28.314 （136.5-273 ）-2270J 9.1mol 双原子理想气体在0和 101.325kPa 时经绝热可逆膨胀至50.65kPa，求该过程的 W和U。解：双原子理想气体 CV,M52R CP,M72R CP,M/ CV,M1.4 TrP1-r常数精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 19 页 - - - - - - - - - - T2=T1(12PP)1rr273（101.32550.
8、65）（11.4 ）/1.5=224K U=2.58.314(224-273) -1018.5J W=Q-U=1674-1255=2829J 10已知下列反应在298K的时热效应。（1）Na（s）1/2Cl2（g）NaCl（s）rHm-411KJ (2)H2(g) S（s）2O2（g）H2SO4(l) rHm-811.3KJ (3)2Na （s）S(s) 2O2(g) NaSO4（s）rHm-1383KJ （4）1/2H2（g）+1/2Cl2（g）=HCl（g）rHm-92.3KJ 求反应 2NaCl（s）H2SO4(l) NaSO4(S)+2HCl（g）在 298K时的rHm和rUm. 解：
9、根据赫斯定律，反应342122rHm=-1383+(-92.3)2-(-411)2+（-811.3 ） 65.7KJmol-1 rUm=rHm-Nrt=65.7 103-28.314 29860.74KJ 11. 已知下述反应 298K时的热效应（1）C6H6COOH（l ）+O2（g）=7CO2（g）+3H2O(l) rHm-3230KJ （2）C （s）O2(g) CO2（g）rHm=-394KJ (3)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) rHm=-286KJ 求 C6H6COOH（l ）的标准生成热。解：7C(s) 3H2（g）O2（g）C6H6COOH（g）该反应（ 2）7（3
10、）3（1）-386KJmol-1 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 12. 已知下列反应 298K时的热效应：（1）C(金刚石 ) O2(g) CO2（g）rHm-395.4KJ (2)C （石墨） O2（g）CO2（g）rHm-393.5KJ 求 C(石墨)=C（金刚石）在 298K时的rHm0。解：fHm-393.5- （-395.4 ）1.9KJmol-1 第二章热力学第二定律 . 1.L 理想气在 3000K 时压力为 1
11、519kPa，经等温膨胀最后体积变到10dm3，计算该过程的 Wmax、 H、 U 及 S。解：)(061.03000314.81151911molRTVpn)(105.3110ln3000314.8061.0ln312maxJVVnRTW0UH2. 1molH2在 27oC 从体积为 1dm3向真空膨胀至体积为10 dm3，求体系的熵变。若使该H2在 27oC 从 1 dm3经恒温可逆膨胀至10 dm3其熵变又是多少？由此得出怎样的结论？解：真空膨胀体系的熵变为：)(14.19110ln314.81ln112KJVVnRS恒温可逆膨胀过程的的熵变为：精品资料 - - - 欢迎下载 - - -
12、 - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 19 页 - - - - - - - - - - )(14.19110ln314.81ln112KJVVnRS3 1mol2O于 298.2K 时：(1)由 101.3kPa等温可逆压缩到 608.0kPa ，求 Q,W,孤和SSGAHU,;(2)若自始至终用 608.0 kPa的外压，等温压缩到终态，求上述各热力学量的变化。解：(1) JSTAGmolKJTQSJWQHUJppnRTW44439.142.298444344430, 044430.6083 .101ln2.298314.
