2022年物理化学作业答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章 热力学第肯定律2.11 1 mol 抱负气体于 27C,101.325kPa 的始态下,先受某恒定外压温压缩至平稳态,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=20.92Jmol-1. K-1；n 1 mol n 1 mol n 1 mol解：T 1 300 . 15 K dT 0 T 2 300 . 15 K dV 0 T 3 370 . 15 Kp 1 101 . 325 kPa p 2 p 3 250 . 00 kPaV 1 V 2 V 3 V 2p 2 p 3 p 3

2、 T 2 250 . 00 300 . 15由于 V 3 V 2,有,p 2 kPa 202 . 72 kPaT 2 T 3 T 3 370 . 15W 2 0W 1 p 2 V 2 V 1 nRT 1 p 2 nRT 1 nRT 1 p 2 1 p 1 p 11 .8 314 300 . 15 202 . 72 1 J 2 . 497 kJ101 . 325所以 W W 1 W 2 2 . 497 kJU nC V , m T 3 T 1 1 20 . 92 370 . 15 300 . 15 J 1 . 464 kJH nC p , m T 3 T 1 n C V , m R T 3 T

3、11 20 . 92 .8 314 370 . 15 300 . 15 J 2 . 046 kJQ U W .1 464 2 . 497 kJ 1 . 033 kJ2.39 某双原子抱负气体 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 恒温抵抗 50kPa 恒外压不行逆膨胀；3 恒温向真空膨胀到 50kPa；4 绝热可逆膨胀到 50kPa；5 绝热抵抗 50kPa 恒外压不行逆膨胀；解：（1）W nRT ln p 2 1 8 . 314 350 ln 50 J 4 . 034 kJp 1 200W p

4、 V p V 2 V 1 p nRT nRT p 2 p 1（2）1 8 . 314 350 1 .8 314 350 50 j 2 . 182 kJ50 200（3）p amb 0,W p amb V 0（4）对绝热可逆过程：C p , m 3 5. R,C V , m 2 5. Rp 2 R / C p , m 50 R / 3 . 5 RT T T 1 350 K 235 5. Kp 1 200由于 Q=0,所以名师归纳总结 W1U2Q8nCV,mT2T 10J2. 380kJ第 1 页,共 10 页. 5.314235. 5350- - - - - - -精选学习资料 - - - -

5、- - - - - （5）Q=0 ,所以WUQUnCV,mT 2T 1而WpVp2nRT 2nRT 1p2p 1联合上述二式可得1 8 .314 T 25018. 314350K125.8 .314T2350K200T 2275K解出于是WUnCV,mT2T 1125.8.314235.5350J1. 559kJ第三章热力学其次定律的高温热源和的低温热源间工作；求3.1 卡诺热机在（1）热机效率；时,系统从高温热源吸取的热及向低温热源放出的（2）当向环境作功热；解： 卡诺热机的效率为依据定义3.35. 已 知 100 C 水 的 饱 和 蒸 气 压 为 101.325 kPa, 此 条 件 下

6、 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固的平稳态；求过程的 解：凝结蒸气的物质量为热力学各量运算如下Q, U, H, S, A 及 G；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 2 3下面表示水的

7、蒸气压与温度关系的方程式中的A 和 B 值；在此温度范畴内水的摩尔蒸发焓；lgp/Pa=-A/T+B 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）依据 Clausius-Clapeyron 方程（3）每四章多组分系统热力学-14.3 在 25 C,1 kg 水（A）中溶有醋酸 （B）,当醋酸的质量摩尔浓度和 2.5mol . kg-1之间时,溶液的总体积bB 介于 0.16mol . kgV/cm3=1002.935+51.832b B/ mol.kg-1+0.1394b B/ mol.kg-12；求：（1）把水（ A）和醋酸（ B）的偏摩尔体积分别表示成bB 的函数

8、关系；（2） bB=1.5 mol . kg-1时水和醋酸的偏摩尔体积；解：依据定义名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 当 时4.11 A ,B 两液体能形成抱负液态混合物；已知在温度t 时纯 A 的饱和蒸气压.p A40kPa,纯 B 的饱和蒸气压 PB .120 kPa；（1）在温度 t 下,于气缸中将组成为 yA=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）如将 A, B 两液体混合,并使此混合物在 100 kPa,温度 t 下开

