物理化学-课后答案-热力学第一定律

内容发布更新时间 : 2024/12/24 11:00:22星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

(2)N2(g)的最后压力; (3)需做多少功。

【解】 (1)1molH2经过绝热可逆过程(设为理想气体),则

根据

(2) 根据

(3)由于是绝热反应 Q=O

=5555.6J

【21】 理想气体经可逆多方过程膨胀,过程方程为

,式中C, n均为常数,n>1。

(1)若n=2,1mol气体从V1膨胀到V2,温度由T1=573K到T2=473K,求过程的功W; (2)如果气体的

【解】 (1)由于pV2=C,则p=c/V2

=1mol×8.314J?K-1?mol-1(473K-573K)=-831.4J (2)对于理想气体,

Q=ΔU-W=-2090J-(-831.4J)=-1258.6J

【22】 在298K时,有一定量的单原子理想气体(

),从始态2000kPa及20dm3经下列不

,求过程的Q,ΔU和ΔH。

同过程,膨胀到终态压力为100kPa,求各过程的ΔU,ΔH,Q及W。

(1)等温可逆膨胀; (2)绝热可逆膨胀;

(3)以δ=1.3的多方过程可逆膨胀。

试在p-T图中化画出三种膨胀功的示意图,并比较三种功的大小。 【解】

(1)等温可逆膨胀

由于是理想气体的等温过程则 ΔU=ΔH=0

Q=-W=119.829kJ

(2)绝热可逆膨胀 Q=0

又p1-rTr=常数 得

代入数据得 T2=89.9K

(3)以δ=1.3的多方过程可逆膨胀

对于多方过程有 pVδ=C, 又理想气体的状态方程为V=nRT/p 所以

整理得

将p1=2000kPa,p2=100kPa,T1=298K δ=1.3代入得T2=149.27K 则

Q=ΔU-W=-29.95kJ-(-66.55kJ)=36.6kJ 为了作图,求3个过程的终体积:

对于等温可逆过程根据 p1V1=p2V2 得 V2=400dm3 对于绝热可逆过程根据 pVr=常数 得 V2=120dm3 对于多方过程根据 pVδ=常数 得 作图得: 由图可知:

W(1)>W(3)>W(2)

【23】 1mol单原子理想气体从始态200kPa,经下列途径使体积加倍,试计算每种力及各过程的Q,W及ΔU的值,画出p-T示和W值按大小次序排列。

(1)等温可逆膨胀; (2)绝热可逆膨胀;

V2=200dm3

298K

途径的终态压意图并把ΔU

(3)沿着p/Pa=1.0×104Vm/(dm3·mol-1)+b的途径可逆变化。 【解】 (1)由等温知:P1V1=P2V2 得

P2= P1V1/V2=200kPa/2=100kPa

=-1717.32J

又因为温度不变则 ΔU=0, 而Q=-W=1717.32J (2)绝热可逆膨胀, Q=0, 由于体系是单原子理想气体,则

根据pVr=常数 得

那么

=-1376J

3)沿着p/Pa=1.0×104Vm/(dm3·mol-1)+b的途径可逆变化 将初始状态代入求得:b=76121.4

p2=1.0×104×2×8.314×298/200+76121.4=323.88kPa

=8320.65J

积分求解得:W=-3242.99J

Q=△U-W=8320.65J-(-3242.99J)=11.56kJ 上述三条不同途径的p-V图如图所示

则:W(2)<W(1)<W(3)

△U(2)<△U(1)<△U(3)

【24】某一热机的低温热源为313K,若高温热源分别(1)373K(在大气压力下水的沸点); (2)538K(是压力为5.0×106Pa下水的沸点)。 试分别计算热机的理论转换系数.

【解】(1)高温热源为373K时

(1) 高温热源为538K时

为:(

【25】某电冰箱内的温度为273K,室温为298K,今欲使1kg273K的水变成冰,问最少需做多少功?已知273K时冰的融化热为335kJ·kg-1。 解:

=-30.68kJ

即环境对体系要做30.68kJ的功

【26】 有如下反应,设都在298K和大气压力下进行,请比较各个反应的ΔU与ΔH的大小,并说明这差别主要是什么因素造成的。

(1)C12H22O11(蔗糖)完全燃烧;

(2)C10H8(萘,s)完全氧化为苯二甲酸C6H4(COOH)2(s); (3)乙醇的完全燃烧;

(4)PbS(s)完全氧化为PbO(s)和SO2(g)。 【解】(1)C12H22O11(蔗糖)完全燃烧; C12H22O11(蔗糖)+12O2(g)→11H2O(g)+12CO2(g)

(2)C10H8(萘,s)完全氧化为苯二甲酸C6H4(COOH)2(s);

(3)乙醇的完全燃烧;

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