(完整版)物理化学习题答案
《物理化学》作业习题
物理化学教研组解
2009，7
第一章 热力学第一定律与热化学
1. 一隔板将一刚性决热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去左、右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则ΔU 、Q 、W 为正为负或为零
解：0===?W Q U
2. 试证明1mol 理想气体在衡压下升温1K 时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R 。
证明：R T nR V V p W =?=-=)(12
3. 已知冰和水的密度分别为：×103kg ·m -3，现有1mol 的水发生如下变化：
(1) 在100o C ，下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体；
(2) 在0 o C 、下变为冰。
试求上述过程体系所作的体积功。
解：(1) )(m 1096.110
92.010183633
--???＝＝冰V )(m 1096.110
0.110183633
--???＝＝水V )(10101.3373314.81)(3J nRT V V p W e ?=??===冰水－
(2) )(16.0)108.11096.1(101325)(55J V V p W e =?-??=-=--水冰
4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。
(1)Q 、W 、Q －W 、ΔU 是否已经完全确定。
(2)若在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，则(1)中的各量是否已
完全确定为什么
解：(1) Q －W 与ΔU 完全确定。
(2) Q 、W 、Q －W 及ΔU 均确定。
5. 1mol 理想气体从100o C 、0.025m 3 经过下述四个过程变为100o C 、0.1m 3
：
(1) 恒温可逆膨胀；
(2) 向真空膨胀；
(3)恒外压为终态压力下膨胀；
(4)恒温下先以恒外压等于气体体积为0.05m 3时的压力膨胀至0.05 m 3，再以恒
外压等于终态压力下膨胀至0.1m 3。
求诸过程体系所做的体积功。
解：(1))(4299025.01.0ln 314.81ln
12J V V nRT W =??== (2) 0=W (3) )(310101.0373314.81Pa V nRT p e =??== )(2325)025.01.0(31010)(12J V V p W e =-=-= (4) )(6202205.0373314.81Pa p e =??=
)(310115501550)
05.01.0(31010)025.005.0(62022)()(232121J V V p V V p W =+=-+-=-+-=
6. 在一个带有无重量无摩擦活塞的绝热圆筒内充入理想气体，圆筒内壁上绕有电炉丝。通电时气体缓慢膨胀，设为等压过程。若(1) 选理想气体为体系；(2) 选电阻丝和理想气体为体系。两过程的Q 、ΔH 分别是等于、小于还是大于零 解：(1) 0>?=H Q
(2) 00>-=?=电功W H Q
7. 在373K 和的条件下，1mol 体积为18.80cm 3的液态水变为30200cm 3。求此过程的ΔH 及ΔU 。
解：)(10067.44J Q H p ?==?
)
(10761.310)80.1830200(10132510067.4)(46
412J V V p H W Q U e ?=?--?=--?=-=?-
8. 分别判断下列各过程中的Q 、W 、ΔU 及ΔH 为正为负还是为零
(1) 理想气体自由膨胀
(2) 理想气体恒温可逆膨胀
(3) 理想气体节流膨胀
(4) 理想气体绝热反抗恒外压膨胀
(5) 水蒸气通过蒸汽机对外做出一定量的功之后恢复原态，以水蒸气为体系
(6) 水(101325Pa,→冰(101325Pa,
(7) 在充满氧的定容绝热反应器中，石墨剧烈燃烧，以反应器及其中所有物质为体系。
解：
(1) W ＝0， Q ＝0、、ΔU ＝ΔH ＝0
(2) W>0， Q>0、ΔU ＝ΔH ＝0
(3) W ＝0， Q ＝0、ΔU ＝ΔH ＝0
(4) W>0， Q ＝0、ΔU<0、ΔH<0
(5) W>0， Q>0、ΔU ＝ΔH ＝0
(6) W>0， Q<0、ΔU<0、ΔH>0
(7) W=0， Q=0、ΔU ＝0、ΔH>0
9. 已知H 2(g)的C p,m =，现将1mol 的H 2(g)从300K 升至1000K ，试求：
(1) 恒压升温吸收的热及H 2的ΔH ；
(2) 恒容升温吸收的热及H 2的ΔU 。
解：(1) dT T T H ??+?=?1000
300
23-)6-102.01100.836-(29.07= （2）2-3-621
(29.07-0.814-0.83610 2.0110)d T T U T T T ?=?+??=14800J 10.在在0℃和条件下，2dm 3的双原子理想气体体系以下二个过程恒温膨胀至压力为，求Q,W, △U,△H 。
（1）可逆膨胀；
（2）对抗恒外压膨胀。
解：（1）W=11122P P 506.6nRT ln ln 0.4468.314273ln p p 101.325
V RT ???11P ＝＝RT ＝1629J △U=0,Q ＝1629J
(2)W=P 外△V=101325×（
212
n RT V P -）＝ △H=△U=0 Q=
11.(1)在0℃和下，1mol 水全部蒸发为水蒸气，求此过程的Q 、W 、△U 、△H 。已知水的汽化热为·mol -1.
