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物理化学天津大学第四版答案【篇一：5.天津大学《物理化学》第四版_习题及解答】ass=txt>目录第一章气体的pvt性质 ....................................................................................................... (2)第二章热力学第一定律 ....................................................................................................... . (6)第三章热力学第二定律 ....................................................................................................... .. (24)第四章多组分系统热力学 ....................................................................................................... . (51)第五章化学平衡 ....................................................................................................... .. (66)第六章相平衡 ....................................................................................................... (76)第七章电化学 ....................................................................................................... (85)第八章量子力学基础 ....................................................................................................... . (107)第九章统计热力学初步 ....................................................................................................... ...... 111 第十一章化学动力学 ....................................................................................................... . (117)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。
第一章习题解答1.1物质的体膨胀系数αV与等温压缩率κT的定义如下：试导出理想气体的、与压力、温度的关系解：对于理想气体：PV=nRT , V= nRT/P求偏导：1.2 气柜储存有121.6kPa，27℃的氯乙烯（C2H3Cl）气体300m3，若以每小时90kg的流量输往使用车间，试问储存的气体能用多少小时？解：将氯乙烯(M w=62.5g/mol)看成理想气体：PV=nRT , n= PV/RT n=121600300/8.314300.13 (mol)=14618.6molm=14618.662.5/1000(kg)=913.66 kgt=972.138/90(hr)=10.15hr1.3 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(M w=16g/mol)看成理想气体：PV=nRT , PV =mRT/ M w 甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PM w/RT=101.32516/8.314273.15(kg/m3)=0.714 kg/m31.4 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℃，13.33kPa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。
水的密度按1 g.cm-3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/ M wM w= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)8.314300.15/(13330100 10-6)M w =30.51(g/mol)1.5 两个容器均为V的玻璃球之间用细管连接，泡内密封着标准状况下的空气。
若将其中一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃，忽略连接细管中的气体体积，试求该容器内空气的压力。
解：因加热前后气体的摩尔数不变：加热前：n=2 P1V/RT1加热后：n=P1V/RT1PV/RT2列方程：2 P1V/RT1=P1V/RT1PV/RT2P=2 T2P1/( T1T2)=2373.15100.325/(373.15 273.15)kPa=115.47kPa1.6 0℃时氯甲烷（CH3Cl）气体的密度ρ随压力的变化如下。
