北京科技大学 冶金物理化学 第二章 作业答案

物理化学作业题答案第六章 相平衡 思考题5．在含有氨的容器中氯化铵固体分解达平衡，43NH Cl(s)NH (g)HCl(g)+。

指出该系统的独立组分数、相数和自由度答：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。

习题解析3．3CaCO (s)在高温下分解为CaO(s)和2CO (g)，根据相律解释下述实验事实。

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

(2) 在3CaCO (s)的分解过程中，若保持2CO (g)的压力恒定，实验证明达分解平衡时，温度有定值。

解：(1) 该系统中有两个物种，2CO (g)和3CaCO (s)，所以物种数2S =。

在没有发生反应时，组分数2C =。

现在是一个固相和一个气相两相共存，2P =。

当2CO (g)的压力有定值时，根据相律，条件自由度*12121f C P =+-=+-=。

这个自由度就是温度，即在一定的温度范围内，可维持两相平衡共存不变，所以3CaCO (s)不会分解。

（2）该系统有三个物种，2CO (g)，3CaCO (s)和CaO(s)，所以物种数3S =。

有一个化学平衡，1R =。

没有浓度限制条件，因为产物不在同一个相，故2C =。

现在有三相共存（两个固相和一个气相），3P =。

若保持2CO (g)的压力恒定，条件自由度*12130f C P =+-=+-=。

也就是说，在保持2CO (g)的压力恒定时，温度不能发生变化，即3CaCO (s)的分解温度有定值。

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 Pa 时，霜会升华变为水蒸气吗 若要使霜不升华，空气中水蒸气的分压要有多大已知水的三相点的温度和压力分别为 K 和611 Pa ，水的摩尔气化焓1vap m 45.05 kJ mol H -∆=⋅，冰的摩尔融化焓1fus m 6.01 kJ mol H -∆=⋅。

北京科技大学 2006—2007学年 第一学期冶金物理化学标准答案一、简答 （每小题5分，共50分）1. 试用相图的基本规则说明以下相图的错误所在？答：违背了相图的构筑规则“在二元系中，单相区与两相区邻接的界线延长线必须进入两相区，不能进入单相区”2. 在Ellingham 图上，为什么形成CO 的曲线的斜率为负值，而一般的斜率为正值？ 答：CO O C 222=+ΘΘΘΘ−−=ΔC O CO S S S S 2202f ΘΘ−≈S S CO 0p ΘΔ−∴S ；∴ΘΔG ~T 曲线的斜率小于零。

同理可以证明一般反应的~T 曲线的斜率大于零。

ΘΔG 3. 简述分子理论的假设条件。

答：1）熔渣是由各种电中性的简单氧化物分子、CaO 、MgO 、、、及它们之间形成的复杂氧化物分子FeO 32O Al 2SiO 52O P 2SiO CaO •、22SiO CaO •、、等组成的理想溶液。

22SiO FeO •52O P CaO •2）简单氧化物分子于复杂氧化物分子之间存在着化学平衡，平衡时的简单氧化物的摩尔分数叫该氧化物的活度。

以简单氧化物存在的氧化物叫自由氧化物；以复杂氧化物存在的氧化物叫结合氧化物。

如：（）=2（）+（） 22SiO CaO •CaO 2SiO 2222SiO CaO SiO CaO D x x x K •=由K D 计算的x CaO 及x SiO2叫及的活度。

CaO 2SiO 4. 试解释正规溶液定义。

答：过剩混合热（其实为混合热）不为零，混合熵与理想溶液的混合熵相同的溶液叫正规溶液。

5. 试从热力学原理说明熔渣的氧化还原性？ 答：定义∑FeO 0表示渣的氧化性。

决定炉渣向钢液传氧的反应是（）=FeO [][]Fe O +[]FeOa O K00=Θ或[]FeOa O L 000=令[]FeOa O L00'0=----代表实际熔渣中的值。

当时，'oL f 0L f 0'0'00ln ln ln L L RT L RT L RT G =+−=Δ0，反应逆向进行，钢液中的氧向熔渣传递；当时，='oL p 0L G Δ0'0ln L L RT 0p ，反应正向进行，熔渣中的氧向钢液传递。

物理化学第二版习题答案物理化学是研究物质的物理性质和化学性质以及它们之间的相互关系的一门学科。

对于学习物理化学的学生来说，习题是巩固知识、提高能力的重要途径之一。

下面将为大家提供物理化学第二版习题的答案，希望对广大学生有所帮助。

第一章：热力学基础1. 答案：热力学是研究物质在能量转化过程中的规律的科学。

它主要研究能量的转化和守恒规律，以及物质在这个过程中的性质变化。

2. 答案：热力学第一定律是能量守恒定律，即能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量守恒不变。

