物理化學習題及答案篇一：物理化學課后習題第1章化學熱力學根本定律1．1mol雙原子理想氣體在300K、101kPa下，經恒外壓恒溫壓縮至平衡態，并從此狀態下恒容升溫至370K、壓強為1010kPa。求整個過程的?U、?H、W及Q。（答案：△U=1455J，△H=2037J，W=17727J，Q=-16272J）解：第一步：恒外壓恒溫壓縮至平衡態，?U=0，?H=0V1=8.314×300/101=24.695dm3,此平衡態的壓強P’W=-P’(V2-V1)=-818.92×103×(3.046-24.695)×10-3=17727J=17.727kJ-Q=W=17.727kJQ=-17.727kJ第一步：因恒容W=0?U=Qv=Cv,m(T2-T1)=20.79×(370-300)=1455.3J=1.455kJ?H=(20.79+R)×70=2037.3J=2.037kJ整個過程：W=17.727kJ；Q=-17.727+1.455=-16.27kJ；?U=1.455kJ；?H=2.037kJ。2．設有0.1kgN2，溫度為273.15K，壓強為101325Pa，分別進展以下過程，求?U、?H、Q及W。(1)恒容加熱至壓強為151987.5Pa；(2)恒壓膨脹至原體積的2倍；(3)恒溫可逆膨脹至原體積的2倍；(4)絕熱可逆膨脹至原體積的2倍。（答案：①△U=QV=1.01×104J，△H=1.42×104J，W=0；②△H=QP=28.4kJ，△U=20.20kJ，W=-8.11kJ；③Q=5622J，W=-5622J，△H=△U=0J；④Q=0，W=△U=-4911J，△H=-6875J）解：將N2氣視為雙原子理想氣體，那么Cp,m=29.10J·mol-1·K-1;Cv,m=20.79J·mol-1·K-1(1)W=0,末態溫度T2=1.5T1=1.5×273.15K∴?U=Qv=nCv(T2-T1)=(100/28)×20.79×(1.5×273.15-273.15)=1.01×104J?H=nCp(T2-T1)=(100/28)×29.10×(1.5×273.15-273.15)=1.42×104J?H=Qp=nCp(T2-T1)=(100/28)×29.10×(2×273.15-273.15)=28388J=28.4kJ?U=nCv(T2-T1)=(100/28)×20.79×273.15=20201J=20.20kJ(3)理想氣體恒溫，?H=?U=0,W=-Q=-(100/28)×8.314×273.15×ln2=-5622J=-5.62kJT2=(1/2)0.4×T1=(1/2)0.4×273.15=207K;Q=0W=?U=nCv,m?T=(100/28)×20.79×(207-273.15)=-4911J=-4.911kJ?H=(100/28)×29.10×(207-273.15)=-6875J=-6.875kJ3．在373.15K、101325Pa下，1mol水緩慢蒸發。水的蒸發熱為40.593kJ·mol-1，1kg水的體積為1.043dm3，1kg水蒸氣的體積為1677dm3。求：(1)蒸發過程中體系的?U、?H、W、Q；(2)如忽略Ｖ液，并設水蒸氣為理想氣體，W為何值，并與(1)的結果比擬。（答案：①△U=37536J，△H=QP=40593J，W=-3057J；②W=-3102J）解：(1)W=P?V=-P(V氣-V液)=-101325×18×(1.677-1.043×10-3)×10-3=-3057J?H=Qp=40593J?U=Q+W=40593-3057=37536J(2)如忽略V液，那么W=-PV氣=-nRT=-3102J4．在298.15K、101325Pa下，1molH2與0.5molO2生成1molH2O（ｌ），放熱285.90kJ。設Ｈ2及Ｏ2在此條件下均為理想氣體，求?U。