第一章 气体
一．基本要求
1．了解低压下气体的几个经验定律；
2．掌握理想气体的微观模型，能熟练使用理想气体的状态方程；
3．掌握理想气体混合物组成的几种表示方法，注意Dalton 分压定律和Amagat 分体积定律的使用前提；
4．了解真实气体m p V -图的一般形状，了解临界状态的特点及超临界流体的应用；
5．了解van der Waals 气体方程中两个修正项的意义，并能作简单计算。
二．把握学习要点的建议
本章是为今后用到气体时作铺垫的，几个经验定律在先行课中已有介绍，这里仅是复习一下而已。重要的是要理解理想气体的微观模型，掌握理想气体的状态方程。因为了解了理想气体的微观模型，就可以知道在什么情况下，可以把实际气体作为理想气体处理而不致带来太大的误差。通过例题和习题，能熟练地使用理想气体的状态方程，掌握,,p V T 和物质的量n 几个物理量之间的运算。物理量的运算既要进行数字运算，也要进行单位运算，一开始就要规范解题方法，为今后能准确、规范地解物理化学习题打下基础。
掌握Dalton 分压定律和Amagat 分体积定律的使用前提，以免今后在不符合这种前提下使用而导致计算错误。
在教师使用与“物理化学核心教程”配套的多媒体讲课软件讲课时，要认真听讲，注意在Power Point 动画中真实气体的m p V -图，掌握实际气体在什么条件下才能液化，临界点是什么含义等，为以后学习相平衡打下基础。
三．思考题参考答案
1．如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？
答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球的壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。
2．在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？
答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。
3．两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一根玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左边球的温度为273 K，右边球的温度为293 K 时，汞滴处在中间达成平衡。试问：
(1) 若将左边球的温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动？
(2) 若将两个球的温度同时都升高10 K，中间汞滴向哪边移动？
答：（1）左边球的温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。
（2）两个球的温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边球的起始温度低，升高10 K所占的比例比右边的大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边的比右边的大。
4．在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7
左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象？
答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是，在灌开水时不要灌得太快，且要将保温瓶灌满。
5．当某个纯的物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化？
答：升高平衡温度，纯物质的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。
6．Dalton分压定律的适用条件是什么？Amagat分体积定律的使用前提是什么？
答：这两个定律原则上只适用于理想气体。Dalton分压定律要在混合气体的温度和体积不变的前提下，某个组分的分压等于在该温度和体积下单独存在时的压力。Amagat分体积定律要在混合气体的温度和总压不变的前提下，某个组分的分体积等于在该温度和压力下单独存在时所占有的体积。
7．有一种气体的状态方程为 m pV RT bp =+ （b 为大于零的常数），试分析这种气体与理想气体有何不同？将这种气体进行真空膨胀，气体的温度会不会下降？
答：将气体的状态方程改写为 m ()p V b RT -=，与理想气体的状态方程相比，这个状态方程只校正了体积项，未校正压力项。说明这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的相互作用力仍可以忽略不计。所以，将这种气体进行真空膨胀时，气体的温度不会下降，这一点与理想气体相同。
8．如何定义气体的临界温度和临界压力？
答：在真实气体的m p V -图上，当气-液两相共存的线段缩成一个点时，称这点为临界点。这时的温度为临界温度，这时的压力为临界压力。在临界温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化。
9．van der Waals 气体的内压力与体积成反比，这样说是否正确？
答：不正确。根据van der Waals 气体的方程式，()m 2m a p V b RT V ??+-= ??
?，其中2m
a V 被称为是内压力，而a 是常数，所以内压力应该与气体体积的平方成反比。 10．当各种物质都处于临界点时，它们有哪些共同特性？
答：在临界点时，物质的气-液界面消失，液体和气体的摩尔体积相等，成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体，称为超流体。高于临界点温度时，无论用多大压力都无法使气体液化，这时的气体就是超临界流体。
四．概念题参考答案
1．在温度、容积恒定的容器中，含有A 和B 两种理想气体，这时A 的分压和分体积分别是A p 和A V 。若在容器中再加入一定量的理想气体C ，问A p 和A V 的变化为 ( )
(A) A p 和A V 都变大 (B) A p 和A V 都变小 (C) A p 不变，A V 变小 (D) A p 变小，A V 不变
答：(C)。这种情况符合Dalton 分压定律，而不符合Amagat 分体积定律。
2．在温度T 、容积V 都恒定的容器中，含有A 和B 两种理想气体，它们的物质的量、分压和分体积分别为A A A ,,n p V 和B B B ,,n p V ，容器中的总压为p 。试
判断下列公式中哪个是正确的？ ( )
(A) A A p V n RT = (B) B A B ()pV n n RT =+
(C) A A A p V n RT = (D) B B B p V n RT =
答：(A)。题目所给的等温、等容的条件是Dalton 分压定律的适用条件，所以只有(A)的计算式是正确的。其余的,,,n p V T 之间的关系不匹配。
3． 已知氢气的临界温度和临界压力分别为633.3 K , 1.29710 Pa C C T p ==?。有一氢气钢瓶，在298 K 时瓶内压力为698.010 Pa ?，这时氢气的状态为 （ ）
(A) 液态 (B) 气态 (C)气-液两相平衡 (D) 无法确定
答：(B)。仍处在气态。因为温度和压力都高于临界值，所以是处在超临界区域，这时仍为气相，或称为超临界流体。在这样高的温度下，无论加多大压力，都不能使氢气液化。
4．在一个绝热的真空容器中，灌满373 K 和压力为101.325 kPa 的纯水，不留一点空隙，这时水的饱和蒸汽压 （ ）
（A ）等于零 （B ）大于101.325 kPa
（C ）小于101.325 kPa （D ）等于101.325 kPa
答：（D ）。饱和蒸气压是物质的本性，与是否留有空间无关，只要温度定了，其饱和蒸气压就有定值，查化学数据表就能得到，与水所处的环境没有关系。
5．真实气体在如下哪个条件下，可以近似作为理想气体处理？（ ）
（A ）高温、高压 （B ）低温、低压
（C ）高温、低压 （D ）低温、高压
答：（C ）。这时分子之间的距离很大，体积很大，分子间的作用力和分子自身所占的体积都可以忽略不计。
6．在298 K 时，地面上有一个直径为1 m 的充了空气的球，其中压力为100 kPa 。将球带至高空，温度降为253 K ，球的直径胀大到3m ，此时球内的压力为 （ ）
（A ）33.3 kPa （B ）9.43 kPa
（C ）3.14 kPa （D ）28.3 kPa
答：（C ）。升高过程中，球内气体的物质的量没有改变，利用理想气体的状态方程，可以计算在高空中球内的压力。
112212
p V p V n RT RT == 3
11212212100k P a 253K 3.14 k P a 298K p V T r p V T r ???==?= ??? 7．使真实气体液化的必要条件是 （ ）
（A ）压力大于C p （B ）温度低于C T
（C ）体积等于m,C V （D ）同时升高温度和压力
答：（B ）。C T 是能使气体液化的最高温度，若高于临界温度，无论加多大压力都无法使气体液化。
8．在一个恒温、容积为2 3dm 的真空容器中，依次充入温度相同、始态为100 kPa ，2 3dm 的2N （g ）和200 kPa ，13dm 的r A (g)，设两者形成理想气体混合物，则容器中的总压力为 （ ）
（A ）100 kPa （B ）150 kPa
（C ）200 kPa （D ）300 kPa
答：（C ）。等温条件下，200 kPa ，13dm 气体等于100 kPa ，23dm 气体，总压为A B p p p =+=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。
9．在298 K 时，往容积都等于32 dm 并预先抽空的容器A 、B 中，分别灌入100 g 和200 g 水，当达到平衡时，两容器中的压力分别为A p 和B p ，两者的关系为 （ ）
（A ）A B p p < （B ）A B p p >
（C ）A p =B p （D ）无法确定
答：（C ）。饱和蒸气压是物质的特性，只与温度有关。在这样的容器中，水不可能全部蒸发为气体，在气-液两相共存时，只要温度相同，它们的饱和蒸气压也应该相等。
10．在273 K ，101.325 kPa 时，4CCl (l)的蒸气可以近似看作为理想气体。已知4CCl (l)的摩尔质量为1541g mol -?的，则在该条件下，4CCl (l)气体的密度为 （ ）
（A ）36.87 g dm -? （B ）34.52 g dm -?
