物理化学第章课后答案傅献彩第五南京大学化学化工学院.docx
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物理化学第章课后答案傅献彩第五南京大学化学化工学院
第三章热力学第二定律
L有5md某双原子理愚气体,巳知K。
血'L5R,从始态MX)&小)敏』经绝热诃逆压嫦至400kPa后,再真空膨胀至200kPm求整个过程的QW.&j.Vf和AS,
解:
双原于理想气体Gm=W^qg=R+G5=4"Ry=&JGs=L4wbr
400K.^md
200kPa
绝刑5moLT?
5tdp1
可逆1400kpj板00好|
绝热可逆IMQ,=-0,aS.-0
iLr!
-IV-aCVe(耳一M)=5molxgx&314jmori*K1X(487,61-400)K=&104.S7J£f.
△Hi=rGm(K—「)—5molX
yXS.314J•n»rl•K1<4&7.61-40O)K=127<&2J绝然过程方程式k
弓=(勿>了「=487.61
枷
真空圈胀&J』=SAH:
=o,W£=q,q—q设计可逆膨媵计算4
皿,T我L二旱映H网竣成虹£
=SmolX&314J•eL・K'•In:
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ZUvKIa
AS.r=0(真空肱虬系统不吸然)
W=W]+W:
=9104.87J
Q=Q+Q=O
必=W】+W?
=9104.87J
△H=△孙+^Hz=12746.82J
△S=q+AS2=28.81J•FT'.
2.有5molHe(g),可看作理想气体,已知其Gm=l.5k,从始态273K,100kPa.变到终态298K.
000kPa.计算该过程的炳变.
解:
单原子理想气体,Gs=1.5R・G.f=G・m+R=2.5R
等温升压可逆&7=0Q--W
=(早)印=~£=8.314J•mol1•KX5irolXIn—95.72J•K
*iPt1uuu
等压升温可逆Q=aH=nC,.m Mf^f^dT=nC^.Jn争=5molX2.5X8.314J•rnoL•K"XIn=9.11J•K1 J丁1」/I4/oK ^S=AS1+AS2=-86.61J•K\I 3.在绝热容器中,将0.10kg,283K的水与0.20kg、313K的水混合,求混合过程的嬉变.设水的平户 比热为4.184kJ・Kf-kg"1.] 解: Q=0.1kgX4.184kJ•K"•kgTX(T-283.2)K Q=0.20kgX4.184AJ••kg"1X(313.2-T)K 在绝热容器中Q+Q=0T=303.2K ASi=f/: ^dT=0.01kgX4.184kJ•kg-XIn86XK)7kJ•K*1 点=[孕牟d丁=0.02kgX4.184kJ•FT1.kgrxin^4^=-2.72XKTW•K^1 Ji1IOlO.4i\ AS=AS)+AS»=0.14J・KT・ 4.在298K的等温情况F,在一个中间有导热隔板分开的盒子中.一边放0.2molQ(g),压力为20 kPa,另一边放0.8molN: (g).压力为80kPa.抽去隔板使两种气体混合.试求 (DIK合后,盒子中的压力; (2)混合过程的Q,W,和g (3)如果假设在等温情况下,使混合后的气体再可逆地回到始态,计算该过程的Q和W的值. 解: (1)理思气体状态方程 V>=g+Vn2 m.RT»n2RT )・2molX8.3m・moli•KTX298K|0.8molX&314J・moL・K'X298K 20XIO3Pa8OX1O5Pa =49.55X10-0? %+〃斗=0.2mol+O.8mol=1mol A_性・"处一&= 」mo凶辿.moLXU2竺瓯=50,仲Pfl 49.55X10-3m350X101 (2)等温过程W=0Q=-W Dahon分压定律fix=—X/>a=10X103Pa Avt=^X/>e=40X103Pa w=+W斗=一处RTln普-QTln竿 》r^2 =一8.314jmoL•K-X298K(0,2molXln^+0.8molXln~)=-1717.32J 1040 Q=-W=1717.32J △S=*=5.76J・K'1 jVdp=W=-1717.32J. (3)等温可逆W=0.Q=-W.要可逆回到始态.故△8=—点=一5.76J・KF Q=T・AS7=298KX(-5.76J•K-,)=-1717.32J W=-Q二1717.32J.. 5.有■•绝炼箱子.中间用绝热隔板把箱了•的容积一分为二.一边放1mol300KJOOkPa的单原于理想气体Ar(g),另一个放2mol400K,200kPa的戏原子理想气体N2(g),若把绝热隔板抽去,让两种气体混合达平衡•求混合过程的隔变• M.2molX&314j•mol'•K-'X298K〔0.8molX8.31妇•moL•K・'X298K 2OX1O3Pa80X101Pa =49.55X105 %=0.2mol+0.8mol=lmol —催•RT_1molX8.314J•mor1XK"1X298Ks八心D &49.55X105 (2)等温过程W=0Q=-W Aft<7—小*一,m=50XOra. Dalton分压定律威=^X如nlOXlUPa p*=—XAtt=40X103Pa"A W=W\+W\=_gRTln策f—RTln斜 =-8.314JmoL•K-|X298K(0.2molXln急+0.8molXln籍)=-1717.32J Q^-W=1717.32J△S=¥=5.76J・L ^G=Vd/>=W=-1717.32J. (3)等温可逆W=0.Q=-W.