物化习题参考答案.docx
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物化习题参考答案
参考答案
一、判断题解答:
1.第一句话对,第二句话错,如理想气体的等温过程ΔU=0,ΔH=0。
2.错,均相系统的V才与总物质的量成正比。
3.错,两个独立变数可确定系统的状态只对组成一定的均相封闭系统才成立。
4.错,理想气体的U=f(T),U与T不是独立变量。
5.错,绝热压缩温度升高;理想气体恒温可逆膨胀,吸热。
6.第一个结论正确,第二个结论错。
7.错,QV、Qp是状态变化的量、不是由状态决定的量。
8.错,
(1)未说明该过程的W'是否为零;
(2)若W'=0,该过程的热也只等于系统的焓变。
9.对。
10.错,这不是理想气体的单纯pVT变化。
11.错,该过程的p环=0,不是恒压过程。
12.错,在升温过程中有相变化。
13.错,H=f(T,p)只对组成不变的均相封闭系统成立。
14.错,Δ(pV)是状态函数的增量,与途径无关,也不等于功。
15.错,环境并没有复原。
16.错,无限小过程不是可逆过程的充分条件。
17.错,若有外摩擦力(广义)存在,则不可逆。
18.对。
19.对,。
20.错,一般的非理想气体的热力学能不仅只是温度的函数。
21.错,该条件对服从pVm=RT+bp的气体也成立。
22.错,(∂U/∂V)p≠(∂U/∂V)T。
23.错,U=H-pV。
24.错,标准生成焓没有规定温度的值。
25.错,该过程不是可逆过程。
26.错,理想气体等温可逆压缩时向环境传热温度不变。
27.错,机械搅拌时W’≠0;
28.错,两个过程的ΔT不同。
二、单选题答案:
1.A; 2.C; 3.D; 4.C; 5.B; 6.C;
7.A; 8.A;9.D; 10.B; 11.A; 12.A;
13.A; 14.D; 15.B; 16.A;17.B; 18.D;
19.B; 20.A; 21.B; 22.A; 23.C; 24.C;
25.B; 26.C; 27.D; 28.B; 29.D; 30.B。
三、简答题
1.“凡是体系的温度升高时就一定吸热,而温度不变时,体系既不吸热也不放热”,这种说法对否?
举实例说明。
答:
不对。
例如:
绝热条件下压缩气体,体系温度升高,但并未从环境中吸热。
又如:
在绝热体容器中,将H2SO4注入水中,体系温度升高,但并未从环境吸热。
再如:
理想气体等温膨胀,从环境吸了热,体系温度并不变化。
在温度不变时,体系可以放热或吸热,相变时就是这样。
例如水在1atm、100℃下变成水蒸气,温度不变则吸热。
2.“功、热与内能均是能量,所以它们的性质相同”这句话正确否?
答:
不正确。
虽然功、热与内能都有能量的量纲,但在性质上不同,内能是体系的本身性质,是状态函数。
而热与功是体系与环境间交换的能量,是与热力学过程相联系的过程量。
功与热是被“交换”或“传递”中的能量,不是体系本身的性质,不是状态函数,与内能性质不同。
热与功也有区别,热是微粒无序运动而传递的能量,功是微粒有序运动而传递的能量。
3.一体系由A态到B态,沿途径Ⅰ放热100J,对体系作功50J。
问
(1)由A态沿途径Ⅱ到B态体系作功80J,其Q值为多少?
(2)如体系由B态沿途径Ⅲ回到A态得50J功,体系吸热环是放热?
Q为多少?
答:
(1)ΔUA→B=-100+50=-50JQ=ΔUA→B-W=-50-(-80)=30J
(2)ΔUB→A=-ΔUA→B=50JQ=ΔUB→A-W=50-50=0
体系不吸热也放热
4.为什么无非体积功的等压过程的热,只决定于体系的初、终态?
答:
因为无其它功的等压过程中Qp=ΔH,而ΔH是体系状态函数的改变值,其大小只决定于体系的始终态,所以在无其它功的等压过程Qp大小只决定于初终态。
5.“因ΔH=Qp,所以只有等压过程才有ΔH。
”这句话是否正确?
答:
不正确。
H是状态函数,H=U+pV,凡是体系状态发生变化,不管经过什么过程,体系的焓值都可能变化,即ΔH有可能不等于零。
6.因为“ΔH=Qp,所以Qp也具有状态函数的性质”对吗?
为什么?
