物理化学题库

第1章 化学热力学基本定律与函数习 题2设有0.1 kg N2，温度为273.15 K，压强为101325 Pa，分别进行下列过程，求、及。(1) 恒容加热至压强为151987.5 Pa； (2) 恒压膨胀至原体积的2倍；(3) 恒温可逆膨胀至原体积的2倍； (4) 绝热可逆膨胀至原体积的2倍。（答案： U = QV = 1.01×104 J，H = 1.42×104 J，W = 0；H = QP = 28.4 kJ，U = 20.20 kJ，W= -8.11 kJ； Q = 5622 J ，W = -5622 J，H = U = 0 J； Q = 0，W = U = -4911 J，H = - 6875 J）解： 将N2 气视为双原子理想气体，则Cp,m=29.10 J·mol-1·K-1;Cv,m=20.79 J·mol-1·K-1 (1) W=0, 末态温度 T2=1.5T1=1.5×273.15 K=Qv=n Cv(T2-T1) =(100/28)×20.79×(1.5×273.15-273.15)=1.01×104 J= n Cp(T2-T1) =(100/28)×29.10×(1.5×273.15-273.15)=1.42×104 J(2) 末态温度 T2=2T1=2×273.15K=Qp= n Cp(T2-T1) =(100/28)×29.10×(2×273.15-273.15) =28388 J=28.4 kJ=n Cv(T2-T1) =(100/28)×20.79×273.15 = 20201 J=20.20 kJW= -P= -101325×(100/28)×8.314×273.15/101325= -8110J= -8.11kJ(3) 理想气体恒温，=0, W= -Q= -(100/28)×8.314×273.15×ln2= -5622 J= -5.62 kJ(4) 运用理想气体绝热过程方程：T2=(1/2)0.4×T1=(1/2)0.4×273.15 =207 KQ=0W= n Cv,m= (100/28)×20.79×(207-273.15)= -4911 J= - 4.911 kJ = (100/28)×29.10×(207-273.15)=-6875 J= -6.875 kJ4在298.15K、101325 Pa下，1 mol H2与0.5 mol O2生成1 mol H2O（），放热285.90 kJ。设2及2在此条件下均为理想气体，求。若此反应在相同的始、末态的条件下改在原电池中进行，做电功为187.82 kJ，求、及。（答案：U = -282.18 kJ； Q = -98.08 kJ，W= -184.10 kJ，U = -282.18 kJ）解： (1) 反应为： H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) (恒温恒压) H= -285.9 kJ若忽略H2O(l)的体积，则 = H- (Dn)RT， Dn = -1.5 所以：= -282.18 kJ (2) 不变总功：W=电功+体积功= -187.82 +1.5RT = -184.1 kJQ=- W= -282.18+184.1= -98.1 kJ9某礼堂容积为1 000 m3，室温为283 K，压强为101325 Pa，欲使其温度升至293 K，需吸热多少?设空气，如室温由293 K降至283 K，当室外温度为273 K时，问需导出多少热?（答案：Q1 = 12.315×103 kJ；Q2 = -11.676×103 kJ）解：(1) 将礼堂的墙壁视为绝热，因要维持室内压强为101325Pa，故室内空气的n将会随温度的升高而变化。 Qp=Cp,m= Cp,m = (Cp,mPV/R)ln(T2/T1) =7R×101325×1000/(2R)ln(293/283)=12315039 J=1.2315×104 kJ(2) 降温时，要维持压强一定，则n必定增加，有一部分空气进入礼堂(此部分空气由273K热至283K) 需加热，进入礼堂的空气： D n=n2-n1=PV/RT2-PV/RT1 =PV/R(1/T2-1/T1) =101325×1000/8.314(1/283-1/293) =1.47×103 mol 需加热：DH1=D n Cp,m(T2-T0) =1.47×103×(7R/2)×(283-273)= 428 kJ将礼堂内原有空气降温需导出热：DH2 =Qp2=n1Cp,m(T2-T1)=101325×1000×(283-293)×(7R/2)/(8.314×293) = -12104 kJ总的应导出的热： Qp= Qp1+ Qp2 =-12104+428 = -11676 kJ12利用 (B, 298 K) 数据，计算下列反应的(298 K)。(1) CH5OH(l)O2(g)= CH3COOH(l)H2O(l) ；(2) C2H2(g)H2O(l)= CH3CHO(g)；(3) C2H4(g)H2O(l)= C2H5O(l)。（答案： -494 kJ·mol-1， -107 kJ·mol-1， -43 kJ·mol-1）解：(1) (298K)= C2H5OH(l)- CH3COOH(l)=-1366.8-(-874)= -494 kJ·mol-1 (2) (298K)= C2H2 (g)- CH3CHO(g)=-1300-(-1193)= -107 kJ·mol-1 (3) (298K)= C2H4 (g)- C2H5OH(l)=-1411-(-1366.8)= -43 kJ·mol-115已知无水CuSO4 在水中溶解时放热66.107 kJ·mol-1，而CuSO4·5H2O溶解时吸热11.506 kJ·mol-1，求CuSO45H2O = CuSO4·5H2O的热效应。（答案：77.613 kJ·mol-1）解：可设计如下的过程：CuSO4CuSO4·5H2OCuSO4(aq)+5H2OHH1= -66.107kJ·mol-1H2= -11.506 kJ·mol-1 可见：H+H2=H1 故： H= -66.107-11.506=-77.613 kJ·mol-117在煤气发生炉中，下列两反应同时在1273.15 K的红热炭上发生。已知： C(石墨)H2O()= H2(g)CO(g)， (298 K)1131.274 kJ·mol-1（1.2513.775×10-331.337×105 -2）J·mol-1·K-12(石墨)O2(g)= 2CO(g)， (298 K)2221.08 kJ·mol-1（22.083.13×10-364.004×105-2） J·mol-1·K-1如不计热损失，试求炉中的炭温保持在1273.15 K时，进料气体中水蒸气与氧的物质的量之比为多少；如果有25%的热损失，其比值又为多少。（答案： 1：0.615， 1：0.8204）解：第一式为吸热反应，第二式为放热反应(按298.15K下的热效应判断)为使体系保持在1273.15K，则此二反应的热效应保持平衡，这样体系温度才能恒定，故应先计算出此二反应在1273.15K下的热效应。 1=131274+=137647.47 J·mol-12=-221080+=-223710.11 J·mol-1设进料气体中水蒸气与氧的物质的量之比为x，若无热损失，则1×1+2·x = 0，即： 223710.11x=137647.47 得：x=0.615， nH2O:nO2=1：0.615若有25%的热损失，则223710.11(1-0.25) ·x =137647.47得：x=0.8204， nH2O:nO2=1：0.8204