课后习题答案第一章化学热力学基础1-1 气体体积功的计算式W = ? ∫ Pe dV 中，为什么要用环境的压力Pe ？在什么情况下可用体系的压力P体？答：δW = f 外? dl = p外? A ? dl = p外? dV 在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式W = ? ∫ Pe dV 中，可用体系的压力P体代替Pe 。
298K 时，5mol 的理想气体，在（1）定温可逆膨胀为原体积的 2 倍；( 2 ) 定压下加热到373K；（3）定容下加热到373K。
已知Cv,m = 28.28J·mol-1·K-1。
计算三过程的Q、W、△U、△H 和△S。
解（1）△U = △H = 0 1-2 Q = ?W = nRT ln V2 = 5 × 8 .314 × 298 ln 2 = 8 .587 kJ V1 ?S = nR ln （2）V2 = 5 × 8.314 ln 2 = 28.82 J ? K ?1 V1 ?H = Q P = nC P ,m (373 ? 298) = 13.72kJ ?U = nCV ,m (373 ? 298) = 10.61kJ W = △U – QP = －3.12 kJ ?S = nC P ,m ln （3 ）T2 373 = 5 × (28.28 + 8.314) ln = 41.07 J ? K ?1 T1 298 ?U = QV = nCV ,m (373 ? 298) = 10.61kJ ?H = nC P ,m (373 ? 298) = 13.72kJ W=0 1 ?S = nCV ,m ln T2 373 = 5 × 28.28 ln = 31.74 J ? K ?1 T1 298 1-3 容器内有理想气体，n=2mol , P=10Pζ，T=300K。
(1) 在空气中膨胀了1dm3，求做功多少？(2) 膨胀到容器内压力为lPζ，做了多少功？(3）膨胀时外压总比气体的压力小dP , 问容器内气体压力降到lPζ时，气体做多少功？解：（1）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且Pe = 105 Pa W = ? Pe ?V = ?105 × 1 × 10?3 = ?100 J （2）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且Pe = 105 Pa W = ? Pe ?V = ? Pζ (V2? V1 ) = ? Pζ ( =? nRT nRT 9 ? ) = ? nRT ζ ζ P 10 P 10 （3 ）9 × 2 × 8.314 × 300 = ?4489.6 J 10 nRT Pe = P ? dP ≈ P = V W = ? ∫ Pe dV = ? nRT ∫ V1 V2 V2 V1 V P 1 dV = nRT ln 1 = nRT ln 2 V V2 P 1 = 2 × 8.314 × 300 × ln 1Pζ = ?11.486kJ 10 Pζ 1-4 1mol 理想气体在300K 下，3 定温可逆地膨胀至10dm3，1dm 求此过程的Q 、W、△U 及△H。
面向21世纪课程教材 天津大学物理化学教研室编 高等教育出版社《物理化学》（上、下册）第四版习题解答上册P94（热力学第一定律）：15．恒容绝热，ΔU=Q V =0ΔU=ΔU Ar +ΔU Cu =(nC V ,m ΔT)Ar +(nC p,m ΔT)Cu =4(20.786-R)(T -273.15)+2×24.435(T -423.15)=0 T=347.38KΔH=ΔH Ar +ΔH Cu =(nC p,m ΔT)Ar +(nC p,m ΔT)Cu =4×20.786(347.38-273.15)+2×24.435(347.38-423.15)=2469J 19．恒压绝热，ΔH=Q p =0ΔH=ΔH A +ΔH B =(nC p,m ΔT)A +(nC p,m ΔT)B =2×2.5R(T -273.15)+5×3.5R(T -373.15)=0 T=350.93KW=ΔU=ΔU A +ΔU B =(nC V ,m ΔT)A +(nC V ,m ΔT)B =2×1.5R(350.93-273.15)+5×2.5R(350.93-373.15)= -369.2J 35．(1) Δr H øm =Δf H øm,酯+2Δf H øm,水-2Δf H øm,醇-Δf H øm,氧= -379.07+2(-285.83)-2(-238.66)-0= -473.41kJ .mol -1 (2) Δr H øm =2Δc H øm,醇+Δc H øm,氧-Δc H øm,酯-2Δc H øm,水=2(-726.51)+0-(-979.5)-0= -473.52 kJ .mol -137．由 HCOOCH 3+2O 2==2CO 2+2H 2OΔc H øm,酯=Δr H øm =2Δf H øm,二氧化碳+2Δf H øm,水-Δf H øm,酯 Δf H øm,酯=2Δf H øm,二氧化碳+2Δf H øm,水-Δc H øm,酯=2(-393.509)+2(-285.83)-(-979.5)= -379.178 kJ .mol -1由 HCOOH+CH 3OH==HCOOCH 3+H 2O Δr H øm =Δf H øm,酯+Δf H øm,水-Δf H øm,酸-Δf H øm,醇= -379.178+(-285.83)-(-424.72)-(-238.66)= -1.628 kJ .mol -1P155（热力学第二定律）：1． (1) η=1-T 2/T 1=1-300/600=0.5(2) η= -W/Q 1Q 1= -W/η=100/0.5=200kJ 循环 ΔU=0，-W=Q=Q 1+Q 2 -Q 2=Q 1+W=200-100=100kJ10．