假設此反響在一樣的始、末態的條件下改在原電池中進展，做電功為187.82kJ，求?U、Q及W。（答案：①△U=-282.18kJ；②Q=-98.08kJ，W=-184.10kJ，△U=-282.18kJ）解：(1)反響為：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)(恒溫恒壓)?H=-285.9kJ假設忽略H2O(l)的體積，那么?U=?H-(?n)RT，?n=-1.5因而：?U=-282.18kJ(2)?U不變，總功：W=電功+體積功=-187.82+1.5RT=-184.1kJQ=?U-W=-282.18+184.1=-98.1kJ5．在絕熱密閉容器內裝水1kg。開動攪拌器使容器中的水由298K升溫至303K。已經明白液體水的Cp,m≈CV,m＝75.31J·mol-1·K-1，求W、Q?U及?H，結果說明什么?（答案：Q=0，W=20.92kJ，△U=20.92kJ，△H=20.92kJ）解：因絕熱，故Q=0，又由于恒容且Cv,m為常數，故?U=n?Cv,mdTT1T2=1000×75.31×(303-298)/18=20.92kJ=nCp,m(T2-T1)=20.92kJ???n?Cp,mdTT1T2W=?U=nCv,m(T2-T1)=20.92kJ討論：此過程所得的功為非體積功，即W’≠0,盡管過程是恒容的，而Qv≠?U.6．5mol雙原子理想氣體，從101325Pa、410.3L的始態出發，經pT＝常數的可逆過程(即體系在變化過程中pT＝常數)壓縮至末態壓強為202650Pa。求(1)末態的溫度；(2)此過程的?U、?H、W、Q。（答案：①T=500K；②△U=-51.96kJ，△H=-72.75，W=41.57kJ，Q=-93.53kJ）解：(1)始態溫度T1=P1V1/(nR)=101325×410.3×10-3/(5×8.314)=1000K因而末態溫度T2=P1T1/P2=101325×1000/202640=500Kn(5/2)RdT(2)?U==(5×5/2)×8.314×(500-1000)=-51963J=-51.96kJ?H=?-W=?nCp,mdT=(5×7/2)×8.314×(500-1000)=-72748J=-72.75kJ?pdV??K/TdV(∵PT=K)?(K/T)?2nRT/K??2nRdT∵V=nRT/P=nRT2/K,dV=2RTdT×n/K∴-W==2×5×8.314(500-1000)=-41570J=-41.57kJW=41.57kJQ=?U-W=-51.96-41.57=-93.53kJ7．橫放的絕熱圓筒內裝有無摩擦、不導熱的活塞。在其兩側均盛有101325Pa、273K的理想氣體54Ｌ，并在左側引入電阻絲使氣體緩慢加熱，直至活塞將右側氣體壓縮至壓強為202650Pa為止。已經明白氣體的CV,m＝12.47J·mol-1·Ｋ-1。求：(1)右側氣體最后的溫度及所得的功；(2)左側氣體最后溫度及所得的熱。（答案：①T=360.31K，W=2.620kJ；②T=732.4K，W=2.620kJ）解：右側，相當于絕熱可逆壓縮：γγ=Cp,m/Cv,m=1.666，T1/T’2=(P1/P2)(-1)/γ’∴T’2(右)=360.3K右、左側氣體的n=101325×0.054/(8.314×273.15)=2.409mol右側得功W=?U=Cv(T’2-T1)=2.409×12.47×(360.31-273.15)=2.62kJ右側末態體積V’左側末態體積V2(左)=0.054+(0.054-0.03561)=0.07239m3左側做功=右側得功W(左)=-2.620kJ?U(左)=?nCv,mdT=2.409×12.47×(732.4-273.15)=13796JQ（左）=?U-W=13796-2620=16416J=16.42kJ8．