物理化學(xué)課后答案解析-熱力學(xué)第一定律(編輯修改稿)
2024-09-01 09:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 200J40J=160JΔU=Q+W=28kJ+（10kJ）=18kJ【2】有10mol的氣體（設(shè)為理想氣體），壓力為1000kPa，溫度為300K，分別求出溫度時下列過程的功：（1）在空氣壓力為100kPa時，體積脹大1dm3；（2）在空氣壓力為100kPa時，膨脹到氣體壓力也是100kpa。（3）等溫可逆膨脹至氣體的壓力為100kPa.【解】（1）氣體作恒外壓膨脹：故=100103Pa（1103）m3=100J（2）=10molK1mol1300K=(3)=10molK1mol1300K=【3】1mol單原子理想氣體，,始態(tài)（1）的溫度為273K，經(jīng)歷如下三步，又回到始態(tài)，請計(jì)算每個狀態(tài)的壓力、Q、W和ΔU。（1）等容可逆升溫由始態(tài)（1）到546K的狀態(tài)（2）；（2）等溫（546K）可逆膨脹由狀態(tài)（2）（3）；（3）經(jīng)等壓過程由狀態(tài)（3）回到始態(tài)（1）。【解】 (1)由于是等容過程,則 W1=0ΔU1=Q1+W1=Q1==13/2(546273)=(2) 由于是等溫過程,則 ΔU2=0 根據(jù)ΔU=Q+W 得Q2=W2又根據(jù)等溫可逆過程得: W2=Q2=W2=(3). 由于是循環(huán)過程則:ΔU=ΔU1+ΔU2+ΔU3=0得 ΔU3=(ΔU1+ΔU2)=ΔU1=W3=PΔV=P3(V3V1)=101325()=Q3=ΔU3W3==【4】在291K和100kPa下，1molZn(s)溶于足量稀鹽酸中，置換出1molH2(g)，并放熱152KJ。若以Zn和鹽酸為系統(tǒng)，求該反應(yīng)所做的功及系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化。解 該反應(yīng) Zn(s)+2HCl(a)=ZnCl2(s)+H2(g)所以 【5】在298K時，有2molN2(g)，始態(tài)體積為15dm3，保持溫度不變，經(jīng)下列三個過程膨脹到終態(tài)體積為50dm3，計(jì)算各過程的ΔU，ΔH，W和Q的值。設(shè)氣體為理想氣體。（1）自由膨脹；（2）反抗恒外壓100kPa膨脹；（3）可逆膨脹?！窘狻浚?）自由膨脹 P外=0 那么W=0又由于是等溫過程則ΔU=0 ΔH=0根據(jù)ΔU=Q+W 得Q=0（2）反抗恒外壓100kPa膨脹W= P外ΔV=100(5015)=由等溫過程得 ΔU=0 ΔH=0根據(jù)ΔU=Q+W 得Q=W=（3）可逆膨脹同樣由等溫過程得 ΔU=0 ΔH=0Q=W=【6】在水的正常沸點(diǎn)（，）,有1molH2O(l)變?yōu)橥瑴赝瑝旱腍2O(g)，已知水的摩爾汽化焓變值為，請計(jì)算該變化的Q，ΔU，ΔH的值各為多少?！窘狻? =【7】理想氣體等溫可逆膨脹，體積從V1膨脹到10V1。（1）求始態(tài)體積V1；（2）若氣體的量為2mol，試求系統(tǒng)的溫度?！窘狻? (1) 根據(jù)理想氣體等溫可逆過程中功的公式： 又根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程, 所以 (2)由(1)式, 則 【8】在100kPa及423K時，將1molNH3（g）等溫壓縮到體積等于10dm3，求最少需做多少功？（1）假定是理想氣體；（2）假定符合van der Waals方程式。已知van der Waals常數(shù)a=m6mol2,b=mol1.【解】（1）由 PV=nRT 得由理想氣體等溫壓縮氣體做功最少得： （2）若氣體服從范德華方程，代入各個量，整理得：此式是一個三次方程，可以由公式或?qū)懗绦蚯蠼猓河挚梢?，理想氣體和實(shí)際氣體是有差別的，但若條件不是很極端的話，這個差異不是很大，這也是為什么常把一般氣體當(dāng)作理想氣體處理的原因。事實(shí)上，對實(shí)際氣體，由范德華方程得 由于是恒溫可逆過程，此式是恒溫過程或可逆過程時范德華氣體膨脹或壓縮時的做功的一般結(jié)論。同樣可以求得：【9】已知在373K和100kPa壓力時，1kgH2O（l）, 1kgH2O（g）的體積為1677dm3,H2O（l）的摩爾汽化焓變值。當(dāng)1molH2O（l）在373K和外壓為100kPa時完全蒸發(fā)成H2O（g），試求：（1）蒸發(fā)過程中系統(tǒng)對環(huán)境所做的功；（2）假定液態(tài)水的體積可忽略不計(jì)，試求蒸發(fā)過程中系統(tǒng)對環(huán)境所做的功，并計(jì)算所得結(jié)果的相對誤差；（3）假定把蒸汽看作理想氣體，且略去液態(tài)水的體積，求系統(tǒng)所做的功；（4）求（1）中變化的和；（5）解釋何故蒸發(fā)的焓變大于系統(tǒng)所作的功?！窘狻? （1）（2）忽略，則百分誤差=（3）若看作理想氣體，忽略，則（4）（5）由（4）可見，水在蒸發(fā)過程中吸收的熱量很小部分用于自身對外膨脹做功，另一部分用于克服分子間作用力，增加分子間距離，提高分子間的勢能及體系的內(nèi)能。,從始態(tài):273K,200kPa,到終態(tài)323K,100kPa,通過兩個途徑:(1)先等壓加熱至323K,再等溫可逆膨脹至100kPa。(2)先等溫可逆膨脹至100kPa,再等壓加熱至323K.請分別計(jì)算兩個途徑的Q,W,ΔU和ΔH，試比較兩種結(jié)果有何不同,說明為什么?！窘狻浚?） （2） 可見始終態(tài)確定后功和熱與具體的途徑有關(guān)，而狀態(tài)函數(shù)的變化和與途徑無關(guān)。【11】 273K，壓力為5105Pa時，N2（g），直到N2（g）的壓力也等于100kPa為止。求過程中的W,ΔU，ΔH和Q。假定氣體是理想氣體。【解】 （1）由于N2作等溫膨脹 即 由于 ，ΔT=0，則ΔU=ΔH=0，Q=W=【12】 。已知蒸發(fā)熱為858kJkg1,kg1。試求過程的ΔU，ΔH,W和Q（計(jì)算時略去液體的體積）。解 （1）乙醇在沸點(diǎn)蒸發(fā)是等溫等壓可逆過程，又 ，壓力為100kPa時，（l）經(jīng)下列不同的過程變?yōu)?73K、100kPa的H2O（g），請分別求出各個過程的ΔU，ΔH,W和Q值。（1）在373K，100kPa壓力下H2O（l）變?yōu)橥瑴?、同壓的汽；?）先在373K，外壓為50kPa下變?yōu)槠?，然后加壓?73K、100kPa的汽；（3）把這個H2O（l）突然放進(jìn)恒溫373K的真空箱中，控制容積使終態(tài)壓力為100kP
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