理想气体恒温 ΔU=0，ΔS 系统=nR ln (p 1/p 2)=1×8.3145ln (100/50)=5.763J .K -1(1) Q= -W=nRT ln (p 1/p 2) =1×8.3145×300ln (100/50)=1729J 可逆 ΔS 总=0(2) Q= -W=p ex ΔV=22111247J 2nRT nRT p nRT p p -==⎛⎫⎪⎝⎭-11247 4.157J K 300Q Q S T T--∆====-⋅环境环境环境ΔS 总=ΔS 系统+ΔS 环境=5.763-4.157=1.606J .K -1 (3) Q= -W=0 ΔS 环境=0ΔS 总=ΔS 系统+ΔS 环境=5.763J .K -1 19．恒压绝热，ΔH=Q p =0ΔH=ΔH 冷+ΔH 热=(C p ΔT)冷+(C p ΔT)热 =100×4.184(T -300.15)+200×4.184(T -345.15)=0 T=330.15KΔS=ΔS 冷+ΔS 热=C p,冷ln (T/T 1)+C p,热ln (T/T 1) =100×4.184ln (330.15/300.15)+200×4.184 ln (330.15/345.15)=2.678J .K -1 23．恒压 Q=ΔH=n Δvap H m =(1000/32.042)×35.32=1102.3kJW= -p ex ΔV= -p(V g -V l )= -pV g = -nRT= -(1000/32.042)×8.3145×337.80= -87655J ΔU=Q+W=1102.3-87.655=1014.6kJ可逆相变 ΔS=ΔH/T=1102.3/337.80=3.2632kJ .K -136． H 2O(l) 101.325kPa ，393.15K H 2O(g)ΔH 1=C p ΔT=1×4.224(-20)= -84.48kJ ΔH 3=C p ΔT=1×2.033×20= 40.66kJ ΔS 1=C p ln (T 2/T 1)=4.224ln (373.15/393.15) ΔS 3=C p ln (T 2/T 1)=2.033ln (393.15/373.15)=-0.2205kJ .K -1 =0.1061kJ .K -1H 2O(l) 101.325kPa，373.15KH 2O(g)ΔH 2=2257.4kJΔS 2=ΔH 2/T=2257.4/373.15=6.0496kJ .K -1ΔH=ΔH 1+ΔH 2+ΔH 3= -84.48+2257.4+40.66=2213.58kJ ΔS=ΔS 1+ΔS 2+ΔS 3= -0.2205+6.0496+0.1061=5.9352kJ .K -1 ΔG=ΔH -T ΔS=2213.58-393.15×5.9352= -119.84kJ或由22112211T T T p T T p T T T H H C dTC dT S S T∆=∆+∆∆∆=∆+⎰⎰计算40．(1) Δr H øm =2Δf H øm,CO +2Δf H øm,H2-Δf H øm,CH4-Δf H øm,CO2=2(-110.525)+0-(-74.81)-(-393.509)=247.269kJ .mol -1 Δr S øm =2S øm,CO +2S øm,H2-S øm,CH4-S øm,CO2=2×197.674+2×130.684-186.264-213.74=256.712J .K -1.mol -1 Δr G øm =Δr H øm -T Δr S øm =247.269-298.15×256.712/1000=170.730 kJ .mol -1 (2) Δr G øm =2Δf G øm,CO +2Δf G øm,H2-Δf G øm,CH4-Δf G øm,CO2=2(-137.168)+0-(-50.72)-(-394.359)=170.743kJ .mol -1(3) 反应物(150kPa) 产物(50kPa)ΔS 1=nR ln (p 1/p 2)=2R ln (150/100)=6.742 ΔS 2=nR ln (p 1/p 2)=4R ln (100/50)=23.053 ΔG 1=-nRT ln (p 1/p 2)=-2010 ΔG 1=-nRT ln (p 1/p 2)=-6873反应物(100kPa) 产物(100kPa)Δr S øm Δr G ømΔr S m =Δr S øm +ΔS 1+ΔS 2=256.712+6.742+23.053=286.507J .K -1.mol -1Δr G m =Δr G øm +ΔG 1+ΔG 2=170.743-2.010-6.873=161.860 kJ .mol -1 或 先求出各压力下的S m 、Δf G m 值或 由等温方程Δr G m =Δr G øm +RT ln J p （见第五章化学平衡） P208（多组分系统热力学）：2． (1)/////(1)/0.095/0.1801580.01040.095/0.180158(10.095)/0.0180153B B BB BB B AB B A AB B B An m M mw M x n n m M m M mw M m w