設有絕熱硬木箱，原為真空，在箱上刺一極小的細孔，空氣緩慢地流入箱內。如箱外空氣溫度為T0，并將空氣視為理想氣體，證明箱內外壓強相等時箱內空氣溫度為T??T0，式中??Cp,mCV,m。證：此過程為絕熱不可逆過程，設裝滿箱子需nmol的氣體，那么過程示意圖如下：設nmol空氣在箱外的溫度為T0，壓強為P0，體積為V0。體系：nmol空氣及絕熱箱；環境：其余空氣因Q=0那么?U=W，?U=nCv,m，?T=nCv,m(T-T0)空氣流入真空時并不作功，但其余空氣對nmol空氣(體系)所作的功就相當將氣泡（P0,V0）的氣體全部壓進箱內，故W=P0?V0nCv,m(T-T0)=P0?V0，或nCv,m(T-T0)=nRT0，T=(Cv,m+R)T0/Cv,m=γT09．某禮堂容積為1000m3，室溫為283K，壓強為101325Pa，欲使其溫度升至293K，需吸熱多少?設空氣Cp,m＝2R，如室溫由293K降至283K，當室外溫度為273K時，征詢需導出多少熱?（答案：Q1=12.315×103kJ；Q2=-11.676×103kJ）解：(1)將禮堂的墻壁視為絕熱，因要維持室內壓強為101325Pa，故室內空氣的n將會隨溫度的升高而變化。Qp=Cp,m?T2T1ndT=Cp,m?T2T1PV/(RT)dT=(Cp,mPV/R)ln(T2/T1)=[7R×101325×1000/(2R)]ln(293/283)=12315039J=1.2315×104kJ(2)降溫時，要維持壓強一定，那么n必定增加，有一部分空氣進入禮堂(此部分空氣由273K熱至283K)需加熱，進入禮堂的空氣：?n=n2-n1=PV/RT2-PV/RT1=PV/R(1/T2-1/T1)=[101325×1000/8.314](1/283-1/293)=1.47×103mol需加熱：?H1=?nCp,m(T2-T0)=1.47×103×(7R/2)×(283-273)=428kJ將禮堂內原有空氣降溫需導出熱：?H2=Qp2=n1Cp,m(T2-T1)=101325×1000×(283-293)×(7R/2)/(8.314×293)=-12104kJ總的應導出的熱：Qp=Qp1+Qp2=-12104+428=-11676kJ篇二：物理化學習題答案《物理化學》作業習題物理化學教研組解2009，7第一章熱力學第一定律與熱化學1.一隔板將一剛性決熱容器分為左右兩側，左室氣體的壓力大于右室氣體的壓力。現將隔板抽去左、右氣體的壓力到達平衡。假設以全部氣體作為體系，那么ΔU、Q、W為正？為負？或為零？解：?U?Q?W?02.試證明1mol理想氣體在衡壓下升溫1K時，氣體與環境交換的功等于摩爾氣體常數R。證明：W?p(V2?V1)?nR?T?R3.已經明白冰和水的密度分別為：0.92×103kg·m-3，現有1mol的水發生如下變化：(1)在100oC，101.325kPa下蒸發為水蒸氣，且水蒸氣可視為理想氣體；(2)在0oC、101.325kPa下變為冰。試求上述過程體系所作的體積功。18?10?3＝1.96?10?6(m3)解：(1)V冰＝30.92?1018?10?3?63V水＝＝1.96?10(m)31.0?10W?pe(V水－V冰)?nRT?1?8.314?373?3.101?103(J)(2)W?pe(V冰?V水)?101325?(1.96?10?5?1.8?10?5)?0.16(J)4.假設一封閉體系從某一始態變化到某一終態。(1)Q、W、Q－W、ΔU是否已經完全確定。(2)假設在絕熱條件下，使體系從某一始態變化到某一終態，那么(1)中的各量是否已完全確定？為什么？解：(1)Q－W與ΔU完全確定。(2)Q、W、Q－W及ΔU均確定。5.1mol理想氣體從100oC、0.025m3通過下述四個過程變為100oC、0.1m3：(1)恒溫可逆膨脹；(2)向真空膨脹；(3)恒外壓為終態壓力下膨脹；(4)恒溫下先以恒外壓等于氣體體積為0.05m3時的壓力膨脹至0.05m3，再以恒外壓等于終態壓力下膨脹至0.1m3。