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物理化学部分答案

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3. 理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功,都可用公式V W

C T =?计算,那两种过程的功是否一样?

答:不一样。过程不同,终态不相同,即ΔT 不一样,因此绝热可逆和绝热不可逆两过程所做功不一样。 6. 在相同的温度和压力下,一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水:(1)氢气在氧气中燃烧;(2)爆鸣反应;(3)氢氧热爆炸;(4)氢氧燃料电池。在所有反应中,保持反应始态和终态都相同,请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同?

答:应该相同。因为热力学能和焓是状态函数,只要始终态相同,无论通过什么途径,其变化值一定相同。这就是:异途同归,值变相等。

7. 理想气体向真空绝热膨胀后,他的温度将( )。

(A )升高 (B )降低 (C )不变 (D )不一定

答:(C )对于理想气体而言,内能仅仅是温度的单值函数,经真空绝热膨胀后,内能不变,因此体系温度不变。

9. 公式?H = Q p 适用于哪个过程( )。

(A )理想气体绝热等外压膨胀 (B )H 2O (s )

273K 101.3kPa

,H 2O (g )

(C )Cu 2+(aq )+2e - → Cu (s ) (D )理想气体等温可逆膨胀 答:(B )式适用于不作非膨胀功的等压过程。

1. (1)一系统的热力学能增加了100kJ ,从环境吸收了40kJ 的热,计算系统与环境的功的交换量;(2)如果该系统在膨胀过程中对环境做了20kJ 的功,同时吸收了20kJ 的热,计算系统热力学能的变化值。

解:根据热力学第一定律:ΔU = W + Q ,即有: (1)W =ΔU -Q = 100 – 40 = 60kJ (2)ΔU = W + Q = -20 + 20 = 0

2. 在300 K 时,有 10 mol 理想气体,始态压力为 1000 kPa 。计算在等温下,下列三个过程做膨胀功:

(1)在100 kPa 压力下体积胀大1 dm 3 ;

(2)在100 kPa 压力下,气体膨胀到压力也等于100 kPa ; (3)等温可逆膨胀到气体的压力等于100 kPa 。 解:根据理想气体状态方程p V= nRT ,即有:V

nRT

p =

(1)∵ W = -p e ΔV = -p e (V 2-V 1)

∴ W = -100×103×1×10-3 = -100J

(2)∵ W = -p e ΔV = -p e (V 2-V 1) = -

2p (

2p nRT -1p nRT

) = - ???? ?

?-121p p nRT

∴ W = -10×8.314×300×(1-1000

100

)= -22.45 kJ (3)∵ W = -

dV p ? =-2

1

V V nRT

dV V

?

= -12ln

V V nRT = -2

1

ln p p nRT ∴ W = - 10×8.314×300×100

1000

ln

= -57.43 kJ 3. 在373 K 恒温条件下,计算1 mol 理想气体在下列四个过程中所做的膨胀功。已知始、终态体积分别为25 dm 3和100 dm 3 。

(1)向真空膨胀; (2)等温可逆膨胀;

(3)在外压恒定为气体终态压力下膨胀;

(4)先外压恒定为体积等于50 dm 3 时气体的平衡压力下膨胀,当膨胀到50 dm 3以后,再在外压等于100 dm 3 时气体的平衡压力下膨胀。

试比较四个过程的功,这说明了什么问题? 解:(1)向真空膨胀,外压为零,所以

20W =

(2)等温可逆膨胀

1111225

ln

1 mol 8.314 J mol K 373 K ln 4299 J 100

V W nRT V --==?????=- (3)恒外压膨胀

3e 21221212

()()()nRT

W p V V p V V V V V =--=--=-

-

1133

1 mol 8.314 J mol K 373 K (0.10.025)m 2326 J 0.1 m

--????=-?-=- (4)分两步恒外压膨胀

4e,121e,232213223

()()()()nRT nRT

W p V V p V V V V V V V V =----=-

---

12232550

(

11)(2)50100

V V nRT nRT nRT V V =-+-=+-=-

111 mol 8.314 J mol K 373 K 3101 J --=-????=-

说明作功与过程有关,系统与环境压差越小,膨胀次数越多,做的功也越大。5. 1mol 理想气体在122K 等温的情况下,反抗恒定外压10.15kPa ,从10dm 3膨胀的终态100 dm 3,试计算Q 、W 和ΔU 、ΔH 。 解:该过程是理想气体等温过程,故 ΔU =ΔH = 0

∵ W = -p e ΔV = -p e (V 2-V 1)

∴ W = -10.15×103×(100.0-10)×10-3 = -913.5J 根据热力学第一定律:ΔU = W + Q ,即有:

Q = ΔU -W = 0 -(-913.5)= 913.5J

11202.6

0.10 mol 8.314 J mol K 300 K (1)149.7 J 506.6

--=?????-

=9. 在300 K 时,4

g Ar (g )(可视为理想气体,其摩尔质量M Ar =39.95 g·mol -1),压力为506.6 kPa 。今在等温下分别按如下两过程:反抗202.6 kPa 的恒定外压进行膨胀。(1)等温为可逆过程;(2)等温、等外压膨胀,膨胀至终态压力为202.6 kPa 。试分别计算两种过程的Q ,W ,ΔU 和ΔH 。 解:(1)理想气体的可逆过程,

0U H ?=?= ,4 g Ar 的物质的量为:

1

4 g

0.10 mol 39.95g mol n -=

=?

1112506.6 ln

0.10 mol 8.314 J mol K 300 K ln 228.6 J 202.6

R R p Q W nRT p --=-==?????= (2)虽为不可逆过程,但状态函数的变化应与(1)相同,即0U

H ?=?=

22212211

()(

)(1)R R nRT nRT p

Q W p V V p nRT p p p =-=-=-=- 11202.6

0.10 mol 8.314 J mol K 300 K (1)149.7 J 506.6

--=?????-

=10. 在573 K 时,将1

mol Ne (可视为理想气体)从1000 KPa 经绝热可逆膨胀到100 kPa 。求Q 、W 、ΔU 和ΔH 。 解法1: 因该过程为绝热可逆过程,故Q =0。

R C m

V 23=,,R C m p 2

5

=,,则35==

m V m p C C ,,γ 又 ∵

γγγγ221111T p T p --=,则11212T p p T γ

γ

-?

??

?

??=

11212T p p T γ

γ

-?

??

? ??==57310010003

53

51??

?

? ??-// = 228K

11,m 21() 1 mol 1.58.314 J mol K (228573) K 4.30 kJ V W U nC T T --=?=-=?????-=- 11,m 21() 1 mol 2.58.314 J mol K (228573) K 7.17 kJ p H nC T T --?=-=?????-=-

解法2:

22,m 11

ln

ln V T V C R T V =-

222

,m ,m 111

,

p V T p V C C R T p V -== 可得:

22,m 11ln

ln p T p

C R T p = 221,m 1100ln ln ln 2.51000

p T R p R T C p R =

=

2

2l n

0.921, 228 K

573 K

T T =-= 11,m 21() 1 mol 1.58.314 J mol K (228573) K 4.30 kJ V W U nC T T --=?=-=?????-=-11,m 21() 1 mol 2.58.314 J mol K (228573) K 7.17 kJ p H nC T T --?=-=?????-=- 1. 自

发过程一定是不可逆的,所以不可逆过程一定是自发的。这说法对吗?

答: 前半句是对的,后半句却错了。因为不可逆过程不一定是自发的,如不可逆压缩过程。 6. 相变过程的熵变可以用公式H S

T

??=

来计算,这种说法对吗?

答:说法不正确,只有在等温等压的可逆相变且非体积功等于零的条件,相变过程的熵变可以用公式

T

H

S ?=

?来计算。 8. 1×10-3 kg 水在 373 K ,101325 Pa 的条件下汽化为同温同压的水蒸气,热力学函数变量为 ΔU 1,ΔH 1和 ΔG 1;现把 1×10-3 kg 的 H 2O (温度、压力同上)放在恒 373 K 的真空箱中,控制体积,使系统终态蒸气压也为101325 Pa ,这时热力学函数变量为ΔU 2,ΔH 2和 ΔG 2。问这两组热力学函数的关系为( )。

(A )ΔU 1> ΔU 2,ΔH 1> ΔH 2,ΔG 1> ΔG 2 (B )ΔU 1< ΔU 2,ΔH 1< ΔH 2,ΔG 1< ΔG 2 (C )ΔU 1= ΔU 2,ΔH 1= ΔH 2,ΔG 1= ΔG 2 (D )ΔU 1= ΔU 2,ΔH 1> ΔH 2,ΔG 1= ΔG 2 答:(C )系统始态与终态都相同,所有热力学状态函数的变量也都相同,与变化途径无关。

5. 有2mol 单原子理想气体由始态500kPa 、323K 加热到终态1000kPa 、3733K 。试计算此气体的熵变。 解:理想气体的p 、V 、T 变化设置过程如下:

理想气体等温可逆过程:即有:ΔU =ΔH =0 ,则有

Q R =-W =

2

112ln ln

p p

nRT V V nRT = ΔS 1 =

T

Q R =21ln p p nR =2×8.314×ln 1000500

= -11.52 J·K -1

理想气体等压可逆过程:ΔS 2=

T H T Q ?=

p =1

2m p m p ln d 1

T T nC T T nC ,,=? ΔS 2=

323

373

ln

8.314252???=5.98 J·K -1 ΔS = ΔS 1+ΔS 2 = -11.52+5.98 = -5.54 J·K -1

12. 300 K 时1 mol 理想气体,压力从100kPa 经等温可逆压缩到1000kPa ,求Q , W , ?U , ?H , ?S , ?A 和?G 。 解:理想气体等温可逆压缩,ΔT = 0 ,ΔU = 0 ,ΔH =0

W =100

1000ln 30031481ln ln

1212???==-.p p nRT V V nRT = 5.74 kJ Q = -W = -5.74 kJ

ΔS = 300

107453R ?-=.T Q = -19.1 J·K -1 W S T A G =?-=?=?=5.74 kJ

14. 在 373 K ,101.325 kPa 条件下,将2mol 的液态水可逆蒸发为同温、同压的水蒸气。计算此过程的Q ,W ,ΔU ,ΔH 和ΔS ,,已知 101.325 kPa, 373 K 时水的摩尔汽化焓为 40.68 kJ·mol -1。 水蒸气可视为理想气体,忽略液态水的体积。

解:水在正常温度和压力的可逆相变化,则:

Q p = Δvap H =Θ

?m vap H n = 2 mol ×40.68 kJ·mol -1 = 81.36 kJ Δvap U =Δvap H - p (V g - V l ) ≈ Δvap H - nRT = 81.36 – 2×8.314×373×10-3

2mol ,500kPa ,323K

2mol ,1000kPa ,373K

2mol ,1000kPa ,323K

ΔS

ΔS 1 ΔS 2

d T =0

d p =0

= 75.16 kJ

W= Δvap U - Q p = 75.16 – 81.36 = -6.20 kJ

Δvap S =

373

1036813vap ?=?.T H = 218.12 J·K -1 23. 在600K 、100kPa 压力下,生石膏的脱水反应为:

