物理化学(第一章)作业及答案

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1、每次物理化学作业及答案§1.1热力学基本概念第一周(1)练习1“任何系统无体积变化的过程就一定不对环境作功。”这话对吗?为什么?答：不对，应该是无体积变化的过程,系统就一定不对环境作体积功。系统和环境之间交换能量的方式,除体积功外,还有非体积功,如电功,表面功等.2“凡是系统的温度下降就一定放热给环境，而温度不变时则系统既不吸热也不放热。”这结论正确吗?举例说明之。答:不正确。系统的温度下降，内能降低,可以不放热给环境.例如:(13页例1-4)绝热容器中的理想气体的膨胀过程,温度下降释放的能量,没有传给环境,而转换为对外做的体积功.而温度不变时则系统既不吸热也不放热。不

2、对,等温等压相变过程，温度不变,但需要吸热(或放热),如一个大气压下，373.15K下，水变成同温同压的水蒸汽的汽化过程，温度不变，但需要吸热。3在一绝热容器中盛有水，其中浸有电热丝，通电加热。将不同对象看作系统，则上述加热过程的Q或W大于、小于还是等于零?⑴以电热丝为系统Q<0;W>0；⑵以水为系统;Q>0;W=0；⑶以容器内所有物质为系统Q=0;W>0；⑷将容器内物质以及电源和其它一切有影响的物质看作整个系统。Q=0;W=0.4在等压的条件下，将1mol理想气体加热使其温度升高1K，试证明所作功的数值为R。证明：∵等压过程则P1=P2=Pe∴W=-p(V2-V1)=

3、-p[nR(T+1)/p-nRT/p]=-p×(nR/p)=-R51mol理想气体，初态体积为25dm3，温度为373.2K，试计算分别通过下列四个不同过程，等温膨胀到终态体积100dm3时，系统对环境作的体积功。(1)向真空膨胀。(2)可逆膨胀。(3)先在外压等于体积50dm3时气体的平衡压力下，使气体膨胀到50dm3，然后再在外压等于体积为100dm3时气体的平衡压力下使气体膨胀到终态。(4)在外压等于气体终态压力下进行膨胀。答:(1)向真空膨胀：p外=0，δW=-p外dV=0,W=0(2)可逆膨胀：W=-nRTln(V2/V1)=-8.314×373.2×ln(1

4、00/25)=-4301J=-4.3kJ(3）两步恒外压膨胀：W=WI+WII=-p外,1(V中-V1)-p外,2(V2-V中)=-p中(V中-V1)-p2(V2-V中)=p中V中[(V1/V中)-1]+p2V2[(V中/V2)-1]=nRT(V1/V中-1)+nRT(V中/V2-1)=8.314×373.2×[(25/50)-1+(50/100)-1]=-3103J=-3.1kJ,(4）一步恒外压膨胀：W=-p外,2(V2-V1)=-p2(V2–V1)=p2V2(V1/V2-1)=nRT(V1/V2-1)=8.314×373.2×(25/100-1)=-2327J=-2

5、.33kJ,27[(1)0,(2)-4.3kJ,(3)-3.1kJ,(4)-2.32kJ]110mol理想气体由25℃，1.00MPa膨胀到25℃，0.10MPa。设过程为：(1)向真空膨胀；(2)对抗恒外压0.100MPa膨胀。分别计算以上各过程的功。答:(1)向真空膨胀,因为p外=0，所以，W=0(2)对抗恒外压0.100MPa膨胀.W=-pe(V2-Vl)=-pe[(nRT/P2)-(nRT/P1)]=-0.1×106(nRT/0.1×106+nRT/1.0×106)=(-nRT)+(nRT/10)=(-9/10)×10×8.314×(273.15+25)=-22

6、309.3719J=-22.31kJ[(1)0,(2)-22.3kJ]7.求下列等压过程的体积功W：(1)10mol理想气体由25℃等压膨胀到125℃；(2)在100℃，0.100MPa下5mol水变成5mol水蒸气(设水蒸气可视为理想气体，水的体积与水蒸气的体积比较可以忽略)。(3)在25℃，0.100MPa下1molCH4燃烧生成二氧化碳和水。答:（1）W=-pe(V2-Vl)=-nR(T2-T1)=-10×8.314×(398.15-298.15)=-8314J=-8.314kJ（2）W=-p(Vg-Vl)≈-pVg≈-nRT=-5×8.314×373.1

7、5=-15511.8J=-15.512kJ(3）CH4(g)+2O2(g)=2H2O(l)+CO2(g)W=-∑νB(g)RT=-(1-1-2)×8.314×298.15=4957.64J=4.958kJ[(1)-8.31kJ,(2)-15.50kJ,(3)4.96kJ]8(1)已知在373K及101.325kPa下，液态水的比容是1.04dm3kg-1，水蒸气的比容为1677dm3kg-1，求1mol液态水在373K及101.325kPa下蒸发成1mol的水蒸气时所作的功。(2)假定把液态水的体积忽略不计，试求上述过程所作的