答:
不对,ΔH=Qp,只说明Qp等于状态函数H的变化值ΔH,仅是数值上相等,并不意味着Qp具有状态函数的性质。
ΔH=Qp只能说在恒压而不做非体积功的特定条件下,Qp的数值等于体系状态函数H的改变,而不能认为Qp也是状态函数。
7.试证明在无非体积功的等容过程中体系的ΔU=QV。
证明:
ΔU=Q+W等容时ΔV=0,又无其它功,W=0∴ΔU=QV
8.为什么理想气体常数R在数值上等于1mol理想气体升高1K时所作的等压体积功?
答:
W=-p外ΔV=-p(V2-V1)=-nR(T2-T1)当n=1molT2-T1=1K时W=R
9.“稳定单值的焓值等于零”;“化合物摩尔生成热就是1mol该物质所具有的焓值”
对吗?
为什么?
答:
不对。
稳定单质的焓值并不等于零。
但可以说标准状态下稳定单质的规定焓值等
于零,人为规定标准状态下,稳定单质的生成焓,即规定焓为0。
化合物的摩尔生
成热不是1mol物质所具有的焓的绝对值,而是相对于生成它的稳定单质的焓的相
对值。
即是以标准状态下稳定单质生成热为零作基线,得出的相对值。
10.反应A(g)+2B(g)—→C(g)的ΔrHm(298.2K)>0,则此反应进行时必定吸热,
对吗?
为什么?
答:
不对。
只有在等压下,无非体积功时,Qp=ΔHm,ΔHm>0,故Qp>0,体系必定
吸热。
但在有非体积功,或者非等压条件下,ΔHm≠Qp,ΔHm>0,Qp可以小于0,
等于0,不一定吸热。
例如,绝热容器中H2与O2燃烧,ΔHm>0,但Q=0,
不吸热。
四、计算题
1.试比较1摩尔理想气体273K时在以下三种不同条件下体积由22.45dm3膨胀至112.0dm3所做的膨胀功。
(1)外压保持20.265kPa;
(2)外压先保持50.66kPa,至体系压力与之相等后再保持20.265kPa膨胀至终态体积;(3)外压始终保持与体系压力相差一无限小量。
〔解〕由理想气体状态方程式pV=nRT,
始态压力
,
终态压力
而压力为50.66kPa的中间态A的体积VA=44.8dm3(理想气体等温过程体积与压力体积成反比)
过程1:
过程2
过程3:
在此过程中,外压始终维持比体系压力小上一无限小量,极限情况下,可以视为与体系压力p相等,而等温条件下气体压力与体积成反比:
故
5.计算1dm3氧气(
)自298K及506.63kPa可逆绝热膨胀至压力为101.325kPa时体系的
(1)体积V;
(2)温度T;(3)热力学能增量ΔU;(4)焓的增量ΔH。
〔解〕
6.已知一摩尔苯(液态)在298.15K温度下的等容热效应ΔγUm(298.15K)=-3274.1kJmol-1,试计算其等压效应ΔγHm(298.15K)
〔解〕反应方程式为:
7.在正常沸点100℃时,1molH2O(l)在101325Pa的外压下汽化为相同压力的水蒸汽。
已知在正常沸点时H2O的摩尔蒸发焓为40.66kJ·mol,H2O(l)和H2O(g)的摩尔体积分别为18.80cm3·mol-1和3.014X104cm3·mol-1。
(1)求Q,W,ΔU,ΔH;
(2)如在外压为零的条件下完成同样的变化,求Q,W,ΔU,ΔH。
〔解:
〕
(1)该过程系恒压过程。
可直接写出:
(2)由于需完成同样的状态变化,可设想开始时外压为101325Pa,然后突然使外压降为零,液体汽化。
最后活塞由于受汽缸壁上插销阻止而不再移动,系统内保持101325Pa。
由于初始态与
(1)完全相同,ΔU、ΔH和
(1)的结果也完全相同,
然而此时已不符合恒压条件,p≠p外,Q≠ΔH。
由于p外=0
第二章 热力学第二定律练习题答案
一、判断题答案:
1. 对。
2. 错,如绝热不可逆压缩过程。
3.错,理想气体的等温可逆膨胀ΔS>0。
4.第1,2个结论正确,第3个结论错。
5.错,系统由同一始态出发,经绝热可逆和绝热不可逆过程不可能到达相同的终态。
6.错,环境的熵变应加在一起考虑。
7.错,要在隔离系统中平衡态的熵才最大。
8.错。
9.不矛盾,因气体的状态变化了。
10.错,如过冷水结冰。
11.错,必须可逆相变才能用此公式。
12.错,系统的熵除热熵外,还有构型熵。
当非理想气体混合时就可能有少许热放出。
13.对。
14.错。
未计算环境的熵变;
15.错,如过冷水结冰,ΔS<0,混乱度减小,
16.错,必须在等温、等压,W’=0的条件下才有此结论。
17.错,若有非体积功存在,则可能进行,如电解水。
18.错,此说法的条件不完善,如在等温条件下。
19.错,不满足均相系统这一条件。
20.错,不可逆过程中δW≠-pdV。
21.是非题:
(1)对;
(2)不对; (3)不能;
(4)有,如NH4Cl溶于水,或气体绝热不可逆膨胀;(5)可以。
22.ΔS=ΔH/T,ΔS(环)=-ΔU/T;
23.1mol理想气体,等温过程,V1V2过程;
24.