要可逆回到始态,故AS'=-AS=-5.76J•K-* Q=T・#=298KX(-5.76J•K"1)=-1717.32J W=-Q=1717.32J.. 5.有-绝熄箱子.中间用绝热隔板把箱子的容枳一分为二,一边放1mol300K,100kPa的单原子理想气体Ar(g).另一个放2mol400K.200kPa的双原子理想气体N2(g).若把绝热隔板抽去,让两种气体混合达平衡,求混合过程的烟变. 解: 将这•过程分为两部分来考虑,首先抽掉绝势阳板后,两边达到平衡温度下;再在等温下的条件下.进行等温嫡变.已知Cv.・(Ar)=l.5RCv.m(N2)N2,5R |叫。 ・凶(T—TC+fd*(T—T? )—o 1molX1.5(T-300)4-2X2.5X(T-400)=0 丁=376.92K TT △S=他'C'f加百Cj*Inyr =2.85+(—2.47)=0.38J•K1等温混合过程 *=略M=lmolK8.31? 匕呼二・K7X300K=2<94X =1molXl.5X8.314j•moL•K"1h3^^4-2molxa5X8.314J•K"1-morHn^r—oUU400 (等容可逆过程) pAr100X103Pa 加200X103Pa Va=Vv+V、z=58.20X10-3m3VnVm ASj—^队火InRin V、: =^^=外喋&31*构;KTX400K=3326乂1。 -将 =1molX8.314j・moL•KTln|H? +2molX8.314J・moLcq.y4oo.Zo =7.05J・K~+9.30]・K-*=16.35J-K-* △S=ASi+q=0.38J・K**+16.35J・K~l=16.73J・K"1. 6.有2mol理想气体.从始态300K,20dn? 经下列不同过程等温影胀至50dm,,计算各过程的Q,W, 必AH和点 (1)可逆膨胀, (2)真空膨胀| (3)对抗恒外压100kPa膨胀. 解: (1)等温可逆膨胀mj=o,q=—w・ah=o W=-nRTln^=-2molX8.314J•mol*1•K-1X300KXIn=-4570.82Jv\ZOam Q=-W=4570.82J AS=nZ? ln^=15.24J•K (2)等温真空膨胀Q=0,W=0.&J=04H=0 由于AS是状态函数.故AS=15.27J・K-*. (3)等温对抗恒外压100kpqu=o,」H=o,Q=-w Hz=-A(V2-Vi)=-100X103PaX(50-20)X10^m3=-3(X)Oj Q=3000J,同理AS=15.24J-K」 7.有1mol甲苯CHjGHs⑴在其沸点383K时蒸发为气,计算该过程的Q,W,&/.△«・AS,M和 弟.书籍在该温度睛•甲苯的汽化热为362kJ•kgf. 1moh383K CHqHs(g) 因为在沸点383K的条件下的相变峪=0 Qp="H=lmolX92XKr,kg•moLX362kJ•kg1=33.3CkJ W=-/>,(Vg-U)=—白匕=一小丁=一1molX8.314J•moP1•K,X383K=-3.18kJ W=Q+W=[33.30+(—3.18)]kJ=30.12kJ M=-jv/>dV=W=-3.18kJ. 8.在一个绝热容器中.装有298K的H2O(l)1.0kg,现投入0.15kg冰H2(Xs),计算诙过程的炳变.已知H,CXs)的玲化焙为333.4J・gT,HjO(l)的平均比热容为4.184J•K'1-广. 解: 在绝热容器内,以雪和水作为系统.整个融化的过程在绝热等压的条件下进行△«=() △HfH(D+AH(s) ⑴二弓•(丁一298K) [aH(s)=^W+G(T-273K) 联立两式求解: 1.0X103gX4.184J・FT'・gT(『一298K)+0.15X10^X333.4J・k-1+0.15gX103X4.184J・ KT・gT(T-273K)=0 T=284.35K AS=AS⑴+3(s) I284.35 111173 =CIn2时3§+&^%^+仁fm298十273K =103>rX4.184J•KT•广xin+Q15人誉4J+]50g乂%184j•K^- 4Z7OLIQIN K^Xln 284.35"173- =-196.18J•L+183.19J•KT+25.56J•K^=12.57J•K*1 H2O3的婚化过程可以酒作为以下两步: MO-273 H2CXb 273K 处。 5=瞬+点=煮寇+京岫爪沅知 了解这个过程•者得出在计算中的结果. 9.实验室中有一个大恒温槽的
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