3. 答案：热力学第二定律是能量转化过程中的不可逆性原理，即自发过程的方向是从有序向无序的方向进行。

第二章：热力学函数1. 答案：热力学函数是描述物质性质和状态的函数，如内能、焓、自由能等。

2. 答案：内能是系统所拥有的全部能量的总和，包括系统的动能和势能。

3. 答案：焓是系统的内能和对外界做的功之和，常用符号表示为H。

第三章：热力学第一定律的应用1. 答案：热容量是物质吸收或释放热量时的温度变化与热量变化之比。

2. 答案：绝热过程是指在过程中系统与外界没有热交换，即系统的热容量为零。

3. 答案：等温过程是指在过程中系统的温度保持不变，即系统与外界的热交换量为零。

第四章：热力学第二定律的应用1. 答案：熵是描述系统无序程度的物理量，表示系统的混乱程度。

2. 答案：熵增原理是热力学第二定律的数学表达式，它指出孤立系统的熵总是增加的。

3. 答案：卡诺循环是一种理想的热机循环，它由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程组成。

第五章：相变和化学平衡1. 答案：相变是指物质由一种相转变为另一种相的过程，如固态到液态、液态到气态等。

2. 答案：平衡态是指系统各种性质的变化不再随时间变化，达到动态平衡的状态。

3. 答案：化学平衡是指在封闭容器中，反应物和生成物浓度达到一定比例时，反应速率前后保持不变的状态。

第六章：化学动力学1. 答案：化学动力学是研究化学反应速率和反应机理的学科。

装 订 线 内 不 得 答 题自觉遵 守考 试 规 则，诚 信 考 试，绝 不作 弊3、完全离子溶液形成时其混合焓为零。

阳离子与阳离子、阴离子与阴离子分别形成理想溶液；4、碱性氧化物以简单阳离子存在，酸性氧化物以复杂阴离子存在。

故，完全离子溶液＝理想阳离子溶液+理想阴离子溶液，且++=22M M x a ，++=22O O x a4.试写出正规溶液定义。

解：正规溶液定义：过剩混合热不为零（Δmix H m E ≠0），过剩混合熵为零的溶液(Δmix S m E＝0）叫做正规溶液。

5.试写出硫容量的一种表达式。

解：当气相分压小于0.1Pa 时，硫以硫化物的形式存在。

硫化物容量表示为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=--∑2222)32()(2/1%S O S O S a n K p p S w C γθ 当体系的气相分压大于0.1Pa 时，渣中硫以硫酸盐形式存在，定义硫酸盐的容量为：2/12/3%22)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθp p p p S w C S O S6.简述有效边界层的定义。

答：当流体速度为u b 的粘性流体绕固体表面流动时，由于表面的摩擦作用在固体表面附近会形成具有很大速度梯度的区域。

在固体表面上流体速度u x 为零，而在距固体表面一小距离处，流体速度就等于99%的流体本体速度u b 。

这个区域叫速度边界层，距固体表面这一距离称为速度边界层厚度δu 。

当含某一组元A 浓度为C b 的流体绕固体表面流动时，如果由于流体与固体表面含组元A 的浓度不同，则会在固体垂直方向建立起浓度梯度。

在固体表面上组元A的浓度为C s ，而在距固体表面一小距离处，组元A 的浓度就降到99%的流体本体浓度C b 。

这个区域叫浓度边界层，距固体表面这一距离称为浓度边界层厚度δc 。

为了数学上的处理方便，将分子扩散（D ）和湍流传质（ED ）折算成稳态的分子扩散，为此由浓度为C s 的固体表面点作浓度曲线的切线，使之与本体浓度C b 的延长线相交于一点，过这点作一平行于固体表面的平面，该平面与固体表面之间的区域称为有效边界层，其厚度用δc ′表示。

由测定Zn-Cd 液态合金在527℃的电动势，得到镉的活度系数值如下：1)确定Zn-Cd 溶液是否显示正规溶液行为；2)若为正规溶液，试计算当Cd 0.5x =时，Zn-Cd 溶液中Zn 和Cd 的偏摩尔混合焓﹑全摩尔混合焓﹑全摩尔混合熵﹑Zn 和Cd 的偏摩尔混合吉布斯自由能及全摩尔吉布斯自由能。

解：（1）如果是正规溶液，其α与浓度大小无关。

根据Cd2Cd In (1)x γα=-得123422221234In2.153In1.817In1.544In1.3521.2; 1.2; 1.2; 1.2(10.2)(10.3)(10.Z 4)(10.5)n Cd αααααααα==-======----===即溶液显示正，则规溶液行为。

