物理化学第三章习题解答
物理化学第五版第三章答案
第三章热力学第二定律3.1 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。
求（1）热机效率；（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为根据定义3．2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：（1）热机效率；（2）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热解：(1) 由卡诺循环的热机效率得出（2）3．3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求（1）热机效率；（2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。
解：（1）(2)3．4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功r W 等于不可逆热机作出的功－W 。
假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修斯说法。
证： （反证法） 设 r ir ηη>不可逆热机从高温热源吸热，向低温热源放热，对环境作功则逆向卡诺热机从环境得功从低温热源吸热向高温热源放热则若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不可逆热机从高温热源吸收的热相等，即总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境作功，违背了热力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。
3．5 高温热源温度，低温热源温度，今有120KJ的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程。
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程3.6 不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。
（1）可逆热机效率。
（2）不可逆热机效率。
（3）不可逆热机效率。
解：设热机向低温热源放热，根据热机效率的定义因此，上面三种过程的总熵变分别为。
3.7 已知水的比定压热容。
今有1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加热成100 ℃的水，求过程的。
（1）系统与100℃的热源接触。
（2）系统先与55℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。
大学物理化学 第三章 多组分系统热力学习指导及习题解答
RT Vm p A Bp
积分区间为 0 到 p,
RT
p
d ln
f=
（p RT
A Bp)dp
0
0p
RT p d ln（ f ）= （p A Bp)dp Ap 1 Bp2
0
p0
2
因为
lim ln( f ) 0 p0 p
则有
RT ln（ f ）=Ap 1 Bp2
为两相中物质的量浓度，K 为分配系数。
萃取量
W萃取
=W
1
KV1 KV2 V2
n
二、 疑难解析
1. 证明在很稀的稀溶液中，物质的量分数 xB 、质量摩尔浓度 mB 、物质的量浓度 cB 、质量分数 wB
之间的关系： xB
mBM A
MA
cB
MA MB
wB 。
证明：
xB
nA
nB nB
nB nA
）pdT
-S
l A,m
dT
RT xA
dxA
-S（mg A）dT
-
RT xA
dxA =
S（mg A）-S
l A,m
dT
Δvap Hm (A) T
dT
-
xA 1
dxA = xA
Tb Tb*
Δvap Hm (A) R
dT T2
若温度变化不大， ΔvapHm 可视为常数
- ln
xA =
Δvap Hm (A) R
真实溶液中溶剂的化学势 μA μ*A(T, p) RT ln γx xA =μ*A(T, p) RT ln aA,x
真实溶液中溶质 B μB μB* (T, p) RT ln γx xB =μ*A(T, p) RT ln aB,x
第五版物理化学第三章习题答案（）
第五版物理化学第三章习题答案（）第三章热力学第二定律3.1 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。
求（1）热机效率；（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为根据定义3．2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：（1）热机效率；（2）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热解：(1) 由卡诺循环的热机效率得出（2）3．3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求（1）热机效率；（2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。
解：（1）(2)3．4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功r W 等于不可逆热机作出的功－W 。
假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修斯说法。
证：（反证法）设r ir ηη>不可逆热机从高温热源吸热，向低温热源放热，对环境作功则逆向卡诺热机从环境得功从低温热源吸热向高温热源放热则若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不可逆热机从高温热源吸收的热相等，即总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境作功，违背了热力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。
3．5 高温热源温度，低温热源温度，今有120KJ的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程。
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程3.6 不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。
（1）可逆热机效率。
（2）不可逆热机效率。
（3）不可逆热机效率。
解：设热机向低温热源放热，根据热机效率的定义因此，上面三种过程的总熵变分别为。
3.7 已知水的比定压热容。
今有1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加热成100 ℃的水，求过程的。
（1）系统与100℃的热源接触。
物理化学第三章习题答案
1mol理想气体 恒 温 可逆1mol理想气体
300K，100 kPa
300K，1000kPa
dT 0 U H 0
S nR ln p1 ?
p2
WT ,r
nRT ln
p1 p2
?
A U TS ?
G H TS ?
