物理化学习题解答(中药)

专业资料WORD完美格式下载可编辑《物理化学习题集》诸论习题解答1．装氧的钢筒体积为20升，温度在15℃时压力为100kPa，，经使用后，压力降低到25kPa。问共使用了多少千克氧？解：MmRTnRTpVkggMRTVppm22110005.205.2032288314.820)25100()(2．87mg理想气体样品在60.8kPa压力下，体积增至二倍，绝对温度增至三倍，求最终压力。解：因为MVmRTp故112212TVVTpp所以kPapTVVTp2.918.60231112223．干燥空气中主要成分(体积百分数)为：氮(1)78.03%；氧(2)20.99%；氩(3)0.93%；二氧化碳(4)0.03%。如果总压力为101.3kPa，求各气体的分压。解：用理想气体方程可以知道，在温度相同时，气体的体积分数即为压力分数和摩尔分数，所以根据分压定律有：kPapypNN04.793.1017803.022同理：O2、Ar、CO2的分压分别为21.26kPa、0.9421kPa、0.03039kPa4．某化合物具有下列的重量百分组成：C14.3%，H1.2%，Cl84.5%，将1克该物质在120℃及100kPa压力下，完全气化为蒸气，体积为0.194L。通过计算写出该化合物的分子式。解：molRTpVn310937.5393314.8194.010014.168005937.011molgnM碳原子数为212/143.04.168CN氢原子数为21/012.04.168HN氯原子数为45.35/845.04.168ClN所以分子式为C2H2Cl45．CO2气体在40℃时的摩尔体积为0.381dm3·mol-1。设CO2为范德瓦尔斯气体，试求其压力，并与实验值5066.3kPa作比较。解：由表中查得，CO2气体的a、b值分别为0.3640、4.267×10-5代入其方程：nRTnbVVanp))((22313314.8)10267.410381.0]()10381.0(3640.0[5323p故kPap0.5184专业资料WORD完美格式下载可编辑相对误差%32.2%1003.50663.66.50.51846．用一根可忽略体积的管子把两个等体积的球连起来，两球内充以氮气，当两球浸入沸水中时，球内气体的压力为500kPa。然后，将一球浸入冰水混合物中，另一球仍保持在沸水中，求体系的压力为多少？解：VVRTpVn3225.0373314.82500)(')11('''21122121TTTTRVpTTRVpRTVpRTVpn故kPaTTTTVnRp423373273373273314.83225.0)('21217．一个15升的氧气瓶中装有1.20kg氧，若钢瓶能经受的最大压力是1.5×104kPa，问此瓶能热至多少度(用范德瓦尔斯方程计算)？如用理想气体公式计算，误差多大？解：查得氧气的范德瓦尔斯常数a=0.1378(Pa·m6·mol-2)，b=0.3183×10-4(m3·mol-1)因为moln5.37321020.13由范德瓦尔斯方程得：KnRnbVVanpT702314.85.37)103183.05.371015]()1015(1378.05.37105.1[))((43232722由理想气体方程得：KnRpVT722314.85.3715105.14相对误差为=(722-702)/702=2.85%专业资料WORD完美格式下载可编辑第一章热力学第一定律习题解答1．设有一电炉丝，浸于绝热箱内的水中。以未通电为始态，通电一段时间后为终态。如将下列情况作为体系，试问ΔU、Q及W为正、为负还是为零？(1)以电炉丝为体系；(2)以电炉丝及水为体系；(3)以电炉丝、水、电源及其他一切有影响的部分为体系。解：(1)此时水、电源等为环境，通电一段时间达到平衡后，电炉丝将从电源（环境）得到的电能转化为热能又有部分传递给水（环境），0Q而本身状态改变，温度升高，故0U＞；从环境得到电功，故0W。(2)此时电源为环境，故为一绝热过程。即：0Q，体系从环境得到电功，故0W。根据热力学第一定律可知：WQU，所以0WU。(3)这是一个孤立体系，故0WQU。2．体系状态如发生下列变化，试问各变化过程的Q、W、ΔU和ΔH为正、为负还是为零？(1)理想气体自由膨胀；(2)理想气体定压膨胀（ΔV＞0）；(3)理想气体定温可逆膨胀；(4)在充满氧气的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为体系；(7)水蒸气通过蒸气机对外做一定量的功后恢复原状，以水蒸气为体系。解：(1)根据焦耳实验可知，理想气体自由膨胀时0T，故0Q；又因该过程为向真空膨胀，0ep，故0W。理想气体的内能与焓只与温度有关，该过程温度未变，故0HU。(2)该过程的0VpW。根据nRTpV可知：该过程的0T，即该过程为吸热过程，故：0Q。由理想气体的性质可知，理想气体的内能与焓只是温度的函数。该过程为升温过程，故0U，0H。(3)因该过程为定温过程，故0HU。且为膨胀过程，0V，故0W。由热力学第一定律得：0WQ。(4)因该过程为定容过程，有：0V故0W。该过程亦为绝热过程，有：0Q，故0WQU。专业资料WORD完美格式下载可编辑由焓的定义式可得：)(pVUH，该反应为放热反应，因是定容绝热体系，故随着反应的进行体系的温度升高，压力增大，体积不变。