9、头沸腾,求该液 态混合物的组成及沸腾时饱和蒸气的组成（摩尔分数）；解： 1. 由于形成抱负液态混合物,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 下开头沸腾,要求第五章 化学平稳5.9 在真空的容器中放入固态的 内的压力为 66.66 kPa；NH 4HS,于 25 C 下分解为 NH 3g与 H2Sg,平稳时容器名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - （1）当放入 NH 4HS 时容器内已有 39.99 kPa 的 H2Sg,求平稳时容

10、器中的压力；（2）容器内原有 6.666 kPa 的 NH 3g,问需加多大压力的 H 2S,才能形成 NH 4HS 解：反应的化学计量式如下由题给条件, 25 C 下5.14 体积为 1dm 3 的抽空密闭容器中放有N2O4g=2NO 2g 0.03458 mol N 2O4g ,发生如下分解反应：50C 时分解反应的平稳问压为130.3kPa,已知 25C 时 NN 2O4（g）,和 NO 2（g）的fHm分别为 9.16KJ . mol-1和 33.18kJ . mol-1；充反应的rCp,m0；1运算 50C 时 N2O4g的解离度及分解反应的K；2运算 100C 时反应的 K；解：（

11、1）设 50C 时 N 2O4g的解离度为N2O4g=2NO 2g 初始时 nB n00 平稳时 nB n01- 2 n0n Bn01V B211题目给出分解反应达平稳时系统的总压p,由 pVnBRT,得n BpVn01RT代入数据1300.1031.1030.03458 1得0 . 39938 .31432515此温度下分解反应的平稳常数KKnppnB2 n02n0 1pp142pn0 1p即K40.399321300. 986410.39932100（2）运算 100C 时反应的 K ,需要知道反应的fHm；由题给条件, 25C 时名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 1

12、0 页精选学习资料 - - - - - - - - - fHmvBfHmB 2fHmNO 2,gfHmN2 O4,grCp , m 233 . 18.9 16 kJ.mol157 .2 kJ.mol10,所以rHm与温度无关,依据范特霍夫方程的积分式lnK2rHm11KRT 2T 11代入数据,得K 373 . 15 K 52 . 7 10 31 1ln K 373 . 15 K 17 . 100 . 9864 8 . 314 373 . 15 323 . 15第六章 相平稳6.1 指出以下平稳系统中的组分数 C,相数 P 及自由度 F；1 I2s与其蒸气成平稳；2 CaCO3s与其分解产物

13、CaOs和 CO 2g成平稳；3 NH 4HSs放入一抽空的容器中,并与其分解产物 NH 3g和 H2Sg成平稳；4 取任意量的 NH 3g和 H2Sg与 NH 4HSs成平稳；5 I2 作为溶质在两不互溶液体 H2O 和 CCl 4 中达到安排平稳（凝结系统）；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,

14、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 下纯液体的饱和蒸气压分别为 54.22 kPa 和 136.12 kPa；两者可 形成抱负液态混合物；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 下逐步降低压力,问（1）压力降到多少时,开头产愤怒相,此气相的 组成如何？（2）压力降到多少时,液相开头消逝,最终一滴 液相的组成如何？（3）压力为 92.00 kPa 时,系统

15、内 气 -液 两相平稳,两相的组成如何？两相的物质的量各位多少？解： 原始溶液的组成为（1）刚开头显现气相时,可认为液相的组成不变,因此（2）只剩最终一滴液体时,可认为气相的组成等于原始溶液的组成名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - （3）依据（ 2）的结果由杠杆原理知,第七章电化学7.3 用银电极电解 AgNO 3 溶液；通电肯定时间后,测知在阴极上析 出 1.15g 的 Ag ,并知阴极区溶液中 Ag+的总量削减了 0.605g；求 AgNO 3 溶液中的 tAg +和 tNO 3-；解： 解该类问题主要依据电极区

