物理化学核心教程(第二版学生版)

物理化学核心教程（第二版）参考答案第一章气体一、思考题1.答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。2.答：不一定相等。根据理想气体状态方程，物质的量相同，则温度才会相等。3.答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。（2）两球温度同时都升高10K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。4.答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。5.答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。6.答：实际气体混合物（压力不太高）和理想气体混合物。与混合气体有相同温度和相同压力下才能使用，原则是适用理想气体混合物。7.答：将气体的状态方程改写为p（Vm-b）=RT，与理想气体的状态方程相比，只校正了体积项，未校正压力项。说明这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的相互作用力可以忽略不计。所以，将这种气体进行真空膨胀时，温度不会下降。8.在真实气体的p—Vm图上，当气-液两相共存的线段缩成一个点时，称这点为临界点。这时的温度为临界温度，这时的压力为临界压力。临界压力是指在该临界温度时能使气体液化的最低压力。9.答：不正确。内压力与气体摩尔体积的平方成反比。10.答：这时气-液界面消失，液体和气体的摩尔体积相等，成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体，称为超流体。二、概念题题号12345678选项CABDCCBC题号9101112选项CADB1.（C）这种情况符合Dalton分压定律，而不符合Amagat分体积定律。2.（A）只有(A)符合Dalton分压定律。3.（B）仍处在气态区。4.（D）饱和蒸汽压是物质的本性，与是否有空间无关。5.（C）这时分子间距离很大，分子间的作用力可以忽略不计。6.（C）143329812531002212222112.TDTDppkPa。7.（B）Tc是能使气体液化的最高温度，温度再高无论加多大压力都无法使气体液化。8.（C）等温条件下，200kPa，1dm3气体等于100kPa，2dm3气体，总压为BAppp=100kPa+100kPa=200kPa。9.（C）饱和蒸汽压是物质的特性，只与温度有关。10.（A）33154g6.87gdm22.4dmmV11.（D）V，p不变，212156,360K65nnTT12.（B）内压力和可压缩性的存在。第二章热力学第一定律第二章热力学第一定律一、思考题1.判断下列说法是否正确，并简述判断的依据（1）是对的。因为状态函数是状态的单值函数。（2）是错的。因为只要有一个状态函数变了，状态也就变了，但并不是所有的状态函数都得变。（3）是对的。U，H本身不是状态函数，仅是状态函数的变量，只有在特定条件下与,VpQQ的数值相等，所以,VpQQ不是状态函数。（4）是错的。根据热力学第一定律UQW，它不仅说明热力学能（ΔU）、热（Q）和功（W）之间可以转化，有表述了它们转化是的定量关系，即能量守恒定律。所以功的转化形式不仅有热，也可转化为热力学能系。（5）是错的。这虽然是一个等压过程，而此过程存在机械功，即Wf≠0，所以pHQ。（6）是对的。Q是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q值不同，焓（H）是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两焓变值H1和H2相等。2.回答下列问题，并说明原因（1）不能。热机效率hQW是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。但可逆热机循环一周是一个缓慢的过程，所需时间是无限长。又由vFtWP可推出v无限小。因此用可逆热机牵引火车的做法是不实际的，不能增加火车的速度，只会降低。（2）在密闭容器中进行的反应放热多。在热化学中有Qp=QV+Δng（RT），而Zn（s）+H2SO4（aq）=ZnSO4（aq）+H2（g）的Δng=1，又因该反应为放热反应Qp、QV的值均为负值，所以∣QV∣∣Qp∣。（3）筒内压力变化过程：当压缩气体冲出，在绝热可逆过程有常数Tp1，第二章热力学第一定律当气体的压力与外界相等时，筒中温度降低。立即盖上筒盖，过一会儿，系统与环境的温度完全相等，筒内温度上升，则压力也升高，即大于环境的标准大气压。（4）ΔrHHrm，ΔrHm实际是指按所给反应式，进行=1mol反应时的焓变，实验测得的数值是反应达到平衡时发出的热量，此时1mol，因此经过计算使用Kirchhoff定律计算的结果与实验不符。3.不一样。过程不同，终态不相同，即ΔT不一样，因此绝热可逆和绝热不可逆两过程所做功不一样。4.（1）式适用于不作非膨胀功的等压过程。（2）式适用于不作非膨胀功的等容过程。（3）式适用于理想气体不作非膨胀功的等温可逆过程。5.（1）W=0因为自由膨胀外压为零。Q=0理想气体分子间没有引力。体积增大分子间势能不增加，保持温度不变，不必从环境吸热。U=0因为温度不变，理想气体的热力学能仅是温度的函数。H=0因为温度不变，理想气体的焓也仅是温度的函数。（2）W=0因为自由膨胀外压为零。Q0范氐气体分子间有引力。体积增大分子间势能增加，为了保持温度不变，必须从环境吸热。U0因为从环境所吸的热使系统的热力学能增加。H0根据焓的定义式可判断，系统的热力学能增加，焓值也增加。（3）W0放出的氢气推动活塞，系统克服外压对环境作功。