《简明物理化学》第二章答案
物理化学第二章作业及答案
第二章多相多组分系统热力学2007-4-24§2.1 均相多组分系统热力学 练习1 水溶液(1代表溶剂水，２代表溶质)的体积V 是质量摩尔浓度b 2的函数，若 V = A +B b 2+C (b 2)2(1)试列式表示V 1和V 2与b 的关系；答： b2: 1kg 溶剂中含溶质的物质的量， b 2=n 2, 112222,,,,2T P n T P n V V V B cb n b ⎛⎫⎛⎫∂∂===+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ ∵ V=n 1V 1+n 2V 2( 偏摩尔量的集合公式)∴ V 1=(1/n 1)(V-n 2V 2)= (1/n 1)( V-b 2V 2)= (1/n 1)(A+Bb 2+c(b 2)2-Bb 2-2cb 2)= (1/n 1)[A-c(b 2)2] (2)说明A ,B , A/n 1 的物理意义；由V = A +B b 2+C (b 2)2 ， V=A;A: b 2→0, 纯溶剂的体积，即1kg 溶剂的体积B; V 2=B+2cb 2, b 2→0, 无限稀释溶液中溶质的偏摩尔体积A/n 1：V 1= (1/n 1)[A-c(b 2)2]，∵b 2→0，V = A +B b 2+C (b 2)2, 纯溶剂的体积为A, ∴A/n 1 为溶剂的摩尔体积。
(3)溶液浓度增大时V 1和V 2将如何变化?由V 1，V 2 的表达式可知， b 2 增大，V 2 也增加，V 1降低。
2哪个偏微商既是化学势又是偏摩尔量?哪些偏微商称为化学势但不是偏摩尔量? 答： 偏摩尔量定义为,,c B B T P n Z Z n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭所以,,c B B T P n G G n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,c B B T P n H H n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cBB T P n F F n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cB B T P n U U n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ 化学势定义为：,,c B B T P n G n μ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭= ,,c B T V n F n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,c B S V n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,cB S P n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 可见，偏摩尔Gibbs 自由能既是偏摩尔量又是化学势。
物理化学第二章作业及答案
第二章多相多组分系统热力学2007-4-24§2.1 均相多组分系统热力学 练习1 水溶液(1代表溶剂水，２代表溶质)的体积V 是质量摩尔浓度b 2的函数，若 V = A +B b 2+C (b 2)2(1)试列式表示V 1和V 2与b 的关系；答： b2: 1kg 溶剂中含溶质的物质的量， b 2=n 2, 112222,,,,2T P n T P n V V V B cb n b ⎛⎫⎛⎫∂∂===+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ ∵ V=n 1V 1+n 2V 2( 偏摩尔量的集合公式)∴ V 1=(1/n 1)(V-n 2V 2)= (1/n 1)( V-b 2V 2)= (1/n 1)(A+Bb 2+c(b 2)2-Bb 2-2cb 2)= (1/n 1)[A-c(b 2)2] (2)说明A ,B , A/n 1 的物理意义；由V = A +B b 2+C (b 2)2 ， V=A;A: b 2→0, 纯溶剂的体积，即1kg 溶剂的体积B; V 2=B+2cb 2, b 2→0, 无限稀释溶液中溶质的偏摩尔体积A/n 1：V 1= (1/n 1)[A-c(b 2)2]，∵b 2→0，V = A +B b 2+C (b 2)2, 纯溶剂的体积为A, ∴A/n 1 为溶剂的摩尔体积。