Q W
7.10 mol 过冷水在 -10℃ ，101.325 kPa下结冰。
根据吉布斯函数判据，过程不可自发进行。
9. 通过设计过程求1mol H2O(g)在25℃平衡压力下凝结为
液态水的过程的∆H、∆S 和∆G。已知25℃下，水的饱和蒸
气压为3.167kPa；在100℃下水的ΔvapHm = 40.63
kJ·mol-1，
1C·mp,mo⑴l-1=。75H.302OJ·K( g-1·)mol- 1H，CpH,m（2Og）(l=) 33.50 J·K-
压缩到体积为5dm3，求终态温度及过程的Q、W、ΔU、
ΔH、ΔS。
解： 1mol理想气体 恒 熵1mol理想气体
298K，100kPa
T2，5dm3
T2
( V1
)
R CV ,m
T1
V2
V1
nRT1 p1
T2 ?
U nCV ,m (T2 T1) ?
S 0
H nCp,m (T 2T1) ?
nC
p,m
ln
T2 T1
nR ln
p1 p2
?
S1
nS
m
0.04 205 .14
8.21J
K 1
S2 S1 S ?
物理化学第三章课后答案完整版
第三章热力学第二定律3.1 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作。
求（1）热机效率；（2）当向环境作功时，系统从高温热源吸收的热及向低温热源放出的热。
解：卡诺热机的效率为根据定义3．2 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求：（1）热机效率；（2）当从高温热源吸热时，系统对环境作的功及向低温热源放出的热解：(1) 由卡诺循环的热机效率得出（2）3．3 卡诺热机在的高温热源和的低温热源间工作，求（1）热机效率；（2）当向低温热源放热时，系统从高温热源吸热及对环境所作的功。
解：（1）(2)3．4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功r W 等于不可逆热机作出的功－W 。
假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修斯说法。
证： （反证法） 设 r ir ηη>不可逆热机从高温热源吸热，向低温热源放热，对环境作功则逆向卡诺热机从环境得功从低温热源吸热向高温热源放热则若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热不可逆热机从高温热源吸收的热相等，即总的结果是：得自单一低温热源的热，变成了环境作功，违背了热力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。
3．5 高温热源温度，低温热源温度，今有120KJ的热直接从高温热源传给低温热源，求此过程。
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程3.6 不同的热机中作于的高温热源及的低温热源之间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热时，两热源的总熵变。
（1）可逆热机效率。
（2）不可逆热机效率。
（3）不可逆热机效率。
解：设热机向低温热源放热，根据热机效率的定义因此，上面三种过程的总熵变分别为。
3.7 已知水的比定压热容。
今有1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加热成100 ℃的水，求过程的。
（1）系统与100℃的热源接触。
（2）系统先与55℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。
物理化学 答案 第三章_习题解答
Ο 在 298.15K 的 Δ r H m = −9.20kJ ⋅ mol −1 ，C2H5OH （1） 的标准摩尔燃烧焓为-1366.8kJ·mol 1， CH3COOH （1）
-
Ο 的为-874.54kJ·mol 1。试求 CH3COOC2H5（1）的标准摩尔生成焓 Δ f H m （298.15K） 。
-
解：根据题给数据，可设计下列过程：
Δr H m CH 2COOH (1) + C2 H 5OH (1) + 5O2 ( g ) ⎯⎯⎯ → CH 3COOC2 H 5 (1) + H 2O (1) + 5O2
Ο
Δ c H1
恒温 25℃ 4CO2（g）+5H2O(1)
Δc H 2
Ο Δ c H 2 = Δ c H1 − Δ r H m (298.15K ) Ο Ο Δ c H1 = Δ c H m (CH 3 COOH ,1, 298.15 K ) + Δ c H m (C2 HOH ,1, 298.15K )
(3) Δ r Η m = Δ f Η m (CH 3 OH ) − Δ f Η m (CH 4 ) −
Θ
Θ
Θ
1 Δ f ΗΘ m (O2 ) 2
= −238.7 − (−74.81) = −163.89 KJ ⋅ mol −1