（2）正规溶液有如下性质：Cd Zn22Cd Zn In In (1)(1)x x γγα==-- 当Cd Zn 0.5x x ==得到22Cd Zn Zn In =In (1) 1.2(10.5)0.3x γγα=-=⨯-=22Zn (1) 1.2(10.5)Cd Zn 1.349858808 1.350x ee αγγ-⨯-====≈T=527℃=800K ，所以，根据定义：,Zn ,ln 8.3148000.31995.36J/mol ln 8.3148000.31995.36J/molln ln 0.51995.360.51995.361995.36J/molln ln 0.58.314ln 0.50.mix Zn m mix Cd m Cd mix m Cd Cd Zn Zn mix m Cd Cd Zn Zn H RT H RT H x RT x RT S x R x x R x γγγγ==⨯⨯===⨯⨯==+=⨯+⨯==--=-⨯⨯-V V V V ,,,,,,Cd,Cd Cd Cd ln 58.314ln 0.5 5.761J/(mol K)1995.36800 5.762612.64J/mol 20.5(2612.64)2(ln l 612.64J/mol)8n .mix Cd m mix Zn m mix Zn m mix Zn m mix m Zn mix Zn m Cd mix Cd m mix m G G H T S G x G x G R G T a RT x γ+⨯⨯=⋅==-=-⨯=-=+=⨯⨯-=-===或者V V V V V V V V Zn Zn,,,ln 0.5ln (ln ln l 314800(0.3)2614.90J/mol )8.314800(0.3)261n 0 4.90J/mol 20.5(2614.90)2614.90J/m .5olmix m mix m Zn mix Zn m Cd mix Cd m Zn Zn G G x G x G RT a RT x γ⨯⨯+=-===⨯⨯+=-=+=⨯⨯=+--V V V V设Fe-Al 液态合金为正规溶液，合金中铝的过剩偏摩尔混合吉布斯自由能在1600℃时可用下式表示：Al,Al 539749309J/4mo ,l Emix m G x ∆=-+ 纯液态铁的蒸气压与温度的关系如下式表示：20150lg(/) 1.27lg 13.98lg 760p p T T*=--+- 试求1600℃时铁的摩尔分数Fe 0.6x =的合金中铁的蒸气压。

第1章 化学热力学基本定律1．1mol 双原子理想气体在300 K 、101 kPa 下，经恒外压恒温压缩至平衡态，并从此状态下恒容升温至370 K 、压强为1 010 kPa 。

求整个过程的U ∆、H ∆、W 及Q 。

（答案：△U = 1455 J ，△H = 2037 J ，W=17727 J ，Q = -16272 J ）解： 第一步：恒外压恒温压缩至平衡态，U ∆=0，H ∆=0 V 1=8.314×300/101=24.695dm 3,此平衡态的体积就是末态的体积V 2， V 2=8.314×370/1010= 3.046dm 3 此平衡态的压强P’=8.314×300/(3.046×10-3)=818.84kPaW=-P’(V 2-V 1)=-818.92×103×(3.046-24.695)×10-3=17727 J=17.727 kJ -Q=W=17.727 kJ Q=-17.727 kJ 第一步： 因恒容W=0U ∆=Q v =C v,m (T 2-T 1) =20.79×(370-300)=1455.3 J=1.455 kJH ∆=(20.79+R)×70=2037.3 J=2.037 kJ整个过程：W=17.727 kJ ；Q= -17.727+1.455= -16.27 kJ ；U ∆=1.455 kJ ；H ∆=2.037 kJ 。

2．设有0.1 kg N 2，温度为273.15 K ，压强为101325 Pa ，分别进行下列过程，求U ∆、H ∆、Q 及W 。

(1) 恒容加热至压强为151987.5 Pa ； (2) 恒压膨胀至原体积的2倍；(3) 恒温可逆膨胀至原体积的2倍； (4) 绝热可逆膨胀至原体积的2倍。

（答案： ①△U = Q V = 1.01×104 J ，△H = 1.42×104 J ，W = 0；②△H = Q P = 28.4 kJ ，△U = 20.20 kJ ，W= -8.11 kJ ； ③ Q = 5622 J ，W = -5622 J ，△H = △U = 0 J ；④ Q = 0，W = △U = -4911 J ，△H = - 6875 J ）解： 将N 2 气视为双原子理想气体，则C p,m =29.10 J ·mol -1·K -1; C v,m =20.79 J ·mol -1·K -1 (1) W=0, 末态温度 T 2=1.5T 1=1.5×273.15 K∴U ∆=Q v =n C v (T 2-T 1) =(100/28)×20.79×(1.5×273.15-273.15)=1.01×104 JH ∆= n C p (T 2-T 1) =(100/28)×29.10×(1.5×273.15-273.15)=1.42×104 J(2) 末态温度 T 2=2T 1=2×273.15KH ∆=Q p = n Cp(T 2-T 1) =(100/28)×29.10×(2×273.15-273.15) =28388 J=28.4 kJU ∆=n C v (T 2-T 1) =(100/28)×20.79×273.15 = 20201 J=20.20 kJW= -P V ∆= -101325×(100/28)×8.314×273.15/101325= -8110J= -8.11kJ (3) 理想气体恒温，H ∆=U ∆=0,W= -Q= -(100/28)×8.314×273.15×ln2= -5622 J= -5.62 kJ (4) 运用理想气体绝热过程方程：4.0224.011V T V T =T 2=(1/2)0.4×T 1=(1/2)0.4×273.15 =207 K; Q=0W=U ∆= n C v,m T ∆= (100/28)×20.79×(207-273.15)= -4911 J= - 4.911 kJH ∆= (100/28)×29.10×(207-273.15)=-6875 J= -6.875 kJ3．在373.15 K 、101325 Pa 下，1 mol 水缓慢蒸发。