M ===+++-==+-(2) -3/0.0951036.5546mol m /0.180158B B B B B Bn m M w c V m M ρρ⨯=====⋅(3) -1//0.095/0.1801580.583mol kg (1)10.095B B BB B B AAB n m M mw M b m m m w =====⋅--7． k B =p B /x B =101.325/0.0425=2384kPa由 p=p A +p B =p A *x A +k B x B 101.325=10.0(1-x B )+2384x B x B =0.03847//36.4610.03847///36.461100/78.114B B BB B B AB B A AB n m M m x n n m M m M m ====+++m B =1.867g24．b B =ΔT f /K f =0.200/1.86=0.1075mol .kg -1**1000/18.01533.167 3.161kPa 1000/18.01530.1075A A A A A A Bn p p p x p n n ===⋅=⨯=++25．-30.400010000.16136mol m 8.3145298.15B c RT∏⨯===⋅⨯4-13/10 6.2010g mol0.16136110B B BB B B B n m M c VV m M c V-=====⨯⋅⨯⨯27．b B =ΔT f /K f =0.56/1.86=0.301mol .kg -1(1) Π=c B RT=ρb B RT=1000×0.301×8.3145×310.15=7.76×105Pa(2) /B B B BB An n m M b m m Vρ=≈=30.301100010342.30103g B B B m b VM ρ-==⨯⨯⨯=P245（化学平衡）：5． 反应之间的关系为：(3)=2(2)-(1)故 Δr G øm,3=2Δr G øm,2-Δr G øm,1-RTlnK ø3=2(-RTlnK ø2)-(-RTlnK ø1) K ø3=( K ø2)2/ K ø16． SO 2Cl 2 == SO 2 + Cl 2开始压力 0 44.786 47.836 平衡压力 p 44.786-p 47.836-p平衡总压Σ=p+44.786-p+47.836-p=86.096 得p=6.526kPa22222222(44.786 6.526)(47.836 6.526)2.4226.526100SOCl SO ClSO Cl SO Cl p p p p ppK p p ppφφφφφ⋅⋅--====⋅⨯8． (1) PCl 5 == PCl 3 + Cl 2开始量 1 0 0平衡量 1-a a a 平衡总量Σ=1+a摩尔分数 1 111αααααα-+++ 325210.31211PCl ClPCl p p p p p p K p pppφφφφφφαααα⋅⋅+===-⋅+⎛⎫ ⎪⎝⎭代入p=200kPa ，p ø=100kPa ，得a =0.367 (2) PCl 5 == PCl 3 + Cl 2 开始量 1 0 5平衡量 1-a a 5+a 平衡总量Σ=6+a摩尔分数 15 666αααααα-++++ 3255660.31216PClClPCl p p p p pp p p K p pppφφφφφφφαααααα+⋅⋅⋅++===-⋅+⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭代入p=101.325kPa ，p ø=100kPa ，得a =0.26810．32266.66/20.1111100NH H Sp p K p p φφφ=⋅==⎛⎫ ⎪⎝⎭(1) NH 4HS (s) == NH 3 + H 2S 开始压 0 39.99平衡压 p 39.99+p 平衡总压Σ=39.99+2p 3239.990.111110010018.87kPa39.99277.73kPaNH H Sp p p p K ppp p φφφ+=⋅=⋅==∑=+=(2) 即要求Δr G m >0，也即J p =32NH H Sp p ppφφ⋅>K ø6.6660.1111100100p⨯> p>166.7kPa17．AgCl 的溶度积即反应AgCl==Ag ++Cl -的平衡常数Δr G øm =Δf G øm,Ag++Δf G øm,Cl --Δf G øm,AgCl=77.107+(-131.22)-(-109.789)=55.676kJ .mol -1105-355.6761000ln 22.4598.3145298.151.7610 1.3310mol dmr m G K RTK s c c φφφ--+-∆⨯=-=-=-⨯=⨯====⨯⋅下册P46（电化学）： 10．Λm =κ/c=0.0368/(0.05×1000)=0.000736Ω-1.m 2.mol -1Λm ∞=λ+∞+λ-∞=0.034982+0.00409=0.039072Ω-1.m 2.mol -1 a =Λm /Λm ∞=0.000736/0.039072=0.018842250.050.01884 1.80910110.01884c K φαα-⨯===⨯--19．