材料物理化学第2章习题

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1、习题的构成与要求习题的构成1原题，来自天津大学习题集；2拓展题，原题基础上的概念深化；3补充题，根据教学要求补充的题目。习题的要求1简化计算R=8.3J/mol.KNA=6×102325℃=298K1atm=105Pa计算误差1％以内通常是允许的；2计算结果的分析，对数据要明确其意义；3一些文字回答题需认真，它们是必考内容。2.11原题：1摩尔pg在恒压下升温1K，求W。2对的非理想气体，功的表达式有变化吗？为什么？请用文字回答。解答1恒压指：外压不变，且始终等于内压。2没有。对气体，考虑了自身体积的影响，因此有修正项b。但是，在升温体积膨胀中，这种修正并不影响体积的变化，即ΔV是不

2、变的，因此原结论成立。2.3A补充题气缸内pg(perfectgas)反抗恒外压绝热膨胀时，成立吗？为什么？解答不成立。反抗“恒定的外压”指过程中环境压力不变，而对过程中系统的压力没有约定，因此与恒压过程不是一个概念。而仅在恒压过程中成立。提示：恒压、恒外压与等压是三个有差别的概念。2.3B补充题1125℃、1atm下，H2O与H2谁更像理想气体？2把一个电阻当成系统，分析以下过程中第一定律的应用：1)电阻通电的初期，此时电阻的温度不断上升；2)电阻加热一段时间后，电阻的温度进入稳定状态，它不再升温了。解答1H2。氢分子自身体积小于水分子，且氢气是非极性的，分子间相互作用小于水分子。

3、21)输入的电功一方面增加系统内能，另一方面也对环境散热；2)系统内能不变，输入的电功全部用于向环境散热。2.5A补充题水的膨胀系数为2.1×10-4/K。如果0.2dm3水在恒压1atm下升温25K，计算内能、功、热与焓。已知=75J/mol·K。膨胀系数是恒压下，升高1K的体积膨胀率。解答计算说明，凝聚态pVT过程体积功可以忽略。2.5A续讨论题水加热、膨胀过程中得到的20.8kJ热量，对应着内能具体形式(平动能、转动能、振动能、势能)的哪些变化？2.7A补充题1mol某种气体的状态方程为pV=RT+bp(b为常数)。求等温可逆膨胀过程中Q、W、ΔH、ΔU的表达式。已知解答因为所

4、以ΔU=0，因此Q=-W2.7A续讨论题1请从物理概念上对ΔU=0给予解释。2如果方程修正了压力项，等温膨胀时内能仍然保持不变吗？即ΔU=0成立吗？3等温可逆中的“可逆”二字，体现在运算的哪一个步骤之中？2.7B补充题请根据等容热容的如下定义式，说明它也是状态函数。解答已知是状态函数。根据上面的定义，CV从数学角度讲是的一阶偏导数，因此CV也是T、V的二元函数，它的一阶偏导数均连续，因此从数学上满足全微分条件。从物理概念上，等容热容属于物质的属性，因此状态T、V一定，属性随之确定，即被状态决定。2.7C续－－讨论题1定义中不是有等容的限定吗？为什么等容热容还是T、V的二元函数？答：等

5、容热容尽管通过等容过程热定义，然而一旦状态函数的概念形成，就与过程没有关系了。这就像内能一样，尽管通过两个过程函数定义了内能，但内能概念完全可以脱离过程而独立存在。2内能U与等容热容CV都是状态函数，它们的数学要求谁更高？答：CV。内能从数学上要求一阶偏导连续，二阶混合偏导连续，且次序交换后相等(与格林公式相关)；而CV的要求到了U的三阶偏导数。2.111原题；2第一个过程平衡吗？请在p-V图上分析这一问题；3第二个过程可以是平衡过程吗？如何实现平衡？解答2不是。过程中系统内部的各个状态函数都是不确定，因此无法在p-V图上画出。3可以是。只要极其缓慢地加热系统。讨论题快速加热必然使系

6、统处于非平衡。请举例说明之。2.131根据文字写出等温压缩系数、体膨胀系数(也称热膨胀系数)的数学表达式；2为什么本题的不是近似为零？之所以这样问是因为通常情况下凝聚态的等压热容近似等于等容热容。解答12因为通常情况下凝聚态的体膨胀系数为10-5量级，远小于液态乙醇的体膨胀系数。2.13A补充题已知请用文字表述式右第一项与第二项的含义。解答第一项表示：恒压升温1K时，由于体积膨胀需要克服分子间吸引力，因此造成内能增加。而内能增加是要吸收热量的，第一项就反映此热量。第二项表示：恒压升温1K时，由于体积膨胀对环境做功所需吸收的热量。引申：能说第一项是势能项吗？如果是，动能呢？2.141原

7、题；2解题的思路是什么？3题解计算Q时，使用了等压热容而不是等容热容(注意，这个问题看似既等压又等容)。关于这一选择，题解也有说明。这个说明你觉得理解吗？对题解的说明(相当于综合回答2、3)A由于体积、压力不变，留在容器内的空气的n反比于T；B题解思路是，某一温度T下(n随之确定)，n摩尔空气的等压热即所求。因为等压热包含了温度变化需吸收的热，以及对外做功所需的热。2.14续另一个思路TK下增加dT，发生了两件事：1.n摩尔空气等容升温；2.dn摩尔空气对