求諸過程體系所做的體積功。解：(1)W?nRTln(2)W?0nRT1?8.314?373W?pe(V2?V1)?31010(0.1?0.025)?2325(J)(4)pe?1?8.314?373?62022(Pa)W?p1(V2?V1)?p2(V3?V2)?62022(0.05?0.025)?31010(0.1?0.05)?1550?1550?3101(J)6.在一個帶有無重量無摩擦活塞的絕熱圓筒內充入理想氣體，圓筒內壁上繞有電爐絲。通電時氣體緩慢膨脹，設為等壓過程。假設(1)選理想氣體為體系；(2)選電阻絲和理想氣體為體系。兩過程的Q、ΔH分別是等于、小于仍然大于零？解：(1)Q??H?0(2)Q?0?H??W電功?07.在373K和101.325kPa的條件下，1mol體積為18.80cm3的液態水變為30200cm3。求此過程的ΔH及ΔU。解：?H?Qp?4.067?104(J)?U?Q?W??H?pe(V2?V1)?4.067?104?101325(30200?18.80)?10?6?3.761?10(J)48.分別推斷以下各過程中的Q、W、ΔU及ΔH為正為負仍然為零?(1)理想氣體自由膨脹(2)理想氣體恒溫可逆膨脹(3)理想氣體節流膨脹(4)理想氣體絕熱對抗恒外壓膨脹(5)水蒸氣通過蒸汽機對外做出一定量的功之后恢復原態，以水蒸氣為體系(6)水(101325Pa,273.15K)→冰(101325Pa,273.15K)(7)在充滿氧的定容絕熱反響器中，石墨劇烈燃燒，以反響器及其中所有物質為體系。解：(1)W＝0，Q＝0、、ΔU＝ΔH＝0(2)W0，Q0、ΔU＝ΔH＝0(3)W＝0，Q＝0、ΔU＝ΔH＝0(4)W0，Q＝0、ΔUlt;0、ΔHlt;0(5)W0，Q0、ΔU＝ΔH＝0(6)W0，Qlt;0、ΔUlt;0、ΔH0(7)W=0，Q=0、ΔU＝0、ΔH09.已經明白H2(g)的Cp,m=(29.07-0.836×10-3T+2.01×10-6T2)J·K-1·mol-1，現將1mol的H2(g)從300K升至1000K，試求：(1)恒壓升溫吸收的熱及H2的ΔH；(2)恒容升溫吸收的熱及H2的ΔU。解：(1)?H??1000300T2（2）?U??(29.07-0.814-0.836?10-3T?2.01?10-6T2)dT=14800JT110.在在0℃和506.6kPa條件下，2dm3的雙原子理想氣體體系以下二個過程恒溫膨脹至壓力為101.325kPa，求Q,W,△U,△H。（1）可逆膨脹；（2）對抗恒外壓101.325kPa膨脹。解：（1）W=nRTln＝1629J＝RTln1＝0.446?8.314?273?ln△U=0,Q＝1629J(2)W=P外△V=101325×（nRT2?V1）＝809.586JP2△H=△11.(1)在0℃和506.6kPa下，1mol水全部蒸發為水蒸氣，求此過程的Q、W、△U、△H。已經明白水的汽化熱為40.7kJ·mol-1.(2)假設在373K、101.325kPa下的水向真空蒸發，變成同溫同壓的水蒸氣，上述個量又如何？（假設水蒸汽可視為理想氣體）。解：（1）相變在恒溫恒壓且非體積功為零下進展，故△(2)該相變相真空進展為不可逆相變，Pe＝0，W＝0。由于（2）的始，終態同（1）因而△H，△U與（1）一樣，即△H=40.7KJ,△U=37.6KJ,Q=37.6KJ.12.1mol單原子理想氣體，始態壓力為202.65kPa，體積為11.2dm3，通過pT為（1）終態的體積與溫度（2）體系的△U及△H；（3）該過程體系所作的功。解：（1）?3PV11/nR?202650?11.2?10/8.314?273K（2）△U＝3/2×8.314×（136.5-273）＝-1702J△H=5/2×8.314×（136.5－273）＝-2837J(3)PT=B,P=B/TV=RT/P=RT2/B,Dv=（2RT/B）DtW＝2×8.314×（136.5-273）＝-2270J13.