(3)溶液浓度增大时V 1和V 2将如何变化?由V 1，V 2 的表达式可知， b 2 增大，V 2 也增加，V 1降低。
2哪个偏微商既是化学势又是偏摩尔量?哪些偏微商称为化学势但不是偏摩尔量? 答： 偏摩尔量定义为,,c B B T P n Z Z n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭所以,,c B B T P n G G n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,c B B T P n H H n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cBB T P n F F n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cB B T P n U U n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ 化学势定义为：,,c B B T P n G n μ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭= ,,c B T V n F n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,c B S V n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,cB S P n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 可见，偏摩尔Gibbs 自由能既是偏摩尔量又是化学势。
物理化学第二章作业及答案
第二章多相多组分系统热力学2007-4-24§2.1 均相多组分系统热力学 练习1 水溶液(1代表溶剂水，２代表溶质)的体积V 是质量摩尔浓度b 2的函数，若 V = A +B b 2+C (b 2)2(1)试列式表示V 1和V 2与b 的关系；答： b2: 1kg 溶剂中含溶质的物质的量， b 2=n 2, 112222,,,,2T P n T P n V V V B cb n b ⎛⎫⎛⎫∂∂===+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ ∵ V=n 1V 1+n 2V 2( 偏摩尔量的集合公式)∴ V 1=(1/n 1)(V-n 2V 2)= (1/n 1)( V-b 2V 2)= (1/n 1)(A+Bb 2+c(b 2)2-Bb 2-2cb 2)= (1/n 1)[A-c(b 2)2] (2)说明A ,B , A/n 1 的物理意义；由V = A +B b 2+C (b 2)2 ， V=A;A: b 2→0, 纯溶剂的体积，即1kg 溶剂的体积B; V 2=B+2cb 2, b 2→0, 无限稀释溶液中溶质的偏摩尔体积A/n 1：V 1= (1/n 1)[A-c(b 2)2]，∵b 2→0，V = A +B b 2+C (b 2)2, 纯溶剂的体积为A, ∴A/n 1 为溶剂的摩尔体积。
(3)溶液浓度增大时V 1和V 2将如何变化?由V 1，V 2 的表达式可知， b 2 增大，V 2 也增加，V 1降低。
