2022年物理化学作业答案 .pdf

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1、第二章热力学第一定律2.111 mol 理想气体于27 C，101.325kPa 的始态下，先受某恒定外压温压缩至平衡态，再恒容升温至 97.0 C，250.0 kPa，求过程的 W， Q ，U，H,已知气体的Cv,m=20.92J。mol-1?K-1。解：111325.10115.3001VkPapKTmoln0dT22215.3001VpKTmoln0dV233300.25015.3701VVkPapKTmoln因为23VV，有3322TpTp，kPakPaTTpp72.20215.37015.30000.250323202WkJJppnRTpnRTpnRTVVpW497.2)1325.1

2、0172.202(15.300314. 81 )1()(12111211221所以kJWWW497.221kJkJWUQkJJTTRCnTTnCHkJJTTnCUmVmpmV033.1497.2464. 1(046.2)15.30015.370()314. 892.20(1 )(464.1)15.30015.370(92.201 13,13,13,2.39 某双原子理想气体1 mol 从始态 350K， 200kPa 经过如下五个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功W 1)恒温可逆膨胀到50kPa；2)恒温反抗 50kPa 恒外压不可逆膨胀；3)恒温向真空膨胀到50kPa；4)绝热可逆膨胀到

3、50kPa；5)绝热反抗 50kPa 恒外压不可逆膨胀；解： （1）kJJppnRTW034.4)20050ln350314.81(ln12（2）kJjpnRTpnRTpVVpVpW182.2)200350314. 8150350314.81(50)()(1212（3）0ambp，0VpWamb（4）对绝热可逆过程：RCmp5 .3,，RCmV5 .2,KKTppTRRCRTmp5 .235350)20050()(5.3/1/12,因为 Q=0，所以kJJTTnCQUWmV380.23505.235314.85.21012,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -

4、 - - - - -第 1 页，共 10 页（5）Q=0 ，所以12,TTnCUQUWmV而)(11222pnRTpnRTpVpW联合上述二式可得)350(314.85 .21350314.8120050314.8)1(22KTKT解出KT2752于是kJJTTnCUWmV559.13505.235314.85 .2112,第三章热力学第二定律3.1 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。求（1）热机效率；（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。解：卡诺热机的效率为根据定义3.35. 已 知100 C水 的 饱 和 蒸 气 压 为101.325 kPa， 此 条 件

5、 下 水 的 摩 尔 蒸 发 焓vapHm=40.668kJ?mol-1。在置于100 C 恒温槽中的容积为100 dm3的密闭容器中，有压力 120 kPa 的过饱和蒸气。此状态为亚稳态。今过饱和蒸气失稳，部分凝结成液态水达到热力学稳定的平衡态。求过程的Q, U, H, S, A 及 G。解：凝结蒸气的物质量为热力学各量计算如下精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页3.48 已知水在77 C 是的饱和蒸气压为41.891 kPa。水在101.325 kPa 下的正常沸点为100 C。求1)下面表示水的蒸气压与温度关系

6、的方程式中的A 和 B 值。lg(p/Pa)=-A/T+B 2)在此温度范围内水的摩尔蒸发焓。3)在多大压力下水的沸点为105 C。解： （ 1）将两个点带入方程得（2）根据 Clausius-Clapeyron 方程（3）每四章多组分系统热力学4.3在 25 C，1 kg 水 （A）中溶有醋酸 （B） ， 当醋酸的质量摩尔浓度bB介于 0.16mol?kg-1和 2.5mol?kg-1之间时，溶液的总体积V/cm3=1002.935+51.832bB/( mol.kg-1)+0.1394bB/( mol.kg-1)2。求：（1）把水（ A）和醋酸（ B）的偏摩尔体积分别表示成bB的函数关系。

7、（2） bB=1.5 mol?kg-1时水和醋酸的偏摩尔体积。解：根据定义精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页当时4.11 A ， B 两液体能形成理想液态混合物。已知在温度t 时纯 A 的饱和蒸气压kPapA40?，纯 B 的饱和蒸气压kPaPB120?。（1）在温度 t 下，于气缸中将组成为y(A)=0.4 的 A, B 混合气体恒温缓慢压缩，求凝结出第一滴微小液滴时系统的总压及该液滴的组成（以摩尔分数表示）为多少？（2）若将 A, B 两液体混合，并使此混合物在100 kPa，温度 t 下开始沸腾，求该液态混合

