物理化学课程指导书（含答案）定稿

物理化学先进网络课程

课程指导书

物理化学教研室编

2013.12

物理化学先进网络课程

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第一章 气体的P V T关系

一、预习思考题

1. ig气体状态方程是如何建立的？ig微观模型是什么？摩尔气体常数是如何获得的？

2. 实际气体与理想气体有什么不同？实际气体的范德华方程是如何建立的？ 3. 气体临界状态有什么特征？

4. 什么是对比状态?什么是对应状态原理？如何证明对应状态原理成立？ 5.压缩因子是如何定义的？代表的意义是什么？ 二、基本概念题 1.填空题

（1）27℃时，已知钢瓶中某物质的对比温度为9.19，则瓶中物质肯定 是 体无疑，其临界温度为 。 （2）气体的压缩因子Z的定义是Z = 。

（3）某实际气体的状态方程为pVm = RT+ap,式中a为大于零的常数，此气体偏

离理想气体的主要微观原因是： 。

（4） 试写出范德华（Van der Waals）方程 。 (5) 恒温100℃，在一个带有活塞的气缸中装有3.5mol的水蒸气H2O(g),在平衡

条件下，缓慢的压缩到压力P = KPa时，才能有水滴H2O(l)出现。

答案：（1）气体；32.64K （2）pVm /RT （3）分子本身占有体积

（4）(p?a)(Vm?b)?RT（5）101.325 2Vm2

2.选择题

（1） 真实气体在何种情况下可近似看成理想气体（ ）。 （A）高温 低压； （B）低温 低压； （C）高温 高压； （D）低温 高压 （2）T,V恒定的容器中，含有A和B两种理想气体，A的分压力和分体积分别为PA和VA，若往容器中再加入5mol的C理想气体,则A的分压力??( );A的分体积VA ( )。

（A） 变大 ； （B）变小 ；（C）不变 ； （D）条件不全无法确定。 （3）在一个密闭容器里放有足够多的某纯液体物质，在相当大的温度范围内皆存在气（g）、液(l)两相平衡。当温度逐渐升高时液体的饱和蒸汽压P*变大，饱和液体的摩尔体积Vm(l)( )；饱和蒸气的摩尔体积Vm(g)( )； △Vm=Vm(g) - Vm(l) ( )。

（A） 变大 ； （B）变小 ；（C）不变 ； （D）无一定变化规律。 （4）在温度恒定为373.15K,体积为2.0dm3的容器中含有0.035mol的水蒸气H2O(g)。若向上述容器中加入0.025mol的水H2O(l)。则容器中的H2O必然是（ ）。

（A） 液态； （B）气态 ；（C）气-液两相平衡 ； （D）无法确定其相态。 （5）真实是气体的Z?1，则表示该气体（ ）。

（A） 易被压缩 ； （B）难被压缩 ；（C）易液化 ； （D）难液化。 答案：（1）－（5）A; B\\B; A\\B\\B; B; A 三、计算题（参看书后习题） 四、复习总结思考题

1. 本章研究气体性质规律的思路是什么？总结求算气体在低压、中压、高压的PVT性质的方程？

2. 气体分压定义？总结低压气体分压求算方法？ 3. 总结气体临界状态的性质和应用。

4. 范德华方程压力修正项、体积修正项的物理意义。

5. 压缩因子与什么有关？压缩因子图建立依据的原理是什么？ 五、研究性学习作业题目

1.请查阅文献、参考书，阐述超临界流体有哪些实际应用？

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第二章 热力学第一定律

一、预习思考题

1、什么是系统与环境？什么是状态与状态函数？什么是过程与途径？ 2、如何用数学式表达热力学第一定律？说明公式中各项的含义。 3、理想气体的内能及焓有什么特点？ 4、体积功的基本公式？