某理想氣體的CV,M=20.92J·K-1·mol-1，現將1mol的該理想氣體于27℃、101.325kPa時受某恒外壓恒溫壓縮至平衡態，再將此平衡態恒容升溫至97℃，如今壓力為1013.25kPa。求整個過程的Q,W,△U及△H。解：V2=V3=nRT3/P3=8.314×(97+273)×1013.25×1033.036×10-3m3V1＝8.314×300/101325=2.462*10-2m3Pe＝P2=nRT2/V2＝8.314×300/3.036×10-3821542kPa△△H=（20.92+8.314）×（370-300）＝2046.4JQ=△514.1摩爾單原子分子理想氣體，在273.2K,1.0×10Pa時發生一變化過程，體積增大一倍，Q=1674J.△H=2092J。（1）計算終態的溫度、壓力和此過程的W、△U。（2）假設該氣體經恒平和恒容兩步可逆過程到達上述終態，試計算Q,W,△U,△H。解：（1）△H＝NcP,m（T2-T1）得T2＝2092?H＋273.2＝373.8K?T1=2.5?8.314nCP,mPVT105?373.8112P2=??6.8?104PaTV273.2?212△U＝nCV,M(T2-T1)=1.5×8.314×（373.8－273.2）＝1255JW=Q-△U=1674-1255=419J(2)因不斷態與（1）一樣，因而狀態函數得改變值與（1）一樣，即△U＝1255J,△H=2092J.第一步恒溫可逆過程：W=8.314×273.2×ln2＝1574J第二步恒容可逆過程：W==0,因而W=W1+W2=1574JQ=△U+W=2829J15.1mol雙原子理想氣體在0℃和101.325kPa時經絕熱可逆膨脹至50.65kPa，求該過程的W和△U。75解：雙原子理想氣體CV,M＝RCP,M＝R22??CP,M/CV,M＝1.4TrP1-r＝常數1?rT2=T1()r＝273×（）=224K篇三：物理化學第五版課后習題答案第五章化學平衡???5－1．在某恒定的溫度和壓力下，取n0﹦1mol的A(g)進展如下化學反響：A(g)???B(g)假設?B﹦?A，試證明，當反響進度?﹦0.5mol時，系統的吉布斯函數G值為最小，這時A，B間到達化學平衡。解：設反響進度?為變量???A(g)???B(g)t﹦0nA,0﹦n00?0﹦0t﹦t平nAnB??﹦nB?BnB﹦?B?，nA﹦n0－nB﹦n0－?B?，n﹦nA＋nB﹦n0nAnn?????﹦0B﹦1?，yB﹦B﹦nnn0n0n0氣體的組成為：yA?﹦各氣體的分壓為：pA﹦pyA?﹦p(1??n0)，pB﹦pyB﹦p?n0各氣體的化學勢與?的關系為：?A??A?RTlnpAp????RTln(1?)Appn0pBp????RTln?Bppn0p?p?＋(1?)nRTln?Bpn0pn0?B??B?RTln由G＝nA??A＋nB??B＝(nA?A＋nB?B)＋nARTln＝[n0－??A＋??B]＋n0RTlnp??＋＋(n??)RTln(1?)?RTln0pn0n0p??)＋＋(n??)RTln(1?)?RTln0pn0n0由于?B﹦?A，那么G＝n0(?A＋RTlnnRT?G??2G(2)T,p??0＜0()T,p?RTln??n0?????(n0??)令(?G??)T,p?0??1?﹦0.5如今系統的G值最小。??n0??1?????5－2．已經明白四氧化二氮的分解反響N2O4(g)???2NO2(g)在298.15K時，?rGm＝4.75kJ·mol－1。試推斷在此溫度及以下條件下，反響進展的方向。