(1)ΔU=ΔH=0;
(2)ΔH=0; (3)ΔS=0; (4)ΔU=0;
(5)ΔG=0; (6)ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG都为0。
25.ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG均为0;
26.ΔU=0,ΔS>0,ΔH>0,ΔA<0,ΔG无法确定;
27.W、Q、ΔU、ΔH=0,ΔS>0。
V1=RT/10,V2=RT
V=½(V1+V2)=11RT/22, ΔS1=Rln(V/V1)=Rln(11/2)
ΔS2=Rln(V/V2)=Rln(11/20), ΔS=ΔS1+ΔS2=Rln(121/40)>0。
二、单选题答案:
1.D; 2.B; 3.C; 4.C; 5.D; 6.B;
7.B; 8.C; 9.A; 10.B; 11.C; 12.D;
13.C; 14.B; 15.B; 16.B; 17.D; 18.C;
19.D; 20.B; 21.B; 22.D; 23.B; 24.D;
25.C; 26.D; 27.B; 28.B; 29.B; 30.B;
31.D; 32.A; 33.D; 34.B; 35.B; 36.C;
37.A; 38.A; 39.B; 40.C。
三、简答题
1.什么是自发过程?
实际过程一定是自发过程?
答:
体系不需要外界对其作非体积功就可能发生的过程叫自发性过程,或者体系在理论
上或实际上能向外界做非体积功的过程叫自发过程。
实际过程不一定是自发性过程,
如电解水就是不具有自发性的过程。
2.为什么热力学第二定律也可表达为:
“一切实际过程都是热力学不可逆的”?
答:
热力学第二定律的经典表述法,实际上涉及的是热与功转化的实际过程的不可逆性。
导使过程的不可逆性都相互关联,如果功与热的转化过程是可逆的,那么所有的实
际过程发生后都不会留下痕迹,那也成为可逆的了,这样便推翻了热力学第二定律,
也否定了热功转化的不可逆性,则“实际过程都是不可逆的”也不成立。
因而可用“
一切实际过程都是不可逆的”来表述热力学第二定律。
3.可逆过程的热温商与熵变是否相等,为什么?
不可过程的热温商与熵变是否相等?
答:
可逆过程的热温商即等于熵变。
即ΔS=QR/T(或ΔS=∫δQR/T)。
不可逆过程热温
商与熵变不等,其原因在于可逆过程的QR大于QIr,问题实质是不可逆过程熵变
由两部分来源,一个是热温商,另一个是内摩擦等不可逆因素造成的。
因此,不可逆
过程熵变大于热温商。
由于熵是状态函数,熵变不论过程可逆与否,一旦始终态确定,
则ΔS值是一定的。
4.263K的过冷水结成263K的冰,ΔS<0,与熵增加原理相矛盾吗?
为什么?
答:
并不矛盾,熵增加原理适用条件是孤立体系或绝热体系,而上述过程并不具备这个特
定条件,体系与环境间有热交换,不是孤立体系或绝热体系,ΔS可以小于零。
而总
熵会大于零的。
5.“p、298K过冷的水蒸气变成298K的水所放的热Qp,Qp=ΔH,而ΔH只决定于
初、终态而与等压过程的可逆与否无关,因而便可用该相变过程的热Qp,根据ΔS=
Qp/T(T为298K)来计算体系的熵变”这种看法是否正确?
为什么?
答:
不正确,ΔS只能等于可逆过程的热温商之和,就是说可以通过可逆过程的热温商
来计算熵变ΔS,而题述过程为不可逆恒温过程,故ΔS≠Qp/T,不可用热温商来
计算体系的ΔS。
6.如有一化学反应其等压热效应ΔH<0,则该反应发生时一定放热,且ΔS<0,对吗?
为什么?