（C ）36.42 g dm -? （D ）33.44 g dm -?
答：（A ）。通常将273 K ，101.325 kPa 称为标准状态，在该状态下，1 mol 任意物质的气体的体积等于322.4 dm 。根据密度的定义，
33154 g 6.87 g dm 22.4 dm
m V ρ-===? 11．在某体积恒定的容器中，装有一定量温度为300 K 的气体，现在保持压力不变，要将气体赶出1/6，需要将容器加热到的温度为 （ ）
（A ）350 K （B ）250 K
（C ）300 K （D ）360 K
答：（D ）。保持V ，p 不变，2156n n =，216360 K 5
T T == 12．实际气体的压力（p ）和体积（V ）与理想相比，分别会发生的偏差为
（ ）
（A ）p ，V 都发生正偏差 （B ）p ，V 都发生负偏差
（C ）p 正偏差，V 负偏差 （D ）p 负偏差，V 正偏差
答：（B ）。由于实际气体的分子间有相互作用力，所以实际的压力要比理想气体的小。由于实际气体分子自身的体积不能忽略，所以能运用的体积比理想气体的小。
五．习题解析
1．在两个容积均为V 的烧瓶中装有氮气，烧瓶之间有细管相通，细管的体积可以忽略不计。若将两烧瓶均浸入373 K 的开水中，测得气体压力为60 kPa 。若一只烧瓶浸在273 K 的冰水中，另外一只仍然浸在373 K 的开水中，达到平衡后，求这时气体的压力。设气体可以视为理想气体。
解：因为两个容器是相通的，所以压力相同。设在开始时的温度和压力分别为11,T p ，后来的压力为2p ，273 K 为2T 。系统中氮气的物质的量保持不变，
12n n n =+。根据理想气体的状态方程，有
122
1122p V p V p V R T R T R T =+ 化简得： 12112211p p T T T ??=+ ??? 221212T p p T T =?
+ 273260 kPa 50.7 kPa 273373
=??=+ 2．将温度为300 K ，压力为1 800 kPa 的钢瓶中的氮气，放一部分到体积为20 3dm 的贮气瓶中，使贮气瓶压力在300 K 时为100 kPa ，这时原来钢瓶中的压力降为1 600 kPa （假设温度未变）。试求原钢瓶的体积。仍假设气体可作为理想气体处理。
解： 设钢瓶的体积为V ，原有的气体的物质的量为1n ，剩余气体的物质的量为2n ，放入贮气瓶中的气体物质的量为n 。根据理想气体的状态方程，
11p V n RT = 22p V n RT =
121212()p V p V V n n n p p RT RT RT
=-=-=- 33
3311100 kPa 2010 m 0.80 mol 8.314 J mol K 300 K
p V n RT ---??===??? 12
nRT V p p =- 1130.80 mol 8.314 J mol K 300 K 9.98 dm (1 800 1 600) kPa
--????==- 3．用电解水的方法制备氢气时，氢气总是被水蒸气饱和，现在用降温的方法去除部分水蒸气。现将在298 K 条件下制得的饱和了水气的氢气通入283 K 、压力恒定为128.5 kPa 的冷凝器中，试计算：在冷凝前后，混合气体中水气的摩尔分数。已知在298 K 和283 K 时，水的饱和蒸气压分别为3.167 kPa 和1.227 kPa 。混合气体近似作为理想气体。
解： 水气所占的摩尔分数近似等于水气压力与冷凝操作的总压之比
在冷凝器进口处，T =298 K ，混合气体中水气的摩尔分数为
1212(H O) 3.167 kPa (H O,g)=0.025128.5 kPa
p x p == 在冷凝器出口处，T =283 K ，混合气体中水气的摩尔分数为
2222(H O) 1.227 kPa (H O,g)0.0095128.5 kPa
p x p === 可见这样处理以后，氢气中的含水量下降了很多。
4．某气柜内贮存氯乙烯2CH =CHCl(g)300 3m ，压力为122 kPa ，温度为300 K 。求气柜内氯乙烯气体的密度和质量。若提用其中的100 3m ，相当于氯乙烯的物质的量为多少？已知其摩尔质量为62.5 -1g mol ?，设气体为理想气体。
解： 根据已知条件，气柜内贮存氯乙烯的物质的量为pV n RT =
，则氯乙烯的质量为 m nM =。根据密度的定义m V
ρ=
。将以上的关系式代入，消去相同项，得 m Mp V RT
ρ== 3131162.510 kg mol 12210 Pa 8.314 J mol K 300 K
----????=??? 333.06 kg m 3.06 g dm --=?=?
333.06 kg m 300 m 918 kg m V ρ-=?=??=
提用其中的100 3m ，相当于提用总的物质的量的13
，则提用的物质的量为 13
n n =总311918 kg 4 896 mol 362.510 kg mol --=?=?? 或 1133pV n n RT
==总 33
11112210 Pa 300 m 4 891 mol 38.314 J mol K 300 K
--??=?=??? 5．有氮气和甲烷（均为气体）的气体混合物100 g ，已知含氮气的质量分数
为0.31。在420 K 和一定压力下，混合气体的体积为9.95 3dm 。求混合气体的总压力和各组分的分压。假定混合气体遵守Dalton 分压定律。已知氮气和甲烷的摩尔质量分别为128 g mol -?和116 g mol -?。
解： 混合气体中，含氮气和甲烷气的物质的量分别为
2N 10.31100 g 1.11 mol 28 g mol
m n M -?===? 4CH 1(10.31)100 g 4.31 mol 16 g mol n --?=
=? 混合气体的总压力为
nRT p V
= 1133(1.11 4.31) mol 8.314 J mol K 420 K 9.9510 m
---+????=? 1 902 kPa =
混合气体中，氮气和甲烷气的分压分别为
22224N N N N CH n p x p p n n ==
?+总总 1.111 902 k P a 389.5 k P a 1.11 4.31
=?=+ 4CH (1902389.5) kPa 1 512.5 kPa p =-=
6．在300 K 时，某一容器中含有2H (g)和2N (g)两种气体的混合物，压力为152 kPa 。将2N (g)分离后，只留下2H (g)，保持温度不变，压力降为50.7 kPa ，气体质量减少了14 g 。已知2N (g)和2H (g)的摩尔质量分别为128 g mol -?和
12.0 g mol -?。试计算：
（1）容器的体积
（2）容器中2H (g)的质量
（3）容器中最初的气体混合物中，2H (g)和2N (g)的摩尔分数
解： （1）这是一个等温、等容的过程，可以使用Dalton 分压定律，利用2N (g)
分离后，容器中压力和质量的下降，计算2N (g)的物质的量，借此来计算容器的体积。
22N H p p p =-
(15250.7) k P a
101=-= 222N 1N (N )14 g 0.5 m o l 28 g m o l
m n M -===? 22
N N n R T V p = 1130.5 mol 8.314 J mol K 300 K 12.3 dm 101.3 kPa
--????== （2） 2N 101.3 k P a p = 2H 50.7 k P a