13、81ln1121(2) W环pV=608J12396103 .1012.298314.81102.6082.298314.8110333Q=W=-12396J )1(,与GASHU相同。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 第三章化学平衡1. 在一个抽空的容器中引入氯气和二氧化硫，若它们之间没有发生反应，则在375.3K 时分压分别为 47.836Kpa 和 44.786Kpa。将容器保持在 375.3K，经一段时间后，压力变为常数，
14、且等于86.096Kpa。求反应2222PSOCLgSOgCLgK的解：2222SOgCLgSO CLg?开始 44.786 47.836 0 平衡（ 47.786-X ） （47.836-X ） X P总=（44.786-X ）+（47.836-X ）+X=92.622-X=86.096 X=6.526 平衡时2244.7866.52638.264738366.52641.31SOclPKPapkpa2222100.06.5261001000.41338.2641.31100100100100so clpsoclpkpapkpp若精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - -
15、 - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 112.390.418ppkk2.445时，反应：222HgIgHIg的标准平衡常数为50.1。取 5.3molI2与 7.94molH2, 使之发生反应，计算平衡时生产的 HI 的量。解：222HgIgHIg开始 7.94mol 5.3mol 0 平衡 7.94- n 5.3-n 2n (7.94)(5.3)213.24BBnnnnmol精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -
16、- - - -第 8 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 20250.1(7.94) (5.3)pnvnkknng解得： n=4.74mol 平衡时： nHI=2n=2 4.74=9.48mol 3.27 , 反应：A （g）+B(g)=AB（g）的18368,rmGJ mol欲使等摩尔的 A 和 B有 40% 变成 AB ，需多大总压力？解： A（g）+B（g）=AB （g）开始 1 mol 1mol 0mol 反应 0.4 mol 0.4 mol 0.4mol 平衡时 0.6 mol 0.6 mol 0.4mol 0.60.60.41.6BBnlnrmPGRTK-83
17、68=-8.314(27327)lnPK28.645()PVPaBBKPKKPn10.4()28.6450.60.6101.3251.6PPK精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 解得： P=6.289Kpa=6289Pa 4.CO2与 H2S在高温下有如下反应)()()()(222gOHsCOSgSHgCO今在 610K 时，将 4.410-3Kg 的 CO2加入 2.5dm3体积的空瓶中然后再充入H2S 使总压为 1013.25K
18、pa。平衡后水的摩尔分数为0.02。同上实验，再 620K，平衡后水的摩尔分数为0.03。 （计算时可假定气体为理想气体）（1）计算 610K 时的PK。（2）求 610K 时的mrG。（3）计算反应的热效应mrH。解： （1）molmolkgkgnCO1. 0/1044104. 4332开始时nRTpVkPaVnRTPCO86.202105.2610314.81.032)()()()(222gOHgCOSgSHgCO开始 202.86kPa 810.39kPa 0 0 平衡 202.86-p 810.39-p p p 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - -
19、 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 平衡后：02.025.1013222OHOHOHpppx总解得：kPapgOH27.202）（310849.2)27.2039.810()27.2086.202(27.2027.20222PpPpPpPpKSHCOOHCOSP（2）kJKRTGpmr73.29)10849.2ln(610314. 8ln3（3）620K 时平衡后03.025.101322OHOHOHpppx总解得：kPapgOH40.30)(2kPapCO17204640.3086.2022则平衡后：
20、kPapOH99.77940.3039.8102310870.699.77946.17240.3040.30222PpPpPpPpKSHCOOHCOSP精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 19 页 - - - - - - - - - - )11(ln1212TTRHKKmrPP)61016201(314.810849.210870.6ln33mrH解得：kJHmr7 .2765 已知 370.26K 纯水的蒸气压为91293.8Pa，在质量分数为 0.025 的乙醇水溶液上方，蒸
21、气总压为101325Pa 。计算相同温度时乙醇的量分数为 0.01 的水溶液上： (1) 水的蒸气分压， (2) 乙醇的蒸气分压。解：设水的蒸汽压为pA*，乙醇的蒸汽压为pB*。（1）根据p= pA*xA+ pB*xB因此 101325=91293.8 0.975+ pB*0.025 pB*= Pa= kPa 水的蒸汽分压p= pA*xA=91293.80.975=Pa （2） 乙醇的蒸汽分压p= pB*xB=425.6671030.025=Pa精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共
22、 19 页 - - - - - - - - - - 6. 教材书上 P114，第 3.17 题。第四章相平衡1. 指出下列平衡体系的组分数、自由度各为多少？(1) NH4Cl(s)部分分解为 NH3(g)和 HCl(g)；(2) 若在上述体系中额外再加入少量的NH3(g)；(3) NH4HS(s)和任意量的 NH3(g)及 H2S(g)平衡；(4) C(s)，CO(g)，CO2(g)，O2(g)在 100时达平衡。解：(1)K=3-1-1=1，f=1-2+2=1(2)K=3-1-0=2，f=2-2=2=2 (3)K=3-1-0=2，f=2-2+2=2 (4)K=4-2-0=2，f=2-2+1=