CaCO 3·2H 2O (s )

CaCO 3(s )+ 2H 2O (g )

试计算该反应进度为1mol 时的Q ,W ,?r U m $

,?r H m $

,?r S m $

,?r A m $

和?r G m $

。已知各物质298.15K 、100kPa 时的热力学数据如下

物质

?f H m $

(kJ·mol -1)

S m $

(J·mol -1·K -1)

C 平,m (J·mol -1·K -1)

CaCO 3·2H 2O (s ) -2021.12 193.97 186.20 CaCO 3(s ) -1432.68 106.70 99.60 2H 2O (g ) -241.82

188.83

33.58

解:CaCO 3·2H 2O (s )

CaCO 3 + 2H 2O (g )

W = - p e ΔV = - p (V 2-V 1)= -n g RT = -2×8.314×600 = -9.98 kJ Q p = ΔH =Δr ()m

298K H $

+T C v B d K

600K 298m p ?∑,

=2Δf H m $

(H 2O ,g ) +Δf H m $

(CaCO 3,s )- Δf H m $

(CaCO 3·2H 2O ,s )+ [2C p,m (H 2O ,g )+ C p,m (CaCO 3,s )- C p,m (CaCO 3·2H 2O ,s )(T 2-T 1)

= 104.8×103-5870.88 = 98.93 kJ·mol -1

Δr U m = Q + W = 98.93- 9.98 = 88.95 kJ·mol -1

ΔS m (600K )=Δr ()K 298m

Θ

S +?∑K

600K

298m p d T

T C v B ,

=(2×188.83+106.7-193.97)+(2×33.58+99.60-186.20)×298

600

ln = 290.39-13.60 = 276.79 J·mol -1·K -1

ΔA m =Δr U m -T ΔS m = 88.95×103-276.79×600 = -76.65 kJ·mol -1 ΔG m =Δr H m -T ΔS m = 98.93×103-276.79×600 = -67.14kJ·mol -1 3. Roult 定律和Henry 定律的表示式和适用条件分别是什么? 答:Roult 定律的表示式为:

*

A A A p p x =

式中

*A p 为纯溶剂的蒸气压,A p 为溶液中溶剂的蒸气压,A x 为溶剂的摩尔分数。该公式用来计

算溶剂的蒸气压

A p 。

公式适用条件为:定温、稀溶液、非挥发性溶质,后来推广到液态混合物。 Henry 定律的表示式为:

B ,B B ,B B ,B B x m c p k x k m k c ===

式中k x ,k m 和k c 是用于物质B 用不同浓度表示时的Henry 系数,Henry 系数与温度、压力、溶质和溶剂的性质有关。

Henry 定律说明挥发性溶质在液体里的溶解度与其平衡分压成正比。只有溶质在气相和液相中分子状态相同时才能使用该定律。对于液态混合物,Henry 定律与Roult 定律是等效的。 5. 溶液的化学势等于溶液中各组分的化学势之和,这样说对不对?

答:不对。化学势是某组分的偏摩尔Gibbs 自由能。溶液中可以分为溶剂的化学势或溶质的化学势,而没有整个溶液的化学势。

9. 在室温下,物质的量浓度相同的蔗糖溶液与食盐水溶液的渗透压是否相等?

答: 不相等。渗透压是溶液依数性的一种反映。依数性只与粒子的数目有关,而与粒子的性质无关。食盐水中,NaCl 会离解成两个离子,所以物质的量浓度相同的食盐水的渗透压可以是蔗糖溶液的两倍。2. 下列偏微分中,能称为偏摩尔量的是( )。

(A )()

C

B C B T p n

V n ≠??

?

????,,

(B )()

C

B C B S p n

H n ≠??

?

????,,

(C )()

C

B C B p V n

G n ≠??

?

?

???,, (D )()

C

B C B T H n

S n ≠??

?

?

???,,

答:(A )偏摩尔量定义。

()

C B C B T p n X X n ≠??

?= ?

???,, 3. 下列偏微分中,不是化学势的是( )。 (A )C ,,(C B)B (

)S V n U

n ≠?? (B )()

C

B C B T p n

H n ≠??? ?

???,,

(C )C ,,(C B)B (

)T p n G n ≠?? (D )C ,,(C B)B

()T V n A

n ≠?? 答:(B )广义的化学式:

C C C C B ,,(C B),,(C B),,(C B),,(C B)

B B B B

()()()()S V n S p n T V n T p n U H A G

n n n n μ≠≠≠≠????====????3. 在298K 时,有大量的甲苯(A )和苯(B )的液态混合物,其中苯的摩尔分数x B =0.20。如果将1mol

纯苯加入此混合物中,计算这个过程的ΔG 。 解:ΔG = G 2- G 1=μ2(A ,B)– [μ1(A ,B)+ μ*(B)] =[n μ A + n (n +1)μ B ]- (nμ A + nμ B + *B

μ) =μB -

*B

μ=(*B μ+RT ln x B )- *

B μ = 8.314×298×RT ln0.2

= -3.99 kJ

5. 液体A 与液体B 形成理想液态混合物。在343 K 时,1 mol A 和2 mol B 所成混合物的蒸气压为50.663 kPa ,若在溶液中再加入3 mol A ,则溶液的蒸气压增加到70.928 kPa ,试求:

(1)p *A 和p B *

(2) 对第一种混合物,气相中A ,B 的摩尔分数。 解:(1)

A A

B B p p x p x **

=+

A B 1250.663 kPa 33p p **=?+? ○1

A B 2170.928 kPa 33

p p **

=?+? ○2

联立○1,○2式,解得 p *

A =91.19 kPa p *

B =30.40 kPa

(2)

A A A

A 1

91.19 kPa 30.650.663 kPa

p p x y p p *

?

==== 4.01A

B =-=y y 8. 液体 A 和 B 在 333.15 K 时,p A *= 93 300 Pa ,p B *

= 40 000 Pa ,A 和 B 能形成理想液态混合物,当组成为 x A 的该混合物

在 333.15 K 汽化,将该蒸气冷凝后,其冷凝液在333.15 K 时的蒸气压为 66 700 Pa ,试求x A 。 解:(1) 设刚冷凝时的液相组成x ′A 、x ′B 等于气相组成 y A 和 y B

''A B A A B B A A B B p p p p x p x p y p y ****

=+=+=+

()

A A A 66700933004000010.5y y y =+-=

A A A

A A A A

B A 0.3(1)

p p x y x p p x p x *

*

*

===+-

9. 298 K 和标准压力下,将2mol 苯与3mol 甲苯混合,形成理想的液态混合物,求该过程的Q 、W 、Δmix V 、Δmix U 、Δmix H 、Δmix S 、Δmix A 和Δmix G 。 解: 根据理想液态混合物的定义

Δmix V = 0 Q p =Δmix H = 0 Δmix W =Δmix U = 0

mix B B

B

11

ln 238.3142ln 5ln 5527.98J K mol S R n x --?=-?

?=-?+ ??

?=??∑

mix mix A A B B 1

(ln ln )

232ln 3ln 558.34kJ mol A G RT n x n x RT -?=?=+?

?=+ ?

?

?=-?13. 苯在101 325 Pa 下的沸点为353.35 K ,沸点升高常数

为2.62K·kg·mol -1,求苯的摩尔汽化焓。已知苯的摩尔质量M A =0.078 kg·mol -1。

解: 已知 ()

A m

v a p 2

b b M H T R K ?=*

()2

b vap m 66A b

()C H , l R T H M K *?=

11211

1

8.314 J K mol (353.35K)0.078 kg mol 30.9 kJ mol 2.62 K kg mol -----???=??=???

14.今有7.900 mg 酚酞和129.2 mg 樟脑的混合物,测得该溶液的凝固点为164℃,求酚酞的摩尔质量。已知樟脑的熔点是172℃,k f = 40 K·kg·mol -1。

解: 因为

A

B B

A B B m M m k m n k m k T f f

f ===?

()6

3

A

B B 10

212901640172109740--??-??=

?=

....Tm m k M f =0.306kg·mol -1 17. 人的血浆的渗透压在

310 K 时为729.54 kPa ,葡萄糖等渗液中葡萄糖的质量分数应该为多少?已知:葡萄糖的摩尔质量为0.174 kg ?mol -1,葡萄糖液密度为103 kg ?m -3。如果配的太浓或太稀,输液后会造成什么严重后果? 解:(1)

RT c B =π

3

B 11729.54 kPa 283 mol m

8.314 J K mol 310K c RT

π

--=

=

=????

质量分数()()()ρ

ρB B B B B B B

m c V Vm c m Vm c m m w ====

溶剂溶剂溶质

31

3

283 mol m 0.174 kg mol 0.04921000 kg m ---???==?

(2)太稀,导致血细胞脱浆,太浓会导致红细胞吸水膨胀,甚至导致人死亡。

18. 分别将6.1×10-3 kg 苯甲酸溶于0.1kg 乙醇和0.1 kg 的苯中,乙醇和苯的沸点各自升高了0.54 K 和0.60 K ,已知苯和乙醇的沸点升高常数分别为 2.6 K ?kg ?mol -1 和 1.19 K ?kg ?mol -1,苯甲酸的摩尔质量为0.134 kg ?mol -1。试问:苯甲酸在乙醇和在苯中是解离还是缔合?还是既不解离也不缔合。

解:A

B B

b A B b

B b m M m k m n k m k T

===?

b B b ()K m M T m =

?溶质(溶剂)

131

B 1.19 K kg mol 6.110kg

()0.1344 kg mol 0.1kg 0.54 K M ---????==??乙醇中

131

B 2.6 K kg mol 6.110kg

()0.2643 kg mol 0.1kg 0.60 K M ---????==??苯中

由此可见,苯甲酸在乙醇中不电离也不缔合,而在苯中以双分子缔合。

19. 在298 K 下,将2 g 某化合物溶于1 kg 水中,其渗透压与在298 K 下将0.8 g 葡萄糖(C 6H 12O 6)和1.2 kg 蔗糖(C 12H 22O 11)溶于1 kg 水中的渗透压相同。

(1)求此化合物的摩尔质量; (2)求溶液的凝固点降低值; (3)该溶剂的蒸气压降低值。

已知水的冰点下降常数k f =1.86 K ?kg ?mol -1 ,298 K 时水的饱和蒸气压为3167.7 Pa ,稀溶液密度可视为与水相同,葡萄糖的摩尔质量0.180 kg·mol -1,蔗糖的摩尔质量0.342 kg·mol -1。9.在298 K 时,

某化学反应的标准Gibbs 自由能变化的变化值r m 0G ?<,则反应对应的标准平衡常数

K 将 ( ) (A) 0K

= (B) 1K >

(C) 0K < (D) 01K

<<

答:(B)。因为 r m ln G RT K ?=-,r m 0G ?<,ln 0RT K -<,1K >。

1.在973 K 和标准压力下,反应222CO(g)H O(g)CO (g)H (g)++的 0.71p K =$。

试根据如下两种情况,分别判断反应的方向。

(1) 反应系统中各组分的分压都是5

1.5210 Pa ?。

(2) 反应系统中,

6CO 1.01310 Pa p =?,25H O 5.06510 Pa p =?,

225CO H 1.5210 Pa p p ==?。

解:(1) 根据化学反应等温式 r m ,()ln ln T p p p G RT K RT Q ?=-+ 222CO H CO H O 1.52 1.52

11.52 1.52

p p p p p Q p p p p ??=

=

=??$$$$

p p Q K >,r m ,()0T p G ?>,正向反应是不自发的,而逆向反应是自发的。

(2) 222CO H CO H O 1.52 1.52

0.04510.13 5.065

p p p p p Q p p p p ??=

=

=??$$$$

p p Q K <,r m ,()0T p G ?<,正向反应是自发的。

2. 反应 222CO(g)H O(g)

CO (g)H (g)++的标准平衡常数与温度的关系为

4951.5

ln 5.103/K

p K T =

-,当CO (g),2H O(g),2CO (g)和2H (g)的起初组成的摩尔分数

分别为0.30,0.30,0.20和0.20,总压为101.3 kPa 时,问在什么温度以下(或以上),反应才能自发地向生成产物的方向进行?