p = 在T ，V 不变的情况下，根据Dalton 分压定律，有
2
222H H N N 50.7 kPa 0.5101.3 kPa
n p n p === 22H N 0.5 0.50.5 mol 0.25 mol n n ==?=
2212H H (H )0.25 mol 2.0 g mol 0.5 g m n M -==??=
（3） 2222N N H N 0.5 mol 0.67(0.50.25) mol
n x n n ===++ 2H 10.67
0.33x =-= 7．设在一个水煤气的样品中，各组分的质量分数分别为：2(H )0.064w =，(CO)0.678w =，2(N )0.107w =，2(CO )0.140w =，4(CH )0.011w =。试计算：
（1）混合气中各气体的摩尔分数
（2）当混合气在670 K 和152 kPa 时的密度
（3）各气体在上述条件下的分压
解： 设水煤气的总质量为100g ，则各物质的质量分数乘以总质量即为各物质的质量，所以，在水煤气样品中各物的物质的量分别为（各物质的摩尔质量自己查阅）：
（1）2221
22(H )(H )100g 6.4 g (H ) 3.20 mol (H )(H ) 2.0 g mol m w n M M -?====? 同理有：1
67.8 g (CO) 2.42 mol 28 g mol n -==? 2110.7 g (N )0.38 mol 28 g mol
n -==? 2114.0 g (C O )0.32 m o l 44 g m o l n -=
=? 411.1 g (CH )0.07 mol 16 g mol
n -==? B n n =∑总
(3.20 2.420.380.320.07)mol 6.39 mol =++++=
(CO)(CO)n x n =总 2.42 mol 0.3796.39 mol
== 同理有：2(H )0.500x =，2(N )0.059x =，2(CO )0.050x = ，4(CH )0.011x =
（2）因为 pV n RT =总
n R T V p
=总 1136.39 mol 8.314 J mol K 670 K 234.2 dm 152 kPa
--????== 33100 g 0.427 g d m 234.2 d m
m V ρ-===? （3）根据Dalton 分压定律 B B p px =，所以
22(H )(H )0.5152 kPa 76.0 kPa p x p ==?=
同理 (C O )57.6 k p =，2(N )8.97 kPa p =， 2(CO )7.60 kPa p =
4(CH ) 1.67 kPa p =
8．在288 K 时，容积为20 3dm 的氧气钢瓶上压力表的读数为10.13 MPa ，
氧气被使用一段时间以后，压力表的读数降为2.55 MPa ，试计算使用掉的氧气的质量。设近似可以使用理想气体的状态方程。已知-12(O )32 g mol M =?。
解： 在氧气被使用前，钢瓶中含氧气的质量1m 为
11p V m nM M RT
==? 633
11110.1310 Pa 2010 m 32 g mol 2.71 kg 8.314 J mol K 288 K
----???=??=??? 氧气被使用后，钢瓶中剩余氧气的质量2m 为
22p V m M RT
=? 633
1112.5510 Pa 2010 m 32 g mol 0.68 kg 8.314 J mol K 288 K
----???=??=??? 则使用掉的氧气的质量为
12(2.710.68) kg 2.03 kg m m m =-=-=
使用掉的氧气的质量也可以从压力下降来计算
pV m M RT
?=? 633
111(10.13 2.55)10 Pa 2010 m 32 g mol 8.314 J mol K 288 K
-----???=????? 2.03 k g
= 9．由氯乙烯（23C H Cl ），氯化氢（HCl ）和乙烯（24C H ）构成的理想气体混合物，各组分的摩尔分数分别为23(C H Cl)0.89x =，(HCl)0.09x =和
24(C H )0.02x =。在恒定温度和压力为101.325 kPa 的条件下，用水淋洗混合气以去除氯化氢，但是留下的水气分压为2.666 kPa 。试计算洗涤后的混合气中氯乙烯和乙烯的分压。
解：将氯化氢去除以后，在留下的混合气中，氯乙烯和乙烯所具有的压力为
(101.325 2.666) k P a 98
p =-= 根据在原来混合物中，氯乙烯和乙烯所占的摩尔分数，分别来计算它们的分压，
即
230.89(C H Cl)0.890.02
p p =?
+ 0.8998.659 k P a 96.49 k P a 0.91
=?= 240.02(C H )98.659 kPa 2.17 kPa 0.91p =?= 或 2423(C H )(C H C l )
p p p =- (98.65996.49) k P a 2
=-= 10．在273 K 和40.53 MPa 时，测得氮气的摩尔体积为5317.0310 m mol --??，试用理想气体状态方程计算其摩尔体积，并说明为何实验值和计算值两个数据有差异。
解： m RT V p
= 1153168.314 J mol K 273 K 5.6010 m mol 40.5310 Pa
----???==??? 因为压力高，2N (g)已经偏离理想气体的行为。
11．有1 mol 2N (g)，在273 K 时的体积为70.3 3cm ，试计算其压力（实验测定值为40.5 MPa ），并说明如下两种计算结果为何有差异。
（1）用理想气体状态方程
（2）用van der Waals 方程。已知van der Waals 常数 620.1368 Pa m mol a -=??，
4310.38610 m mol b --=??。
解：（1） 1163
1 mol 8.314 J mol K 273 K 70.310 m nRT p V ---????==? 632.310P a 32.3 M P a
=?= （2） 2m m
RT a p V b V =-- 6628.3142730.1368 P a (70.338.6)10(70.310)
--???=-??-????
643.910 P a 43.9 M P a
=?= 从计算结果可知，因为压力很高，气体已偏离理想气体的行为，用van der Waals 方程计算误差更小一些。
12．在一个容积为0.5.3m 的钢瓶内，放有16 kg 温度为500 K 的4CH (g)，试计算容器内的压力。
（1）用理想气体状态方程
（2）由van der Waals 方程。已知4CH (g)的van der Waals 常数
620.228 Pa m mol a -=??，
4310.42710 m mol b --=??，4CH (g)的摩尔质量14(CH )16.0 g mol M -=?。
解： （1） 4116 k g (C H )1 000 m o l 16.0 g m o l
m n M -===? nRT p V
= 113
1 000 mol 8.314 J mol K 500 K 8.314 MPa 0.5 m --????== （2） 22n R T a n p V n b V
=-- 2421 0008.3145000.228(1 000) Pa 0.50 1 0000.42710(0.5)-?????=-??-????