23、1 2. 在水、苯和苯甲酸的体系中，若指定了下列事项，试问体系中最多可能有几个相，并各举一例。（1） 指定温度；（2） 指定温度和水中苯甲酸的浓度；（3） 指定温度、压力和苯中苯甲酸的浓度。解：(1)f=3-+1=4-，f=0 时，=4，即最多可有 4 相共存，如气相、苯甲酸固体、苯甲酸的饱和水溶液及其饱和苯溶液。(2)f=2-+1=3-，f=0 时，=3，故最多可有三相共存，如苯甲酸的饱和水溶液相、苯甲酸的饱和苯溶液相和气相。(3)f=2-+0=2-，f=0 时，=2，即体系最多可有两相共存，如苯甲酸苯溶液及苯甲酸水溶液。3 两个挥发性液体A 和 B 构成一理想溶液，在某温度时溶液的蒸汽压为
24、54.1 kPa，在气相中 A 的摩尔分数为 0.45，液相中为 0.65，求此温度下纯 A 和纯 B 的蒸汽压。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 解：由题意知：pA*xA+pA*(1-xA)=p总yA=总pxpAA将 p总=54.1kPa，xA=0.65，yA=0.45代入以上二式，得：pA*=37.45kPa ，pB*=85.01kPa 4. 下图为生成简单共晶的A-B 二元系相图，其横轴用质量百分浓度表示组成。（1）标出相
25、图中、区的相。（2）如果有 200g 含 B 为 90的 A-B 熔体自Q 点冷却到 K 点时，固、液相的质量各为多少？精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 解：（1）区：液态区：液态 A(s) 区：液态 B(s) 区： A(s) B(s) （2）设固、液质量分别为W1、W2，由相图查得，冷却到K 点得温度时，液相含B60，固相含B100%，根据杠杆规则：KSLKWW21所以45%0%20%20%4521WW而 W1+W2=200g
26、 以上二式，得：固相质量W1=111g 液相质量W2 =89g 第六章化学动力学1阿司匹林的水解为一级反应。100C0下速率常数为 7.92d1,活化能为 56.484kJ1mol。求 17C0下水解 30%所需时间。解：由 In)12(212IaTTREkk,得 17C0的速率常数为：k=7.921231033.4)15.373115.2901(314.810484.56expd17C0温度下水解 30%所需时间为： t=dInccInk24.87.011033.411202.溴乙烷的分解是一级反应 ,活化能为230.12kJ1mol,指前因子为3.80213310s.求(1)反应以每分钟分
27、解10001的速率进行时的温精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 度; (2)以每小时分解 95%的速率进行时的温度 . 解: (1)k=15010668.110001116011sInccInt由 Ink-InA-)10802.3()10668.1(,335InInRTEa有kTT4.313,314.81012.2303则（2） k=14010321.8%9511606011sInccInt则 In(8.321,134.81012
28、.230)10802.3()103334TIn得 T=327.9K 3. 青霉素 G 的分解反应是一级反应，有下列实验结果计算（1）反应的活化能及指前因子； （2）在 25C0温度下分解 10%所需时间。解： （1）由 k=212tIn求的 k,然后列表如下：以Ink对T1作直线 回归，得 ：斜率=-10240 ， 截距=29 。182 ，相关系 数=-0.999995则112182.2911072. 4,1 .85314.810240heeAmolkJREa截距斜率(2)25C0温度下的速率常数为：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳
29、 - - - - - - - - - -第 16 页，共 19 页 - - - - - - - - - - AeKC)25(081.51072.415.298314.8101 .85123eRTEa1310h分解 10%所需的时间为：hInInkt1.189.011081.519.01139. 04 放射性同位素P3215的蜕变SP32163215反应为一级反应，现有一批该同位素的样品，经测定其活性在10 天后降低了 38.42，求蜕变速率常数、半衰期及经多长时间蜕变99.0。解：放射性同位数的蜕变为一级反应，同一级反应速率方程式。tkCCA10ln1042.38100100ln1k所以， k
30、1=0.0485天-1，3 .142ln121kt天蜕变 99.0所需时间950485.0991001lnt天5 某一级反应， 35min 反应物消耗 30，求速率常数 k 及 5h反应物消耗的百分数。解：由一级反应速率方程式353.011lnk所以 k1=0.0102min-1，反应经过 5 小时后，反应物消耗的百分数为x。06.36050102.011lnx精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 19 页 - - - - - - - - - - %3.95x第七章表面现象1. 2
31、93K 时，把半径为 10-3的水滴分散成半径为10-6m 的小水滴，问比表面积增加了多少倍？完成该变化时，环境至少需做功多少？已知 273K 时水的表面张力为0.07288N? m-1。解：分成半径为 10-6m 的小水滴的的数目为：9363363231101)101()101()101 (3434rrn比表面积增加倍数：3239262221101)101(101)101(44rrn)(0125.0)101()101)(101(4223269mA)(101. 90125. 007288.04JAW)(101 .90125.007288. 04JAG2. 将 1 10-6m3的油分散到盛有水的
32、烧杯内，形成半径为1 10-6m 粒子的乳状液。设油水之间的界面力为62 10-3 N? m-1，求分散过程所精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 19 页 - - - - - - - - - - 需的功为多少？所增加的表面自由能为多少？如果加入微量的表面活性剂之后，再进行分散， 这时油水界面张力下降到42 10-3 N? m-1。问此分散过程所需的功比原来过程减少多少？解：1 10-6m3的油滴的半径为：)(1020. 614. 34103433316311mVr形成半径为 1 10-6m 的粒子的个数为：)(1039.2)101(3410111366mn)(186.01002. 614.3410114.341039.210623336113JAW)(186.0JAG加入微量表面活性剂之后，再进行分散，则所需功比原来的减少量为：)(060.01062104262186.033J精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 19 页，共 19 页 - - - - - - - - - -