解: 要使反应自发地向生成产物的方向进行,必须使反应的r m ,()0T p G ?<,即 r m ,()ln ln 0T p p p G RT K RT Q ?=-+< ln ln p p Q

K < 222CO H CO H O 0.200.20

0.4440.300.30

p p p p p Q p p p p ??=

=

=??$$$$

4951.5ln 0.444 5.103/K T ??

-

???

<

解得 1154 K T <

3.在313 K 时,反应333LiCl 3NH (s)

LiCl NH (s)2NH (g)??+的10910p K =?。

在一个3

5 dm 的容器内含有0.1 mol 的3LiCl NH (s)?,如果要使3LiCl NH (s)?全部变成

3LiCl 3NH (s)?,试计算需通入3NH (g)的物质的量的。设气体为理想气体。

解: 欲使反应向左进行,应满足:

r m ,()ln ln 0T p p p G RT K RT Q ?=-+>

l n l n p p Q

K >

这是一个复相化学反应,标准平衡常数只与3NH (g)的压力有关。设需通入3NH (g)的物质的量为n ,则

3NH p p nRT Q p Vp ????

== ? ???

??22

2

2

33

8.314313 27.0951010010n n -????== ??????

10ln ln(910)25.22p K =?= 2ln ln(27.09) 3.302ln p Q n n ==+ 3.302ln 25.22n +> 57 526 mol n >

10.反应 43NH Cl(s)

NH (g)HCl(g)+的平衡常数,在 250~400 K 的温度范围

内,与温度的关系式为21 020 K

ln 37.32p K T

=-。设在这个温度范围内0p C ?=。试计算在300 K 时:

(1)4NH Cl(s)在真空容器中分解时的解离压力和3NH (g)和HCl(g)的分压。 (2)反应的r m r m , G H ??和r m S ?。

解:(1)在300 K 时,分解反应的标准平衡常数为 21 020 K 21 020

ln 37.3237.3232.75300

p K T =-=-=- 15

5.9810

p K -=?

这是一个复相化学反应,设解离压力为p ,则有

2

151 5.98102p p K p -??==? ?

??

解得 2

1.54710 Pa p -=? 33NH HCl 1

7.7310 Pa 2

p p p -==

=? (2) r m ln p G RT K ?=-

1

1[8.314300(32.75)] J mol

81.68 kJ mol --=-??-?=?

r m 22

dln 21 020 K

d p

K H T

RT T

?=

=

-

r m 21 020 K H R ?=?

11(21 0208.314) J mol 174.76 kJ mol --=??=? r m r m

r m H G S T

?-??=

311

(174.7681.68)10310.3 J K mol 300--??-?==?? ???

13. 在 323 K 时,

下列反应的解离压力为3.998 kPa

2NaHCO 3(s) = Na 2CO 3(s) + H 2O(g) + CO 2(g) 设气体为理想气体。求算 323 K 时,反应的标准摩尔Gibbs 自由能的变化值r m G ?。

解:这是一个复相化学反应,系统中气体的总压等于两个气体生成物压力的加和,因为 22H O CO 11

3.998 kPa 1.999 kPa 22

p p p ==

=?= 所以标准平衡常数

222

H O CO 4

1.999 kPa 4.010100 kPa p p p K p p -??=?==? ?

??

r m ln p G RT K ?=-

()4

1

1

8.314323l n 4.010

J m o l 21.01 k J m o l

---??=-?

???=??

? 14.在 298 K 时,有反应2231

SO (g)O (g)SO (g)2

+

,试计算反应在该温度下的

标准平衡常数p K $

。设气体为理想气体,298 K 时的热力学数据如表中所示。

热力学函数

2SO (g)

3SO (g)

2O (g)

1f m /(kJ mol )H -?? 11m /(J K mol )S --??

296.83-

248.22

395.72-

256.76

205.14

解:要计算p K $

的值,首先要求得反应的r m G ?。利用所给的热力学数据,先计算反应的r m H ?和r m S ?,然后可得到r m G ?。 r m B

f m B

H H ν

?=

?∑

()1

1395.72296.83kJ mol

98.89 kJ mol --=-+?=-?

r m B m

B

S S ν

?=

111

256.76248.22205.14)J K mol 2

(----??=?

1194.03J K mol --=-??

r m r m r m G H T S ?=?-?

1398.8929894.03)10 kJ mol (--??=--?-????

1

70.87 kJ mol -=-? r m exp p G K RT ???=-

???

12

70870exp 2.65108.314298??==? ?

??? 这个反应的趋势还是很大的。

20. 在298 K 时,丁烯脱氢制取丁二烯的反应为48462C H (g)C H (g)H (g)=+,根据热力学数据表,试计算:

(1)298 K 时反应的r m H ?,r m S ?,r m G ?和标准平衡常数p K 的值。 (2)830 K 时标准平衡常数p K 的值,设r m H ?与温度无关。

(3)若在反应气中加入水蒸气,加入量与丁烯的比例为482C H (g)H O(g)115=∶∶,试计算反应在830 K ,200 kPa 条件下,丁烯的平衡转化率。

已知,298 K 时参与反应物质的热力学数据为: 物质

48C H (g) 46C H (g) 2H (g)

1f m /(kJ mol )H -??

0.13- 110.16 0

11m /(J K mol )S --?? 305.71 278.85 130.68

解: (1) 在298 K 时 r m B

f m B

(B)H H ν

?=

?∑

1

1[110.160(0.13)]kJ mol 110.29 kJ mol --=+--?=?

r m B m

B

(B)S S ν

?=

1

1

(130.68278.85305.71)J K mol --=+-??

11

103.82 J K mol --=??

r m r m

r m

G H

T S ?=?-? 311[110.29298103.8210]kJ mol 79.35 kJ mol ---=-???=? r m (298K)exp p G K RT ???=-

???

14

79350exp 1.23108.314298-??=-

=? ????

(2)利用van der Hoff 公式

2r m

112()11ln

()

p p K T H K T R

T T ???=

- ???

114

11(830K)110.29 kJ mol 11ln

1.23108.314 J K mol 298K 830K p K ----???=- ??????

解得 2

(830K) 3.0310p K -=?。

可见,对于吸热反应,升高温度可以使平衡常数增大。 (3) 设反应开始时48C H (g)为1 mol ,平衡转化率为α

48462e C H (g)C H (g)H (g)

0 1 0 0

1 t t t ααα

=+==-

平衡时总的物质的量为

[(1)15]mol (16)mol n αααα=-+++=+

已知总压200 kPa p =,则

462482

C H H 2C H //16(830K) 3.03101/16p p p p p p p K p

p p p

αααα-??

??+?

?===?-?? ?+?? 解得 0.39α=

如果不加水蒸气,(1)mol n α=+,显然转化率会小得多。

4. 在抽空容器中,氯化铵的分解平衡,指出该系统的独立组分数、相数和自由度?

NH4Cl(s)NH3(g)+ HCl(g)

答:反应中有三个物种,一个平衡限制条件,一个浓度限制条件,所以独立组分数为1,相数为2。根据相律,自由度为1。即分解温度和分解压力两者之中只有一个可以发生变化。

5. 在含有氨的容器中氯化铵固体分解达平衡,指出该系统的独立组分数、相数和自由度?

NH4Cl(s)NH3(g)+ HCl(g)

答:反应中有三个物种,一个平衡限制条件,没有浓度限制条件。所以独立组分数为2,相数为2,自由度为2。

1. NH4HS(s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达平衡时,有()。

(A)C= 2,P = 2,f= 2 (B)C= 1,P = 2,f= 1

(C)C= 2,P = 3,f= 2 (D)C= 3,P = 2,f= 3

答:(A)反应有三个物种,一个平衡条件,所以组分数为2,有2相共存,根据相律,自由度为2。

2. 在大气压下,FeCl3(s)与H2O(l)可以生成FeCl3·2H2O(s)、FeCl3·5H2O(s)、FeCl3·6H2O(s)和FeCl3·7H2O(s)四种固体水合物,则平衡系统的组分数C和能够平衡共存的最大相数P为()。

(A)C= 2,P = 2 (B)C= 1,P = 4 (C)C= 2,P = 3 (D)C= 3,P = 5

答:(C)反应有S=6,R=4,所以组分数为2,,根据相律,f = C- P+1,则有3相共存。

1. 将N2(g),H2(g)和NH3(g)三种气体输入773 K、3.2 ×107 kPa 的合放有催化剂的合成塔中,指出下列三种情况系统的独立组分数(催化剂不属于组分数)。

(1)N2(g),H2(g)和NH3(g)三种气体在输入合成塔之前;

(2)三种气体在塔内反应达平衡时;;

(3)开始只充入NH3(g),合成塔无其它气体,待其反应达平衡后。

解:(1)进入塔之前,三种气体没有反应,故C=3 。

(2)在塔内反应达平衡时,系统的物种数为3,但有一个化学平衡条件,故C=2 。

(3)只充入NH3气,NH3气分解达平衡,系统的物种数为3,但有一个化学平衡条件和一个浓度限制条件,故C =1 。

2. 指出下列平衡系统中的物种数,组分数,相数和自由度:

(1)CaSO4的饱和水溶液;

(2)5g氨气通入1 dm3水中,在常温常压下与蒸气平衡共存。

解:(1)S = 2;C = 2;P = 2。根据相律f = 2,在一定的温度和压力的范围内,能维持固、液两相不变。

(2)S = 3(氨气,水和水合氨,又称为氢氧化铵);因为有一个平衡,故C = 2 ;有气、液两相,P = 2 ;根据相律f = 2,在一定的温度和压力的范围内,能维持固、气两相不变。