8.18 MPa =
第二章 热力学第一定律
一．基本要求
1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系
统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。
2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中
的, , Q W U ?和H ?的值。
3．了解为什么要定义焓，记住公式, V p U Q H Q ?=?=的适用条件。
4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学
第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中，
, , , U H W Q ??的计算。
5．掌握等压热p Q 与等容热V Q 之间的关系，掌握使用标准摩尔生成焓和
标准摩尔燃烧焓计算化学反应的摩尔焓变，掌握r m U ?与r m H ?之间的关系。
6．了解Hess 定律的含义和应用，学会用Kirchhoff 定律计算不同温度下
的反应摩尔焓变。
二．把握学习要点的建议
学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一些基本概念。这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做习题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。
例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变化的过程联系在一起。譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，降到地上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，“雨”是一个与过程联系的名词。在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的名词，如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外，其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种形式变为另一种形式。同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热）的。例如在不考虑非膨胀功的前提下，在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、
燃烧甚至爆炸等剧烈变化，由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所以0, 0, 0Q W U ==?=。这个变化只是在系统内部，热力学能从一种形式变为另一种形式，而其总值保持不变。也可以通过教材中的例题，选定不同的对象作系统，则功和热的正、负号也会随之而不同。
功和热的取号也是初学物理化学时容易搞糊涂的问题。目前热力学第一定律的数学表达式仍有两种形式，即：, U Q W U Q W ?=+?=-，虽然已逐渐统一到用加号的形式，但还有一个滞后过程。为了避免可能引起的混淆，最好从功和热对热力学能的贡献的角度去决定功和热的取号，即：是使热力学能增加的，还是使热力学能减少的，这样就容易掌握功和热的取号问题。
焓是被定义的函数，事实上焓是不存在的，仅是几个状态函数的组合。这就要求理解为什么要定义焓？定义了焓有什么用处？在什么条件下，焓的变化值才具有一定的物理意义，即p H Q ?=。
务必要记住, V p U Q H Q ?=?=这两个公式的使用限制条件。凭空要记住公式的限制条件，既无必要，又可能记不住，最好从热力学第一定律的数学表达式和焓的定义式上理解。例如，根据热力学第一定律，
e e
f f d d U Q W Q W W Q p V W δδδδδδδ=+=++=-+
要使d V U Q δ=或V U Q ?=，必须使f d 0, 0V W δ==，这就是该公式的限制条件。同理：根据焓的定义式，H U pV =+
d d d d H U p V V p =++
将上面d U 的表达式代入，得
e f d d d d H Q p V W p V V p δδ=-+++
要使d p H Q δ=或p H Q ?=，必须在等压条件下，d 0p =，系统与环境的压力相等，e p p =和f 0W δ=，这就是该公式的限制条件。以后在热力学第二定律中的一些公式的使用限制条件，也可以用相似的方法去理解。
状态函数的概念是十分重要的，必须用实例来加深这种概念。例如：多看几个不同的循环过程来求U ?和H ?，得到0U ?=，0H ?=，这样可以加深状态函
数的“周而复始，数值还原”的概念。例如2H (g)和2O (g)可以通过燃烧、爆鸣、热爆炸和可逆电池等多种途径生成水，只要保持始态和终态相同，则得到的U ?和H ?的值也都相同，这样可以加深“异途同归，值变相等”的概念。
化学反应进度的概念是很重要的，必须牢牢掌握。以后只要涉及化学反应，都要用到反应进度的概念。例如，在化学反应摩尔焓变的求算中，今后在化学平衡中，利用反应的Gibbs 自由能随反应进度的变化曲线来判断化学变化的方向与限度，在化学动力学中利用反应进度来定义反应的速率，以及在电化学中，利用电化学的实验数据来计算反应进度为1 mol 时的热力学函数的变化值等，都要用到反应进度的概念，所以必须掌握化学反应进度的概念。
用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓来计算化学反应的摩尔焓变时，相减的次序是不一样的，必须要理解为什么不一样，这样在做习题时就不会搞错了。
要学会查阅热力学数据表，这在今后的学习和工作中都是十分有用的。
三．思考题参考答案
1．判断下列说法是否正确，并简述判断的依据。
（1）状态给定后，状态函数就有定值；状态函数固定后，状态也就固定
了。
（2）状态改变后，状态函数一定都改变。
（3）因为, V p U Q H Q ?=?=，所以, V p Q Q 是特定条件下的状态函数。
（4）根据热力学第一定律，因为能量不能无中生有，所以一个系统若要
对外做功，必须从外界吸收热量。
（5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，使液体的温度上升，
这时0p H Q ?==。
（6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为1Q ，焓变为1H ?。若将化学反应安排成反应相同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态都相同，这时热效应为2Q ，焓变为2H ?，则12H H ?=?。
答：（1）对。因为状态函数是状态的单值函数，状态固定后，所有的状态函数都有定值。反之，状态函数都有定值，状态也就被固定了。
（2）不对。虽然状态改变后，状态函数会改变，但不一定都改变。例如，系统发生了一个等温过程，体积、压力等状态函数发生了改变，系统的状态已与原来的不同，但是温度这个状态函数没有改变。
（3）不对。热力学能U 和焓H 是状态函数，而?U ，?H 仅是状态函数的变量。V Q 和p Q 仅在特定条件下与状态函数的变量相等，所以V Q 和p Q 不可能是状态函数。
（4）不对。系统可以降低自身的热力学能来对外做功，如系统发生绝热膨胀过程。但是，对外做功后，系统自身的温度会下降。
（5）不对。因为环境对系统进行机械搅拌，做了机械功，这时f 0W ≠，所以不符合p H Q ?=的使用条件。使用p H Q ?=这个公式，等压和f 0W ≠，这两个条件一个也不能少。
（6）对。因为焓H 是状态函数，只要反应的始态和终态都相同，则焓变的数值也相同，与反应具体进行的途径无关，这就是状态函数的性质，“异途同归，值变相等”。但是，两个过程的热效应是不等的，即12Q Q ≠。
2．回答下列问题，并简单说明原因。
（1）可逆热机的效率最高，在其他条件都相同的前提下，用可逆热机去牵引火车，能否使火车的速度加快？
（2）Zn 与盐酸发生反应，分别在敞口和密闭的容器中进行，哪一种情况放的热更多一些？
（3）在一个用导热材料制成的圆筒中，装有压缩空气，圆筒中的温度与环境达成平衡。如果突然打开筒盖，使气体冲出，当压力与外界相等时，立即盖上筒盖。过一会儿，筒中气体的压力有何变化？
（4）在装有催化剂的合成氨反应室中，2N (g)与2H (g)的物质的量之比为
13:，反应方程式为223N (g)3H (g)2NH (g)+。分别在温度为1T 和2T 的条件下，实验测定放出的热量对应为1()p Q T 和2()p Q T 。但是用Kirchhoff 定律计算时
2
1r m 2r m 1r ()()d
T p T H T H T C T ?=?+?? 计算结果与实验值不符，试解释原因。
答：（1）可逆热机的效率虽高，但是可逆过程是一个无限缓慢的过程，每一步都接近于平衡态。所以，用可逆热机去牵引火车，在有限的时间内是看不到火车移动的。所以，可逆功是无用功，可逆热机的效率仅是理论上所能达到的最高效率，使实际不可逆热机的效率尽可能向这个目标靠拢，实际使用的热机都是不可逆的。
（2）当然在密闭的容器中进行时，放的热更多一些。因为在发生反应的物质的量相同时，其化学能是一个定值。在密闭容器中进行时，化学能全部变为热能，放出的热能就多。而在敞口容器中进行时，一部分化学能用来克服大气的压力做功，余下的一部分变为热能放出，放出的热能就少。
（3）筒中气体的压力会变大。因为压缩空气冲出容器时，筒内的气体对冲出的气体做功。由于冲出的速度很快，筒内气体来不及从环境吸热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会下降。当盖上筒盖又过了一会儿，筒内气体通过导热壁，从环境吸收热量使温度上升，与环境达成平衡，这时筒内的压力会增加。
（4）用Kirchhoff 公式计算的是反应进度等于1 mol 时的等压热效应，即摩尔反应焓变。用实验测定的是反应达平衡时的等压热效应，由于合成氨反应的平
衡转化率比较低，只有25%左右，所以实验测定值会比理论计算的结果小。如果将反应物过量，使生成产物的数量与化学计量方程的相同，那实验值与计算值应该是等同的。
3．理想气体的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，那两种过程所做的功是否一样?
答：当然不一样，因为从同一个始态出发，绝热可逆与绝热不可逆两个过程不可能到达同一个终态，两个终态温度不可能相同，即?T 不可能相同，所以做的功也不同。通常绝热可逆过程做的功（绝对值）总是大于不可逆过程做的功。
4．指出如下所列3个公式的适用条件：
（1）p H Q ?= （2）V U Q ?= （3）12
ln V W nRT V = 答：（1）式，适用于不做非膨胀功（f 0W =）的等压过程（d 0p =）。
（2）式，适用于不做非膨胀功（f 0W =）的等容过程（d 0V =）。
（3）式，适用于理想气体不做非膨胀功（f 0W =）的等温可逆过程。
5．用热力学的基本概念，判断下列过程中，W ，Q ，U ?和H ?的符号，是0>，0<，还是0=。第一定律的数学表示式为 U Q W ?=+。
（1） 理想气体的自由膨胀
（2） van der Waals 气体的等容、升温过程
（3） 反应 22Zn(s)2HCl(aq)ZnCl (aq)H (g)+=+在非绝热、等压条件下进
行
（4） 反应22H (g)Cl (g)2HCl(g)+=在绝热钢瓶中进行
（5） 在273.15 K ，101.325kPa 下，水结成冰
答：（1）W = 0 因为是自由膨胀，外压为零。
Q = 0 理想气体分子之间的相互引力小到可以忽略不计，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变，所以不必从环境吸热。
?U = 0 因为温度不变，理想气体的热力学能仅是温度的函数。
或因为W = 0，Q = 0，所以?U = 0。
?H = 0 因为温度不变，理想气体的焓也仅是温度的函数。
或因为H U pV =+，?U = 0，()()0pV nRT ?=?=所以?H = 0。
（2）W = 0 因为是等容过程，膨胀功为零。
Q > 0 温度升高，系统吸热。
?U > 0 系统从环境吸热，使系统的热力学能增加。
?H > 0 根据焓的定义式，()0H U pV U V p ?=?+?=?+?>。
（3）W < 0 反应会放出氢气，要保持系统的压力不变，放出的氢气推动活塞，克服外压对环境做功。
Q < 0 反应是放热反应。
?U < 0 系统既放热又对外做功，使热力学能下降。
?H < 0 因为这是不做非膨胀功的等压反应，?H = Q p 。
（4）W = 0 在刚性容器中，进行的是恒容反应，不做膨胀功。
Q = 0 因为用的是绝热钢瓶
?U = 0 根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。以后，在不
考虑非膨胀功的情况下，只要是在绝热刚性容器中发生的任何变化，W ，
Q 和U ?都等于零，绝热刚性容器相当于是一个孤立系统。
?H > 0 因为是在绝热钢瓶中发生的放热反应，气体分子数没有变化，钢瓶内的温度会升高，导致压力也增高，根据焓的定义式，可以判断焓值是增加的。
() 0, H U p V V p p H ?=?
