西工大版物理化学习题分析与参考 答 案.docVIP

PAGE 1 物理化学习题分析与参考答案 第二章 热力学第一定律 1、分析：理想气体双原子分子CV,m＝2.5R，然后用热容计算ΔU和ΔH。 ΔU＝nCV,mΔT＝7.79×103 J ΔH＝nCp,mΔT＝10.9×103 J 2、分析：理想气体恒压加热过程的ΔH等于恒压热Qp，He为单原子分子，CV,m＝1.5R；由ΔU和ΔH的热容计算公式(见题1)可知，ΔU1＝ ΔH1/γ，然后根据热一律计算W。理想气体的恒温可逆膨胀过程，温度恒定，ΔU＝ΔH＝0，然后根据理想气体可逆过程功的计算公式计算W可逆。 (1) 先恒压加热：Q1＝ΔH1＝nCp,m ΔT＝1039 J ΔU1＝ΔH1/γ=1039×3/5 J＝623.6 J W1= Q1-ΔU1＝415.4 J 后恒温可逆膨胀： ΔU2＝ ΔH2＝0 J Q2 = W2＝nRT2ln (p1/p2)＝1861 J 整个过程：Q＝Q1+Q2＝2900 J W＝W1+W2＝2276 J ΔU＝ΔU1＝623.6 J ΔH＝ΔH1＝1039 J (2) 先恒温可逆膨胀 ΔU1＝ΔH1＝0 J Q1 = W1＝nRT1ln (p1/p2)＝1573 J 然后恒压加热 Q2＝ΔH2＝nCp,m ΔT＝1039 J ΔU2＝ΔH2/γ=1039×3/5 J＝623.6 J W2= Q2-ΔU2＝415.4 J 整个过程：Q＝Q1+Q2＝2612 J W＝W1+W2＝1988 J ΔU＝ΔU1＝623.6 J ΔH＝ΔH1＝1039 J 结果说明：当始、终态相同时，状态函数的改变量相同，与途径无关，而功和热与途径有关。 3、分析：理想气体分别进行①恒温可逆，②恒外压急速膨胀，由于始终态温度相等，∴ΔU1＝ΔU2＝ΔH1＝ΔH2＝0，为求热，先求功，故首先求n和V2。 解：〖框图，略〗 n＝pV/(RT)＝……＝0.4406 mol V2＝nRT/p2＝……＝10.0×10-3 ∴ ① W1＝nRTln(p1/p2)＝nRTln(V2/V1)＝……＝1609.5 J 由热力学第一定律： Q1＝W1＋ΔU1＝……＝1609.5 J ② W2＝p外ΔV＝……＝800 J 由热力学第一定律： Q2＝W2＋ΔU2＝……＝800 J 4、分析：本题前三问为气体的恒定外压恒温变体积，注意已经给定始态与终态的体积，用它们计算ΔV，然后根据W＝p外ΔV计算W。恒温可逆过程的功根据公式W＝nRTln(V2/V1)计算。 解：(1)由于p外＝0，故W＝0； (2) 由于p外＝p2，W＝p2(V2-V1)＝nRT (V2-V1)/V1＝2326 J (3) W＝W1+W2＝ p2(V2-V1) + p3(V3-V2)＝3101 J； (4) W＝ nRTln(V2/V1)＝4301 J 以上结果说明，虽然始终态相同，但所作功不同，其中以恒温可逆膨胀所作的功最大。 7、分析：注意T1和T2需根据理想气体状态方程计算。理想气体恒温可逆膨胀过程，ΔU＝ΔH＝0 J，恒温可逆过程的功根据公式W＝nRTln(p1/p2)计算。绝热可逆膨胀过程Q＝0，W＝-ΔU＝-nCV,m ΔT。 (1) T1＝p1V1/nR＝240.6 K 过程1为理想气体恒温可逆膨胀：ΔU＝ΔH＝0 J Q＝W＝nRTln(p1/p2)＝1386 J 过程2为理想气体绝热可逆膨胀：T2＝197.3 K W＝-ΔU＝-nCV,m ΔT＝-5/2 …＝900 J Q＝0 J ΔU＝-900 J ΔH＝γ ΔU＝-1260 J (2) 图略 (3) 过程3为恒压过程。 8、分析：可逆过程所做功为最大功，故W＝nRTln(p1/p2)＝p1V1 ln(p1/p2)。 解：W＝nRTln(p1/p2)＝p1V1 ln(p1/p2)＝9441 J 9、分析：恒温可逆过程的功根据公式W＝nRTln(p1/p2)计算，气体的恒定外压恒温变体积，注意根据理想气体状态方程计算始态与终态的体积，用它们计算ΔV，然后根据W＝p外ΔV计算W。 解：理想气体恒温可逆过程： W＝ nRTln(p1/p2)＝-1.33×104 J 反抗恒外压作恒温膨胀： W＝p外(V1-V2)＝4.20×103 J 10、分析：注意绝热过程Q＝0，然后根据热容公式计算W，用理想气体状态方程计算T值。 解：绝热过程，Q＝0 W＝-ΔU＝-CV(T2-T1)＝CV(p1V1-p2V2)/nR W＝CV(p1V1-p2V2)/(Cp-CV)＝ (p1V1-p2V2)/(γ-1) 13、分析：单原子与双原子理想气体分子的热容不同，Cp,m/CV,