3. CaCO 3(s )在高温下分解为 CaO (s )和 CO 2(g ),根据相律解释下列实验事实:

(1)在一定压力的CO 2(g )中,将CaCO 3(s )加热,实验证明在加热过程中,在一定的温度范围内CaCO 3(s )不会分解。

(2)在CaCO 3(s )的分解过程中,若保持CO 2的压力恒定,实验证明达分解平衡时,温度有定值。 解:(1)该系统的物种数S = 2(CO 2,CaCO 3),在没反应时C = 2 。现在有两相共存(一个固相和一个气相),P = 2。当CO 2气的压力恒定时,根据相律f *=1。即在一定的温度范围内,平衡可维持不变,CaCO 3不会分解。

(2)该系统的物种数S = 3 (CO 2,CaCO 3 和CaO) ,有一个化学平衡 R = 1 , 但没有浓度限制条件,因为产物不在同一个相,故 C = 2 。现在有三相共存(两个固相和一个气相),P = 3。当CO 2气的压力恒定时,条件自由度f *=0,即CaCO 3的分解温度是定值,使CaCO 3和CaO 的混和物不发生变化的温度只有一个。

4. 已知固体苯的蒸气压在273 K 时为3.27 k Pa ,293 K 时为12.30 k Pa ;液体苯的蒸气压在293 K 时为10.02 k Pa ,液体苯的摩尔汽化焓为Δvap H m =34.17 k J·mol -1。试计算:

(1)在 303 K 时液体苯的蒸气压,设摩尔气化焓在此温度区间内是常数; (2)苯的摩尔升华焓; (3)苯的摩尔熔化焓。

解:(1)用Clausius-Clapeyron 方程求出液态苯在303 K 时的蒸气压

vap m 211211ln H p p R T T ???

=- ???

121134170J mol 11ln 10.028.314J mol K 293K 303K p ---???=- ?????

p 2=15.91 k Pa

(2)用Clausius-Clapeyron 方程求出固体苯的摩尔升华焓

12.3011sub m ln 3.278.314293273H ???=- ???

1sub m 44.05kJ mol H -?=?

(3)苯的摩尔熔化焓等于摩尔升华焓减去摩尔汽化焓

fus m sub m vap m H H H ?=?-?

()11=44.0534.17kJ mol 9.88kJ mol ---?=?

5. 结霜后的早晨冷而干燥,在-5℃,当大气中的水蒸气分压降至 26

6.6 Pa 时,霜会变为水蒸气吗? 若要使霜不升华,水蒸气的分压要有多大?

已知水的三相点:273.16 K ,611 Pa , 水的Δvap H m (273.16K )= 45.05 kJ·mol -1,

Δfus H m (273.16 K ) = 6.01 kJ·mol -1。设相变时摩尔焓变在此温度区间内是常数。 解: 冰的摩尔升华焓等于摩尔熔化焓加摩尔汽化焓

Δsub H m = Δvap H m + Δfus H m = 45.05+6.01 =51.06 kJ·mol -1

根据Clausius-Clapeyron 方程,计算268 K 时冰的饱和蒸气压

25106011ln

6118.314273268p ??

=- ???

计算得再268 K (-5℃)时冰的蒸气压为 401.6 Pa ,而水蒸气分压为 266.6 Pa ,所以这时霜要升华。 当水蒸气分压等于或大于 401.8 Pa 时,霜可以存在。

6. 在平均海拔为4500 m 的高原上,大气压力只有5

7.3 kPa ,已知压力与温度的关系式为:

5216K

ln /kPa 25.567p T

=-

,试计算在此高原上水的沸点。

解:沸点是指水的蒸气压等于外界压力时的温度。现根据压力与温度的关系式,代入压力的数据,计算蒸气压等于57.3 kPa 时的温度,

5216K ln /kPa 25.567p T

=-

解得:T =357 K ,即高原上水的沸点为357 K 。

2. 某化学反应化学计量方程为A + B = C ,能认为这是二级反应吗?

答: 不能。反应级数应该从实验中求出。化学反应方程式只表示参与反应的各物质的量之间的关系,不代表反应机理。若注明它是基元反应,则可以运用质量作用定律,确定它是二级反应,也是双分子反应4. 零级反应是否是基元反应?

答: 不是。因为不可能有零分子反应。一般是由于总反应机理中的决速步与反应物的浓度无关,所以对反应物呈现零级反应的特点。零级反应一般出现在表面催化反应中,决速步是被吸附分子在表面上发生反应,与反应物的浓度无关,反应物通常总是过量的。2. 某人工放射性元素,放出确α粒子,半衰期为15 min 。若该试样有80%分解,计算所需时间?

解:放射性元素的蜕变符合一级反应的特征,按一级反应的积分式:

112

ln 2ln 2

=0.046 min 15 min

k t -=

= 设当分解 80% 所需时间为:111111ln ln 35 min 10.046min 10.80

x

t k y -=

=?=-- 3. 已知物质A 的分解反应是一级反应,当A 起始浓度为 0.1 mol·dm -3时,分解 20%的A 需时 50 min ,试计算:

(1) 计算反应的速率系数 k (2)计算该反应的半衰期 t 12

(3)计算起始浓度为 0.02 mol·dm -3 时分解 20% 所需的时间。 解:(1)因为是一级反应,则有1

ln

1kt y

=-。 311111

ln ln 4.4610min 150min 10.2

k t y --===?--

(2)一级反应的半衰期与反应物的起始浓度无关

131

2

ln 2ln 2

=155.4 min 4.4610 min t k --=

=? (3)对于一级反应,各种转化率所需时间都与反应物的起始浓度无关,所以,只要转化率相同,所需时间也相同,故与(1)的答案相同,也是 50 min 。5. 大气中,CO 2含有量较少,但可鉴定出放射性同位素14C 。一旦CO 2由光合作用"固定", 从大气中拿走14C ,而新的14C 又不再加入, 那么放射量会以5770年半衰期的一级过程减少。 现从某古代松树的木髓取样, 测定其14

C 含量是大气中CO 2的

14

C 含量的

54.9%, 求该树年龄约多大?

解:放射性同位素的蜕变是一级反应,设在大气中的CO 2中14C 的含量为c 0,古代松树中的14C 的含量为

c ,利用一级反应的积分式:0

ln

= c kt c

根据已知的半衰期计算出速率系数值:412

ln 20.693

= =1.2010 a 5770 a

k t -=

?-1 04141

11111 =ln =ln =ln =4 997 a 1.2010a 1- 1.2010a 0.549

c t k c y ----?? 即该古代松树的树龄为4997 年。

7. 298 K 时,乙酸乙酯与 NaOH 的皂化作用,反应的速率常数为6.36 dm 3·mol -1·min -1,若起始时酯

和碱的浓度均为 0.02 mol·dm -3,试求 10 min 后酯的水解分数。

解法1:是一个反应物起始浓度相等的二级反应,它的速率方程和速率系数的表示式分别为:

22d ()d x k a x t =- 21()

x

k t a a x =- 把 t = 10 min , a = 0.02 mol·dm -3 ,k 2= 6.36 dm 3·mol -1·min -1代入上式,得:

x = 0.0112 mol·dm -3

10 min 后酯的水解分数为

0.0112

0.560.02

x a == 解法2:是一个反应物起始浓度相等的二级反应,它的速率方程和速率系数的表示式分别为:

21y

k at y

=- 把 t = 10 min , a = 0.02 mol·dm -3 ,k 2= 6.36 dm 3·mol -1·min -1代入上式,得:

y = 56%

13. 某一级反应的半衰期在300 K 和310 K 分别为5 000 s 和1 000 s, 求此反应的活化能。 解:已知一级反应的半衰期,就等于知道一级反应的速率系数,因为

12

ln 2

t k

=

半衰期之比就等于速率系数的反比。根据Arrhenius 的定积分公式,从两个温度下的速率系数值,计算反应的活化能

12211212(1)11

ln

()ln

(2)

a t E k k R T T t =-=

1115000

()ln 124.4 kJ mol 8.3143003101000

a a E E --==?

则该反应的活化能为1

124.4 kJ mol -?。

17. 某药物分解 30% 即为失效, 若放置在 3℃ 的冰箱中,保存期为两年。 某人购回此新药物,因故在室温(25℃)下搁置了两周,试通过计算说明此药物是否已经失效。 已知该药物分解百分数与浓度无关,且分解活化能为 E a = 130.0 kJ·mol -1。 解:已知反应的活化能,利用Arrhenius 公式:2112

11

ln

()a E k k R T T =- 从一个温度下的速率系数值求另一温度下的速率系数值,从而计算在室温(25℃)下搁置两周,药物分解30%所需的时间。因为是同一药物,反应级数相同,分解分数也相同,所以速率系数之比就等于所需的时间的

物理化学习题及答案

物理化学习题及答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

物理化学期末复习 一、单项选择题 1. 涉及焓的下列说法中正确的是() (A) 单质的焓值均等于零 (B) 在等温过程中焓变为零 (C) 在绝热可逆过程中焓变为零 (D) 化学反应中系统的焓变不一定大于内能变化 2. 下列三种胶体分散系统中,热力不稳定的系统是:() A.大分子溶胶 B.胶体电解质 C.溶胶 3. 热力学第一定律ΔU=Q+W 只适用于() (A) 单纯状态变化 (B) 相变化 (C) 化学变化 (D) 封闭物系的任何变化 4. 第一类永动机不能制造成功的原因是() (A) 能量不能创造也不能消灭 (B) 实际过程中功的损失无法避免 (C) 能量传递的形式只有热和功 (D) 热不能全部转换成功 5. 如图,在绝热盛水容器中,浸入电阻丝,通电一段时间,通电后水及电阻丝的温度均略有升高,今以电阻丝为体系有() (A) W =0,Q <0,U <0 (B). W>0,Q <0,U >0 (C) W <0,Q <0,U >0

(D). W <0,Q =0,U >0 6. 对于化学平衡, 以下说法中不正确的是() (A) 化学平衡态就是化学反应的限度 (B) 化学平衡时系统的热力学性质不随时间变化 (C) 化学平衡时各物质的化学势相等 (D) 任何化学反应都有化学平衡态 7. 封闭系统内的状态变化:() A 如果系统的?S >0,则该变化过程自发 sys B 变化过程只要对环境放热,则该变化过程自发 ,变化过程是否自发无法判断 C 仅从系统的?S sys 8. 固态的NH HS放入一抽空的容器中,并达到化学平衡,其组分数、独立组分 4 数、相数及自由度分别是() A. 1,1,1,2 B. 1,1,3,0 C. 3,1,2,1 D. 3,2,2,2 9. 在定压下,NaCl晶体,蔗糖晶体,与它们的饱和混合水溶液平衡共存时,独立组分数C和条件自由度f':() A C=3,f'=1 B C=3,f'=2 C C=4,f'=2 D C=4,f'=3 10. 正常沸点时,液体蒸发为气体的过程中() (A) ΔS=0 (B) ΔG=0