Q0反应是放热反应。U0系统既放热又对外作功，热力学能下降。H0因为这是不做非膨胀功的等压反应，H=Qp。（4）W=0在刚性容器中是恒容反应，不作膨胀功。Q=0因为用的是绝热钢瓶U=0根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。H0因为是在绝热刚瓶中发生的放热反应，气体分子数没有减少，钢瓶内温度升高，压力也增高，根据焓的定义式可判断焓值是增加的。第二章热力学第一定律（5）W0常温、常压下水结成冰，体积变大，系统克服外压对环境作功。Q0水结成冰是放热过程。U0系统既放热又对外作功，热力学能下降。H0因为这是等压相变，H=Qp。6.应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始终态相同，无论通过什么途径，其变化值一定相同。这就是：异途同归，值变相等。7.水的热力学能和焓的变化值都为零。因为热力学能和焓是状态函数，不论经过怎样的循环，其值都保持不变。这就是：周而复始，数值还原。8.可逆过程（1）：绕到沸点或可逆过程（2）：绕到饱和蒸气压二、概念题题号12345678选项DCBAADCC题号910111213141516选项BBABCCDB1.（D）热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。2.（C）气体膨胀对外作功，热力学能下降。3.（B）大气对系统作功，热力学能升高。4.（A）过程（1）中，系统要对外作功，相变所吸的热较多。5.（A）对冰箱作的电功全转化为热了。6.（D）热力学能是能量的一种，符合能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。而焓虽然有能量单位，但它不是能量，不符合能量守衡定律。例如，在绝热钢瓶里发生一个放热的气相反应，ΔH可能回大于零。第二章热力学第一定律7.（C）对于理想气体而言，内能仅仅是温度的单值函数，经真空绝热膨胀后，内能不变，因此体系温度不变。8.（C）由气体状态方程pVm=RT+bp可知此实际气体的内能只是温度的函数，经真空绝热膨胀后，内能不变，因此体系温度不变（状态方程中无压力校正项，说明该气体膨胀时，不需克服分子间引力，所以恒温膨胀时，热力学能不变）。9.（B）式适用于不作非膨胀功的等压过程。10.（B）1.40=57，CV=25RCp=27R，这是双原子分子的特征。11.（A）反应进度ξ=vn=2mol2=1mol12.（B）ΔngRT一项来源于Δ（pV）一项，若假定气体是理想气体，在温度不变时Δ（pV）就等于ΔngRT。13.（C）在标准态下，有稳定单质生成1mol物质B产生的热效应为该物质B的摩尔生成焓；在标准态下，1mol物质B完全燃烧产生的热效应为该物质B燃烧焓，故有gHOH2c2f,Hl,Hmm。14.（C）根据标准摩尔生成焓定义，规定稳定单质的标准摩尔生成焓为零。碳的稳定单质制定为石墨。15.（D）石墨(C)的标准摩尔燃烧焓就是二氧化碳的标准摩尔生成焓，为-393.4kJ·mol-1，金刚石的标准摩尔燃烧焓就是金刚石(C)燃烧为二氧化碳的摩尔反应焓变，等于二氧化碳的标准摩尔生成焓减去金刚石的标准摩尔生成焓，所以金刚石的标准摩尔生成焓就等于-393.4kJ·mol-1–(-395.3kJ·mol-1)=1.9kJ·mol-1。16.由气体状态方程pVm=RT+bp可知此实际气体的内能与压力和体积无关，则此实际气体的内能只是温度的函数。三、习题1.解：根据热力学第一定律：ΔU=W＋Q，即有：（1）W=ΔU－Q=100–40=60kJ（2）ΔU=W＋Q=-20＋20=02.解：根据理想气体状态方程pV=nRT，即有：VnRTp（1）∵W=-peΔV=-pe(V2－V1)第二章热力学第一定律∴W=-100×103×1×10-3=-100J（2）∵W=-peΔV=-pe(V2－V1)=-2p(2pnRT－1pnRT)=-121ppnRT∴W=-10×8.314×300×（1-1000100）=-22.45kJ（3）∵W=-pdV=-VVnRTd=-12lnVVnRT=-21lnppnRT∴W=-10×8.314×300×1001000ln=-57.43kJ3.解：（1）向真空膨胀，外压为零，所以20W（2）等温可逆膨胀1111225ln1mol8.314JmolK373Kln4299J100VWnRTV（3）恒外压膨胀3e21221212()()()nRTWpVVpVVVVV11331mol8.314JmolK373K(0.10.025)m2326J0.1m（4）分两步恒外压膨胀4e,121e,232213223()()()()nRTnRTWpVVpVVVVVVVV12232550(11)(2)50100VVnRTnRTnRTVV111mol8.314JmolK373K3101J说明作功与过程有关，系统与环境压差越小，膨胀次数越多，做的功也越大。4.解：设平衡时温度为T，有质量为x的冰变为水100g0°C的冰溶化成水，需吸热Q1=33346J100g50°C的水变为0°C的水，需吸热Q2=-20920J由于Q1Q2，最后温度只能是0°C，得到冰水混合物。第二章热力学第一定律333.46100504.184x得62.74gx故最后水的质量为：(100+62.74)g=162.74g5.解：该过程是理想气体等温过程，故ΔU=ΔH=0∵W=-peΔV=-pe(V2－V1)∴W=-10.15×103×（100.0-10）×10-3=-913.5J根据热力学第一定律：ΔU=W＋Q，即有：Q=ΔU－W=0-（-913.5）=913.5J4.48kJQW9.解：（1）理想气体的可逆过程，0UH，4gAr的物质的量为：14g0.10mol39.95gmoln1112506.6ln0.10mol8.314JmolK300K