5、单纯 p V T 变化过程ΔU、ΔH、Q及W如何求算？所用基础热数据是什么？ 6、相变过程ΔH如何求算？思路是什么？

7、化学变化过程ΔrHm如何求算？所用基础热数据是什么？

8、什么是可逆过程？有什么特点？理想气体恒温可逆过程特点？体积功？理想气体绝热可逆过程特点？过程方程？ 9、什么是节流膨胀过程？过程特点？ 二、基本概念题 1. 填空题

1) 物理量Q (热量)、T (热力学温度)、V (系统体积)、W (功)，其中属于状态函

数的是 ；与过程量有关的是 ；状态函数中属于广度量的是 ；属于强度量的是 。

2) QV = △U应用条件是 ； ； 。 3) 焦耳-汤姆逊系数?J?T?0，节流膨胀后温度 节流膨胀前温度.

θ4) 若已知H2O(g)及CO(g)在298.15K时标准摩尔生成焓?fHm(298.15K)分别为

?242kJ?mol?1及?111kJ?mol?1，则H2O(g) + C(石墨) → H2(g) + CO(g) 的标准

θ摩尔反应焓?rHm为 。

5) 理想气体在恒温条件下向真空膨胀，△U 0，△H 0，

△S 0。（选填>，=，<）

6) 1 mol 理想气体经下列三步可逆过程：（1）恒温压缩；（2）定压膨胀；（3）

定容冷却，完成一个循环回到始态。已知系统经此循环过程共吸热2.424 kJ。问它和环境交换的功W=__________，系统的?△U =__________，△H

4

=__________。

7) 理想气体从相同始态分别经绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀到达相同的终

态压力，则终态的温度T可逆 T不可逆；理想气体进行绝热自由膨胀，其

?U 0。

8) W??nRTlnV1 /V 2 _应用条件是 _________ ___________。

9) 苯的正常沸点是80.1℃，则在80.1℃时苯的饱和蒸汽压是 。 10) 若体系的α、β两相中均有B组分，则体系的α、β两相平衡条件是 ；

恒温恒压下反应 aA + bB = cC + dD 的平衡条件是 。 答案：（1）T，V；Q，W；V；T （2）恒容；无非体积功；封闭系统

kJ?mol?1 （5）=；=；> （6）-2.424 kJ；0；0（7）<；= （3）低于 （4）131??（8）理想气体恒温可逆过程 （9）101.325kPa (10) ?B；??B?B?0 ??BB2. 选择题

1) 当反应 2NH3 = N2 + 3H2 的反应进度△ξ= 1mol时，它表示系统中（ ） （a）有1mol 2NH3变成1mol N2和1mol 3H2 （b）有1mol NH3已参加了反应 （c）有1mol N2和3mol H2已参加了反应 （d）反应已进行完全而系统中只有生成物存在

2) 双原子理想气体的热容商γ= Cp/Cv为（ ）

（a）1.40 （b）1.67 （c）2.00 （d）2.50 3) 一定量的理想气体由同一始态出发，分别经恒温可逆和绝热可逆膨胀到相同

的终态压力时，终态体积谁大( )

（a）V恒温> V绝热 (b) V恒温< V绝热 （c）V恒温= V绝热 （d）无法判定 4) 常压下一化学反应 △rCp = 0 , 则有 ( )

（a）△rHm随温度升高而降低 (b) △rHm随温度升高而增大 （c）△rHm不随温度变化 （d）△rHm变化无规则 5) 实际气体节流膨胀后（ ）

（a）Q<0，ΔH=0，Δp<0 (b) Q=0，ΔH=0，ΔT<0； （c） (C) Q=0，ΔH<0，Δp<0； （d）Q=0，ΔH=0，Δp<0； 6) 下列说法正确的是（ ）

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（a）凡是熵增加过程，必定是自发过程 (b) 自发过程均使系统的熵值增加 （c）自发过程均使环境的熵值增加 （d）从系统的熵增加，不能判断过程的自发性

7) 方程式dlnp??H2适用于下列那些过程（ ）

dTRT平衡（a）I2(s)????I2(g) (b)

平衡C(石墨)????C(金刚石)