Θ Θ Θ Δr Sm = Sm (CH 3 OH ) − S m (CH 4 ) −
= −393.51 − 74.81 − (−484.5) = −16.18 KJ ⋅ mol −1
Δ r C p ,m = C p ,m (CO2 ) + C p , m (CH 4 ) − C p ,m (CH 3COOH ) = 31.4 + 37.7 − 52.3 = 16.8 J ⋅ mol −1
程兰征版物理化学习题解答3
第三章化学平衡1、气相反应：2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)在1000K 时的平衡常数K F=3.54 X 103,求该反应的K’(IOOOK) 和K/(1000K)。
解：第一问能做，第二问不能做(不知道系统总压) 。
解答略。
2、氧化钴(CoO)能被氢或CO还原为Co,在721 C、101325Pa时，以H2还原，测得平衡气相中出的体积分数H2=0.025 ;以CO还原，测得平衡气相中CO的体积分数H2 =0.0192。
求此温度下反应CO(g)+H 2O(g)=CO2(g)+H2(g)的平衡常数K 匕解：CoO(s) + H2(g) = Co(s) + H2O (1)0.025 ph (1-0.025) p71a1-0.025Q 390.025CoO(s) + CO(g) = Co(s) + CO2 (2)0.0192 (1-0.0192) p711 -0.0192510.0192(2)-(1)= CO(g)+H 2O(g)=CO2(g)+H2(g)，所以K/ - K// K/=51/39=1.313、计算加热纯Ag2O开始分解的温度和分解温度。
(1)在101325Pa的纯氧中；(2)在101325Pa且的空气中。
已知反应2Ag2O(s)=4Ag(s)+O 2(g)的.：r G m(T ) =(58576-122T/K)J • mol-1。
解：分解温度O2=0.21即标态下分解的温度。
令.l r G：(T ) =(58576-122T/K)<0，得T>480K开始分解温度即非标态下分解的温度。
令.「G m(T) =(58576-122T/K)+8.314 X Tin0.21<0，得T>434K4、已知Ag2O及ZnO在温度1000K时的分解压分别为240及15.7kPa。
问在此温度下(1)哪一种氧化物容易分解？ (2)若把纯Zn及纯Ag置于大气中是否都易被氧化？( 3)若把纯Zn、Ag、ZnO、Ag2O 放在一起，反应如何进行？(4)反应ZnO(s)+2Ag(s)=Zn(s)+Ag 2O(s)的• : r H m=242.09kJ - mol -,问增加温度时，有利于那种氧化物的分解？解：(1)氧化银易分解；(2)银不易被氧化；(3) Zn + Ag2O = Ag + ZnO ; (4) ZnO5、已知下列反应的冷G；-T关系为：A 5 1Si(s)+O2(g)=SiO2(s); ：r G m(T) =(-8.715 X 10 +181.09T/K)J • mol-A 5 12C(s)+O2(g)=2CO(g); ：r G m(T) =(-2.234 X 10 -175.41T/K)J • mol-试通过计算判断在1300K时，100kPa下，硅能否使CO还原为C?硅使CO还原的反应为：Si(s)+2CO(g)=SiO 2(s)+2C(s)解：(1) - (2) = (3),贝Ua 5 1：Qm(T) =(-6.481 X 10 +356.5T/K)J • mol-1300K 时，r G m(T) =(-6.481 X 105+356.5 X 1300)=-1.847 X 105J - mol-1<0,可以6、将含水蒸气和氢气的体积分数分别为0.97和0.03的气体混合物加热到1000K，这个平衡气体混合物能否与镍反应生成氧化物？已知Ni(s)+0.5O2=NiO(s); • :^1(1000 K ) =-146.11 kJ • mol-1解：查表得CO(g) +H2O(g) =CO 2(g) + H 2(g)：f H F(298K )-110.54 -241.84 -393.5 0 S m (298K )197.9188.74213.64130.58-1K -1 • molH 2(g)+0.5O 2(g)=H 2O(g); .-：r G ^(1000 K) =-191.08 kJ • mol -1解: (1) - (2) 得 Ni(s)+ H 2O(g)= NiO(s)+ H 2(g).■■■：r Gm(1000 K ) =-146.11 + 191.08 =44.97kJ • mol -1 .■■■：rGm (1000 K ) = . ：rGm (1000 K ) +RTInQ-1=44970+8.314 X 1000 X ln (0.03/0.97) =16.07 kJ • mol 反应不能正向进行。
物理化学课后习题第三章答案