物理化学经典习题(配南大傅献彩)

物理化学经典习题 一、填空题 1.硫酸与水可形成三种水合盐:H 2SO 4·H 2O 、H 2SO 4·2H 2O 、H 2SO 4 ·4H 2O 。常压下将一定量的H 2SO 4溶于水中,当达三相平衡时,能与冰、 H 2SO 4水溶液平衡共存的硫酸水合盐的分子中含水分子的数目是 。 2.Na +、H +的还原电极电势分别为 –2.71V 和 –0.83V ,但用Hg 作阴极电解 NaCl 溶液时,阴极产物是Na –Hg 齐,而不是H 2,这个现象的解释是 。 3.在稀亚砷酸溶液中通入过量的硫化氢制备硫化砷溶液。其胶团结构式为 。注明紧密层、扩散层、胶核、胶粒、胶团。 4.在两个具有0.001mAgNO 3溶液的容器之间是一个AgCl 多孔塞,在多孔塞两端放两个电极,接通直流电源后,溶液将向 极方向流动。 5. 反应 A ?→?1k B (Ⅰ) ; A ?→?2 k D (Ⅱ)。已知反应(Ⅰ)的活化能大于反应(Ⅱ)的活化能,加入适当催化剂 改变获得B 和D 的比例。 6.等温等压(298K 及p ?)条件下,某一化学反应在不做非体积功条件下进行,放热40.0 kJ·mol -1,若该反应通过可逆电池来完成,吸热 4.00 kJ·mol -1,则该化学反应的熵变为 。

7.若稀溶液表面张力γ与溶质浓度c的关系为γ0–γ =A + B ln c(γ0为纯溶剂表面张力,A、B为常数),则溶质在溶液表面的吸附量Γ与浓度c的关系为。 1O2(g) ═ H2O(l) 的8.298.2K、101.325kPa下,反应H2(g) + 2 (?r G m–?r F m)/ J·mol-1为。 二、问答题 1.为什么热和功的转化是不可逆的? 1O2(g) ═ H2O(g),2.在绝热钢筒中进行一化学反应:H2(g) + 2 在反应自发进行。问此变化中下述各量哪些为零,哪些大于零,哪些小于零?Q,W,?U,?H,?S和?F。 3.对单组分体系相变,将克拉贝龙方程演化为克-克方程的条件是什么? 4.为什么有的化学反应速率具有负温度系数,即温度升高反应速率反而下降? 5.为什么说,热化学实验数据是计算化学平衡常数的主要基础? 三、计算题 1.苯在正常沸点353K下的?vap H m?= 30.77 kJ·mol-1,今将353K及p?下的1molC6H6(l)向真空等温蒸发为同温同压下的苯蒸气(设为理想气体)。

《物理化学》课程教学大纲

《物理化学》课程教学大纲 参考书:天津大学主编,《物理化学》高等教育出版社,2010年5月第五版 王岩主编,《物理化学学指导》,大连海事大学出版社,2006年6月 于春玲主编,《物理化学解题指导》。大连理工大学出版社,2011年11月 开课单位:轻工与化学工程学院基础化学教学中心 简介: 物理化学课程是化工类专业重要理论基础课,其内容主要包括:化学热力学、统计热力学、化学动力学三大部分。其先行课要求学生学习高等数学、大学物理、无机化学、分析化学、有机化学。 物理化学是从化学变化和物理变化联系入手,采用数学的手段研究化学变化的规律的一门科学。研究方法多采取理想化方法,集抽象思维和形象思维,其实验是采用物理实验的方法。 化学热力学采用经典的热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律,从宏观上研究化学变化过程的规律,通过理论计算来判断化学反应的方向和限度(化学平的衡位置)、以及平衡状态时系统的相变化、界面变化、电化学变化、胶体化学变化的规律,同时,研究影响这些变化规律的因素(如:温度、压力、浓度、组成等等)。 统计热力学则从微观上,用统计学的方法,研究化学反应的变化规律。试图通过理论的计算热力学的状态函数。 化学动力学研究化学反应的速率和机理,以及影响化学反应速率的条件(如:温度、压力、浓度、组成、催化剂等等)。通过化学反应的条件控制化学反应的进行,通过化学反应机理的研究,确定化学反应的速率方程。 第一章气体的pVT性质 考核内容: 一、理想气体的状态方程 二、理想气体混合物 三、气体的液化及临界参数 四、真实气体状态方程 五.对应状态原理及普遍化压缩因子图 第二章热力学第一定律 考核内容: 一、热力学基本概念 二、热力学第一定律 三、恒容热、恒压热,焓 四、热容,恒容变温过程、恒压变温过程1.热容

物理化学》课程教学大纲

《物理化学》教学大纲 课程类别:专业基础课 总学时:144学时 总学分:8学分 开设学期:第四、五学期 适用专业:化学专业、应用化学专业 先修课程:无机化学、分析化学、有机化学 一、课程性质与任务 物理化学是化学专业和应用化学专业的四大基础课程之一,是在无机化学、分析化学、有机化学课程的基础上开设的一门课程。该课程主要包括化学热力学和化学动力学两大部分,研究过程变化的可能性和速率问题。该门课程为后期学习化工基础等课程打下基础。 二、教学目的与要求 学生通过物理化学课程的学习,掌握物理化学的基本理论和基本方法,运用所学知识解决化学过程的一些实际问题,主要是:热力学三个定律,热力学基本函数及其变化的计算,并能运用这些知识定量地判断化学过程(包括溶液体系、相平衡、表面现象等)进行的方向与限度;化学动力学基本理论、几种重要的反应速率理论,并能运用这些知识定量的求算化学反应的基本动力学参数、能初步推测或判断化学反应的反应机理。 物理化学是化学基础课中比较抽象、理论性比较强的课程,也是培养学生逻辑思维和空间想象力的重要课程。物理化学中的许多分析问题、解决问题的方法是人们科学地认识自然界规律的典范,在学习物理化学课程的过程中,可以培养学生科学地分析问题、提出问题、和解决问题的能力。 三、教学时数分配

*选学#自学 四、教学内容和课时分配 绪论(2学时) 教学目的和要求 1.了解物理化学课程的研究内容、方法 2.了解学习物理化学课程的方法建议 教学重点:物理化学课程的研究内容 教学内容 物理化学课程的研究内容、方法;学习物理化学课程的方法建议 第一章热力学第一定律(15学时) 教学目的和要求 1.掌握热力学基本概念 2.理解热力学第一定律基本内容 3.掌握标准摩尔反应焓的计算 4.熟练掌握各种状态变化过程Q、W、△U、△H计算 教学重点:热力学第一定律基本内容、各种状态变化过程Q、W、△U、△H计算 教学难点:各种状态变化过程Q、W、△U、△H计算 教学内容 第一节热力学基本概念(5学时) 本节知识点包括系统与系统的性质、系统的状态、状态函数、过程与途径、热与功。 第二节热力学第一定律(2学时) 本节知识点包括热力学能、热力学第一定律、焓、热容。 第三节气体系统中的应用(4学时) 本节知识点包括理想气体、理想气体的等温过程、理想气体的绝热过程、Carnot循环、实际气体。 第四节化学反应系统中的应用(4学时) 本节知识点包括焓的规定值、标准摩尔反应焓的计算、等温化学反应、非等温化学

(完整版)物理化学习题及答案

物理化学期末复习 一、单项选择题 1. 涉及焓的下列说法中正确的是 ( ) (A)单质的焓值均等于零 (B)在等温过程中焓变为零 (C)在绝热可逆过程中焓变为零 (D)化学反应中系统的焓变不一定大于内能变化 2. 下列三种胶体分散系统中,热力不稳定的系统是: ( ) A. 大分子溶胶 B. 胶体电解质 C. 溶胶 3. 热力学第一定律Δ U=Q+W只适用) (A) 单纯状态变化(B) 相变化 (C) 化学变化(D) 封闭物系的任何 4.第一类永动机不能制造成功的原因是 ( ) (A)能量不能创造也不能消灭 (B)实际过程中功的损失无法避免 (C)能量传递的形式只有热和功 (D)热不能全部转换成功 5.如图,在绝热盛水容器中,浸入电阻丝,通电一段时间,通电后水及电阻丝的温度均略有升高,今以电阻丝为体系有( ) (A)W =0 ,Q <0 ,U <0 (B). W>0,Q <0,U >0 (C)W <0,Q <0,U >0 (D). W <0,Q =0,U >0 6.对于化学平衡 , 以下说法中不正确的是( ) (A)化学平衡态就是化学反应的限度 (B)化学平衡时系统的热力学性质不随时间变化 (C)化学平衡时各物质的化学势相等 (D)任何化学反应都有化学平衡态 7.封闭系统内的状态变化: ( ) A 如果系统的 S sys>0,则该变化过程自发 B 变化过程只要对环境放热,则该变化过程自发

C 仅从系统的 S sys ,变化过程是否自发无法判断

8. 固态的 NH 4HS 放入一抽空的容器中,并达到化学平衡,其组分数、独立组分数、相数及 自由度分别是( ) A. 1 ,1,1,2 B. 1 ,1,3,0 C. 3 ,1,2,1 D. 3 ,2,2,2 9. 在定压下, NaCl 晶体,蔗糖晶体,与它们的饱和混合水溶液平衡共存时,独立组分数 C 和条件自由度 f :( ) A C =3, f =1 B C =3 , f =2 C C =4, f =2 D C =4 , f =3 10. 正常沸点时,液体蒸发为气体的过程中( ) (A) Δ S=0 (B) ΔG=0 (C) Δ H=0 (D) ΔU=0 12. 下面的说法符合热力学第一定律的是( ) (A) 在一完全绝热且边界为刚性的密闭容器中发生化学反应时 , 其内能一定变化 (B) 在无功过程中 , 内能变化等于过程热 , 这表明内能增量不一定与热力学过程无关 (C) 封闭系统在指定的两个平衡态之间经历绝热变化时 , 系统所做的功与途径无关 (D) 气体在绝热膨胀或绝热压缩过程中 , 其内能的变化值与过程完成的方式无关 13. 对于理想的水平液面,其值为零的表面物理量是( ) (A) 表面能 (B) 比表面吉布斯函数 (C) 表面张力 (D) 附加压力 14. 实验测得浓度为 0.200mol ·dm -3 的 HAc 溶液的电导率为 0.07138S ·m -1 ,该溶液的摩尔 电导率Λ m (HAc) 为( ) 2 -1 2 -1 A. 0.3569S · m 2· mol -1 B. 0.0003569S ·m 2·mol -1 2 -1 2 -1 C. 356.9S · m 2· mol -1 D. 0.01428S ·m 2· mol -1 15. 某化学反应其反应物消耗 7/8 所需的时间是它消耗掉 3/4 所需的时间的 1.5 倍,则反 应的级数为( ) A. 零级反应 B. 一级反应 C. 二级反应 D. 三级反应 11. 以看作封闭体系的是( A. 绝热箱中所有物质 B. 两个铜电极 C. 蓄电池和铜电极 D. CuSO 4 水溶液 如图,将 C uSO 4水溶液置于绝热箱中,插入两个铜电极,以蓄电池为电源进行电解,可 )。