平衡（c）Hg2Cl2(s)????2HgCl(g) （d）N2(g,T1,p1)?N2(g,T2,p2)

8) 1mol液体苯在298 K时置于弹式量热计中完全燃烧，生成水和二氧化碳气

体，同时放热3264 kJ?mol - 1，则其等压燃烧焓为 ( ) kJ?mol-1

（a）3268 (b) –3265 （c） 3264 （d）–3268

9) 单组分、单相封闭体系中，焓值在恒压只做膨胀功的条件下，随温度的升高

将如何变化？( )

（a）△H>0 (b) △H<0 （c）△H=0 （d）不一定

10) pV? = 常数(? = Cp,m/CV,m)适用的条件是：（ ）

（a） 绝热过程 ； (b)理想气体绝热过程 ； （c）绝热可逆过程 （d）理想气体绝热可逆过程 ； 答案：（1）－（5）a;a;a;c;d (6)-(10)d;a;d;a;d

三、计算题（参看书后习题） 四、复习总结思考题

1、本章解决的主要问题是什么？ 2、依据的原理？

3、本章主要研究的过程由哪三类？解决问题思路？ 4、总结本章涉及基本概念及公式？

5、总结三类过程Q, W, ?U, ?H 计算公式及适用条件？ 6、焦耳-汤姆逊系数定义、表达式的意义？ 7、总结本章做题基本思路和步骤。 五、研究性学习作业题目

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1.请查阅文献，阐述量热学发展概况。谈谈微量量热学在生物化学中的应用。

第三章 热力学第二定律

一、预习思考题

1、什么是自发过程？自发过程有什么共同特征？

2、什么是热力学第二定律？什么是熵？什么是热力学第二定律数学表达式？ 3、熵变计算的基本公式？

4、A与G是如何定义的？如何判断恒温恒压、非体积功等于零的过程的方向？如何判断恒温恒容、非体积功等于零的过程的方向？

5、热力学函数间有哪些基本的微分关系？这些微分关系式有哪些实际应用意义？

6、如何应用热力学原理导出纯物质两相平衡时，温度与平衡压力间关系？说明液体蒸汽压与温度关系求算公式及影响因素。 二、基本概念题 1. 填空题

1) 1mol水在373K和相应的蒸气压101325Pa下发生相变，成为水蒸气，则该

过程ΔH 0，ΔS 0，ΔG 0。

2) 热力学第二定律的经典表述之一为 ；其数学表达式为 。 3) 熵增加原理表述为 ； 4) 在孤立体系中进行的可逆过程△S ；进行的不可逆过程△S 。 5) 纯物质完美晶体 时熵值为零；

6) ?S?RlnV2 /V1应用条件是_________ __________。

7) 由克拉贝龙方程导出克-克方程的积分式时所作的三个近似处理分别是

（1） ；（2） ；（3） 。 8) 公式dG = - SdT + Vdp的应用条件是 。 9) 由热力学基本方程或麦克斯韦关系式可知：

??U? ??V?

????????V???T?Sp7

10) 某实际气体经绝热可逆过程后，系统的?△S _____零；经绝热不可逆过程后，

△S _____零，经不可逆循环过程，回到始态，?△S _____零。（填>，=，<） 11) ?G??H?T?S 应用条件是___________ ___________。

答案：（1）>；>；= （2）不可能从单一热源吸热使之全部对外作功而不产生其他变化；dS??不可逆过程??Q???T???可逆过程?? （3）在绝热过程中熵不可能减小 或隔离系

统的熵不可能减小 （4）=；> （5）0K （6）1mol理想气体恒温过程 （7）气体按理想气体处理；Vm(g)-Vm(l)≈Vm(g)；在T1~T2温度范围内?vapHm可视为常数 （8）定量定组成的均相系统，即单纯PVT变化，以及可逆条件下的相变化、化学变化 （9）-p；?(2. 选择题