2哪个偏微商既是化学势又是偏摩尔量?哪些偏微商称为化学势但不是偏摩尔量? 答： 偏摩尔量定义为,,c B B T P n Z Z n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭所以,,c B B T P n G G n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,c B B T P n H H n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cBB T P n F F n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cB B T P n U U n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ 化学势定义为：,,c B B T P n G n μ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭= ,,c B T V n F n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,c B S V n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,cB S P n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 可见，偏摩尔Gibbs 自由能既是偏摩尔量又是化学势。
智慧树知到《简明物理化学》章节测试答案
智慧树知到《简明物理化学》章节测试答案绪论1、下述内容不属于物理化学研究的范畴的是A:电动汽车电池的充电量和充电时间研究B:冬季燃烧天然气取暖C:新型洗涤用品的研究D:核反应堆发电答案:核反应堆发电2、下述研究思路不属于物理化学的研究方法的是A:从简单问题开始研究到研究复杂问题B:从定性研究到定量研究C:从特殊到一般再到特殊的研究过程D:直接从最难的问题开始研究答案:直接从最难的问题开始研究第一章1、下列说法中正确是：()。
A:理想气体等温过程，DT=0，故Q=0B:理想气体氧气和氢气等容条件下发生化学反应ΔU=C:理想气体等容过程，ΔH=D:理想气体绝热过程，pVγ=常数答案:理想气体等容过程，ΔH=2、H2和O2以2：1的摩尔比在绝热钢瓶中反应生成H2O，此过程中下面哪个表示式是正确的（）A:DH=0B:DH<0C:Q<0D:DU=0答案:DU=03、理想气体从同一始态(P1，V1)出发，经绝热可逆压缩和恒温可逆压缩，使其终态都达到体积V2，则两过程作的功的绝对值应有()A:绝热可逆压缩功大于恒温可逆压缩功B:绝热可逆压缩功等于恒温可逆压缩功C:绝热可逆压缩功小于恒温可逆压缩功D:无确定关系答案:绝热可逆压缩功大于恒温可逆压缩功4、理想气体向真空容器中膨胀，以所有的气体作为研究体系，一部分气体进入真空容器后，余下的气体继续膨胀所做的体积功()A:W>0B:W=0C:W<0D:无法计算答案:W=05、化学反应A→B，A→C的焓变分别为ΔrH1和ΔrH2，那么化学反应B→C的焓变ΔrH3为（）A:ΔrH3=ΔrH1+ΔrH2B:ΔrH3=ΔrH1-ΔrH2C:ΔrH3=-ΔrH1+ΔrH2D:无法确定答案:ΔrH3=-ΔrH1+ΔrH26、在101.325kPa，l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。
若水蒸气可视为理想气体，由于过程等温，所以该过程DU=0。
A:对B:错答案:错7、当系统向环境传热时，系统的热力学能不一定减少。
《简明物理化学》第二章答案
1.2mol 298K，5dm3的He（g),经过下列可逆变化：（1）等温压缩到体积为原来的一半；（2）再等容冷却到初始的压力。
求此过程的。
已知20.8J•K—1•mol-1.等温压缩等容冷却解：体系变化过程可表示为W=W1+W2=nRTln+0=2×8。
314×298×ln0.5=—3435(J)Q=Q1+Q2=W1+ΔU2=—3435+nΔT=—3435+n(298—298/2)=—3435+(—3716）=—7151（J)ΔU=ΔU1+ΔU2=ΔU2=—3716（J)ΔS=ΔS1+ΔS2=nRln+=2×8.314×ln0。
5+2×1。
5×8.314ln0。
5=—2818(）2.10mol理想气体从40℃冷却到20℃，同时体积从250dm3变化到50dm3.已知该气体的=29。
20J•K—1•mol-1,求。
解：假设体系发生如下两个可逆变化过程250dm3 等温50dm3 等容50dm340℃ΔS1 40℃ΔS220℃ΔS=ΔS1+ΔS2=nRln+=10Rln+10×(29.20-8。
314）×ln=-147。
6（)3.2mol某理想气体（=29。
36 J•K-1•mol-1）在绝热条件下由273.2K,1。