物理化学试题及答案

物理化学试题及答案 C. 易于液化 D. 不易液化 2006-2007学年度上期物理化学试题,B, 水溶液置于绝热箱中,插入两个铜电极,以蓄电池为电源进行4、如图,将CuSO4 电解,可以看作封闭体系的是( )。 A. 绝热箱中所有物质 B. 两个铜电极 (可带计算器) C. 蓄电池和铜电极 一、判断题。判断下列说法的正误,在正确的说法后面打“?”,错误的说得分 D. CuSO水溶液 4法后面打“×”。(每小题1分,共10分) 5、在体系温度恒定的变化中,体系与环境之间( )。 1、温度一定的时候,气体的体积与压力的乘积等于常数。( ) A. 一定产生热交换 B. 一定不产生热交换 2、热力学过程中W的值应由具体过程决定 ( ) C. 不一定产生热交换 D. 温度恒定与热交换无关 3、系统的混乱度增加,则其熵值减小。( ) 6、下列定义式中,表达正确的是( )。 4、处于标准状态的CO (g),其标准燃烧热为零。( ) A. G=H,TS B. G=A,PV C. A=U,TS C. H=U—PV 5、1mol理想气体从同一始态经过不同的循环途径后回到初始状态,其热力学能不变。 7、在一个绝热钢瓶中,发生一个放热的分子数增加的化学反应,那么( )。( )

A. Q > 0,W > 0,ΔU > 0 6、吉布斯判据适用于理想气体的任意过程。( ) B. ΔQ = 0,W = 0,ΔU < 0 7、四个热力学基本方程适用于所有封闭体系的可逆过程。( ) C. Q = 0,W = 0,ΔU = 0 8、在纯溶剂中加入少量不挥发的溶质后形成的稀溶液沸点将升高。( ) D. Q < 0,W > 0,ΔU < 0 9、惰性组分的加入将使反应的平衡转化率降低。( ) 8、ΔH =Q , 此式适用于下列哪个过程: ( )。 p10、只受温度影响的平衡系统自由度F=C-P+1。( ) 655A. 理想气体从10 Pa反抗恒外压10 Pa膨胀到10 Pa 5B. 0? , 10 Pa 下冰融化成水得分二、选择题。以下各题,只有一个正确选项,请将正确的选项填在相应位 置。(每小题3分,共45分) C. 电解 CuSO水溶液 4 54D. 气体从 (298 K, 10 Pa) 可逆变化到 (373 K, 10 Pa) 1. 一定压力下,当2 L理想气体从0?升温到273?时,其体积变为( )。 9、下述说法中,哪一种不正确:( )。 A. 5 L B. 4 L C. 6 L D. 1 L A. 焓是体系能与环境进行交换的能量 2、A、B两种理想气体的混合物总压力为100kPa,其中气体A的摩尔分数0.6,则气体B B. 焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量的分压为( )。 C. 焓是体系状态函数 A. 100kPa B. 60kPa C. 40kPa D. 不确定 D. 焓只有在某些特定条件下,才与体系吸热相等 3、当实际气体的压缩因子Z 大于1的时候表明该气体( )。 10、凝固热在数值上与下列哪一种热相等:( )。 A. 易于压缩 B. 不易压缩 1

南京大学《物理化学》每章典型例题

第一章 热力学第一定律与热化学 例题1 1mol 理想气体于27℃ 、101325Pa 状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡,再由该状态恒容升温到97 ℃ ,则压力升到。求整个过程的W 、Q 、△U 及△H 。已知该气体的C V ,m 恒定为? ?K -1 。 解题思路:需先利用理想气体状态方程计算有关状态: (T 1=27℃, p 1=101325Pa ,V 1)→(T 2=27℃, p 2=p 外=,V 2=) →(T 3=97℃, p 3=,V 3= V 2) 例题2水在 -5℃ 的结冰过程为不可逆过程,计算时要利用0℃ 结冰的可逆相变过程,即 H 2O (l ,1 mol ,-5℃ ,θ p ) s ,1 mol ,-5℃,θ p ) ↓△H 2 ↑△H 4 H 2O (l ,1 mol , 0℃,θp )(s ,1 mol ,0℃,θ p ) ∴ △H 1=△H 2+△H 3+△H 4 例题3 在 时,使 5.27 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧,放出 的热量。忽略压力对焓的影响。 (1) 计算甲醇的标准燃烧焓 θ m c H ?。 (2) 已知时 H 2O(l) 和CO 2(g)的标准摩尔生成焓分别为- kJ·mol -1 、- kJ·mol -1 , 计算CH 3OH(l)的θ m f H ?。 (3) 如果甲醇的标准蒸发焓为 ·mol -1 ,计算CH 3OH(g) 的θ m f H ?。 解:(1) 甲醇燃烧反应:CH 3OH(l) + 2 3 O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O(l) Q V =θ m c U ?=- kJ/32)mol =- kJ·mol -1 Q p =θ m c H ?=θ m c U ?+ ∑RT v )g (B = (--×××10-3 )kJ·.mol -1

物理化学课程教学大纲(1)上课讲义

物理化学课程教学大纲 一、课程说明 (一)课程名称、所属专业、课程性质、学分; 课程名称: 物理化学(PhysicalChemistry) 所属专业:材料化学 课程类别:专业课 课程性质:专业课(必选) 学分: 3学分(54学时) (二)课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程; 课程简介: 物理化学又称理论化学,是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手,从而找出化学运动中最具普遍性的基本规律的一门学科。共包括4部分内容: 第1部分,热力学。内容包括:热力学第一定律、热力学第二定律、化学势、化学平衡、相平衡。 第2部分,电化学。内容包括:电解质溶液、可逆电池电动势、不可逆电池过程。 第3部分,表面现象与分散系统。内容包括:表面现象、分散系统。 第4部分,化学动力学。内容包括:化学动力学基本原理、复合反应动力学。 目标与任务: 使学生掌握物理化学基本概念及计算方法,同时还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。这种训练和培养应贯穿在课堂教学的整个过程中,使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎,或由假设和模型上升为理论,并结合具体条件用理论解决实际问题的方法。 先修课与后续相关课程: 先修课:高等数学(微分、积分)、大学普通物理、无机化学、有机化学、分析化学后续相关课程:无。 (三)教材与主要参考书。 教材:物理化学简明教程,第四版,印永嘉等编,高等教育出版社出版.2007 参考书目: [1] 付献彩主编,《物理化学》上、下册. 第五版.高等教育出版社出版.2006

[2] 胡英主编,《物理化学》上、中、下册. 第一版,北京:高等教育出版社 出版.2001 [3] 宋世谟主编,《物理化学》上、下册,第四版.北京:高等教育出版社出版.2001 [4] 物理化学简明教程例题与习题,第二版,印永嘉等编,高等教育出版社出版 二、课程内容与安排 绪论讲授,1学时。 第一章热力学第一定律 1.1 热力学的研究对象 1.2 几个基本概念 1.3 能量守恒 1.4 体积功 1.5 定容及定压下的热 1.6 理想气体的热力学能和焓 1.7 热容 1.8 理想气体的绝热过程 1.9 实际气体的节流膨胀 1.10 化学反应的热效应 1.11生成焓及燃烧焓 1.12反应焓与温度的关系 (一)教学方法与学时分配 讲授,8学时。 (二)内容及基本要求 主要内容:热力学第一定律、体积功的计算、热容、热力学第一定律对理想气体的应用、焓、标准摩尔反应焓。 【重点掌握】:热力学第一定律、体积功的计算、焓。 【掌握】:热力学第一定律文字表述和数学表达式,热力学第一定律在简单状态变化PVT、相变化及化学变化中的应用,掌握计算各种过程的功、热、热力学能变、焓变的方法。 【理解】系统与环境、状态、过程、状态函数与途径函数等基本概念,可逆过程的概念。功、热、热力学能、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准 摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。

物理化学部分答案

3. 理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功,都可用公式V W C T =?计算,那两种过程的功是否一样? 答:不一样。过程不同,终态不相同,即ΔT 不一样,因此绝热可逆和绝热不可逆两过程所做功不一样。 6. 在相同的温度和压力下,一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水:(1)氢气在氧气中燃烧;(2)爆鸣反应;(3)氢氧热爆炸;(4)氢氧燃料电池。在所有反应中,保持反应始态和终态都相同,请问这四种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同? 答:应该相同。因为热力学能和焓是状态函数,只要始终态相同,无论通过什么途径,其变化值一定相同。这就是:异途同归,值变相等。 7. 理想气体向真空绝热膨胀后,他的温度将( )。 (A )升高 (B )降低 (C )不变 (D )不一定 答:(C )对于理想气体而言,内能仅仅是温度的单值函数,经真空绝热膨胀后,内能不变,因此体系温度不变。 9. 公式?H = Q p 适用于哪个过程( )。 (A )理想气体绝热等外压膨胀 (B )H 2O (s )273K 101.3kPa 垐垐垐垎噲垐垐垐,H 2O (g ) (C )Cu 2+(aq )+2e - → Cu (s ) (D )理想气体等温可逆膨胀 答:(B )式适用于不作非膨胀功的等压过程。 1. (1)一系统的热力学能增加了100kJ ,从环境吸收了40kJ 的热,计算系统与环境的功的交换量; (2)如果该系统在膨胀过程中对环境做了20kJ 的功,同时吸收了20kJ 的热,计算系统热力学能的变化值。 解:根据热力学第一定律:ΔU = W + Q ,即有: (1)W =ΔU -Q = 100 – 40 = 60kJ (2)ΔU = W + Q = -20 + 20 = 0 2. 在300 K 时,有 10 mol 理想气体,始态压力为 1000 kPa 。计算在等温下,下列三个过程做膨胀功: (1)在100 kPa 压力下体积胀大1 dm 3 ; (2)在100 kPa 压力下,气体膨胀到压力也等于100 kPa ; (3)等温可逆膨胀到气体的压力等于100 kPa 。 解:根据理想气体状态方程p V= nRT ,即有: V nRT p = (1)∵ W = -p e ΔV = -p e (V 2-V 1) ∴ W = -100×103×1×10-3 = -100J

(0129)《物理化学》网上作业题答案

(0129)《物理化学》网上作业题答案 1:第一次 2:第二次 3:第三次 4:第四次 5:第五次 6:第六次 7:第七次 1:[单选题] 已知下列反应的平衡常数:H 2(g) + S(s) = H 2 S(s) (1) K1 ; S(s)+O 2 (g)=SO 2 (2) K2 则反应:H 2(g)+SO 2 (g)=O 2 (g)+H 2 S(g) 的平衡常数为() A:K1 + K2 ; B:K1 - K2 ; C:K1·K2 ; D:K1/K2 。 参考答案:D 2:[单选题]恒温下,在反应2NO2(g) = N2O4(g) 达到平衡后的体系中加入惰性气体,则A: 平衡向右移动; B:平衡向左移动; C: 条件不充分,无法判断; D: 平衡不移动。 参考答案:C 3:[单选题]某反应速率常数k = 2.31 ×10-2mol-1?dm3?s-1,反应起始浓度为1.0 mol?dm-3,则其反应半衰期为: A: 43.29 s ;