8、物的组成及沸腾时饱和蒸气的组成（摩尔分数）。解： 1. 由于形成理想液态混合物，每个组分均符合Raoult 定律 ; 2. 凝结出第一滴微小液滴时气相组成不变。因此在温度t混合物在 100 kPa，温度 t 下开始沸腾，要求第五章化学平衡5.9 在真空的容器中放入固态的NH4HS，于 25 C 下分解为NH3(g)与 H2S(g)，平衡时容器内的压力为66.66 kPa。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页（1）当放入 NH4HS 时容器内已有39.99 kPa 的 H2S(g)，求平衡时容器中的压力。（2）容器内原

9、有6.666 kPa 的 NH3(g)，问需加多大压力的H2S，才能形成NH4HS 解：反应的化学计量式如下由题给条件，25 C 下5.14 体积为1dm3的抽空密闭容器中放有0.03458 mol N2O4(g)，发生如下分解反应：N2O4(g)=2NO2(g) 50 C 时分解反应的平衡问压为130.3kPa，已知 25 C 时 NN2O4（g） ，和 NO2（g）的mfH分别为 9.16KJ?mol-1和 33.18kJ?mol-1。充反应的0,mprC。1)计算 50 C 时 N2O4(g)的解离度及分解反应的K。2)计算 100 C 时反应的K。解： （1）设 50 C 时 N2O4

10、(g)的解离度为N2O4(g)=2NO2(g) 初始时 nB n00 平衡时 nB n0(1- ) 2 n0)1 (0nnB112BV题目给出分解反应达平衡时系统的总压p,由 pRTnVB，得)1(0nRTpVnB代入数据)1(03458.015.325314.8101100 .13033得3993.0此温度下分解反应的平衡常数pppnpnnnppKKBn2002014)1()1()2(即9864.01001303993.013993.0422K（2）计算 100 C 时反应的K，需要知道反应的mfH。由题给条件， 25 C 时精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -

11、 - - - - - -第 5 页，共 10 页114222.57)16. 918.332(),(),(2)(?molkJmolkJgONHgNOHBHvHmfmfmfBmf0,mprC，所以mrH与温度无关，根据范特霍夫方程的积分式)11(ln1212TTRHKKmr代入数据，得)15.323115.3731(314.8107.529864.0)15.373(ln3KK10.17)15.373(KK第六章相平衡6.1 指出下列平衡系统中的组分数C，相数 P及自由度F。1)I2(s)与其蒸气成平衡；2)CaCO3(s)与其分解产物CaO(s)和 CO2(g)成平衡；3)NH4HS(s)放入一抽

12、空的容器中，并与其分解产物NH3(g)和 H2S(g)成平衡；4)取任意量的NH3(g)和 H2S(g)与 NH4HS(s)成平衡。5)I2作为溶质在两不互溶液体H2O 和 CCl4中达到分配平衡（凝聚系统）。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 +

13、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 下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22 kPa 和 136.12 kPa。两者可 形成理想液态混合物。取200.0 g 甲苯和 200.0 g 苯置于带活塞的导热容器中，始态为一定压力下90 C 的液态混合物。在恒温90 C 下逐渐降低压力，问（1）压力降到多少时，开始产生气相，此气相的组成如何？（2）压力降到多少时，液相开始消失，最后一滴液相的组成如何？（3）压力为 92.00 kPa 时，系统内气 -液 两相平衡，两相的组成如何？两相的物质的量各位多少？解：

14、原始溶液的组成为（1）刚开始出现气相时，可认为液相的组成不变，因此（2）只剩最后一滴液体时，可认为气相的组成等于原始溶液的组成精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页（3）根据（ 2）的结果由杠杆原理知，第七章电化学7.3 用银电极电解AgNO3溶液。通电一定时间后，测知在阴极上析出 1.15g 的 Ag，并知阴极区溶液中Ag+的总量减少了0.605g。求 AgNO3溶液中的t(Ag+)和 t(NO3-)。解： 解该类问题主要依据电极区的物料守恒（溶液是电中性的）。显然阴极区溶液Ag+的总量的改变AgDm等于阴极析出银的

15、量Agm与从阳极迁移来的银的量?Agm之差：7.13电池 Pt|H2(101.325kPa)|HCl(0.1 mol?kg-1)|Hg2Cl2(s)|Hg 电动势 E 与温度 T 的关系为E/V=0.0694+1.881?10-3T/K-2.9?10-6(T/K)2（1）写出电池反应；（2）计算 250C 时该反应的DrGm，DrSm，DrHm以及电池恒温可逆放电时该反应过程的Qr,m。解： （1）电池反应为（2）25 ?C 时精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页因此，7.14250C 时，电池Zn|ZnCl2(0.