0MPa膨胀到203.6K，0.1MPa求该过程的。
解：273。
2K 绝热203。
6K1。
0MPa 膨胀0。
1MPa∵=29。
36∴ =29.36-8.314=21。
046且Q=0ΔU==2×21。
046×(203.6-273.2）=-2930（J)W=—ΔU=2930(J)4.有一带隔板的绝热恒容箱，在隔板两侧分别充以不同温度的H2和O2，且V1=V2(见图），若将隔板抽去，试求算两种气体混合过程的（假设此两种气体均为理想气体）。
解：先由能量衡算求终温。
O 2 与 H 2均为双原子分子理想气体,故均有=5R/2,设终温为T,则 (293.2—T)=（T-283。
物理化学 答案 第二章_习题解答
=
(0.3 × 48.66 +
0.7 ×12) KJ·mol-1
=
23.0KJ·mol-1
B
∑ ∑ ∑ S
2-2 已知当 NaCl 溶液在 1kg 水中含物质的量为 n（单位为 mol）的 NaCl 时，体积 V 随 n 的变化关系为：
V/m3 = 1.00138×10-3 + 1.66253×10-5n/mol +1.7738×10-3(n/mol)3/2 + 1.194×10-7(n/mol)2
求当 n 为 2mol 时 H2O 和 NaCl 的偏摩尔体积为多少？ 解：设水用“A”表示，NaCl 用“B”表示,由题意得：
1
⎜⎜⎝⎛
∂V ∂n B
⎟⎟⎠⎞ = 1.66253 ×10−5
+ 1.7738 ×10−3
×
3 2
1
× (n / mol) 2
+ 1.194 × 10−7
× 2(n / mol)
那么当 n=2 时，NaCl 的偏摩尔体积
VB
= 1.66253 × 10−5
+ 1.7738 × 10−3
×
3
×
2
1 2
mol·dm3 = 0.547mol·dm-3
bB
=
nB mA
=
wB M (1 − wB )
=
0.095 0.18 × (1 − 0.095)
mol·kg-1 = 0.583mol·kg-1
2-4 若将 25℃、101.325KPa 纯理想气体的状态定为气体的标准状态，则氧气的标准
熵 S1O =205.03J·K-1·mol-1，现改为 25℃、100Kpa 的纯理想气体作为气体的标准态，氧气
物理化学简明教程习题答案
第一章气体的pVT性质1.1 物质的体膨胀系数与等温压缩率的定义如下试推出理想气体的，与压力、温度的关系。
解：根据理想气体方程1.2 0℃，101.325kPa的条件常称为气体的标准状况，试求甲烷在标准状况下的密度。
解：将甲烷(Mw =16.042g/mol)看成理想气体： PV=nRT , PV =mRT/ Mw甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PMw/RT=10116.042/8.314515(kg/m3)=0.716 kg/m31.3 一抽成真空的球形容器，质量为25.0000g充以4℃水之后，总质量为125.0000g。
若改充以25℃，13.33 kPa的某碳氢化合物气体，则总质量为 25.0163g。
试估算该气体的摩尔质量。
水的密度1g·cm3计算。
解：球形容器的体积为V=（125-25）g/1 g.cm-3=100 cm3将某碳氢化合物看成理想气体：PV=nRT , PV =mRT/ MwMw= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)×8.314×298.15/(13330×100×10-6)M w =30.31(g/mol)1.4 两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。
若将其中的一个球加热到 100℃，另一个球则维持 0℃，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。
解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。
标准状态：因此，1.5 0℃时氯甲烷（CH 3Cl ）气体的密度ρ随压力的变化如下。
试作p p-ρ图，用外推法求氯甲烷的相对分子质量。
1.6 今有20℃的乙烷－丁烷混合气体，充入一抽成真空的200 cm3容器中，直至压力达101.325 kPa，测得容器中混合气体的质量为0.3897 g。
