物理化學(xué)課后答案解析-熱力學(xué)第一定律-在線瀏覽
2024-09-15 09:41本頁面
【正文】 B、C之間，p2（等溫可逆）＞p2（絕熱不可逆）＞ p2（絕熱可逆）當p2相同時，D點在B、C之間，V2（等溫可逆）＞ V2（絕熱不可逆）＞V2（絕熱可逆）?！?】.可逆過程有哪些基本特征？請識別下列過程中哪些是可逆過程。答：可逆過程基本特征：（1）過程以無限小變化進行，由一連串接近于平衡的狀態(tài)構(gòu)成；（2）在反向過程中必須沿著原來過程的逆過程用同樣的手續(xù)使體系和環(huán)境復(fù)原；（3）等溫可逆膨脹過程中體系對環(huán)境做最大功，等溫可逆壓縮過程中環(huán)境對體系做最小功?！?】試將如下的兩個不可逆過程設(shè)計成可逆過程：（1）在298K，水蒸發(fā)為同溫、同壓的氣；（2）在268K，水凝結(jié)為同溫、同壓的冰?；蚪?jīng)過d、e、f過程d為可逆等溫降壓，PS為水在298K時的飽和蒸汽壓；e為可逆等溫等壓蒸發(fā)；f為可逆等溫升壓?！?】判斷下列各過程中的Q，W，△U和可能知道的△H值，用0,0或=0表示.圖 (1),當電池放電后,選擇不同的對象為研究系統(tǒng), ①以水和電阻絲為系統(tǒng)②以水為系統(tǒng)③以電阻絲為系統(tǒng)④以電池和電阻絲為系統(tǒng)⑤以水、電池和電阻絲為系統(tǒng)；（2）van der Waals 氣體等溫自由膨脹；（3）密閉非絕熱容器中盛有鋅粒和鹽酸，容器上部有可移動的活塞；（4）C6H6（s,Tf）→C6H6(1,Tf )。【解】（1）過程①②③④⑤W0=00=0=0Q=0000=0△U0000=0（2）Q0，W=0，△U0 。（4）W0 ，Q0，△U0。(6) 因為是恒容、非絕熱反應(yīng)，QV0W=P外△V=0，△U=Q+W0，△H=△U+△（PV）=△U+ V△P 0（因為V不變，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在非絕熱容器中溫度不變，故壓力也不變，△P=0）。JT系數(shù)μ的表達式為：對于理想氣體：，則又因為所以，理想氣體的內(nèi)能是溫度的函數(shù)。例：（1）JouleThomson的節(jié)流過程；（2）理想氣體的等溫過程；（3）絕熱等壓反應(yīng)（非體積功為0）（4）理想氣體的自由膨脹過程【7】在下列關(guān)系式中，請指出哪幾個是準確的，哪幾個是不準確的，并簡單說明理由。解 （1）準確，因為碳的最穩(wěn)定單質(zhì)是石墨固體，而1摩爾石墨完全燃燒生成1摩爾二氧化碳氣體。(3) 不準確，根據(jù)反應(yīng)的計量系數(shù)，可得：，而不是(4) 不準確，因為還可以燃燒生成，所以。氣體的Cp,m和Cv,m的關(guān)系為：上式的物理意義如下：恒容時體系的體積不變，而恒壓時體系的體積隨溫度的升高要發(fā)生變化。如果體系的體積隨溫度的升高而增大，則，則；反之，體系的體積隨溫度的升高而縮小的話，則。對于理想氣體，則有 。習(xí)題解答【1】如果一個系統(tǒng)從環(huán)境吸收了40J的熱，而系統(tǒng)的熱力學(xué)能卻增加了200J，問系統(tǒng)從環(huán)境得到了多少功？如果該系統(tǒng)在膨脹過程中對環(huán)境作了10kJ的功，同時吸收了28kJ的熱，求系統(tǒng)的熱力學(xué)能變化值。（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）=10molmol1300K=(3)=10molmol1300K=【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)，請計算每個狀態(tài)的壓力、Q、W和ΔU。【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。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，計算各過程的ΔU，ΔH，W和Q的值。（1）自由膨脹；（2）反抗恒外壓100kPa膨脹；（3）可逆膨脹?！窘狻? =【7】理想氣體等溫可逆膨脹，體積從V1膨脹到10V1?！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。m6mol1.【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作理想氣體處理的原因。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?！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。(2)先等溫可逆膨脹至100kPa,再等壓加熱至323K.請分別計算兩個途徑的Q,W,ΔU和ΔH，試比較兩種結(jié)果有何不同,說明為什么?！?1】 273K，壓力為5105Pa時，N2（g），直到N2（g）的壓力也等于100kPa為止。假定氣體是理想氣體。已知蒸發(fā)熱為858kJkg1。解 （1）乙醇在沸點蒸發(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
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