内容发布更新时间 : 2024/11/17 6:44:46星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
习题解答
第一章
1． 1mol理想气体依次经过下列过程：(1)恒容下从25℃升温至100℃，(2)绝热自由膨胀至二
倍体积，(3)恒压下冷却至25℃。试计算整个过程的Q、W、?U及?H。 解：将三个过程中Q、?U及W的变化值列表如下：
过程 (1) (2)
Q
?U W
0 0
CV,m(T1末?T1初) CV,m(T1末?T1初)
0
0
（3） Cp,m(T3末?T3初) Cv,m(T3末?T3初) p(V3末?V3初)
则对整个过程:
T1初?T3末＝298.15K T1末?T3初?373.15K
Q＝nCv,m(T1末－T1初)+0+nCp,m(T3末－T3初)
＝nR(T3末?T3初）
＝[1×8.314×(-75)]J＝-623.55J
?U＝nCv,m(T1末－T1初)+0+nCv,m(T3末－T3初)＝0
W＝-p(V3末?V3初)＝-nR(T3末?T3初）
＝-[1×8.314×(-75)]J＝623.55J
因为体系的温度没有改变，所以?H＝0
2． 0.1mol单原子理想气体，始态为400K、101.325kPa，经下列两途径到达相同的终态：
(1) 恒温可逆膨胀到10dm3，再恒容升温至610K； (2) 绝热自由膨胀到6.56dm3，再恒压加热至610K。
分别求两途径的Q、W、?U及?H。若只知始态和终态，能否求出两途径的?U及
?H？
解：(1)始态体积V1＝nRT8.314×400/101325)dm3＝32.8dm3 1/p1＝(0.1× W＝W恒温?W恒容＝nRTlnV2?0 V1 1
＝(0.1×8.314×400×ln＝370.7J
?U＝nCV,m(T2?T1)＝[0.1? Q＝?U+W＝632.6J ?H＝nCp,m(T2?T1)＝[0.1?10+0)J 32.83?8.314?(610?400)]J＝261.9J 25?8.314?(610?400)]＝436.4J 2 (2) Q＝Q绝热?Q恒压＝0+nCp,m(T2?T1)＝463.4J ?U＝?U绝热??U恒压＝0+nCV,m(T2?T1)＝261.9J ?H＝?H绝热??H恒压＝0+Q绝热＝463.4J W＝?U-Q＝174.5J
若只知始态和终态也可以求出两途径的?U及?H，因为U和H是状态函数，其值只与体系的始终态有关，与变化途径无关。
?3. 已知100℃，101.325kPa下水的?vapHm＝40.67kJ?mol1，水蒸气与水的摩尔体积分别为
-
Vm(g)＝30.19dm3?mol-1，Vm(l)＝18.00×10-3 dm3?mol-1，试计算下列两过程的Q、W、
?U及?H。
(1) 1mol水于100℃，101.325kPa下可逆蒸发为水蒸气；
(2) 1mol水在100℃恒温下于真空容器中全部蒸发为蒸气，而且蒸气的压力恰好为
101.325kPa。
解：(1)恒压下的可逆变化 Q＝?H＝n?vapHm＝40.67kJ W＝-p外?V＝-p外(V气?V液)
＝-[101325(30.19-18.00×10-3)×10-3]J
＝-3.06kJ
?U＝Q+W＝(40.67-3.061)kJ＝37.61kJ (2) 向真空中蒸发，所以W＝0
由于两过程的始终态相同故?H和?U与(1)相同 Q＝?U-W＝37.61kJ
4. 1mol乙醇在其沸点时蒸发为蒸气，已知乙醇的蒸发热为858J?g-1，1g蒸气的体积为607cm3，
? 2
忽略液体的体积，试求过程的Q、W、?U及?H。 解： 因为是恒压蒸发
Qp＝(46×858) J＝17.16kJ
W＝?p外?（V2－V1)＝(-1.013×105×670×10-6×46) J＝-3.122kJ ?U＝Q+W＝14.04kJ 恒压过程 ?H＝Qp＝14.04kJ
5. 在101.325kPa下，把一块极小冰粒投入100g、-5℃的过冷水中，结果有一定数量的水凝
结为冰，体系的温度则变为0℃。过程可看作是绝热的。已知冰的熔化热为333.5J?g1，
-
在-5～0℃之间水的比热容为4.230J?K1?g1。投入极小冰粒的质量可以忽略不计。
--
(1) 确定体系的初、终状态，并求过程的?H。 (2) 求析出冰的量。
解：(1)体系初态：100g、-5℃、过冷水 终态： 0℃、冰水混合物
因为是一个恒压绝热过程，所以?H＝Q＝0
(2)可以把这个过程理解为一部分水凝结成冰放出的热量用以体系升温至0℃。 设析出冰的数量为m，则： m水Cp?t＝m?fusH 100×4.230×5＝m×333.5 得 m＝6.34g
6. 0.500g正庚烷放在氧弹量热计中，燃烧后温度升高3.26℃，燃烧前后的平均温度为25℃。
已知量热计的热容量为8176J?K1，计算25℃时正庚烷的恒压摩尔燃烧热。
-
解：反应方程式 C7H16（l）+11O2(g) → 7CO2(g)+8H2O(l) 反应前后气体化学计量数之差?n＝-4 QV＝C量热计?t＝(8176×2.94)J＝24.037kJ ?rUm＝