答:
不对。
因为化学反应的热效应ΔH是指在等温等压、无非体积功条件下,这时Qp=
ΔH,当ΔH<0,Qp<0,反应发生时放热。
如果反应不是在等温等压、无非体积
功的条件下,Q≠ΔH,ΔH<0,也不一定放热。
例如:
绝热容器中H2与O2燃烧
反应,反应的等压热效应ΔH<0,但该条件下Q=0,不放热,也不吸热。
再如等
温等压下在可逆电池发生的反应,虽然ΔH<0,但Q可能大于零。
即使是放热反应,
ΔS也不一定小于零,例如:
浓H2SO4溶于水,放热,但ΔS>0。
7.物质的标准熵S(298K)值就是该状态下熵的绝对值吗?
答:
不对。
物质的标准熵S,298是以绝对零度0K时完美晶体的熵值规定为零作为
基点,计算出在标准压力p的298K与0K的熵值之差,因此,S(298K)是指标
准压力p下、298K的熵值相对于0K时熵值的相对值,不是绝对值。
8.“ΔGT,p,W'=0≤0说明ΔG<0的过程只能在T,p一定,且W'=0的条件下才能发生”,
这种说法对吗?
为什么?
答:
不对。
ΔGT,p,W'=0<0,说明在T,p一定时,无非体积功的条件下ΔG<0的过程
可以自发进行,但该过程并非只有在W'=0条件下发生,有非体积功W'时,只要
所作非体积功的绝对值小于吉布斯自由能的降低值条件下也能发生。
9.对于ΔH>0,ΔS>0而在常温下不能自发进行的反应改变温度能否使反应自发进
行?
为什么?
答:
能够。
依据ΔG=ΔH-TΔS公式,TΔS随温度的升高而增大,提高反应温度使
TΔS>ΔH,从而ΔG<0,反应就能自发进行了。
10.一般固体分解产生气体时,常常大量吸热,试比较这类固体在低温与高温下的稳定性。
答:
固体分解产生气体的反应吸热,ΔH>0,由于产生气体,ΔS>0,随着温度升高,
TΔS增加,ΔG=ΔH-TΔS,随温度升高,反应的ΔG降低,所以高温下固体
的热温定性较差。
四、计算题
2.计算1摩尔250K的冰加热至化为400K的水汽时的熵变。
已知冰、水、汽的平均摩尔热容分别为37.7、75.4和34.4J·mol-1·K-1;冰的融化热(273K时)和水的汽化热(373K时)分别为6.02kJ·mol-1和40.56kJ·mol-1。
〔解〕
5试计算下列情况下,273.2K、2摩尔理想气体由2X
压力降低至
压力时的(a)体系熵变;(b)环境熵变;(c)隔离体系熵变--
(1)可逆等温膨胀;
(2)恒温恒外压膨胀,pe=
;(3)自由膨胀。
〔解〕:
(1)
(2)
(3)
三例比较,体系始终态相同,ΔS体系为一恒值(11.53J·K-1)。
在可逆情况下,体系将热转变为功的效率达到最大;而当不可逆程度(不平衡情况)愈大时,热量的利用率愈低,转化为做功的能量愈少(也称有效能)。
能量继续以热的形式留于隔离体系中的愈多,相应地隔离体系的熵值增加得愈多。
(应该注意:
本例属等温过程,在变温过程中熵值的变化应根据
决定!
)
6试计算在101.325KPa压力下,2摩尔液态氨由233.2K转变为473.2K的氨气时体系的熵变。
氨的正常沸点(101.325KPa压力下的沸点)为239.7K,在正常沸点下的摩尔汽化热ΔVapHm=23.26kJ·mol1;液态和气态氨的摩尔平均热容分别为Cp,m(NH3,l)=74.9J·mol-1·K-1和Cp,m(NH3,g)=25.89+33.00x10-3T-3.05x10-6T2(J·mol-1·K-1)。
〔解〕此过程为不可逆,计算体系熵变时必须由一组始终态相同的可逆过程替代之:
而体系熵变:
第三章 溶液练习题答案
一、判断题答案:
1. 错,对溶液整体没有化学势的概念。
2. 错,不同相中的偏摩量一般不相同。
3. 错,纯组分物质的化学势应等于摩尔吉布斯函数。
4. 错,化学势与标准态、浓标的选择无关。
5.错,当溶质不挥发时才一定成立。
6.错,因加人挥发性溶质,沸点不一定升高。
凝固点是否降低要看溶质是否析出。
7.第一个结论错,如水的熔点随压力增大而降低。
后两个结论都正确。
8.错,两种分子之间的作用力和同种分子之间的作用力都较大,不可忽略。
9.错,液相组成与纯溶剂的蒸气压无关。
10.错,当压力一定时,溶解度与亨利系数成反比。
11.错,一般而言,浓度大活度也大,但活度因子不一定大。
12.错,食盐因电离;溶液中粒子数多,渗透压大。
13.错,相变的方向是以化学势的大小而不是以浓度的大小来判断。
达平衡时,两相的浓度一般不相等。
14.对,因平衡时,同一物质在各相中的化学势相等。
二、单选题答案:
1.A; 2.D; 3.C; 4.B; 5.C; 6.C;
7.A; 8.C;9.A; 10.B 11.A; 12.C;
13.B; 14.C; 15.B; 16.D;17.C; 18.D;
19.C; 20.B; 21.C; 22.D; 23.D; 24.B;
25.B;
三、简答题
1.当溶液浓度趋向饱和时,溶质的微分溶解热与摩尔积分溶解热各趋向何值?