对于上式有：pVUH，因0p、0U，所以0H。(5)因该过程为循环过程，故状态函数U与H均恢复原值。即：0HU因在该过程中水蒸气通过蒸气机对外做功，故0W由热力学第一定律知：WUQ，故0Q。3．计算1mol理想气体在下列过程中所做的功。已知气体的始态体积为0.050m3，终态为0.20m3，始态和终态的温度均为100℃。(1)向真空膨胀；(2)在外压恒定为气体终态的压力下膨胀；(3)开始膨胀时，在外压恒定为气体体积等于0.10m3的平衡压力下膨胀，当膨胀至0.10m3后（此时温度仍为100℃），再在外压减小至气体体积等于0.20m3时的平衡压力下膨胀。(4)定温可逆膨胀。(6)试将上述过程所做的功加以比较，结果说明什么问题？解：根据题意有：(1)因pe=0，故01VpWe(2)因pe=p2，故12221222VVVnRTVVpVpWeJ232605.02.02.0373314.81(3)分步膨胀(i)pe=p’，则J6.155005.01.01.0373314.81'''''11VVVnRTVVpWi分步膨胀(ii)pe=p2，则J6.15501.02.02.0373314.81''22222VVVnRTVVpWii此过程的总功为：J31016.15506.15503iii完美格式下载可编辑(4)由定温可逆膨胀功的计算式得：J429905.02.0ln373314.81ln124VVnRTW(5)由计算结果可知，功与过程有关，而且可逆膨胀过程体系做最大功。4．1mol单原子理想气体，经由右图所示的（a）、（b）及（c）三个可逆过程组成一个循环。（已知：状态1为405.3kPa、11.2L、273℃；状态2为202.65kPa、11.2L、0℃；状态3为202.65kPa、22.4L、273℃）。试求：(1)每一过程的Q、W和ΔU；(2)整个循环过程的Q、W和ΔU。解：(1)由图可知过程（a）为恒容过程，即：0V，故0aW，由热力学第一定律知，此时12,,TTnCTnCQUmVmVaa对于单原子理想气体有：RCmV23,，将其代入上式得：J34042732732730314.8231aaQU由图可知过程（b）为恒压过程，则J2270102.114.221065.2023323VVpVpWeebJ56742730273273314.825123,,TTRCnTnCQmVmpbJ340422705674bbbWQU由状态1与3的数据可知，过程（c）为恒温过程，而理想气体的内能为温度的函数，故此过程0cU。则31lnVVnRTWQccJ3147104.22102.11ln273273314.8133(2)U是状态函数，对于循环过程有：0UJ878314756743405cbaQQQQJ878QW5．已知水和冰的密度分别为1000kg·m-3和920kg·m-3，现有1mol的水发生如下变化(假设密度与温度无关)：(1)在100℃和标准压力下蒸发为水蒸气（假设水蒸气为理想气体）；(2)在0℃和标准压力下凝结为冰。试求上述两过程体系所做的体积功。解：(1)该过程为恒温恒压可逆过程，故对该过程有：J310110325.101273100314.8110325.101331pnRTpVpVVpVpWegelgee专业资料WORD完美格式下载可编辑(2)该过程为恒温恒压可逆过程，故对该过程有：J159.0100019201101810325.101332lseeVVpVpW7一礼堂中有950人在开会，每人平均每小时向周围散发出420kJ的热量。(1)如果以礼堂中空气和椅子等为体系，则在开会时的20min内体系内能增加了多少？(2)如果以礼堂中的空气、人和其他所有的东西为体系，则其内能的增加又为多少？解：(1)开会20min时释放的热量为：J1033.160201042095083Q此为恒容体系，故0W由热力学第一定律知：J1033.18WQU(2)此为孤立体系，则0U7．已知乙醇的蒸发热为858×103J·kg-1，每0.001kg蒸气的体积为607×10-6m3。试计算下列过程的Q、W、ΔU和ΔH：(1)0.020kg液体乙醇在标准压力，温度78.4℃（乙醇沸点）下蒸发为气体（计算时可忽略液体体积）；(2)若将压力101.325kPa，温度78.4℃下0.02kg的液体乙醇突然移放到定温78.4℃的真空容器中，乙醇立即蒸发并充满容器，最后气体的压力为101.325kPa。解：(1)该过程为恒温恒压可逆过程，则有：J1230001.0020.01060710325.101631gpVVpWJ17160020.010858311QQHpJ15930123017160111WQU(2)因该过程的始、终态与(1)相同，对状态函数有：J1593012UUJ1716012HH由题意知，该过程为向真空蒸发，则02WJ159302UQ8．已知水的汽化热为2259J·g-1。现将115V、5A的电流通过浸在100℃、装在绝热筒中的水中的电加热器，电流通了1h。试计算：(1)有多少水变成水蒸气？(2)将作出多少功？(3)以水和蒸气为体系，求ΔU。解：(1)通电1h水吸收的热量为：J1007.2606011556IEtQ则变为水蒸气的质量为：g9162259/1007.26(2)作的功为：J1058.1373314.8189165nRTpVVp