天津大学第五版-刘俊吉-物理化学课后习题答案(全)

物理化学上册习题解(天津大学第五版)

乙烯的相对温度和相对压力

Tr?T/TC?300.15/282.34?1.063

pr?p/pC?146.9?102/54039?2.915

由压缩因子图查出:Z=0.45

pV146.9?102?103?40?10?3n??mol?523.3(mol) ZRT0.45?8.314?300.15因为提出后的气体为低压,所提用气体的物质的量,可按理想气体状态方程计算如下:

n提?pV101325?12?mol?487.2mol RT8.314?300.15剩余气体的物质的量

n1=n-n提=523.3mol-487.2mol=36.1mol 剩余气体的压力

p1?Z1n1RT36.1?8.314?300.15Z1?Pa?2252Z1kPa ?3V40?10剩余气体的对比压力

pr?p1/pc?2252Z1/5039?0.44Z1

上式说明剩余气体的对比压力与压缩因子成直线关系。另一方面,Tr=1.063。要同时满足这两个条件,只有在压缩因子图上作出并使该直线与pr?0.44Z1的直线,

Tr=1.063的等温线相交,此交点相当

于剩余气体的对比状态。此交点处的压缩因子为

Z1=0.88

所以,剩余气体的压力

p1?2252Z1kPa?2252?0.88kPa?1986kPa

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物理化学上册习题解(天津大学第五版)

第二章 热力学第一定律

2-1 1mol理想气体于恒定压力下升温1℃,试求过程中气体与环境交换的功W。

解:W??pamb(V2?V1)??pV2?pV1??nRT2?nRT1??nR?T??8.314J

2-2 1mol水蒸气(H2O,g)在100℃,101.325 kPa下全部凝结成液态水。求过程的功。

解: W??pamb(Vl?Vg)≈pambVg?p(nRT/p)?RT?8.3145?373.15?3.102kJ

2-3 在25℃及恒定压力下,电解1mol水(H2O,l),求过程的体积功。

1H2O(l)?H2(g)?O2(g)

2解:1mol水(H2O,l)完全电解为1mol H2(g)和0.50 mol O2

(g),即气体混合物的总的物质的量为1.50 mol,则有

W??pamb(Vg?VH2O(l))≈?pambVg??p(nRT/p)

??nRT??1.50?8.3145?298.15??3.718 kJ 2-4 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a的Qa=2.078kJ,Wa= -4.157kJ;而途径b的Qb= -0.692kJ。求Wb。

解:因两条途径的始末态相同,故有△Ua=△Ub,则 Qa?Wa?Qb?Wb 所以有,Wb?Qa?Wa?Qb?2.078?4.157?0.692??1.387kJ

2-5 始态为25℃,200kPa的5 mol 某理想气体,经a,b两不同途径到达相同的末态。途径a先经绝热膨胀到 – 28.57℃,100kPa,步骤的功Wa= - 5.57kJ;在恒容加热到压力200 kPa的末态,步骤的热Qa= 25.42kJ。途径b为恒压加热过程。求途径b的Wb及Qb。

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解:过程为:

5mol250C200kPaV1??????????5.57kJ,Qa??0Wa5mol?28.570C100kPaV2??????????25.42kJ,Wa???0Qa5molt0C200kPaV2

途径b

V1?nRT1/p1?5?8.3145?298.15?(200?103)?0.062m3

V2?nRT2/p2?5?8.3145?(?28.57?273.15)?(100?103)?0.102m3

Wb??pamb(V2?V1)??200?103?(0.102?0.062)??8000J??8.0kJ

Wa?Wa??Wa????5.57?0??5.57kJ

??Qa???0?25.42?25.42kJ Qa?Qa因两条途径的始末态相同,故有△Ua=△Ub,则 Qa?Wa?Qb?Wb Qb?Qa?Wa?Wb?25.42?5.57?8.0?27.85kJ

2-6 4mol 某理想气体,温度升高20℃,求△H -△U的值。 解:

?H??U?? ??T?20KTT?20KnCp,mdT??T?20KTnCV,mdTT?20KTTn(Cp,m?CV,m)dT??nRdT?nR(T?20K?T)

?4?8.314?20?665.16J2-7 已知水在25℃的密度ρ=997.04 kg·m-3。求1 mol 水(H2O,l)在25℃下:

(1)压力从100 kPa 增加到200kPa 时的△H; (2)压力从100 kPa 增加到1 MPa 时的△H。

假设水的密度不随压力改变,在此压力范围内水的摩尔热力学能近似认为与压力无关。

解:?H??U??(pV)

因假设水的密度不随压力改变,即V恒定,又因在此压力范围内

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水的摩尔热力学能近似认为与压力无关,故?U?0,上式变成为

?H?V?p?V(p2?p1)?MH2O?(p2?p1)

(1)?H?MHO(p2?p1)?18?102?3?997.04?3?(200?100)?103?1.8J

(2)?H?MHO(p2?p1)?18?102?997.04?(1000?100)?103?16.2J*

2-8 某理想气体CV,m?1.5R。今有该气体5 mol 在恒容下温度升高50℃,求过程的W,Q,△H 和△U。 解:恒容:W=0;

?U??T?50KTnCV,mdT?nCV,m(T?50K?T)3 ?nCV,m?50K?5??8.3145?50?3118J?3.118kJ2?H??T?50K

TnCp,mdT?nCp,m(T?50K?T)??n(CV,m?R)?50K5 ?5??8.3145?50?5196J?5.196kJ2

根据热力学第一定律,:W=0,故有Q=△U=3.118kJ

2-9 某理想气体CV,m?2.5R。今有该气体5 mol 在恒压下温度降低50℃,求过程的W,Q,△H 和△U。

解:

?U??T?50KTnCV,mdT?nCV,m(T?50K?T)5 ?nCV,m?(?50K)??5??8.3145?50??5196J??5.196kJ2?H??T?50K

TnCp,mdT?nCp,m(T?50K?T)7 ?nCp,m?(?50K)??5??8.3145?50??7275J??7.275kJ2Q??H??7.275kJW??U?Q??5.196kJ?(?7.725kJ)?2.079kJ

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2-10 2mol 某理想气体,CP,m?7R。由始态100 kPa,50 dm3,

2先恒容加热使压力升高至200 kPa,再恒压泠却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的W,Q,△H 和△U。 解:整个过程示意如下:

2mol2mol2molT1T2T3W21?0 ?W??????100kPa200kPa200kPa50dm350dm325dm3

p1V1100?103?50?10?3T1???300.70KnR2?8.3145p2V2200?103?50?10?3T2???601.4K

nR2?8.3145p3V3200?103?25?10?3T3???300.70KnR2?8.3145

W2??p2?(V3?V1)??200?103?(25?50)?10?3?5000J?5.00kJ

? ?U?0, Q?-W?-5.00kJ

W1?0; W2?5.00kJ; W?W1?W2?5.00kJ ? T1?T3?300.70K; ? ?U?0, ?H?0

2-11 4 mol 某理想气体,CP,m?5R。由始态100 kPa,100 dm3,先

2恒压加热使体积升增大到150 dm3,再恒容加热使压力增大到150kPa。求过程的W,Q,△H 和△U。 解:过程为

4mol4mol4molT1T2T3W12?0????W??? 100kPa100kPa150kPa100dm3150dm3150dm3p1V1100?103?100?10?3T1???300.70KnR4?8.3145; T2?p2V2100?103?150?10?3??451.02K nR4?8.3145p3V3150?103?150?10?3T3???676.53K

nR4?8.3145W1??p1?(V3?V1)??100?103?(150?100)?10?3??5000J??5.00kJ

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