(1) Pb + Hg 2SO 4 == PbSO 4 + 2Hg(2) Δr G m = -zFE= -2×96485×0.9647= -186.16×103J .mol -1 Δr S m =zF(∂E/∂T)p =2×96485×1.74×10-4=33.58J .K -1.mol -1 Δr H m =Δr G m +T Δr S m = -186.16×103+298.15×33.58= -176.15×103 J .mol -1 Q r,m =T Δr S m =298.15×33.58=10.01×103 J .mol -1 21．Ag + 0.5Hg 2Cl 2 == AgCl + HgΔr S m =S m,AgCl +S m,Hg -S m,Ag -0.5S m,Hg2Cl2=96.2+77.4-42.55-0.5×195.8=33.15J .K -1.mol -1 Δr G m =Δr H m -T Δr S m =5435-298.15×33.15= -4449J .mol -14-144490.04611V19648533.15 3.43610V K 196485r m r m pG E zFS E T zF -∆=-==⨯∆∂===⨯⋅∂⨯⎛⎫ ⎪⎝⎭35．负极反应：2Sb+3H 2O -6e →Sb 2O 3+6H +6*21210.05916lg 0.05916lg 0.05916pH60.05916pH 0.05916pH 0.34510.228pH pH 3.98 5.960.059160.05916H H a a E E E E φφφφϕϕϕϕϕϕϕϕ++----+-+-=+=+=-=-=-+=+--=+=+=37．(1) 反应Fe 2++Ag +==Fe 3++Ag 相应电池为：Pt|Fe 2+,Fe 3+||Ag +|AgE ø=φ+ø-φ-ø=0.7994-0.770=0.0294V1964850.0294ln 1.1448.3145298.153.14zFE K RTK φφφ⨯⨯===⨯=(2) Fe 2+ + Ag + == Fe 3+ + Ag 开始浓度 0 0 0.05 平衡浓度 x x 0.05-x2-30.05 3.140.0439mol dmx K xx φ-===⋅40．(1) 溴化银电极的标准电势即银电极的非标准电势,||||130.05916lg 0.05916lg4.88100.79940.05916lg0.07105V1sp Ag AgBr Br Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag BrK a a φφφϕϕϕϕ-++++--==+=+⨯=+=(2) AgBr 的Δf G øm 即反应Ag+0.5Br 2==AgBr 的Δr G øm该反应相应电池为：Ag,AgBr|Br -|Br 2,Pt E ø=φ+ø-φ-ø=1.065-0.07105=0.99395V Δr G m ø= -zFE ø= -1×96485×0.99395= -95.901×103J .mol -1 P191（界面现象）：3．汞γ乙醚-汞=γ水-汞+γ乙醚-水cos θ 0.379=0.375+0.0107cos θ θ=68.050 4． 02lnr p Mp RTrγρ=920.072750.018015ln1.07722.337998.38.3145293.15106.863kPar r p p -⨯⨯==⨯⨯⨯=6． 对水中气泡，66220.05885 1.17710Pa 0.110p r γ-⨯∆===-⨯-⨯ 对空中水滴，66220.05885 1.17710Pa 0.110p rγ-⨯∆===⨯⨯P289（化学动力学）：7． CH 3NNCH 3 == C 2H 6 + N 2t=0 21.332 0 0 t=1000s p 21.332-p 21.332-p 总压Σ= p+(21.332-p)+(21.332-p)=22.732得 p=19.932kPa一级反应5-10141/2511121.332l n l n 6.78810s100019.932l n 2l n 21.02110s 6.78810p k t p t k --===⨯===⨯⨯9． 由题意 r 0=k 1c 0=1×10-3r=k 1c=0.25×10-3 两式相除，得 c 0/c=4一级反应 -1011/2111ln ln 40.0231min60ln 2ln 230.0min0.0231c k t c t k ======c 0=1×10-3/k 1=1×10-3/0.0231=0.0433mol .dm -313．二级反应 3-1-1201111110.0333d m m o l m i n1010.251k t c c =-=-=⋅⋅-⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 23．由题意，半衰期与初压成反比，可知该反应为二级反应-1-1201/2110.00493kPa s 101.3252k p t ===⋅⨯30．1111lna E k k R T T =--⎛⎫⎪⎝⎭-1103.3100011ln1.56060.2928.3145353.15338.151.390minkk ⨯=--==⎛⎫⎪⎝⎭由速率常数的单位可知反应为一级反应，故1/2ln 2ln 20.4987min 1.390t k === 37．由动力学方程()11001ln1nnc kt cc kt c n --=-=-或可知：反应从某相同初始浓度c 0到达某一定浓度c 时，k 与t 成反比。
物理化学第四版课后习题答案【篇一：物理化学第四版上册课后答案天津大学第三章】>3.1卡诺热机在（1）热机效率；的高温热源和的低温热源间工作。
求（2）当向环境作功源放出的热。
时，系统从高温热源吸收的热及向低温热解：卡诺热机的效率为根据定义3.5高温热源温度，低温热源。