+?=???>> 或 () 0,
H U p V n R T T H ?=?+?=???>> （5）W < 0 在凝固点温度下水结成冰，体积变大，系统克服外压，对环境
做功。
Q < 0 水结成冰是放热过程。
?U < 0 系统既放热又对外做功，热力学能下降。
?H < 0 因为这是等压相变，?H = Q p 。
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。在所有反应过程中，保持反应方程式的始态和终态都相同，请问这四种变化途径的热力学
第一章 气体的pVT 关系 1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下： 1 1T T p V p V V T V V ???? ????-=??? ????= κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系? 解：对于理想气体,pV=nRT 111 )/(11-=?=?=??? ????=??? ????= T T V V p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=?=?=???? ????-=???? ????- =p p V V p nRT V p p nRT V p V V T T T κ 1—2 气柜内有121.6kPa 、27℃的氯乙烯(C 2H 3Cl ）气体300m 3 ，若以每小时90kg 的流量输往使用车间，试问贮存的气体能用多少小时？ 解：设氯乙烯为理想气体，气柜内氯乙烯的物质的量为 mol RT pV n 623.1461815 .300314.8300 106.1213=???== 每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为 13 3153.144145 .621090109032-?=?=?=h mol M v Cl H C n/v=（14618.623÷1441。153）=10.144小时 1-3 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：33 714.015 .273314.81016101325444 --?=???=?=?=m kg M RT p M V n CH CH CH ρ 1—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 。若改用充以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。 解：先求容器的容积33 ) (0000.1001 0000.100000 .250000.1252 cm cm V l O H == -= ρ n=m/M=pV/RT mol g pV RTm M ?=?-??== -31.3010 13330) 0000.250163.25(15.298314.84 1-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气.若将其中一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃,忽略连接管中气体体积,试求该容器内空气的压力。 解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。并且设玻璃泡的体积不随温度而变化，则始态为 )/(2,2,1i i i i RT V p n n n =+= 终态（f ）时 ??? ? ??+=???? ??+ =+=f f f f f f f f f f T T T T R V p T V T V R p n n n ,2,1,1,2,2,1,2,1
物理化学试卷1 班级姓名分数 一、选择题( 共16题30分) 1. 2 分(4932) 用铜电极电解·kg-1的CuCl2水溶液，阳极上的反应为( B ) (A) 2Cl- ─→Cl2+ 2e- (B) Cu ─→Cu2++ 2e- (C) Cu ─→Cu++ e- (D) 2OH-─→H2O + 1 2 O2+ 2e- 2. 2 分(4948) 金属活性排在H2之前的金属离子, 如Na+ 能优先于H+在汞阴极上析出, 这是由于： ( D ) (A) (Na+/ Na) < (H+/ H2) (B) (Na) < (H2) (C) (Na+/ Na) < (H+/ H2) (D) H2在汞上析出有很大的超电势, 以至于(Na+/ Na) > (H+/ H2) 3. 2 分(4869) 极谱分析中加入大量惰性电解质的目的是： ( C ) (A) 增加溶液电导 (B) 固定离子强度 (C) 消除迁移电流 (D) 上述几种都是 4. 2 分(4889) 下列示意图描述了原电池和电解池中电极的极化规律, 其中表示原电池阳极的是：( B ) (A) 曲线1 (B) 曲线2
(C) 曲线3 (D) 曲线4 5. 2 分(4910) 以石墨为阳极，电解mol·kg-1 NaCl 溶液，在阳极上首先析出：( A ) (A) Cl2 (B) O2 (C) Cl2与O2混合气体 (D) 无气体析出 已知：(Cl2/Cl-)= V , (Cl2)= 0 V ， (O2/OH-)= , (O2) = V 。 6. 2 分(5154) 将铅蓄电池在 A 电流下充电h，则PbSO4分解的量为： （M r(PbSO4)= 303 ）( B ) (A) kg (B) kg (C) kg (D) kg 7. 2 分(5102) 一贮水铁箱上被腐蚀了一个洞，今用一金属片焊接在洞外面以堵漏，为了延长铁 箱的寿命，选用哪种金属片为好( D ) (A) 铜片 (B) 铁片 (C) 镀锡铁片 (D) 锌片 8. 2 分(4940) 25℃时, H2在锌上的超电势为V，(Zn2+/Zn) = V，电解一含有 Zn2+(a= 的溶液，为了不使H2析出，溶液的pH值至少应控制在( A ) (A) pH > (B) pH > (C) pH > (D) pH > 9. 2 分(4857) 298 K、mol·dm-3的HCl 溶液中，氢电极的热力学电势为V，电解此溶液 为：( C ) 时，氢在铜电极上的析出电势 H2 (A) 大于V (B) 等于V (C) 小于V
物理化学核心教程（第二版）参考答案 第一章气体 一、思考题 1. 如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状采用了什么原理 答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。 2. 在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等 答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。 3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273 K，右球的温度为293 K时，汞滴处在中间达成平衡。试问： （1）若将左球温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动 （2）若两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动 答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。 （2）两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。 4. 在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象 答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。 5. 当某个纯物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化 答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。 6. Dalton分压定律的适用条件是什么Amagat分体积定律的使用前提是什么 答：实际气体混合物（压力不太高）和理想气体混合物。与混合气体有相同温度和相同压力下才能使用，原则是适用理想气体混合物。
