2023年物理化学习题及答案范文.docx

物理化学习题及答案 篇一：物理化学课后习题 第1章 化学热力学根本定律 1．1mol双原子理想气体在300 K、101 kPa下，经恒外压恒温压缩至平衡态，并从此状态下恒容升温至370 K、压强为1 010 kPa。求整个过程的U、H、W及Q。 （答案：△U = 1455 J，△H = 2037 J，W=17727 J，Q = -16272 J） 解： 第一步：恒外压恒温压缩至平衡态，U=0，H=0 V1=8.314×300/101=24.695dm3, 此平衡态的压强P’ W=-P’(V2-V1)=-818.92×103×(3.046-24.695)×10-3 =17727 J=17.727 kJ -Q=W=17.727 kJ Q=-17.727 kJ 第一步： 因恒容W=0 U=Qv=Cv,m(T2-T1) =20.79×(370-300)=1455.3 J=1.455 kJ H=(20.79+R)×70=2037.3 J=2.037 kJ 整个过程：W=17.727 kJ；Q= -17.727+1.455= -16.27 kJ；U=1.455 kJ ；H=2.037 kJ。 2．设有0.1 kg N2，温度为273.15 K，压强为101325 Pa，分别进展以下过程，求U、H、 Q及W。 (1) 恒容加热至压强为151987.5 Pa； (2) 恒压膨胀至原体积的2倍； (3) 恒温可逆膨胀至原体积的2倍； (4) 绝热可逆膨胀至原体积的2倍。 （答案： ①△U = QV = 1.01×104 J，△H = 1.42×104 J，W = 0； ②△H = QP = 28.4 kJ，△U = 20.20 kJ，W= -8.11 kJ； ③ Q = 5622 J ，W = -5622 J，△H = △U = 0 J； ④ Q = 0，W = △U = -4911 J，△H = - 6875 J） 解：将N2 气视为双原子理想气体，那么 Cp,m=29.10 J·mol-1·K-1;Cv,m=20.79 J·mol-1·K-1 (1) W=0, 末态温度 T2=1.5T1=1.5×273.15 K ∴U=Qv=n Cv(T2-T1) =(100/28)×20.79×(1.5×273.15-273.15)=1.01×104 J H= n Cp(T2-T1) =(100/28)×29.10×(1.5×273.15-273.15)=1.42×104 J H=Qp= n Cp(T2-T1) =(100/28)×29.10×(2×273.15-273.15) =28388 J=28.4 kJ U=n Cv(T2-T1) =(100/28)×20.79×273.15 = 20231 J=20.20 kJ (3) 理想气体恒温，H=U=0, W= -Q= -(100/28)×8.314×273.15×ln2= -5622 J= -5.62 kJ T2=(1/2)0.4×T1=(1/2)0.4×273.15 =207 K;Q=0 W=U= n Cv,mT= (100/28)×20.79×(207-273.15)= -4911 J= - 4.911 kJ H= (100/28)×29.10×(207-273.15)=-6875 J= -6.875 kJ 3．在373.15 K、101325 Pa下，1 mol水缓慢蒸发。水的蒸发热为40.593 kJ·mol-1，1 kg 水的体积为1.043 dm3，1 kg水蒸气的体积为1 677 dm3。求：(1)蒸发过程中体系的U、H、W、Q；(2) 如忽略Ｖ液，并设水蒸气为理想气体，W为何值，并与(1)的结果比拟。（答案：①△U = 37536 J，△H = QP = 40593 J， W= -3057 J；② W= -3102 J） 解：(1) W=PV= -P(V气-V液) = -101325×18×(1.677-1.043×10-3)×10-3 = -3057 J H=Qp= 40593 J U=Q+W= 4 0593-3057=37536 J (2) 如忽略V液，那么W= -PV气= - nRT= -3102 J 4．在298.15K、101325 Pa下，1 mol H2与0.5 mol O2生成1 mol H2O（ｌ），放热285.90 kJ。 设Ｈ2及Ｏ2在此条件下均为理想气体，求U。假设此反响在一样的始、末态的条件下改在原电池中进展，做电功为187.82 kJ，求U、Q及W。 （答案：①△U = -282.18 kJ；② Q = -98.08 kJ，W= -184.10 kJ，△U = -282.18 kJ） 解： (1)反响为： H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) (恒温恒压) H= -285.9 kJ 假设忽略H2O(l)的体积，那么U= H- (n)RT， n = -1.5因而：U= -282.18 kJ (2) U不变，总功：W=电功+体积功= -187.82 +1.5RT = -184.1 kJ Q=U- W= -282.18+184.1= -98.1 kJ 5．在绝热密闭容器内装水1 kg。开动搅拌器使容器中的水由298 K升温至303 K。已经明白液 体水的Cp,m≈CV,m＝75.31 J·mol-1·K-1，求W、QU及H，结果说明什么 （答案：Q = 0，W = 20.92 kJ，△U = 20.92 kJ，△H = 20.92 kJ） 解： 因绝热，故Q=0，又由于恒容且Cv,m为常数，故 U=nCv,mdTT1T2=1000×75.31×(303-298)/18=20.92 kJ =n Cp,m(T2-T1)=20.92 kJ nCp,mdTT1T2 W=U= n Cv,m(T2-T1)= 20.92 kJ 讨论：此过程所得的功为非体积功，即W’≠0, 尽管过程是恒容的，而Qv≠U. 6．