3.31. 02（g ）的摩尔定压热容与温度的函数关系为—=（28.17 + $297 x 1『（T/K ）- 0.7494 x 1沪 g 酹卜 mol _l K'1已知25 C 下O 2（g ）的标准摩尔爛匸•f 匚‘。
求02（g ）在 100C, 50 kPa 下的摩尔规定熵值 — 解：由公式T p严叫气门风=瞪+ 二呵—肪爼J 盹 15K T100=205,138+ 28.17hi+ 6.297xW 3 x75298 15 曲廿*卄壯巴2 100 = 217.6751 mol -1 K -13.33. 已知25C 时液态水的标准摩尔生成吉布斯函 I 八:三匸」=:「勺 匚二…|，水在25C 时的饱和蒸气压/■ " ■' lfl ； '「」。
求25C 时水蒸气的标准 摩尔生成吉布斯函数。
解:AG ；AG =厲笙 邑O.g) -亠盅(比00 = AG 1 + AG 2 + AG 3恒温下dG = -pd^f =AO对凝聚相恒温过程A。
佟0 , 可逆相变AG3= 0因此2：（H a O,g）= g（HQJ）- J；\松=3：（HQJ）- RTh旦' Pi=-237.129XW3- 298.152?In 丄竺100=-228.57 lkJ mol3.36已知在101.325 kPa下，水的沸点为100C，其比蒸发焓一--几已知液态水和水蒸气在100〜120C范围内的平均比定压热容分别为：■..J-.',' - ■ ■■-及」丁…：。
今有101.325 kPa下120°C的1 kg过热水变成同样温度、压力下的水蒸气。
设计可逆途径，并按可逆途径分别求过程的丄J及」」。
解：设计可逆途径如下A J¥=A//]+A//2 +A禺=叫0比- £) +沁Q +咖越)低-驾)=廉后)-讥血一爲)+沁卅= lx(2 033-4,224)X20+1X 2257.4= 2213.6kJ十』)ln J泌小+心九爲d卅373.15 1x2257.4 “ ° 心“ 393.15= 1x4.224In ---------- F ------------- +1x2.0331n ----------393.15 373.15 373.15=5.935 kJ K-1AG = AH-7hS= 2213.6 - 393.15 x 5.935= -119 77 kJ3.40化学反应如下：CH』g) + CO 血卜=2CO(g)+H2(g)(1)利用附录中各物质的S°m, △ f G °m数据，求上述反应在25 C时的△r S°m,△ r G m ；(2)利用附录中各物质的Af G em数据，计算上述反应在25C时的':'-L ;(3)25C，若始态CH4(g)和H2(g)的分压均为150 kPa，末态CO(g)和H2(g)的分压均为50 kPa,求反应的人r丄一解(1) 25 Q时题给反应的、瓷=S^H^B) = 2A f H^(C0J g)-^(044,8)^^(002^) B=|2x( - 110.525)- (-74.81)-(-393.509)}kJ-moP l= 247.269 kJ-mol-1irS® = S V B S S(B^)=2 S®(C0.g) + 2 S®(H3>g) - S软CH^g)-熏(COzQ=(2 X (197-674+130.684)-186.264 - 213.741 J*n»r u K_1= 256.712 J^mor^K-1=(247 ・ 269 - 298 ・ 15 x 256 ・ 712 x KT?)町・ mol -1 = 170.730 kJ ・moL所以 AS =AS(N 2) + ^S(H 2O) = (15.237+335.479 )J-K^ = 350.716 J-K^1TAS = 373.15 Kx350.716 J ・KT = 130.87 kJ dA = AU-TZ\S = (112.696-130.8刀 kJ=-18.174 kJAG - AZZ - TAS = (122.004 - 130.87)kJ - -8.866 kJ (2) 25t 时，=为"QG^(B,p )B= 2A f G2(CO,g)-A f G®(CH 4,g)-A f G®(CQ 2,g) =-(2 x 137.168 - 50.72 - 394.359)kJ • mol'1 =170.743 kJ-moP 1(3)由于参加反应的各物质皆不处于标准状态，所以，需要设计岀一条途 径，利用标准状态下反应的热力学函数变，计算在指定条件下的有关的函数变。
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解：（1）
m血液
Tf Kf
0.56 0.3011 mol kg1 1.86
在稀水溶液条件下 c血液（mol dm3） m血液（mol kg1）
c血液RT 0.3011 8.314 310 .15 776 .4kPa
（2） 渗透压与溶质的种类无关，所以渗透压相同时两种水溶液溶质 浓度相等，
53.297 0.45 0.65
36.898
kPa
(2) 相似地, 对于组元B也有:
pB
pB xB
p pA xB