今有120 kj的热直接从高温热源传给低温热源，龟此过程的解：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时，两热源的总熵变间。
求下列三种情况下，当热机从高温热源吸热。
（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下列三种不同过程加热成100 ?c的水，求过程的（1）系统与100 ?c的热源接触。
今有1 kg，10 ?c的水经。
（2）系统先与55 ?c的热源接触至热平衡，再与100 ?c的热源接触。
（3）系统先与40 ?c，70 ?c的热源接触至热平衡，再与100 ?c的热源接触。
解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此3.8 已知氮（n2, g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为将始态为300 k，100 kpa下1 mol的n2(g)置于1000 k的热源中，求下列过程（1）经恒压过程；（2）经恒容过程达到平衡态时的解：在恒压的情况下。
在恒容情况下，将氮（n2, g）看作理想气体将代替上面各式中的，即可求得所需各量3.9始态为同途径变化到，，的某双原子理想气体1 mol，经下列不的末态。
求各步骤及途径的。
（1）恒温可逆膨胀；（2）先恒容冷却至使压力降至100 kpa，再恒压加热至；（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kpa，再恒压加热至。
解：（1）对理想气体恒温可逆膨胀，?u = 0，因此（2）先计算恒容冷却至使压力降至100 kpa，系统的温度t:（3）同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kpa时系统的温度t:根据理想气体绝热过程状态方程，各热力学量计算如下【篇二：物理化学第四章课后答案傅献彩第五版】lass=txt>第七章电化学7.1 用铂电极电解能析出多少质量的解：电极反应为溶液。
第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A 与溶质B 形成一定组成的溶液。
此溶液中B 的浓度为cB ，质量摩尔浓度为bB ，此溶液的密度为。
以MA ，MB 分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B 的摩尔分数xB 表示时，试导出xB 与cB ，xB 与bB 之间的关系。
解：根据各组成表示的定义4.2D-果糖溶于水（A ）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20°C 时的密度。
求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。
解：质量分数的定义为4.3在25°C ，1kg 水（A ）中溶有醋酸（B ），当醋酸的质量摩w ww .k h d a w .c o m 课后答案网尔浓度bB 介于和之间时，溶液的总体积。
求：（1）把水（A ）和醋酸（B ）的偏摩尔体积分别表示成bB 的函数关系。
（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。
解：根据定义当时4.460°C 时甲醇的饱和蒸气压是84.4kPa ，乙醇的饱和蒸气压是47.0kPa 。
二者可形成理想液态混合物。
若混合物的组成为二者的质量分数各50%，求60°C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。
解：质量分数与摩尔分数的关系为w w w .k h d a w .c o m 课后答案网求得甲醇的摩尔分数为根据Raoult 定律4.580°C 是纯苯的蒸气压为100kPa ，纯甲苯的蒸气压为38.7kPa 。
两液体可形成理想液态混合物。
若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80°C 时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。
解：根据Raoult 定律4.6在18°C ，气体压力101.352kPa 下，1dm3的水中能溶解O20.045g ，能溶解N20.02g 。
现将1dm3被202.65kPa 空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325kPa ，18°C 下的体积及其组成。
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3.5高温热源温度，低温热源。
今有120 kJ的热直接从高温热源传给低温热源，龟此过程的。
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 C的水经下列三种不同过程加热成100 C的水，求过程的。
（1）系统与100 C的热源接触。
（2）系统先与55 C的热源接触至热平衡，再与100 C的热源接触。
（3）系统先与40 C，70 C的热源接触至热平衡，再与100 C的热源接触。