B:15 s ; C: 30 s ; D:21.65 s 。 参考答案:A 4:[单选题]下列叙述中错误的是: A:水的三相点的温度是273.15K,压力是610.62 Pa ; B:三相点的温度和压力仅由系统决定,不能任意改变; C:水的冰点温度是0℃(273.15K),压力是101325 Pa ; D: 水的三相点f = 0,而冰点f = 1 。 参考答案:A 5:[单选题]盐碱地的农作物长势不良,甚至枯萎,其主要原因是: A:天气太热; B:很少下雨; C:肥料不足; D:水分倒流。 参考答案:D 6:[单选题]下列溶液中哪个溶液的摩尔电导最大: A: 0.1M KCl水溶液; B:0.001M HCl水溶液; C:0.001M KOH水溶液; D: 0.001M KCl水溶液。 参考答案:B 7:[单选题]在某温度下,一密闭的刚性容器中的PCl5(g) 达到分解平衡,若往此容器中充入N2(g) 使体系压力增大二倍(此时体系仍可按理想气体处理),则PCl5(g) 的离解度将:A:增大; B:减小;

物理化学经典例题

一、选择题 1. 下面有关统计热力学的描述,正确的是:( ) A. 统计热力学研究的是大量分子的微观平衡体系 B. 统计热力学研究的是大量分子的宏观平衡体系 C. 统计热力学是热力学的理论基础 D. 统计热力学和热力学是相互独立互不相关的两门学科B 2.在研究N、V、U有确定值的粒子体系的统计分布时,令∑ni = N,∑niεi = U, 这是因为所研究的体系是:( ) A. 体系是封闭的,粒子是独立的 B 体系是孤立的,粒子是相依的 C. 体系是孤立的,粒子是独立的 D. 体系是封闭的,粒子是相依的C 3.假定某种分子的许可能级是0、ε、2ε和3ε,简并度分别为1、1、2、3 四个这样的分子构成的定域体系,其总能量为3ε时,体系的微观状态数为:( ) A. 40 B. 24 C. 20 D. 28 A 4. 使用麦克斯韦-波尔兹曼分布定律,要求粒子数N 很大,这是因为在推出该定律时:( ). ! A、假定粒子是可别的 B. 应用了斯特林近似公式C.忽略了粒子之间的相互作用 D. 应用拉氏待定乘因子法A 5.对于玻尔兹曼分布定律ni =(N/q)·gi·exp( -εi/kT)的说法:(1) n i是第i 能级上的粒子分布数; (2) 随着能级升高,εi 增大,ni 总是减少的; (3) 它只适用于可区分的独立粒子体系; (4) 它适用于任何的大量粒子体系其中正确的是:( ) A. (1)(3) B. (3)(4) C. (1)(2) D. (2)(4) C 6.对于分布在某一能级εi上的粒子数ni,下列说法中正确是:( ) A. n i与能级的简并度无关 B.εi 值越小,ni 值就越大 C. n i称为一种分布 D.任何分布的ni 都可以用波尔兹曼分布公式求出B 7. 15.在已知温度T时,某种粒子的能级εj = 2εi,简并度gi = 2gj,则εj 和εi 上分布的粒子数之比为:( ) A. 0.5exp(εj/2kT) B. 2exp(- εj/2kT) C. ( -εj/kT) D. 2exp( 2εj/kT) C 8. I2的振动特征温度Θv= 307K,相邻两振动能级上粒子数之n(v + 1)/n(v) = 1/2的温度是:( ) A. 306 K B. 443 K C. 760 K D. 556 K B 9.下面哪组热力学性质的配分函数表达式与体系中粒子的可别与否无关:( ) 《 A. S、G、F、Cv B. U、H、P、C v C. G、F、H、U D. S、U、H、G B 10. 分子运动的振动特征温度Θv 是物质的重要性质之一,下列正确的说法是:( C ) A.Θv 越高,表示温度越高 B.Θv 越高,表示分子振动能越小 C. Θv越高,表示分子处于激发态的百分数越小 D. Θv越高,表示分子处于基态的百分数越小 11.下列几种运动中哪些运动对热力学函数G与A贡献是不同的:( ) A. 转动运动 B. 电子运动 C. 振动运动 D. 平动运动D 12.三维平动子的平动能为εt = 7h2 /(4mV2/3 ),能级的简并度为:( ) A. 1 B. 3 C. 6 D. 2 C 的转动惯量J = ×10 -47 kg·m2 ,则O2 的转动特征温度是:( ) A. 10 K B. 5 K C. K D. 8 K C ; 14. 对于单原子分子理想气体,当温度升高时,小于分子平均能量的能级上分布的粒子数:( ) A. 不变 B. 增多 C. 减少 D. 不能确定C 15.在相同条件下,对于He 与Ne 单原子分子,近似认为它们的电子配分函数 相同且等于1,则He 与Ne 单原子分子的摩尔熵是:( ) A. Sm(He) > Sm (Ne) B. Sm (He) = Sm (Ne) C. Sm (He) < S m(Ne) D. 以上答案均不成立C 二、判断题 1.玻耳兹曼熵定理一般不适用于单个粒子。(√) 2.玻耳兹曼分布是最概然分布,但不是平衡分布。(×) 3.并不是所有配分函数都无量纲。(×) 4.在分子运动的各配分函数中平均配分函数与压力有关。(√) - 5.粒子的配分函数q 是粒子的简并度和玻耳兹曼因子的乘积取和。(×) 6.对热力学性质(U、V、N)确定的体系,体系中粒子在各能级上的分布数一定。(×) 7.理想气体的混合物属于独立粒子体系。(√)

物理化学课程简介及教学大纲

“物理化学”课程简介及教学大纲 课程代码: 课程名称:物理化学 课程类别:学科基础课 总学时/学分:80 / 3+2 (其中含实验或实践学时:48 ) 开课学期:每学年第一和第二学期 适用对象:化工类专业本科生 先修课程:高等数学、普通物理学、无机化学、分析化学和有机化学 内容简介:物理化学也称为理论化学,是化学的重要分支之一。物理化学是用数学和物理学的方法研究化学中最具有普遍性的一般规律。本课程介绍研究化学变化和相变化的平衡规律和化学反应的速率规律的宏观层次理论方法,从微观到宏观层次的研究方法和多相系统的研究方法等。包括热力学三大定律和基本方程、统计热力学、多组分系统热力学、相平衡、化学平衡、电化学、化学反应动力学、表面现象和胶体等。 一、课程性质、目的和任务 【课程性质】物理化学是学生在具备了必要的高等数学、普通物理、无机化学、分析化学等基础知识之后必修的理论基础课,是应用化学、化学工程、生物化学等专业的一门主干基础理论课程,同时也是后继化学专业课程的基础。 【教学目的】通过本课程的学习使学生建立一个系统、完整的物理化学基本理论和方法的框架,掌握热力学、动力学、电化学、统计热力学中的普遍规律和实验方法;在强化基础的同时,逐步培养学生的思维能力和创造能力。 【教学任务】本课程共分十章:热力学第一定律、热力学第二定律、统计热力学初步、溶液理论、相平衡、化学平衡、电化学、化学动力学、表面现象、胶体化学。本课程重点在于化学基础理论、基本知识的教学,在阐述基本原理时应着重讲清整个问题的思路、介绍问题的提出背景和形成理论的思维方法,使学生学到有关知识的同时能学到探索问题的思路和方法,培养解决问题的能力;在基础层次上选择有代表性的科学研究成果和实际,着眼于前沿涉及的新思想和新方法。 二、课程教学内容及要求 绪论 § 1 物理化学的学科特点和发展史 § 2 物理化学的研究内容和研究方法 § 3 必要的数学知识 § 4 物理化学的学习方法和学习要求 【基本要求】 1. 了解学生的心理特点和学科特点,探讨物理化学的学习方法,使学生确立学好物理化学的信心。 第一章热力学第一定律

物理化学(上)期末试题及参考答案

一、填空题(每小题2分,共20分) 1、热力学第零定律是指: 。 2、熵与热力学概率之间的函数关系式是。 3、补全热力学函数关系式:C P= (?S/?T)P 4、一定量的单原子理想气体定压下从T1变化到T2的熵变与定容下从T1变化到T2的熵变之比为: 5、化学势的表示式中,是偏摩尔量。 6、稀溶液的依数性包括、、和。 7、反应NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g),在298K时测得分解压为66.66Pa,则该温度下该反应的K pΘ= ;K p= 。 8、1atm压力下水和乙醇系统的最低恒沸混合物含乙醇质量分数为0.9557,现将含乙醇50%的乙醇水溶液进行分馏,最终得到的物质为。 9、水在101.3kPa时沸点为373K,汽化热为40.67 kJ/mol(设汽化热不随温度变化);毕节学院的大气压约为85.5 kPa,则在毕节学院水的沸点为 K。 10、反应NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)已达平衡;保持总压不变,往系统中充入一定量的惰性气体,平衡移动方向为。 二、选择题(每小题2分,共30分) 1、下列属于化学热力学范畴的是() (A)物质结构与性能的关系(B)化学反应速率 (C)化学变化的方向和限度(D)反应机理 2、下列关于热力学方法叙述正确的是() (A)热力学研究所得的结论不适用于分子的个体行为 (B)热力学可以解决某条件下怎样把一个变化的可能性变为现实性的问题 (C)经典热力学详细讨论了物质的微观结构 (D)经典热力学常需计算一个变化所需要的时间 3、下列函数中为强度性质的是:() (A) S (B) (?G/?p)T(C) (?U/?V)T (D) C V 4、一定量的纯理想气体,下列哪组量确定后,其他状态函数方有定值。() (A)T (B)V (C)T、U (D)T、p

