物理化学课后习题第二章答案

2.15容积为0.1m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板,其两侧分别为0℃,4mol的Ar(g)及150℃,2mol的Cu(s)。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度t及过程的ΔH。已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容Cp,m分别为20.786J·mol-1·K-1及24.435J·mol-1·K-1，且假设均不随温度而变。解:恒容绝热混合过程Q=0W=0∴由热力学第一定律得过程ΔU=ΔU(Ar,g)+ΔU(Cu,s)=0ΔU(Ar,g)=n(Ar,g)CV,m(Ar,g)×(t2－0)ΔU(Cu,S)≈ΔH(Cu,s)=n(Cu,s)Cp,m(Cu,s)×(t2－150)解得末态温度t2=74.23℃又得过程ΔH=ΔH(Ar,g)+ΔH(Cu,s)=n(Ar,g)Cp,m(Ar,g)×(t2－0)+n(Cu,s)Cp,m(Cu,s)×(t2－150)=2.47kJ或ΔH=ΔU+Δ(pV)=n(Ar,g)RΔT=4×8314×(74.23－0)=2.47kJ2.17单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5mol，摩尔分数yB=0.4，始态温度T1=400K，压力P1=200kPa，今该混合气体绝热反抗恒外压p=100kPa膨胀到平衡态，求末态温度T2及过程的W,ΔU及ΔH。2.21已知水(H2O,l)在100℃的饱和蒸气压ps=101.325kPa，在此温度、压力下水的摩尔蒸发焓。求在100℃,101.325kPa下使1kg水蒸气全部凝结成液体水时的W，Q，ΔU，ΔH和ΔH。设水蒸气适用理想气体状态方程式。解:题给过程的始末态和过程特性如下：n=m/M=1kg/18.015g·mol-1=55.509mol题给相变焓数据的温度与上述相变过程温度一致，直接应用公式计算W=－pambΔV=－p(Vl-Vg)≈pVg=ngRT=172.2kJΔU=Qp+W=－2084.79kJ2.24蒸气锅炉中连续不断地注入20℃的水，将其加热并蒸发成180℃，饱和蒸气压为1.003Mpa的水蒸气。求每生产1kg水蒸气所需要的热量。已知：水(H2O,l)在100℃的摩尔蒸发焓，水的平均摩尔定压热容，水蒸气(H2O,g)的摩尔定压热容与温度的函数关系见附录。解:2.26已知水(H2O,l)在100℃的摩尔蒸发焓,水和水蒸气在25～100℃范围间的平均摩尔定压热容分别为和求在25℃时水的摩尔蒸发焓。解：由已知温度的相变焓求未知温度的相变焓，常压下对气体摩尔焓的影响通常可以忽略，可直接应用p68公式(2.7.4)2.302.312.332.342.38某双原子理想气体1mol从始态350K,200kPa经过如下四个不同过程达到各自的平衡态，求各过程的功W。（1）恒温下可逆膨胀到50kPa；（2）恒温反抗50kPa恒外压不可逆膨胀；（3）绝热可逆膨胀到50kPa；（4）绝热反抗50kPa恒外压不可逆膨胀。解:双原子理想气体n=5mol；CV,m=（5/2）R；Cp,m=（7/2）R2.395mol双原子理想气体从始态300K,200kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50kPa，再绝热可逆压缩到末态压力200kPa。求末态温度T及整个过程的W，Q，ΔUΔH和ΔH。解:理想气体连续pVT变化过程.题给过程为由绝热可逆过程方程式得1)ΔH和ΔU只取决于始末态,与中间过程无关ΔH=nCp,mΔT=nCp,m(T3-T1)=21.21kJΔU=nCV,mΔT=nCV,m(T3-T1)=15.15kJW2=ΔU=nCV,mΔT=nCV,m(T3-T2)=15.15kJ∴W=W1+W2=－2.14kJ3)由热力学第一定律得Q=ΔU－W=17.29kJ