第七章 电化学 7、1 用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20A,经过15min 后,问:(1)在阴极上能析出多少质量的Cu?(2)在的27℃,100kPa 下阳极上能析出多少体积的的Cl 2(g)？ 解:电极反应为:阴极:Cu 2+ + 2e - → Cu 阳极: 2Cl - －2e - → Cl 2(g) 则:z= 2 根据:Q = nzF =It ()22015Cu 9.32610mol 296500 It n zF -?= ==?? 因此:m (Cu)=n (Cu)× M (Cu)= 9、326×10-2×63、546 =5、927g 又因为:n (Cu)= n (Cl 2) pV (Cl 2)= n (Cl 2)RT 因此:3223Cl 0.093268.314300Cl 2.326dm 10010 n RT V p ??===?（）（） 7、2 用Pb(s)电极电解PbNO 3溶液。已知溶液浓度为1g 水中含有PbNO 3 1、66×10-2g 。通电一定时间后,测得与电解池串联的银库仑计中有0、1658g 的银沉积。阳极区的溶液质量为62、50g,其中含有PbNO 31、151g,计算Pb 2+的迁移数。 解法1:解该类问题主要依据电极区的物料守恒(溶液就是电中性的)。显然阳极区溶液中Pb 2+的总量的改变如下: n 电解后(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 迁移(12 Pb 2+) 则:n 迁移(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 电解后(12 Pb 2+) n 电解(1 2Pb 2+)= n 电解(Ag ) = ()()3Ag 0.1658 1.53710mol Ag 107.9 m M -==? 223162.501.1511.6610(Pb ) 6.15010mol 12331.22 n -+--??==??解前（）电 2311.151(Pb ) 6.95010mol 12331.22 n +-==??解后电 n 迁移(12 Pb 2+)=6、150×10-3+1、537×10-3-6、950×10-3=7、358×10-4mol () 242321Pb 7.358102Pb 0.4791 1.53710(Pb )2n t n +-+-+?==?移解（）=迁电
四．概念题参考答案 1．在温度、容积恒定的容器中，含有A 和B 两种理想气体，这时A 的分压 和分体积分别是A p 和A V 。若在容器中再加入一定量的理想气体C ，问A p 和A V 的 变化为 ( ) (A) A p 和A V 都变大 (B) A p 和A V 都变小 (C) A p 不变，A V 变小 (D) A p 变小，A V 不变 答：(C)。这种情况符合Dalton 分压定律，而不符合Amagat 分体积定律。 2．在温度T 、容积V 都恒定的容器中，含有A 和B 两种理想气体，它们的 物质的量、分压和分体积分别为A A A ,,n p V 和B B B ,,n p V ，容器中的总压为p 。试 判断下列公式中哪个是正确的 ( ) (A) A A p V n RT = (B) B A B ()pV n n RT =+ (C) A A A p V n RT = (D) B B B p V n RT = 答：(A)。题目所给的等温、等容的条件是Dalton 分压定律的适用条件，所 以只有(A)的计算式是正确的。其余的,,,n p V T 之间的关系不匹配。 3． 已知氢气的临界温度和临界压力分别为633.3 K , 1.29710 Pa C C T p ==?。 有一氢气钢瓶，在298 K 时瓶内压力为698.010 Pa ?，这时氢气的状态为 （ ） (A) 液态 (B) 气态 (C)气-液两相平衡 (D) 无法确定 答：(B)。仍处在气态。因为温度和压力都高于临界值，所以是处在超临界 区域，这时仍为气相，或称为超临界流体。在这样高的温度下，无论加多大压力， 都不能使氢气液化。 4．在一个绝热的真空容器中，灌满373 K 和压力为 kPa 的纯水，不留一点 空隙，这时水的饱和蒸汽压 （ ） （A ）等于零 （B ）大于 kPa （C ）小于 kPa （D ）等于 kPa 答：（D ）。饱和蒸气压是物质的本性，与是否留有空间无关，只要温度定了， 其饱和蒸气压就有定值，查化学数据表就能得到，与水所处的环境没有关系。
物理化学试题之一 一、选择题(每题2分，共50分,将唯一的答案填进括号内) 1. 下列公式中只适用于理想气体的是1. B A. ΔU=Q V B. W=nRTln(p 2/p 1)(用到了pv=nRT) C. ΔU=dT C m ,V T T 2 1? D. ΔH=ΔU+p ΔV 2. ΔH 是体系的什么 2. C A. 反应热 B. 吸收的热量 C. 焓的变化 D. 生成热 3. 2000K 时反应CO(g)+1/2O 2(g)=CO 2(g)的K p 为 6.443,则在同温度下反应为2CO 2(g)=2CO(g)+O 2(g)的K p 应为3. C A. 1/6.443 B. (6.443)1/2 C. (1/6.443)2 D. 1/(6.443)1/2 4. 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 5. 下列各量称做化学势的是 A. i j n ,V ,S i )n ( ≠?μ? B. i j n ,V ,T i )n p (≠?? C. i j n ,p ,T i )n (≠?μ? D. i j n ,V ,S i )n U (≠?? 6. A 和B 能形成理想溶液。已知在100℃时纯液体A 的饱和蒸汽压为133.3kPa, 纯液体B 的饱和蒸汽压为66.7 kPa, 当A 和B 的二元溶液中A 的摩尔分数为0.5时，与溶液平衡的蒸气中A 的摩尔分数是 A. 1 B. 0.75 C. 0.667 D. 0.5 7. 理想气体的真空自由膨胀，哪个函数不变？ A. ΔS=0 B. V=0 C. ΔG=0 D. ΔH=0 7. D ( ) 8. A 、B 两组分的气液平衡T-x 图上，有一最低恒沸点，恒沸物组成为x A =0.7。现有一组成为x A =0.5的AB 液体混合物，将其精馏可得到 A. 纯A 和恒沸混合物 B. 纯B 和恒沸混合物 C. 只得恒沸混合物 D. 得纯A 和纯B 8. B
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)+垐?噲?。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 -?=?。设相变时的摩尔焓变在这个温度区间内是 常数。 解：冰的摩尔升华焓等于摩尔熔化焓与摩尔气化焓的加和， sub m vap m fus m H H H ?=?+?11(45.05 6.01) kJ mol 51.06 kJ mol --=+?=? 用Clausius-Clapeyron 方程，计算 K （-5℃）时冰的饱和蒸气压 (268.15K)51 06011 ln 611 Pa 8.314273.16268.15p = - ? ? ??? 解得 (268.15K)401.4 Pa p = 而 K （-5℃）时，水蒸气的分压为 Pa ，低于霜的水蒸气分压，所以这时霜要升华。当水蒸气分压等于或大于401.4 Pa 时，霜可以存在。
关于物理化学课后习题 答案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
第一章两个容积均为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， 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。 H2 3dm3 P(H2） T N2 1dm3 P(N2) T （1） 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 1mol水蒸气（H2O,g）在100℃，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。 1mol某理想气体与27℃，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℃，。求过程的W,Q, ΔU, ΔH。已知气体的体积Cv,m=*mol-1 *K-1。 容积为 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 冰（H2O,S）在100kpa下的熔点为0℃，此条件下的摩尔熔化焓 ΔfusHm=*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）=*mol-1 *K-1和Cpm（H2O,S）=*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。水和水蒸气已知水（H 2 在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=*mol-1 *K-1和Cpm （H2O,g）=*mol-1 *K-1。求在25C时水的摩尔蒸发焓。 应用附录中有关物资的热化学数据，计算 25 C时反应 的标准摩尔反应焓，要求：（1）应用25 C的标准摩尔生成焓数据；
第四章多组分系统热力学 一．基本要求 1．了解混合物的特点，熟悉多组分系统各种组成的表示法。 2．掌握偏摩尔量的定义和偏摩尔量的加和公式及其应用。 3．掌握化学势的狭义定义，知道化学势在相变和化学变化中的应用。 4．掌握理想气体化学势的表示式，了解气体标准态的含义。 5．掌握Roult定律和Henry定律的含义及用处，了解它们的适用条件和不同之处。 6．了解理想液态混合物的通性及化学势的表示方法，了解理想稀溶液中各组分化学势的表示法。 7．了解相对活度的概念，知道如何描述溶剂的非理想程度，和如何描述溶质在用不同浓度表示时的非理想程度。 8．掌握稀溶液的依数性，会利用依数性来计算未知物的摩尔质量。 二．把握学习要点的建议 混合物是多组分系统的一种特殊形式，各组分平等共存，服从同一个经验规律（即Rault定律），所以处理起来比较简单。一般是先掌握对混合物的处理方法，然后再扩展到对溶剂和溶质的处理方法。先是对理想状态，然后扩展到对非理想的状态。 偏摩尔量的定义和化学势的定义有相似之处，都是热力学的容量性质在一定的条件下，对任一物质B的物质的量的偏微分。但两者有本质的区别，主要体现在“一定的条件下”，即偏微分的下标上，这一点初学者很容易混淆，所以在学习时一定要注意它们的区别。偏摩尔量的下标是等温、等压和保持除B以外的其他组成不变（C B ）。化学势的下标是保持热力学函数的两个特征变量和保持除B以外的其他组成不变。唯独偏摩尔ibbs自G由能与狭义化学势是一回事，因为Gibbs自由能的特征变量是,T p，偏摩尔量的下标与化学势定义式的下标刚好相同。 多组分系统的热力学基本公式，比以前恒定组成封闭系统的基本公式，在 d n时所引起的相应热最后多了一项，这项表示某个组成B的物质的量发生改变 B