5 mol双原子理想气体，从101325 Pa、410.3 L的始态出发，经pT＝常数的可逆过程 (即体系在变化过程中pT＝常数)压缩至末态压强为202650 Pa。求(1)末态的温度；(2)此过程的U、H、W、Q。 （答案：①T = 500 K；②△U = -51.96 kJ，△H =-72.75，W = 41.57 kJ， Q = -93.53 kJ） 解：(1)始态温度 T1=P1V1/(nR)=101325×410.3×10-3/(5×8.314) =1000 K 因而末态温度T2=P1T1/P2=101325×1000/202640= 500 K n(5/2)RdT(2) U== (5×5/2)×8.314×(500-1000) = -51963 J=-51.96 kJ H= - W = nCp,mdT=(5×7/2)×8.314×(500-1000) =-72748 J= -72.75 kJ pdVK/TdV (∵PT=K) (K/T)2nRT/K2nRdT ∵V=nRT/P=nRT2/K, dV=2RTdT×n/K ∴- W = =2×5×8.314(500-1000) = -41570 J= -41.57 kJ W = 41.57 kJ Q=U-W= -51.96-41.57= -93.53 kJ 7．横放的绝热圆筒内装有无摩擦、不导热的活塞。在其两侧均盛有101325 Pa、273 K的理 想气体54Ｌ，并在左侧引入电阻丝使气体缓慢加热，直至活塞将右侧气体压缩至压强为202650 Pa为止。已经明白气体的CV,m＝12.47 J·mol-1·Ｋ-1。求：(1)右侧气体最后的温度及所得的功；(2)左侧气体最后温度及所得的热。 （答案：①T = 360.31 K，W = 2.620 kJ；②T = 732.4 K，W = 2.620 kJ） 解：右侧，相当于绝热可逆压缩： γγ=Cp,m/Cv,m=1.666，T1/T’2=(P1/P2)( -1)/ γ ’∴ T’2(右)=360.3 K 右、左侧气体的n=101325×0.054/(8.314×273.15)=2.409 mol 右侧得功W= U = Cv(T’2- T1)=2.409×12.47×(360.31-273.15)= 2.62 kJ 右侧末态体积 V’ 左侧末态体积 V2(左)=0.054+(0.054-0.03561)=0.07239 m3 左侧做功=右侧得功 W(左)= -2.620 kJ U(左)=nCv,mdT=2.409×12.47×(732.4-273.15)=13796 J Q（左）=U-W= 13796-2620 = 16416 J=16.42 kJ 8．设有绝热硬木箱，原为真空，在箱上刺一极小的细孔，空气缓慢地流入箱内。如箱外空气温度为T0，并将空气视为理想气体，证明箱内外压强相等时箱内空气温度为TT0，式中Cp,mCV,m。 证：此过程为绝热不可逆过程，设装满箱子需n mol的气体，那么过程示意图如下： 设n mol空气在箱外的温度为T0，压强为P0，体积为V0。体系：n mol空气及绝热箱；环境：其余空气 因Q=0那么U=W，U=n Cv,m ，T= n Cv,m(T-T0) 空气流入真空时并不作功，但其余空气对n mol空气(体系)所作的功就相当将气泡（P0,V0） 的气体全部压进箱内，故 W = P0V0 n Cv,m(T-T0)= P0V0， 或 n Cv,m(T-T0)=n RT0，T=(Cv,m+R)T0/ Cv,m=γT0 9．某礼堂容积为1 000 m3，室温为283 K，压强为101325 Pa，欲使其温度升至293 K，需 吸热多少设空气Cp,m＝2R，如室温由293 K降至283 K，当室外温度为273 K时，征询需导出多少热（答案：Q1 = 12.315×103 kJ；Q2 = -11.676×103 kJ） 解：(1) 将礼堂的墙壁视为绝热，因要维持室内压强为101325Pa，故室内空气的n将会随温 度的升高而变化。 Qp=Cp,mT2T1ndT= Cp,mT2T1PV/(RT)dT = (Cp,mPV/R)ln(T2/T1) =[7R×101325×1000/(2R)]ln(293/283)=12315039 J=1.2315×104 kJ (2) 降温时，要维持压强一定，那么n必定增加，有一局部空气进入礼堂(此局部空气由273K热至283K) 需加热，进入礼堂的空气： n=n2-n1=PV/RT2-PV/RT1 =PV/R(1/T2-1/T1) =[101325×1000/8.314](1/283-1/293) =1.47×103 mol 需加热：H1= n Cp,m(T2-T0) =1.47×103×(7R/2)×(283-273)= 428 kJ 将礼堂内原有空气降温需导出热： H2 =Qp2=n1Cp,m(T2-T1)=101325×1000×(283-293)×(7R/2)/(8.314×293) = -12104 kJ 总的应导出的热： Qp= Qp1+ Qp2 =-12104+428 = -11676 kJ 篇二：物理化学 习题答案 物理化学作业习题 物理化学教研组解 2022，7 第一章 热力学第一定律与热化学 1. 一隔板将一刚性决热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去左、右气体的压力到达平衡。假设以全部气体作为体系，那么ΔU、Q、W为正？为负？或为零？ 解：UQW0 2. 试证明1mol理想气体在衡压下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R。 证明：Wp(V2V1)nRTR 3