(1)N2O4(100kPa)，NO2(1000kPa);(2)N2O4(1000kPa)，NO2(100kPa);(3)N2O4(300kPa)，NO2(200kPa);解：由Jp進展推斷pNO2?rGm47500K＝exp(－)＝exp(－)＝0.1472Jp＝210002(1)Jp＝＝100Jp＞K反響向左進展。或ΔrGm＝16.1654kJ·mol－1100?1001002(2)Jp＝＝0.1Jp＜K反響向右進展。或ΔrGm＝－0.9677kJ·mol－11000?1002002(3)Jp＝＝1.3333Jp＞K反響向左進展。或ΔrGm＝5.4631kJ·mol－1300?100???5－3．一定條件下，Ag與H2S可能發生以下反響：2Ag(s)＋H2S(g)???Ag2S(s)＋H2(g)25℃,100kPa下，將Ag置于體積比為10∶1的H2(g)與H2S(g)混合氣體中。(1)Ag是否會發生腐蝕而生成Ag2S？(2)混合氣體中H2S氣體的體積分數為多少時，Ag不會腐蝕生成Ag2S？已經明白25℃時，H2S(g)和Ag2S(s)的標準生成吉布斯函數分別為－33.56kJ·mol－1和－40.26kJ·mol－1。解：設反響體系中氣相為理想氣體，那么ΔrGm＝?rG＋RTlnmpH2pH2S(1)ΔrGm＝(－40.26＋33.56)＋R×298.15×103×ln10＝－6.7＋5.708＝－0.992kJ·mol－1ΔrGm＜0，Ag會發生腐蝕而生成Ag2S。(2)當ΔrGm＞0時，Ag不會發生腐蝕而生成Ag2S，因而ln1?yH2SyH2S1?yH2S?rGm67005－4．已經明白同一溫度，兩反響方程及其標準平衡常數如下：???CH4(g)＋CO2(g)???2CO(g)＋2H2(g)K1???CH4(g)＋H2O(g)???CO(g)＋3H2(g)K2???求以下反響的K：CH4(g)＋2H2O(g)???CO2(g)＋4H2(g)解：(2)×2－(1)＝(3)K＝(K2)2?(K1)?15－5．在一個抽空的恒容容器中引入氯和二氧化硫，假設它們之間沒有發生反響，那么在375.3K時的分壓分別為47.836kPa和44.786kPa。將容器保持在375.3K，經一定時間后，總壓力減少至86.096kPa，且維持不變。求以下反響的K。SO2Cl2(gSO2(g)＋Cl2(g)解：反響各組分物料衡算如下SO2Cl2(gSO2(g)＋Cl2(g)0p0(SO2)p0(Cl2)pxp0(SO2)－pxp0(Cl2)－pxp＝p0(SO2)＋p0(Cl2)－px＝86.096px＝44.786＋47.836－86.096＝6.526kPap(Cl2)＝47.836－6.526＝41.31kPap(SO2)＝44.786－6.526＝38.26kPaK＝pSO2pCl2pSO2Cl2p＝6.526?1005－6．900℃，3×106Pa下，使一定量摩爾比為3∶1的氫、氮混合氣體通過鐵催化劑來合成氨。反響到達平衡時，測得混合氣體的體積相當于273.15K，101.325kPa的單調氣體(不含水蒸氣)2.024dm3，其中氨氣所占的體積分數為2.056×10－3。求此溫度下反響的K。解：3yN2?yN2?yNH3?1yN2?1?yNH342?Bypp?NH?2?3K＝()B?yBB＝()3py?ypBH2N210022.0562?10?6－8???5－7．PCl5分解反響PCl5(g)???PCl3(g)＋Cl2(g)在200℃時的K＝0.312，計算：（1）200℃，200kPa下PCl5的解離度。（2）摩爾比為1：5的PCl5與Cl2的混合物，在200℃，101.325kPa下，求到達化學平衡時PCl5的解離度。解：（1）設200℃，200kPa下五氯化磷的解離度為α，那么???PCl5(g)???PCl3(g)＋Cl2(g)1－ααα?n＝1＋αK＝(ppnB?)?BB200?2?＝0.312nB＝?21001??B?B1?2＝0.156＝7.4103