16、的物料守恒（溶液是电中性的）；明显阴极区溶液 Ag+的总.量的转变 Dm Ag 等于阴极析出银的量 m Ag 与从阳极迁移来的银的量 m Ag 之差：7.13 电池 Pt|H2101.325kPa|HCl0.1 mol . kg-1|Hg2Cl 2s|Hg 电动势 E 与温度 T 的关系为E/V=0.0694+1.881 .10-3T/K-2.9 . 10-6T/K 2（1）写出电池反应；（2）运算 250C 时该反应的D rGm,DrSm,DrH m 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 时名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 1

17、0 页精选学习资料 - - - - - - - - - 因此,7.1425 0C 时,电池 Zn|ZnCl 20.555 mol . kg-1|AgCls|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1EP4 .02104V.K1；T写出电池反应；2运算反应的标准平稳常数E3运算电池反应可逆热Qr,m4求溶液中 ZnCl 2 的平均离子活度因子解：（1）电极反应：阳极Zns Zn2b 2eK1.891033阴极2AgCls 2 e2Ags 2 Clb 电池反应Zns

18、 2AgClsZn2b2Ags 2 Clb （2）运算平稳常数,由RTlnKrGMzFE,有lnzFE 2 96485 KRT 8 . 314（3）电池反应的可逆热0. 222.0.762076. 62K29815Qr,mTrS mzFTEP1T2298. 15K96485 C.mol14.02104V.2 .313104J.mol1（ 4）运算平均离子活度因子名师归纳总结 aZnCl2a341/3b34 bb3bb3第 8 页,共 10 页b250C 时,对上述电池反应应用能斯特方程EERTlnaZnCl2E0. 05916Vlg4zF2即 11.015V00.22220.7620V-0.0

19、5916Vlg4 0 . 55532解出0 .508- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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？如不加任何压力,平稳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,需抗击掉附加压力 等于附加压力；p 的作用,故需施加的压力的大小32 2 22 3. 10p 3 Pa 892 Par 0

20、. 05 10乙醇能很好地润湿玻璃,即 0 ,因此2 cos 2 2 22 . 320h 3 m 0 . 115 mpgr pgr 789 4. 9 . 8 0 1. / 2 1010.17 292.15K 时,丁酸水溶液的表面张力可以表示为 0 a ln 1 bc ,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；1 3 12 如 已 知 a 13 1. mN . m,b 19 . 62 dm . mol,试 计 算 当3c 0 . 200 mol .dm 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

21、此表面上丁酸呈单分子层吸附,运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1ab0aln1bc 在肯定温度下,将上式对c 微分,得dadln1bcdcdcbc代入吉布斯吸附等温式,得cdabc.103RTdcRT1bc（2）当c0.200mol. dm3jf ,表面吸附量为abcRT1bc13.1103N.m119.62103m3.mol10 .2000103mol8.314J.mol1.K1292. 15K119.621030. 200103=4 .298106mol. m2bc1 ,此时,（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

22、和,就表面吸附量abc8aKm5 .393106mol.m2RT1bc RT此时的表面吸附量等于饱和吸附时的表面吸附量a13.1103N.m1mRT. 314J.mol1.K1292.15这样,每个丁酸分子在饱和吸附时所占的溶液表面积为名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - amL1m6 .0221023mol11393106mol.m23 . 081019m25.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

23、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1 23Lnk=-8938+20.40 hT /K在 300C 时,药物第一小时的分解率是多少？如此药物分解300C 时即认为失效,那么药物在30%下储存的有效期为多长时间？欲使有效期延长到2 年以上,就储存温度不能超过多少度？解：（1）当 T=（ 273.15+30） K=303.15K 时,由名师归纳总结 lnk1893820.409.084可知,k1. 135104h1420. 40第 10 页,共 10 页h303. 15另由 k 的单位可知反应级数n=1 就由一级反应的速率：ln11xkt得t11 h时,分解率x 11ekt11e .113510411 . 13510（2）当 T=303.15K ,x20. 30时,由一级反应速率方程知：t21ln1121. 1351104ln11303.143103hkx0 .进一步由lnk T893820.40得,ln2. 0361058936h1T/KT 3/K所以T286 .46K286. 46273.150C13.310C即储存温度不能超过13.31 C- - - - - - -