解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此, g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为3.8已知氮（N2(g)置于1000 K的热源中，将始态为300 K，100 kPa下1 mol的N2求下列过程（1）经恒压过程；（2）经恒容过程达到平衡态时的。
解：在恒压的情况下在恒容情况下，将氮（N, g）看作理想气2体将代替上面各式中的，即可求得所需各量3.9始态为，的某双原子理想气体1 mol，经下列不同途径变化到，的末态。
求各步骤及途径的。
（1）恒温可逆膨胀；（2）先恒容冷却至使压力降至100 kPa，再恒压加热至；（3）先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa，再恒压加热至。
解：（1）对理想气体恒温可逆膨胀，U = 0，因此（2）先计算恒容冷却至使压力降至100 kPa，系统的温度T:（3）同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa时系统的温度T:根据理想气体绝热过程状态方程，各热力学量计算如下2.12 2 mol双原子理想气体从始态300 K，50 dm3，先恒容加热至400 K，再恒压加热至体积增大到100 dm3，求整个过程的。
物理化学第四版课后答案第一章气体的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1.5 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，1.9 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。
（1）保持容器内温度恒定时抽去隔板，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）隔板抽取前后，H2及N2的摩尔体积是否相同？（3）隔板抽取后，混合气体中H2及N2的分压立之比以及它们的分体积各为若干？解：（1）等温混合后即在上述条件下混合，系统的压力认为。
（2）混合气体中某组分的摩尔体积怎样定义？（3）根据分体积的定义对于分压1.11 室温下一高压釜内有常压的空气，为进行实验时确保安全，采用同样温度的纯氮进行置换，步骤如下：向釜内通氮气直到4倍于空气的压力，尔后将釜内混合气体排出直至恢复常压。
重复三次。
求釜内最后排气至恢复常压时其中气体含氧的摩尔分数。
解：分析：每次通氮气后至排气恢复至常压p，混合气体的摩尔分数不变。
设第一次充氮气前，系统中氧的摩尔分数为，充氮气后，系统中氧的摩尔分数为，则，。
重复上面的过程，第n 次充氮气后，系统的摩尔分数为，因此。
1.13 今有0 C，40.530 kPa的N2气体，分别用理想气体状态方程及van der Waals方程计算其摩尔体积。
实验值为。
解：用理想气体状态方程计算用van der Waals计算，查表得知，对于N2气（附录七），用MatLab fzero函数求得该方程的解为也可以用直接迭代法，，取初值，迭代十次结果1.16 25 C时饱和了水蒸气的湿乙炔气体（即该混合气体中水蒸气分压力为同温度下水的饱和蒸气压）总压力为138.7 kPa，于恒定总压下冷却到10 C，使部分水蒸气凝结为水。
试求每摩尔干乙炔气在该冷却过程中凝结出水的物质的量。
已知25 C及10 C时水的饱和蒸气压分别为3.17 kPa及1.23 kPa。
解：该过程图示如下设系统为理想气体混合物，则1.17 一密闭刚性容器中充满了空气，并有少量的水。
但容器于300 K条件下大平衡时，容器内压力为101.325 kPa。
若把该容器移至373.15 K的沸水中，试求容器中到达新的平衡时应有的压力。
设容器中始终有水存在，且可忽略水的任何体积变化。
300 K时水的饱和蒸气压为3.567 kPa。
解：将气相看作理想气体，在300 K时空气的分压为由于体积不变（忽略水的任何体积变化），373.15 K时空气的分压为由于容器中始终有水存在，在373.15 K 时，水的饱和蒸气压为101.325 kPa，系统中水蒸气的分压为101.325 kPa，所以系统的总压第二章热力学第一定律2.5 始态为25 C，200 kPa的5 mol某理想气体，经途径a，b两不同途径到达相同的末态。
途经a先经绝热膨胀到 -28.47 C，100 kPa，步骤的功；再恒容加热到压力200 kPa的末态，步骤的热。
途径b为恒压加热过程。
求途径b的及。
解：先确定系统的始、末态对于途径b，其功为根据热力学第一定律2.6 4 mol的某理想气体，温度升高20 C，求的值。
解：根据焓的定义2.10 2 mol某理想气体，。
由始态100 kPa，50 dm3，先恒容加热使压力体积增大到150 dm3，再恒压冷却使体积缩小至25 dm3。
求整个过程的。
解：过程图示如下由于，则，对有理想气体和只是温度的函数该途径只涉及恒容和恒压过程，因此计算功是方便的根据热力学第一定律2.13 已知20 C液态乙醇(C2H5OH，l)的体膨胀系数，等温压缩率，密度，摩尔定压热容。
求20 C，液态乙醇的。
解：由热力学第二定律可以证明，定压摩尔热容和定容摩尔热容有以下关系2.14 容积为27 m3的绝热容器中有一小加热器件，器壁上有一小孔与100 kPa的大气相通，以维持容器内空气的压力恒定。
今利用加热器件使器内的空气由0 C加热至20 C，问需供给容器内的空气多少热量。
已知空气的。
假设空气为理想气体，加热过程中容器内空气的温度均匀。
解：在该问题中，容器内的空气的压力恒定，但物质量随温度而改变注：在上述问题中不能应用，虽然容器的体积恒定。
这是因为，从小孔中排出去的空气要对环境作功。