(2)若在373K 、下的水向真空蒸发，变成同温同压的水蒸气，上述个量又如何（假设水蒸汽可视为理想气体）。
解：（1）相变在恒温恒压且非体积功为零下进行，故
△H ＝Q P ＝
W ＝P 0（V g －V 1）8.314373 3.10g P V RT KJ θ≈==?=
40.7 3.1037.6P U Q W KJ ?=-=-=
(2)该相变相真空进行为不可逆相变，P e ＝0，W ＝0。因为（2）的始，终态
同（1）所以△H ，△U 与（1）相同，即△H=,△U=,Q=.
单原子理想气体，始态压力为，体积为，经过pT 为（1）终态的体积与温度
（2）体系的△U 及△H ；
（3）该过程体系所作的功。
解：（1）
31121123
2/20265011.210/8.314273/202.65273/405.3136.58.314136.5/405.3 2.8PV nR K PT T PT P K V dm -=??====?==?=常数
（2）△U ＝3/2××（）＝-1702J
△H=5/2××（－273）＝-2837J
(3)PT=B,P=B/T V=RT/P=RT 2/B, Dv=（2RT/B ）Dt
W＝2××（）＝-2270J
13.某理想气体的C
V,M
=·K-1·mol-1，现将1mol的该理想气体于27℃、时受某恒外压恒温压缩至平衡态，再将此平衡态恒容升温至97℃，此时压力为。求整个过程的Q,W, △U及△H。
解： V
2=V
3
=nRT
3
/P3=×(97+273)×××10-3m3
V
1
＝×300/101325=*10-2m3
P
e ＝P
2
=nRT
2
/V
2
＝×300/×10-3821542kPa
W
1=P
e
（V
2
-V
1
）=821542×（×10-3）×10-2＝
W
2=0 W=W
1
+W
2
=
△U =×（370-300）＝
△H=（+）×（370-300）＝
Q=△U+W=摩尔单原子分子理想气体，在,×105Pa时发生一变化过程，体积增大一倍，Q=1674J. △H=2092J。
（1）计算终态的温度、压力和此过程的W、△U。
（2）若该气体经恒温和恒容两步可逆过程到达上述终态，试计算Q,W, △U,△H。
解：（1）△H＝Nc
P,m （T
2
-T
1
）得
T
2＝
1
,P m
H
T
nC
?
+=
2092
273.2373.8
2.58.314
K
?
＋＝
P
2=
5
4 112
12
10373.8
6.810a
273.22
PVT
P TV
?
==?
?
△U＝nC
V,M (T
2
-T
1
)=××（－）＝1255J
W=Q-△U=1674-1255=419J
(2)因始终态与（1）相同，所以状态函数得改变值与（1）相同，即△U＝1255J, △H=2092J.
第一步恒温可逆过程：W=××ln2＝1574J
第二步恒容可逆过程：W==0,所以