16、555 mol?kg-1)|AgCl(s)|Ag 的电动势E=1.015V 。已知， E（ Zn2+|Zn） =-0.7620V ， E（ Cl-1|AgCl|Ag ） =0.2222V ，电池电动势的温度系数141002.4?KVTEP。1)写出电池反应；2)计算反应的标准平衡常数E3)计算电池反应可逆热Qr,m4)求溶液中 ZnCl2的平均离子活度因子。解： （1）电极反应：阳极ebZnsZn2)()(2阴极)(2)(22)(2bClsAgesAgCl电池反应)(2)(2)()(2)(2bClsAgbZnsAgClsZn（2）计算平衡常数，由zFEGKRTMrln，有331089.162.

17、7615.298314.8)7620.0222.0(964852lnKRTzFEK（3）电池反应的可逆热14141,10313.2)1002.4(9648515.2982)(?molJKVmolCKTEzFTSTQPmrmr（ 4）计算平均离子活度因子333/132)(4)4()(bbbbaZnCla250C 时，对上述电池反应应用能斯特方程)(4lg205916.0)(ln32bbVEZnClazFRTEE即 1)555.0(4lg20.05916V-0.7620)V(00.22221.015V3解出508.0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

18、 - -第 8 页，共 10 页10.4 在 293.15K 时，将直径为1.0mm 的玻璃毛细管插入乙醇中。问需要在管内加多大的压力才能防止液面上升？若不加任何压力，平衡后毛细管内液面的高度为多少？已知该温度下乙醇的表面张力为22.3*10-3N*m-1,密度为 789.4kg*m-1，重力加速度为9.8m*s-2。设乙醇能很好地润湿玻璃。解：为了防止毛细管内方液面上升，需抵抗掉附加压力p的作用，故需施加的压力的大小等于附加压力。PaParp892)1005.0103 .222(233乙醇能很好地润湿玻璃，即0，因此mmpgrpgrh115.010)2/1 .0(8.94 .789320.2

19、222cos2310.17 292.15K 时，丁酸水溶液的表面张力可以表示为)1ln(0bca，式中0为纯水的表面张力，a 和 b 皆为常数。1)试求该溶液中丁酸的表面吸附量和浓度 c 的关系。2)若已知11 .13? mmNa，1362.19? moldmb，试计算当3200.0?dmmolc时的为多少？3)当丁酸的深度足够大，达到bc?1 时，饱和吸附量m为多少？设此表面上丁酸呈单分子层吸附，计算在液面上每个丁酸分子所占的截面积为多少？解： （1）题给溶液的表面张力与浓度 c 的关系式)1ln(0bca在一定温度下，将上式对c 微分，得bcabdcbcdadcd1)1ln(代入吉布斯吸附

20、等温式，得)1 (bcRTabcdcdRTc（2）当3200.0? dmmolcjf ,表面吸附量为)10200.01062.191(15.292314.810102000.01062.19101.13)1 (33113313313?KKmolJmolmolmmNbcRTabc=2610298.4? mmol（3）丁酸浓度足够大，亦奶子溶质在溶液表面上的吸附达到饱和，则bc1，此时，表面吸附量RTabcRTabc)1 (此时的表面吸附量等于饱和吸附时的表面吸附量m26111310393.515.292314.8101.13?mmolKKmolJmNRTam这样，每个丁酸分子在饱和吸附时所占的溶

21、液表面积为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页219261231008.310393.510022.611mmmolmolLamm?上式中 1/m的表示在饱和吸附时，1mol 丁酸分子所占的溶液表面积11.8 某一级反应A产物，初始速率为1*10-3mol?min-1，1 h 后速率为0.25*10-3mol?dm-3?min-1。求 k,t1/2和初始浓度ca,o。解：一级反应的速率方程11.32某药物分解反应的速率常数与温度的关系为Ln(hk)=-KT /8938+20.40 1)在 300C 时，药物第一小时的

22、分解率是多少？2)若此药物分解300C 时即认为失效，那么药物在30% 下保存的有效期为多长时间？3)欲使有效期延长到2 年以上，则保存温度不能超过多少度？解： （1）当 T=（ 273.15+30） K=303.15K 时，由084.940.2015.3038938ln1hk可知，1410135.1hk另由 k 的单位可知反应级数n=1 则由一级反应的速率：ktx11ln得ht11时，分解率41)10135. 1(110135.11141eexkt（2）当 T=303.15K ，30.02x时，由一级反应速率方程知：hxkt342210143.330.011ln10135.1111ln1进一步由40.20/8938ln1KThkT得，40.20/8936)10036.2ln(35KT所以CCKT0031.13)15.27346.286(46.286即保存温度不能超过13.31C0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页