第七章 电化学 7.1 用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20A ，经过15min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu?（2）在的27℃，100kPa 下阳极上能析出多少体积的的Cl 2（g ）？ 解：电极反应为：阴极：Cu 2+ + 2e - → Cu 阳极： 2Cl - －2e - → Cl 2（g ） 则：z= 2 根据：Q = nzF =It ()22015 Cu 9.32610mol 296500 It n zF -?= ==?? 因此：m （Cu ）=n （Cu ）× M （Cu ）= 9.326×10-2×63.546 =5.927g 又因为：n （Cu ）= n （Cl 2） pV （Cl 2）= n （Cl 2）RT 因此：3 223 Cl 0.093268.314300Cl 2.326dm 10010 n RT V p ??===?（）（） 7.2 用Pb （s ）电极电解PbNO 3溶液。已知溶液浓度为1g 水中含有PbNO 3 1.66×10-2g 。通电一定时间后，测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区的溶液质量为62.50g ，其中含有PbNO 31.151g ，计算Pb 2+的迁移数。 解法1：解该类问题主要依据电极区的物料守恒（溶液是电中性的）。显然阳极区溶液中Pb 2+的总量的改变如下： n 电解后(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 迁移(1 2Pb 2+) 则：n 迁移(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 电解后(1 2 Pb 2+) n 电解(12 Pb 2+)= n 电解(Ag ) = ()()3Ag 0.1658 1.53710mol Ag 107.9 m M -==? 2 23162.501.1511.6610(Pb ) 6.15010mol 1 2331.22 n -+--??==??解前（）电 2311.151(Pb ) 6.95010mol 1 2331.22 n +-==??解后电 n 迁移(1 2 Pb 2+)=6.150×10-3+1.537×10-3-6.950×10-3=7.358×10-4mol () 242321Pb 7.358102Pb 0.4791 1.53710 (Pb )2 n t n + -+ -+?==?移解（）=迁电
第七章 电化学 7－1．用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20 A ，经过15 min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu ？ (2) 在阳阴极上能析出多少体积的27℃, 100 kPa 下的Cl 2(g )? 解：(1) m Cu ＝ 201560635462.F ???＝5.527 g n Cu ＝201560 2F ??＝0.09328 mol (2) 2Cl n ＝2015602F ??＝0.09328 mol 2Cl V ＝00932830015 100 .R .??＝2.328 dm 3 7－2．用Pb (s )电极电解Pb (NO 3) 2溶液，已知溶液浓度为1g 水中含有Pb (NO 3) 21.66×10－2g 。通电一段时间，测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区溶液质量为62.50g ，其中含有Pb (NO 3) 21.151g ，计算Pb 2+的迁移数。 解： M [Pb (NO 3) 2]＝331.2098 考虑Pb 2+：n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝262501151166103312098(..)..--??－11513312098..＋01658 21078682 ..? ＝3.0748×10－3－3.4751×10－3＋7.6853×10－4 ＝3.6823×10－4 mol t ＋(Pb 2+ )＝4 4 36823107685310..--??＝0.4791 考虑3NO -： n 迁＝n 后－n 前 ＝1151 3312098 ..－262501151166103312098(..)..--??＝4.0030×10－3 mol t －(3 NO -)＝4 4 40030107658310..--??＝0.5209 7－3．用银电极电解AgNO 3溶液。通电一段时间后，阴极上有0.078 g 的Ag 析出，阳极区溶液溶液质量为23.376g ，其中含AgNO 3 0.236 g 。已知通电前溶液浓度为1kg 水中溶有7.39g 的AgNO 3。求Ag +和3NO -的迁移数。 解： 考虑Ag +： n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝3233760236739101698731(..)..--??－023********..＋00781078682 .. ＝1.007×10－ 3－1.3893×10－ 3＋7.231×10－ 4
中考物理化学试卷和答案 注意事项： 1．答第一卷前，考生务必用钢笔或圆珠笔在答题卡上填写自己的姓名、考号，然后用铅笔涂准考证号、考试科目代码。 2．每小题选出答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。答案答在试卷上无效。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案标号。 3．考试结束，将答题卡和试卷一并交回。 一、选择题（本大题共27小题，各小题的四个选项中，只有一个选项符合题意。每小题2分，共54分）1．照相机的镜头相当于下列哪种光学元件 A．平面镜 B．凸透镜 C．凹透镜 D．凸面镜 2．关于安全用电，下列说法正确的是 A．测电笔可以辨别家庭电路中的火线和零线 B．发现有人触电后，立即用手把触电人拉离电源 C．熔丝被烧断，一定是电路中出现了短路故障 D．熔丝被烧断后，可用铜丝代替熔丝接上 3．下列关于声音的说法正确的是 A．声音是由物体振动产生的 B．“震耳欲聋”主要是指声音的音调高 C．“闻其声而知其人”主要根据声音的响度来判断的 D．声音在真空中不受阻力传播最快 4．在下面的四幅图中，属于光的反射现象的是 ＡＢＣＤ 5．下列属于通过做功途径改变物体内能的是 A．冬天对手“哈气”，手感到暖和 B．冬天两手相互摩擦，手感到暖和 C．围着火炉烤火，身体感到暖和 D．金属小勺在热汤中放一段时间后会烫手 6．下列四个电路中与右边实物电路图对应的是
7．知识的价值体现之一，是它可以让我们避免许多不安全的事故。在下列安全提示中与 惯性知识有关的是 A．车未停稳，请勿下车 B．在地铁站台候车的人必须站在安全线外 C．高压危险，请勿靠近 D．高温蒸汽，小心烫伤 8．下面现象中物体动能和重力势能都发生变化的是 A．跳伞运动员在空中匀速下降 B．空中加速下落的冰雹 C．匀速上坡的汽车 D．在水平轨道上加速行驶的列车 9．青藏铁路路基两旁各插有一排碗口粗细、高约2米的铁棒(如图所示)，我们叫它热棒。热棒在路基下还埋有5米深，整个棒体是中空的，里面灌有液氨。热棒的工作原理很简单：当路基温度上升时，液态氨受热发生①，上升到热棒的上端，通过散热片将热量传导给空气，气态氨由此冷却②变成了液态氨，又沉入了棒底。这样，热棒就相当于一个天然“制冷机”。请问文中空格处的物态变化名称是 A．①汽化②液化 B．①液化②汽化 C．①升华②液化 D．①升华②凝华 10．从下面的图像得到的信息中，不正确的是 A．图甲说明物体所受的重力跟它的质量成正比 B．图乙表示物体在以5m／s的速度做匀速直线运动 C．图丙表示导体的电阻随电压增大而增大 D．图丁表示某种晶体的熔化曲线 11．当温度一定时，比较两根铝导线电阻的大小，下列说法中正确的是 A．长导线的电阻大 B．细导线的电阻大 C．长度相同，粗导线的电阻大 D．粗细相同，长导线的电阻大 12．电流看不见、摸不着，判断电路中是否有电流时，我们可通过电路中的灯泡是否发光去确定，这种方法在科学上叫做“转换法”。下面是小红同学在学习中遇到的四个研究实例，其中采取的方法与研究电路中是否有电流方法相同的是 A．通过测100张纸的厚度来测1张纸的厚度 B．人们通过研究墨水的扩散现象认识分子的运动情况