试求该混合气体中两种组分的摩尔分数及分压力。
解：将乙烷(M w=30g/mol,y1),丁烷(M w=58g/mol,y2)看成是理想气体:PV=nRT n=PV/RT=8.3147⨯10-3mol(y1⨯30+(1-y1) ⨯58)⨯8.3147⨯10-3=0.3897y1=0.401 P1=40.63kPay2=0.599 P2=60.69kPa1.7 如图所示，一带隔板的容器内，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均可视为理想气体。
物理化学简明教程(第四版)第二章热力学第二定律解析
• Q表示不可逆过程的热效应。由上式得
Q1* Q2* 0 T1 T2
• 对一任意不可逆循环来说，必有
Q*
T
0
(2) 不可逆过程的热温商
• 假定有一不可逆循环如图所示
2 T T 2 Q 2 Q r ir > 1 T 1 T 2 Q > 不可逆 S 1 T = 可逆 Q > 不可逆 dS T = 可逆 1
自发过程的实例
• (1) 理想气体向真空膨胀 • 此过程Q＝0；W＝0；U＝0；T=0。如 果要让膨胀后的气体变回原状，必须要 对系统做压缩功。 • (2) 热由高温物体传向低温物体 • 如果要使已经传到低温物体的热回到高 温物体，则必须要做功。 • (3) 自发化学反应 • Cd(s) + PbCl2 (aq) ＝ CdCl2 (aq) + Pb(s)
Q=0 ，W=ΔU=nCV,m (T2－T1) ③恒温可逆压缩
Q2 W2
V4
V3
V4 pdV nRT2 ln( ) V3
④绝热可逆压缩 Q=0，W= ΔU= nCV,m (T1－T2) 状态1和4 在一条绝热线上，2和3 在另外一条绝热线上。
按理想气体的可逆绝热过程方程式 TVγ-1=常数，有
§2.5 熵变的计算及其应用
• (1)定温过程的熵变 • 对定温可逆过程来说，则
Qr Qr S T T
• 对理想气体定温可逆过程来说
V2 nRT ln V1 V2 p1 S nR ln nR ln T V1 p2
例题3
• (1) 在300K时，5mol的某理想气体由 10dm3定温可逆膨胀到100dm3。计算此过 程中系统的熵变； • (2)上述气体在300K时由10dm3向真空膨 胀变为100dm3。试计算此时系统的S。 并与热温商作比较。 V 100 S nR ln 5 8.314 ln • 解 (1) J K 95.7J K V 10 • (2) 熵变仍为95.7J K-1。热温商为
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（1）等温压缩到体积为原来的一半;
（2）再等容冷却到初始的压力。
求此过程的 。已知 20.8Ｊ•Ｋ-１•mol-１。
解：体系变化过程可表示为
W＝W1+W2=nＲTｌn +0=2×８.314×２98×lｎ0.５=－343５(J）
Ｑ＝Q1＋Q2=W1+ΔU2=-3４３5+ｎ ΔT=-3４35+n (２98－2９8/2)
解:CO2(l)CO２(s)
－59℃, ΔG－５9℃，
CO２(ｌ)CＯ2(s)
-59℃, (l)-５9℃, （s)
CＯ２（ｇ）CO２（g）
－59℃, （ｌ)-59℃, (s）
ΔG1 0，ΔG5 ０ΔG２＝ΔG4=0
∴ΔＧ=ΔG3= =nRTln =1×８.３14×2１4.２ln =-104.9J
∵ ΔG=ΔH-TΔSΔH=－１８9.５4×4４=-８339.76J
ΔS＞Ｑ／T，所以此过程为不可逆过程
9.1mｏlH2O(l)在１０0℃，10132５Pa下变成同温同压下的H２Ｏ(g),然后等温可逆膨胀到 Pa，求整个过程的 。已知水的蒸发焓 40.67kJ•Ｋ-1.
解:W１= ΔＶ= （ ) nRT=3.1kＪ
W2=nＲＴln =8．31４×373.１5×ln =2.883kJ
解:先由能量衡算求终温。O2与Ｈ2均为双原子分子理想气体,故均有 =5R/２,设终温为T,则
（293.２－T)= (T-2８３.2)
T＝28８．２K
整个混合过程可分以下三个过程进行：
１moｌ，O2，２８3．２Ｋ1mol，O2，T
在恒温恒压下混合达状态
１mol,H２,293.2K１mｏｌ,H2，T