南京大学《物理化学》(上学期)每章典型例题.doc

第一章 热力学第一定律与热化学 例题1 1mol 理想气体于27℃ 、101325Pa 状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡,再由该状态恒容升温到97 ℃ ,则压力升到1013.25kPa 。求整个过程的W 、Q 、△U 及△H 。已知该气体的C V ,m 恒定为20.92J ?mol -1 ?K -1。 解题思路:需先利用理想气体状态方程计算有关状态: (1mol, T 1=27℃, p 1=101325Pa ,V 1)→(1mol, T 2=27℃, p 2=p 外=?,V 2=?) →(1mol, T 3=97℃, p 3=1013.25kPa ,V 3= V 2) 例题2 计算水在 θp ,-5℃ 的结冰过程的△H 、△S 、△G 。已知θ)(,,2l O H m p C ,θ )(,,2s O H m p C 及 水在 θ p ,0℃的凝固焓θm con H ?。 解题思路:水在 θp ,-5℃ 的结冰过程为不可逆过程,计算时要利用θp ,0℃结冰的可逆相变过程,即 H 2O (l ,1 mol ,-5℃ ,θp 2O (s ,1 mol ,-5℃,θp ) ↓△H 2,△S 2, △G 2 ↑△H 4,△S 4, △G 4 H 2O (l ,1 mol , 0℃,θ p H 2O (s ,1 mol ,0℃,θ p ) △H 1=△H 2+△H 3+△H 4=θ)(,,2l O H m p C (273K-268K )+θ m con H ?+θ )(,,2s O H m p C (268k-273K) △S 1=△S 2+△S 3+△S 4=θ)(,,2l O H m p C ln(273/268)+ θm con H ?/273+θ )(,,2s O H m p C ln(268/273) △G 1=△H 1-T 1△S 1 例题3 在 298.15K 时,使 5.27 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧,放出 119.50kJ 的热量。忽略压力对焓的影响。 (1) 计算甲醇的标准燃烧焓 θ m c H ?。 (2) 已知298.15K 时 H 2O(l) 和CO 2(g)的标准摩尔生成焓分别为-285.83 kJ·mol -1 、- 393.51 kJ·mol - 1,计算CH 3OH(l)的θ m f H ?。 (3) 如果甲醇的标准蒸发焓为 35.27kJ·mol - 1,计算CH 3OH(g) 的θ m f H ?。

物理化学教学计划

《物理化学C》课程教学大纲 课程中文名称(英文名称):物理化学C(Physical Chemistry C) 课程代码:0400B016 课程类别:学科基础课程 课程性质:必修课 课程学时: 64学时 学分: 4 适用专业: 材料科学与工程、高分子材料、生物工程、食品科学与工程、食品质量与安全、制药工程 先修课程:高等数学、大学物理、无机化学、有机化学 一、课程简介 1.物理化学是化学工程与工艺、应用化学专业的一门重要主干课程,也是材料科学与工程、制药工程、生物工程、生物技术、食品科学与工程等专业的重要基础课程。主要研究化学变化和相变化的平衡规律和变化速率规律,它包括理论教学及实验教学。实验教学单独开课。物理化学的理论研究方法有热力学方法、动力学方法、统计力学方法和量子力学方法。从研究内容来说包括宏观上的、微观上的、以及亚微观上的,对工科学生来说,热力学方法、动力学方法及宏观上的内容是主要的、基本的,后两种方法和内容的重要性正在日益增加。对工科专业,量子力学方法一般不作要求或另设课程。 2.本课程属于学科基础课,在专业人才培养方案和课程体系中的具有重要地位和作用。 二、课程教学目的和任务 通过本门课程的学习,学生应比较牢固地掌握物理化学基本概念及计算方法,同时还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。这种训练和培养应贯穿在课堂教学的整个过程中,使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎,或由假设和模型上升为理论,并结合具体条件用理论解决实际问题的方法。 三、课程学时分配、教学内容与教学基本要求 下面按各章列出基本要求和内容。基本要求按深入的程度分“了解”、“理解”、“掌握”和“熟练掌握”四个层次。 第一章气体(4学时) 1、物理化学简介 2、P1-8

关于物理化学课后习题答案

第一章 1.5两个容积均为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 ?C,另一个球则维持0 ?C,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, 1.8 如图所示,一带隔板的容器中,两侧分别有同温、不同压的H2与N2,P(H2)=20kpa,P(N2)=10kpa,二者均可视为理想气体。

(1)保持容器内温度恒定,抽去隔板,且隔板本身的体积可忽略不计,试求两种气体混合后的压力; (2)计算混合气体中H2和N2的分压力; (3)计算混合气体中H2和N2的分体积。 第二章 2.2 1mol水蒸气(H2O,g)在100℃,101.325kpa下全部凝结成液态水,求过程的功。假设:相对水蒸气的体积,液态水的体积可以忽略不计。

2.11 1mol某理想气体与27℃,101.325kpa的始态下,先受某恒定外压恒温压缩至平衡态,在恒容升温至97.0℃,250.00kpa。求过程的W,Q, ΔU, ΔH。已知气体的体积Cv,m=20.92J*mol-1 *K-1。 2.15 容积为0.1 m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板,其两侧分别为0 ?C,4 mol 的Ar(g)及150 ?C,2 mol的Cu(s)。现将隔板撤掉,整个系统达到热平衡,求末态温度t及过程的。已知:Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容分别为 及,且假设均不随温度而变。 解:图示如下 假设:绝热壁与铜块紧密接触,且铜块的体积随温度的变化可忽略不计

则该过程可看作恒容过程,因 此 假设气体可看作理想气体, ,则 2.25 冰(H2O,S)在100kpa下的熔点为0℃,此条件下的摩尔熔化焓ΔfusHm=6.012KJ*mol-1 *K-1。已知在-10~0℃范围内过冷水(H2O,l)和冰的摩尔定压热容分别为Cpm(H2O,l)=76.28J*mol-1 *K-1和Cpm(H2O,S)=37.20J*mol-1 *K-1。求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。 O, l)在100 ?C的摩尔蒸发焓。水和2.26 已知水(H 2 水蒸气在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cpm(H2O,l)=75.75J*mol-1 *K-1和Cpm (H2O,g)=33.76J*mol-1 *K-1。求在25?C时水的摩尔蒸发焓。

物理化学习题集及答案2

相平衡 一、选择题: 1. 二组分体系恒温时.可能同时存在的最大相数为 ( ) (A) Φ=2 (B) Φ=3 (C) Φ=4 2. 在α、β两项中都含有A 和B 两种物质,当达相平衡时,下列哪种情况正确 ( ) A B A A A B A B (A ) (C) (D) (B )αααβαβββμμμμμμμμ==== 3. 在101325Pa 下,水、冰和水蒸气平衡的系统中,自由度为 ( ) (A) 0 (B) 1 (C) 2 4. 在密闭容器中有食盐饱和溶液,并且存在着从溶液中析出的细小食盐结晶,则系统的自由度是 ( ) (A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 3 5. 系统是N 2和O 2两种气体的混合物时,自由度应为 ( ) (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 6. 在101325 Pa 下,水和水蒸气呈平衡的系统,其自由度f 为 ( ) (A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 3 7. NH 4Cl(s)在真空容器中分解达到平衡NH 4Cl(s) → HCl(g) + NH 3(g) ( ) (A) K =3, Φ=2, f =2 (B) K =2, Φ=2, f =1 (C) K =1, Φ=2, f =1 (D) K =4, Φ=2, f =1 8. 25 ℃及标准压力下,NaCl(s)与其水溶液平衡共存 ( ) (A) K =1, Φ=2, f =1 (B) K =2, Φ=2, f =1 (C) K =2, Φ=2, f =0 (D) K =4, Φ=2, f =1 9. 已知在318 K 时纯丙酮的的蒸气压为43.063 kPa ,今测得氯仿的摩尔分数为0.30的丙酮-氯仿二元溶液上丙酮的蒸气压为26.77 kPa ,则此溶液: ( ) (A) 为理想液体混合物 (B) 对丙酮为负偏差 (C) 对丙酮为正偏差 (D) 无法确定 10. 苯(A)与甲苯(B)形成理想混合物,当把5 mol 苯与5 mol 甲苯混合形成溶液,这时,与溶液相平衡的蒸汽中,苯(A)的摩尔分数是: ( )

物理化学经典习题

物理化学经典习题 一、填空题 1.硫酸与水可形成三种水合盐:H2SO4?H2O、H2SO4?2H2O 、H2SO4 ?4H2O。常压下将一定量的H2SO4溶于水中,当达三相平衡时,能与冰、 H2SO4水溶液平衡共存的硫酸水合盐的分子中含水分子的数目是。 2.Na+、H+的还原电极电势分别为–2.71V和–0.83V,但用Hg作阴极电解 NaCl溶液时,阴极产物是Na–Hg 齐,而不是H2,这个现象的解释是。3.在稀亚砷酸溶液中通入过量的硫化氢制备硫化砷溶液。其胶团结构式为。注明紧密层、扩散层、胶核、胶粒、胶团。 4.在两个具有0.001mAgNO3溶液的容器之间是一个AgCl多孔塞,在多孔塞两端放两个电极,接通直流电源后,溶液将向极方向流动。 5.反应 A B (Ⅰ) ; A D (Ⅱ)。已知反应(Ⅰ)的活化能大于反应(Ⅱ)的活化能,加入适当催化剂改变获得B和D的比例。 6.等温等压(298K及p?)条件下,某一化学反应在不做非体积功条件下进行,放热40.0 kJ?mol-1,若该反应通过可逆电池来完成,吸热 4.00 kJ?mol-1,则该化学反应的熵变为。 7.若稀溶液表面张力γ与溶质浓度c的关系为γ0 –γ = A + B ln c(γ0为纯溶剂表面张力, A、B 为常数),则溶质在溶液表面的吸附量Γ与浓度c的关系为。8.298.2K、101.325kPa下,反应 H2(g) + O2(g) ═ H2O(l) 的 (?rGm– ?rFm)/ J?mol-1为。 二、问答题 1.为什么热和功的转化是不可逆的? 2.在绝热钢筒中进行一化学反应:H2(g) + O2(g) ═ H2O(g),在反应自发进行。问此变化中下述各量哪些为零,哪些大于零,哪些小于零?Q,W,?U,?H,?S和 ?F。 3.对单组分体系相变,将克拉贝龙方程演化为克-克方程的条件是什么? 4.为什么有的化学反应速率具有负温度系数,即温度升高反应速率反而下降? 5.为什么说,热化学实验数据是计算化学平衡常数的主要基础? 三、计算题 1.苯在正常沸点353K下的?vapHm? = 30.77 kJ?mol-1,今将353K及p?下的1molC6H6(l)向真空等温蒸发为同温同压下的苯蒸气(设为理想气体)。 (1) 求算在此过程中苯吸收的热量Q与所做的功W; (2) 求苯的摩尔气化熵 ?vapSm? 及摩尔气化自由能 ?vapGm?; (3) 求环境的熵变 ?S环,并判断上述过程是否为不可逆过程。 2.把一定量的气体反应物A迅速引入一个温度800K的抽空容器内,待反应达到指定温度后计时(已有一部分A分解)。已知反应的计量方程为 2A(g) 2B(g) + C(g) ,反应的半衰期与起始浓度无关;t=0时,p总=1.316×104Pa ;t=10min时,p总 =1.432×104Pa ;经很长时间后,p总 =1.500×104Pa。试求: (1) 反应速率常数k和反应半衰期t1/2 ; (2) 反应进行到1小时时,A物质的分压和总压各为多少? 3.A和B能形成两种化合物A2B和AB2,A的熔点比B低,A2B的相合熔点介于A和B之间,

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