第一章热力学第一定律习题解答 1． 1mol 理想气体依次经过下列过程：(1)恒容下从 25℃升温至 100℃，(2)绝热自由膨胀至二倍体积，(3)恒压下冷却至25℃。试计算整个过程的Q、W、?U及?H。 解：将三个过程中Q、?U及W的变化值列表如下： 过程Q?U W (1)C V ,m (T 1末 ?T 1初 )C V ,m (T 1末 ?T 1初 ) (2)000 （3）C p,m(T3末?T3初) C v,m (T 3末 ?T 3初 ) p(V3末?V3初) 则对整个过程: T= T＝298.15K T= T= 373.15K 1初3末1末3初 Q ＝nC v,m(T1末－T1初)+0+ nC p,m(T3末－T3初) ＝nR(T3末?T3初） ＝[1×8.314×(-75)]J＝-623.55J ?U＝nC v,m(T1末－T1初)+0+nC v,m(T3末－T3初)＝0 W ＝- p(V3末?V3初)＝-nR(T3末?T3初） ＝-[1×8.314×(-75)]J＝623.55J 因为体系的温度没有改变，所以?H＝0 2．0.1mol 单原子理想气体，始态为 400K、101.325kPa，经下列两途径到达相同的终态： (1)恒温可逆膨胀到10dm3，再恒容升温至610K； (2) 绝热自由膨胀到6.56dm3，再恒压加热至610K。 分别求两途径的Q、W、?U及?H。若只知始态和终态，能否求出两途径的?U及?H？ 解：(1)始态体积V1＝nRT1/p1＝(0.1×8.314×400/101325)dm3＝32.8dm3 W ＝W恒温+W恒容＝nRT ln V V2+0 1 ＝(0.1×8.314×400×ln3210 .8+0)J ＝370.7J ?U＝nC V,m(T2?T1)＝[0.1×3 2 ×8.314 ×(610?400) ]J＝261.9J 1
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
第一章热力学第一定律习题解答 1． 1ｍol理想气体依次经过下列过程:(1）恒容下从 2５℃升温至 100℃，(2)绝热自由膨胀 至二倍体积,(3)恒压下冷却至2５℃。试计算整个过程的Q、W、?U及?H。解：将三个过程中Q、?Ｕ及W的变化值列表如下： 过程Q?ＵW (1）C V ,ｍ （Ｔ 1末 ?Ｔ １初 ) C V ,m （T 1末 ?T 1 初 ) (２）00０ (３）C p,m(T3末?T３初) C v，m (T ３末 ?Ｔ 3 初 ） ｐ(V３末?V3初) 则对整个过程: T = T=２９8.１ ５ＫT= T = 37 ３.15K 1初3末1末3初 Ｑ=nＣv，m(T１末－T１初)＋０＋ nC p，m(Ｔ3末－T３初) ＝ｎR（T3末?T3初) ＝[１×8.314×(-75)]J=-62３.55J ?U=nＣv,m(T1末-Ｔ1初)+０+nC v,m（T3末－T3初)=０ W ＝-p(V3末?V3初）=-nR(T3末?Ｔ3初） ＝－[1×8．31４×（-7５）]J＝６23.55Ｊ 因为体系的温度没有改变，所以?H=0 2.0.1mol 单原子理想气体，始态为 400K、１01.325ｋPa，经下列两途径到达相同的终态： (1)恒温可逆膨胀到10ｄｍ3，再恒容升温至６１0K; (2) 绝热自由膨胀到6.５6ｄm3,再恒压加热至610K。 分别求两途径的Q、Ｗ、?U及?H。若只知始态和终态,能否求出两途径的?U及?H？ 解:(1)始态体积Ｖ1＝nRT1/p1＝(0．1×８.３１4×400/101325)dm3＝32.8dm３ W ＝Ｗ恒温+Ｗ恒容=ｎＲT ln V Ｖ2＋０ １ =（0.1×8.314×400×ｌｎ3210 .8+0）J ＝370.7Ｊ
第十一章化学动力学 1. 反应为一级气相反应，320 oC时。问在320 oC加热90 min的分解分数为若干？ 解：根据一级反应速率方程的积分式 答：的分解分数为11.2% 2. 某一级反应的半衰期为10 min。求1h后剩余A的分数。 解：同上题， 答：还剩余A 1.56%。 3．某一级反应，反应进行10 min后，反应物反应掉30%。问反应掉50%需多少时间？ 解：根据一级反应速率方程的积分式 答：反应掉50%需时19.4 min。 4． 25 oC时，酸催化蔗糖转化反应 的动力学数据如下（蔗糖的初始浓度c0为1.0023 mol·dm-3,时刻t的浓度为c） 0 30 60 90 130 180 0 0.1001 0.1946 0.2770 0.3726 0.4676 解：数据标为 0 30 60 90 130 180 1.0023 0.9022 0.8077 0.7253 0.6297 0.5347 0 -0.1052 -0.2159 -0.3235 -0.4648 -0.6283
拟合公式 蔗糖转化95%需时 5. N -氯代乙酰苯胺异构化为乙酰对氯苯胺 为一级反应。反应进程由加KI溶液，并用标准硫代硫酸钠溶液滴定游离碘来测定。KI只与 A反应。数据如下： 0 1 2 3 4 6 8 49.3 35.6 25.75 18.5 14.0 7.3 4.6 解：反应方程如下 根据反应式，N -氯代乙酰苯胺的物质的量应为所消耗硫代硫酸钠的物质的量的二分之一， 0 1 2 3 4 6 8
4.930 3.560 2.575 1.850 1.400 0.730 0.460 0 -0.3256 -0.6495 -0.9802 -1.2589 -1.9100 -2.3719 。 6．对于一级反应，使证明转化率达到87.5%所需时间为转化率达到50%所需时间的3倍。对 于二级反应又应为多少？ 解：转化率定义为，对于一级反应， 对于二级反应， 7．偶氮甲烷分解反应 为一级反应。287 oC时，一密闭容器中初始压力为21.332 kPa，1000 s后总压为 22.732 kPa，求。 解：设在t时刻的分压为p， 1000 s后，对密闭容器中的 气相反应，可以用分压表示组成：
第十章 界面现象 10－1 请回答下列问题： (1) 常见的亚稳定状态有哪些？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？ (2) 在一个封闭的钟罩，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？ (3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？ (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？ (5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？ 答： (1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”， 根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG ＜0，而ΔS ＜0，由ΔG =ΔH －T ΔS ，得 ΔH ＜0，即反应为放热反应。 10－2 在293.15K 及101.325kPa 下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少？已知293.15K 时汞的表面力为0.4865 N ·m －1。 解： 3143r π＝N ×3243r π N ＝3132 r r ΔG ＝2 1 A A dA γ? ＝γ(A 2－A 1)＝4πγ·( N 22 r －21 r )＝4πγ·(3 12 r r －21r )
物理化学第二版课后答案 【篇一：大学物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后参 考答案第8章】 ．基本要求 1．理解电化学中的一些基本概念，如原电池和电解池的异同点，电 极的阴、阳、 正、负的定义，离子导体的特点和faraday 定律等。 2．掌握电导率、摩尔电导率的定义、计算、与浓度的关系及其主要 应用等。了解 强电解质稀溶液中，离子平均活度因子、离子平均活度和平均质量 摩尔浓度的定义，掌握离子强度的概念和离子平均活度因子的理论 计算。 3．了解可逆电极的类型和正确书写电池的书面表达式，会熟练地写 出电极反应、 电池反应，会计算电极电势和电池的电动势。 4．掌握电动势测定的一些重要应用，如：计算热力学函数的变化值，计算电池反 应的标准平衡常数，求难溶盐的活度积和水解离平衡常数，求电解 质的离子平均活度因子和测定溶液的ph等。 5．了解电解过程中的极化作用和电极上发生反应的先后次序，具备 一些金属腐蚀 和防腐的基本知识，了解化学电源的基本类型和发展趋势。 二．把握学习要点的建议 在学习电化学时，既要用到热力学原理，又要用到动力学原理，这 里偏重热力学原理在电化学中的应用，而动力学原理的应用讲得较少，仅在电极的极化和超电势方面用到一点。 电解质离子在传递性质中最基本的是离子的电迁移率，它决定了离 子的迁移数和离子的摩尔电导率等。在理解电解质离子的迁移速率、电迁移率、迁移数、电导率、摩尔电导率等概念的基础上，需要了 解电导测定的应用，要充分掌握电化学实用性的一面。 电化学在先行课中有的部分已学过，但要在电池的书面表示法、电 极反应和电池反应的写法、电极电势的符号和电动势的计算方面进 行规范，要全面采用国标所规定的符号，以便统一。会熟练地书写 电极反应和电池反应是学好电化学的基础，以后在用nernst方程计
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。 （3）系统先与40℃，70℃的热源接触至热平衡，再与100℃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