当过程①与②进行后，容器两侧气体物质的量相同，温度与体积也相同,故压力也必然相同，即可进行过程③。三步的熵变分别为：
故W=W1+W2=５.983kJ
Q1=n =40.６7ｋJ
Q2=W２=2.883kJ
故Q=Q1+Ｑ2=4０.６7＋2.8８3＝4３.5５kJ
ΔU1=Ｑ1-Ｗ1＝37．57kJ
ΔＵ=ΔU1=3７.5７kJ
ΔH1=n =40．67ｋＪ
ΔH2=0
故ΔH＝ΔＨ1＋ΔH2=4０.67kJ
ΔS1＝Q１/Ｔ= =1０9 ΔS２=nRln =８.314×0．93=7．７3
∴ΔS＝(ΔH-ΔG)/Ｔ= ＝-38.5
7.2mｏlO2(g)在正常沸点-1８2．97℃时蒸发为101325Pa的气体，求此过程的 。已知在正常沸点时O2(l)的 6.８2０kJ•K-1。
解:O2在 ,-182.9７℃时的饱和蒸气压为101．３25Pa，该相变为等温可逆相变
Ｑ=n 故ΔS=Q/T=n /T＝ ＝151
解:C６H6(l)Ｃ5H6(s)
－5℃, -5℃,
C6H6(ｌ)C６Ｈ6（s)
-5℃, (l)-5℃， (s)
C6H6(g)C６Ｈ6（g)
－5℃, （l）-５℃, （s）
8.１ｍol水在1０0℃及标准压力下向真空蒸发变成10０℃及标准压力的水蒸气，试计算此过程的 ,并与实际过程的热温熵相比胀，W=０,Q=ΔＵ＝ΔH-Δ =ΔH－nRT=４0.67× -8.314×373.2
＝37.567
Ｑ/T= =１00．６6
解:假设体系发生如下两个可逆变化过程
２5０dm3等温５0dm３等容50dｍ3
40℃ΔＳ1４０℃ΔS220℃
ΔS=ΔS1+ΔS2＝nＲln +
=10Ｒln ＋10×(２9.20-8.３１4)×ln
=-１４７.6( )
3.2mol某理想气体( =２9.3６J•K-１•mol-1)在绝热条件下由２７3.2Ｋ,１.0MPa膨胀到203.6Ｋ,0.1MPa求该过程的 。
故ΔS＝ΔS1+ΔS2=1１６.73
10.１mｏl０℃,１01325Pa的理想气体反抗恒定的外压力等温膨胀到压力等于外压力,体积为原来的10倍,试计算此过程的 。
解：Ｗ=- ΔV=－ (Ｖ２-V1)=- (10Ｖ1－V1）
=- V１=-0．9RT=-0.9×８.314×273.15=-2.０4kＪ
Q=－W=2.0４ｋＪ
解：27３.２K绝热203.6K
1.0ＭPa膨胀0.1MPa
∵ ＝29.３6
∴ =29.36-8.314=2１.046
且Q=0
ΔU= =２×21．０4６×(203.6－2７3.２)=-２9３0(J)
W=-ΔU=2９30（J)
4.有一带隔板的绝热恒容箱,在隔板两侧分别充以不同温度的Ｈ2和O2，且Ｖ１=V2(见图)，若将隔板抽去，试求算两种气体混合过程的 (假设此两种气体均为理想气体）。
=1.４0( )
6.过冷ＣO2(l)在－5９℃时其蒸气压为465.9６kPa,而同温度下CO2（s)的蒸气压为439．30kPa。求在－5９℃、1０1.3２5kPａ下,1mol过冷CO2(l)变成同温、同压的固态CO2（s）时过程的 ,设压力对液体与固体的影响可以忽略不计。已知过程中放热189.54J•g-1．
ΔU=ΔH=0ΔS=nＲｌｎ =8.31４×ln1０＝１9.14
ΔG=ΔH－TΔＳ＝－52２9J -5.23kJ
ΔF=ΔU-TΔＳ=-52２9J －5.２3kJ
11.若－5℃时,Ｃ5H6(s)的蒸气压为228０Ｐa,-5℃时C6H6（l)凝固时 －３5．65J•K-１•mｏl-１,放热98７４J•moｌ－1，试求-５℃时C６H6(l)的饱和蒸气压为多少？
ΔS１＝ ＝ ＝0.364
5.100ｇ、1０℃的水与2０0ｇ、40℃的水在绝热的条件下混合,求此过程的熵变。已知水的比热容为4．１84Ｊ•K-1•g-1。
解:∵绝热混合∴
＝-
C•m1(t-t1)=-C•m2(ｔ-t2) t为混合后的温度
∴ t-1０=2(4０-t） ｔ=３０℃＝3０3.15K
ΔS=100 ＋２00
=-3４３５+(－371６)=－71５１(J)
ΔU=ΔU1+ΔＵ2=ΔＵ２=-37１6(Ｊ)
ΔS=ΔS1+ΔＳ２=nRln + =2×8．314×ln0.5+２×1.5×8.3１4ｌn０．５
=-281８（ ）
2.10mol理想气体从40℃冷却到2０℃,同时体积从250ｄm３变化到５0dm3。已知该气体的 ＝29.２０Ｊ•Ｋ-1•mol-１,求 。