当浓度趋
向无限稀释时,又将怎样?
答:
当浓度趋向饱和时,溶质的微分溶解热趋向于零,而摩尔积分溶解热趋向于某一定值。
当浓度趋向无限稀释时,微分溶解热等于溶质的积分溶解热曲线在原点时的斜率。
而
积分溶解热倾向于零,但是它的摩尔积分溶解热趋向一个定值。
2.何谓溶剂,何谓溶质,两者各服从怎样的规律性?
答:
溶剂与溶质的划分具有相对的意义。
对于液体溶于液体形成的溶液,把数量多的组分
叫溶剂,数量少的组分叫溶质。
对于气体、固体溶于液体形成的溶液,气体、固体叫
溶质,液体叫溶剂。
在理想稀溶液中溶剂服从拉乌尔定律,溶质服从亨利定律;理想
混合物中,拉乌尔定律与亨利定律是一回事,各组分在任何浓度下都服从拉乌尔定律。
3.Kx、Km与KC三个实验值是否存联系?
有人认为其间存在的关系为:
Kx=Km/MA=KρA/MA,你相信否?
答:
由于xB、mB、cB三种浓度单位之间存在联系,故Kx、Km与KC之间必然存在
联系。
在稀溶液的条件下,三种浓度单位的亨利常数之间存在题中给出的关系式。
4.μB(l,T,p)、μB*(l,T,p)、μB(l,T)、μB(g,T)四个符号的意义有何不同?
答:
μB(l,T,p)为在温度T,压力p时液态混合物中组分B的化学势。
μ*B(l,T,p)为在温度T,压力p时液态纯B的化学势;
μB(l,T)为温度T,标准压力p下,液态混合物中,组分B的标准态化学势;
μB(g,T)为温度T,标准压力p下,但为气态混合物中组分B的标准化学势。
5.为什么稀溶液的沸点升高、冰点下降、渗透压以及溶剂蒸气压下降称为依数性。
引起
依数性的最基本原因是什么?
答:
上述四种性质的数值只与溶于溶剂中溶质的粒子数多少有关,而与溶质本身的性质无
关,故称为依数性。
依数性产生的主要原因是由于溶质溶入后引起溶剂化学势降低。
6.在溶剂中一旦加入溶质就能使溶液的蒸气压降低,沸点升高,冰点降低并且具有渗透
压。
这句话是否准确?
为什么?
答:
不一定准确。
如果加入的溶质是挥发性的,并且挥发性比溶剂大,则溶液的蒸气压增
加,沸点下降;如果溶质是非挥发性的,或者溶质的挥发性小于溶剂,则题述结果正
确。
7.某一定浓度的稀溶液,它的四个依数性间存在着怎样的简单定量关系?
答:
ΔTb/Kb=ΔTf/Kf=πVA/(RTMA)=(mpA*/pA)/MA。
8.运用公式(3-40)时,从溶液中析出的固体是否必须是固态纯溶剂,为什么?
答:
(3-40)式为:
ΔTf=KfmB,条件是必须固态纯溶剂,因推导该式的基础是溶液中
溶剂A的化学势与固态纯溶剂的化学势相等。
9.你怎样从微观上理解只有理想混合物中的每一种组分才能在全组成范围内服从拉
乌尔定律。
答:
因为理想混合物中每一种组分粒子与其周围异种组分粒子之间的相互作用,等同于
该组分处于纯态的情况(即等于同种粒子之间的相互作用),因此理想混合物在全组
成范围内服从拉乌尔定律。
10.
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