p ( pA xA ) xB
53.297 36.898 0.65 83.752 kPa 1 0.65
6．在298.15 Ｋ下，以等物质的量的A和B形成理想溶液，试求
解： 10g葡萄糖（C6H12O6）溶于400g乙醇中：Tb,糖 Kbmb,糖
Kb
Tb，糖 m糖
(W糖
Tb,糖 / M糖)
/W醇
（10
0.1428 /180.16）/ 400
1.0291
K
mol1
kg
2g有机物溶于100g乙醇中：m有机物
W有机物 / M有机物 W醇
Tb,有机物 Kb
M 有机物
KbW有机物 W醇Tb,有机物
1.0291 2 100 0.1250
0.1647
kg mol1
此有机物质的相对摩尔质量为0.1647kg ·mol-1。
12. 人的血液(可视为水溶液)在101.325kPa于-0.56℃凝固。已知 水的K f 1.86K kg mol1。（1）求血液在37℃时的渗透压； （2）在同温度下，1dm3蔗糖（C12H22O11）水溶液中需含有多 少克蔗糖时才能与血液有相同的渗透压？
1(kg L1) 103(kg
mol
1 )
55.509 (mol
L1 )
xO2
nO2 n总
nO2 xO2 n总 5.237106 55.509 2.907104(mol L1)
故 WO2 32.00103 2.907104 9.302106 (kg L1)
4．两液体A、B形成理想溶液，在一定温度下，溶液 的平衡蒸气压为53.297 kPa，蒸气中A的摩尔分数
yA＝ 0.45，溶液中Ａ的摩尔分数 xA＝ 0.65。求该温
度下两种纯液体的饱和蒸气压。
解:
(1) 在气液两相中,根据拉乌尔定律有 pA pA xA
p
A
pA xA
p yA xA
7. 解: MO2 32103(kg mol1), MH2O 18.015103(kg mol1)
根据亨利定律 pO2 kO2 xO2 有:
xO2
pO2 kO2
0.21101.325 5.237106 406.31104
在1L的河水中,
n总
n水
18.015
W G 1718.4 J， 即环境对体系所做的最小功为1718.4
(2) 分离过程如下图所示：J。
始态
终态
2 mol A + 2 mol
B 混合物
分离前：G1 2mol
(
A
1 mol A RT ln 0.5)
+
1 mol A + 2 mol B
2mol (B混合R物T ln 0.5)
W糖 c糖VM 糖 0.3011 1 342 .3 103 .1 g
水溶液中需含有103.1克蔗糖时才能与血液有相同的渗透压。
20. 288.15K时，1mol NaOH溶在4.59mol H2O中所形成溶液的蒸气 压为596.5Pa。在该温度下，纯水的蒸汽压为1705Pa，求： （1）溶液中水的活度等于多少？（2）在溶液中，水的化学势 与纯水相差多少？
9.302(mg L1) 1(mg L1)
即此水不合格.
8. 在298.15K时，要从下列理想溶液中分出1mol的纯A，试计 算最少需做多少功。
（1）大量的A和B的等物质的量的溶液； （2）含A和B物质的量各为2mol的溶液。做最小 功W=△G.
分离后：G2
1mol
A
1mol
(
A
RT
ln
1) 3
2mol (B
RT
ln
2) 3
G G2 G1 2139 J，
W G 2139 J， 即环境对体系所做的最小功为2139 J。
9. 10g葡萄糖（C6H12O6）溶于400g乙醇中，溶液的沸点较纯乙醇 的沸点上升0.1428℃，另外有2g有机物溶于100g乙醇中，溶液 的沸点则上升0.1250℃，求此有机物质的相对摩尔质量。
mixV 、mixH m、ixU mix、S mix和G
。
解： mix H m 0；
mixUm 0；
V mix m 0；
mixSm R(xA ln xA xB ln xB ) 8.314 2 0.5ln 0.5 5.763 J mol1 K 1；
nA
(
A
RT
ln
xA)
nB
(
B
RT
ln
xB
)
分离后： G2
1mol
A
(nA
1)(
A
RT
ln
xA)
nB
(
B
RT
ln
xB
)
G G2 G1 RT ln xA 8.314 298 .15 ln 0.5 1718 .4 J
(1) 分离过程如下图所示： 始态
终态
nA mol A + nB mol B
nA=nB
1 mol A
+
(nA -1) mol A + nB mol B
混合物
大量混合物
从大量的A和B的混合物中分离出1mol纯A后可认为溶液的浓度
没有改变，所以分离前后均可认为：
xA xB 0.5
分离前： G1
mixGm TmixSm 298 .15 5.763 1718 J mol 1
7．某油田向油井注水，对水质量要求之一是其中的 含氧量不超过1 mg·dm-3，若河水温度为293.15 K， 空气中含氧21%(体积)，293.15K时氧气在水中溶解 的亨利常数为406.31×104 kPa，试问293.15 K时用 此河水做油井用水，水质是否合格?