所作功计算如下：在温度T 时，升高系统温度 d T，排出容器的空气的物质量为所作功这正等于用和所计算热量之差。
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2.16 水煤气发生炉出口的水煤气的温度是1100 C，其中CO(g)和H2(g)的摩尔分数均为0.5。
若每小时有300 kg的水煤气由1100 C冷却到100 C，并用所收回的热来加热水，是水温由25 C升高到75 C。
求每小时生产热水的质量。
CO(g)和H2(g)的摩尔定压热容与温度的函数关系查本书附录，水的比定压热容。
解：300 kg的水煤气中CO(g)和H2(g)的物质量分别为300 kg的水煤气由1100C冷却到100 C所放热量设生产热水的质量为m，则2.18 单原子理想气体A于双原子理想气体B的混合物共5 mol，摩尔分数，始态温度，压力。
今该混合气体绝热反抗恒外压膨胀到平衡态。
求末态温度及过程的。
解：过程图示如下分析：因为是绝热过程，过程热力学能的变化等于系统与环境间以功的形势所交换的能量。
因此，单原子分子，双原子分子由于对理想气体U和H均只是温度的函数，所以2.19 在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板的两侧分别为2 mol，0 C的单原子理想气体A及5 mol，100 C的双原子理想气体B，两气体的压力均为100 kPa。
活塞外的压力维持在100 kPa不变。
今将容器内的隔板撤去，使两种气体混合达到平衡态。
求末态的温度T及过程的。
解：过程图示如下假定将绝热隔板换为导热隔板，达热平衡后，再移去隔板使其混合，则由于外压恒定，求功是方便的由于汽缸为绝热，因此2.20 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。
隔板靠活塞一侧为2 mol，0 C的单原子理想气体A，压力与恒定的环境压力相等；隔板的另一侧为6 mol，100 C的双原子理想气体B，其体积恒定。
今将绝热隔板的绝热层去掉使之变成导热板，求系统达平衡时的T及过程的。
解：过程图示如下显然，在过程中A为恒压，而B为恒容，因此同上题，先求功同样，由于汽缸绝热，根据热力学第一定律2.23 5 mol双原子气体从始态300 K，200 kPa，先恒温可逆膨胀到压力为50 kPa，在绝热可逆压缩到末态压力200 kPa。
求末态温度T及整个过程的及。
解：过程图示如下要确定，只需对第二步应用绝热状态方程，对双原子气体因此由于理想气体的U和H只是温度的函数，整个过程由于第二步为绝热，计算热是方便的。
而第一步为恒温可逆2.24 求证在理想气体p-V图上任一点处，绝热可逆线的斜率的绝对值大于恒温可逆线的绝对值。
证明：根据理想气体绝热方程，得，因此。
因此绝热线在处的斜率为恒温线在处的斜率为。
由于，因此绝热可逆线的斜率的绝对值大于恒温可逆线的绝对值。
2.25 一水平放置的绝热恒容的圆筒中装有无摩擦的绝热理想活塞，活塞左、右两侧分别为50 dm3的单原子理想气体A 和50 dm3的双原子理想气体B。
两气体均为0 C，100 kPa。
A气体内部有一体积和热容均可忽略的电热丝。
现在经过通电缓慢加热左侧气体A，使推动活塞压缩右侧气体B 到最终压力增至200 kPa。
求：（1）气体B的末态温度。
（2）气体B得到的功。
（3）气体A的末态温度。
（4）气体A从电热丝得到的热。
解：过程图示如下由于加热缓慢，B可看作经历了一个绝热可逆过程，因此功用热力学第一定律求解气体A的末态温度可用理想气体状态方程直接求解，将A与B的看作整体，W = 0，因此2.25 在带活塞的绝热容器中有4.25 mol的某固态物质A 及5 mol某单原子理想气体B，物质A的。
始态温度，压力。
今以气体B为系统，求经可逆膨胀到时，系统的及过程的。
解：过程图示如下将A和B共同看作系统，则该过程为绝热可逆过程。
作以下假设（1）固体B的体积不随温度变化；（2）对固体B，则从而对于气体B2.26 已知水（H2O, l）在100 C的饱和蒸气压，在此温度、压力下水的摩尔蒸发焓。
求在在100 C，101.325 kPa下使1 kg水蒸气全部凝结成液体水时的。
设水蒸气适用理想气体状态方程式。
解：该过程为可逆相变2.28 已知 100 kPa 下冰的熔点为 0 °C，此时冰的比熔化焓热J·g-1. 水的平均定压热容。
求在绝热容器内向1 kg 50 °C 的水中投入 0.1 kg 0 °C 的冰后，系统末态的温度。
计算时不考虑容器的热容。
解：经粗略估算可知，系统的末态温度T 应该高于0 °C, 因此2.29 已知 100 kPa 下冰的熔点为0 °C，此时冰的比熔化焓热J·g-1. 水和冰的平均定压热容分别为及。
今在绝热容器内向1 kg 50 °C 的水中投入 0.8 kg 温度 -20 °C 的冰。
求：（1）末态的温度。
（2）末态水和冰的质量。
解：1 kg 50 °C 的水降温致0 °C 时放热0.8 kg -20 °C 的冰升温致0 °C 时所吸热完全融化则需热因此，只有部分冰熔化。
所以系统末态的温度为0 °C。
设有g的冰熔化，则有系统冰和水的质量分别为2.30 蒸汽锅炉中连续不断地注入 20 °C的水，将其加热并蒸发成 180 °C，饱和蒸汽压为 1.003 MPa 的水蒸气。
求生产 1 kg 水蒸气所需要的热量。
已知：水在 100 °C的摩尔蒸发焓，水的平均摩尔定压热容，水蒸气的摩尔定压热容与温度的函数关系见附录。
解：将过程看作是恒压过程（），系统的初态和末态分别为和。