Qv24.307kJ＝5150.88kJ ?0.500n100 ?rHm＝?rUm+?nRT＝(5150.88-4×8.314×298.15×10-3)kJ＝5141 kJ
7. B2H6(g)的燃烧反应为：B2H6(g)+3O2(g) → B2O3(s)+3H2O(g)。在298.15K标准状态下每燃
3
烧1mol B2H6(g)放热2020kJ，同样条件下2mol元素硼燃烧生成1mol B2O3(s)时放热1264kJ。求298.15K下B2H6(g)的标准摩尔生成焓。已知25℃时?fHm(H2O，l)＝-285.83kJ? mol1，水的?vapHm＝44.01kJ?mol1。
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?解：2mol元素硼燃烧生成1mol B2O3(s)时放热1264kJ， 2B(s)+1.5 O2 B2O3(s)
??＝-1264kJ，此反应是B2O3(s)的生成反应，则?fHm(B2O3)＝-1264kJ ?rHm由反应方程式可得：
? ?rHm＝?fHm(B2O3,s)+3[?fHm(H2O,l)+?vapHm]-?fHm(B2H6,g)
???????( B2H6，g)＝?fHm(B2O3)+3(?fHm（H2O，l）+?vapHm)-?rHm ?fHm? ?fHm(B2O3)＝-1264kJ, ?rHm＝-2020kJ
?可求得?fHm( B2H6，g)＝30.54kJ?mol1
-
?8. 试求反应CH3COOH(g) → CH4(g)+CO2(g)在727℃的反应焓。已知该反应在25℃时的反
应焓为-36.12kJ?mol1。CH3COOH(g)、CH4(g)与CO2(g)的平均恒压摩尔热容分别为52.3、
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37.7与31.4J?mol1?K1。
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解：反应的?rCp＝37.7+31.4-52.3＝16.8 J?mol1?K1
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由基尔霍夫方程可得：
?rHm(1000K)＝?rHm(298K)+?Cp?t
＝(-36.12+16.8×702×103)kJ?mol1＝-24.3kJ?mol1
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9. 反应H2(g)+
1-O2(g)＝H2O(l)，在298K时，反应热为-285.84kJ?mol1。试计算反应在800K
2?-
?的热效应?rHm(800K)。已知：H2O(l)在373K、p时的蒸发热为40.65kJ?mol1；
Cp,m(H2)＝29.07-0.84×10-3T/K Cp,m(O2)＝36.16+0.85×10-3T/K Cp,m(H2O,l)＝75.26
Cp,m( H2O,g)＝30.0+10.71×10-3T/K
Cp,m单位均为J?K?mol-1，等式左边均除以该量纲。
4
解：设计如下的过程： 298K H2(g) +
?H3
H2O(l) 373.15K ?H1 ?H2 ?vaHp
H2O(g) 373.15K
?H4
800K H2(g) +
1O2(g) ＝ H2O(l) （1） 21O2(g) ＝ H2O(g) （2） 2??由此可得：?rHm(800K).＝?rHm(298K)+?H3+?vapH+?H4-?H1-?H2
＝[-285.84+75.26×(373.15-298)×103+40.65
-
+-
?800373.15(30.0?10.71?10t)dt-?(29.07?0.84?10?3t）dt
298?38001800?3(36.16?0.85?10t)dt]J/mol ?2982-
＝-247.4kJ?mol1
10. 1mol、20℃、101.325kPa的空气，分别经恒温可逆和绝热可逆压缩到终态压力506.625kPa，
求这两过程的功。空气的Cp,m＝29.1J?K?mol1。空气可假设为理想气体。
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解：恒温可逆过程
W＝nRTln(p1/p2)
＝[8.314×293.15×ln(101325/506625)]J?mol1＝3.922kJ?mol1
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绝热可逆过程,设终态温度为T2
Tp 则 2?(1)T1p21?rr 其中r?Cp,mCV,m?29.1?1.4
29.1?8.314 可以求得T2＝464.3K
则W＝?U＝nCV,m(T2?T1)
＝[1×(29.1-8.314)×(464.3-293.15)]J
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