1) 纯液体在其正常沸点时完全汽化，则不发生变化的是（ ）。

（a）温度、压力、吉布斯函数； (b) 温度、压力、内能； （c）熵、压力、吉布斯函数； （d）温度、压力、焓 1mol理想气体向真空膨胀，若其体积增加到原来的10倍，则体系、环境和 2) 孤立体系的熵变分别为 ( )

（a）19.14 J·K, –19.14 J·K, 0 (b) –19.14 J·K, 19.14 J·K, 0 （c）19.14 J·K, 0, 0.1914 J·K （d）0, 0, 0

3) 下列各量中哪个是偏摩尔量：（ ）

-1

-1

-1

-1

-1

-1

?S)T （10）=；>；= （11）封闭系统恒温过程 ?p??S???A???H????B??A????????;B;C;D????????n?n?n?n?B?T,V,nC?B?B?S,P,nC?B?B?T,P,nC?B?B?T,P,nC?B

4) ?Qp = dH的适用条件是：封闭系统（ ）。

（a）可逆过程； (b)理想气体； （c）恒压的化学变化； （d）恒压只做体积功

5) 克劳修斯—克拉佩龙方程可用于纯物质（ ）

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（a）固－气及液－气两相平衡 (b)固－液两相平衡 （c）固－固两相平衡 （d）液－液两相平衡 6) 从热力学基本方程可导出：??U?S?V?（ ）

（a）??A?V?T (b) ??H?S?p （c）??U?V?S （d）??G?T?p 7) 双原子理想气体，由400 K、14.0 dm3先反抗恒外压绝热膨胀至体积为26.2

dm3，再保持体积不变升温至400 K，则整个过程

（a） △U < 0 (b) △H > 0 （c） Q = –W （d）Q < –W

8) 在一杜瓦瓶中将KNO3(s)溶于水，此过程的熵差（ ）

（a）△S > 0 (b) △S < 0 （c）△S = 0 （d）无法判定 9) 一个二组分体系，在一定温度下系统为α、β两相平衡共存时，按相律此时

系统的自由度 f = 2 – 2 + 1, 此自由度指（ ） （a）压力P (b) 系统的总组成xB 或p

??（c）α、β两相的组成xB （d） （a）和（c） 或xB10) 吉布斯自由能的含义应该是 : ( )

(a)是体系能对外做非体积功的能量

(b)是在可逆条件下体系能对外做非体积功的能量 （c）是在恒温恒压条件下体系能对外做非体积功的能量 （d）按定义理解 G=H-TS

答案：（1）－（5）a;c;b;d;a (6)-(10)b;c;a;b;d 三、计算题（参看书后习题） 四、复习总结思考题

1、本章解决的主要问题是什么？ 2、依据的原理是什么？

3、解决问题思路？涉及哪些基本概念及公式？ 4、总结三类过程?S, ?A, ?G 计算公式及适用条件？ 5、总结热力学函数关系、热力学基本方程及应用条件。 6、推导克-克方程，应用解决实际问题。

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7、总结本章计算题的解题思路和方法。 五、研究性学习作业题目

1.请查阅文献，对敞开系统、非平衡态，用熵产生与熵流的概念，阐述在远离平衡态时耗散结构的形成及特点。谈谈熵产生及熵流概念在其他领域的应用。

第四章 多组分系统热力学

一、预习思考题

1. 什么是偏摩尔量？在理解这一概念时应注意哪些方面？ 2. 什么是化学势？化学势的物理意义是什么？ 3. 化学势与偏摩尔量之间有什么关系？

4. 拉乌尔定律的适用条件是什么？亨利定律的适用条件是什么？ 5. 理想液态混合物的定义是什么？ 理想液态混合物的混合性质有哪些？ 6. 稀溶液的依数性有哪些？ 二、基本概念题 1填空题

（1）在恒温恒压下，一切相变化必然是朝着化学势 的方向自动的进行。 （2）物质标准态的规定如下，固体：固体纯物质在 的状态；液态：纯液体在 状态 ；气态： 在任一温度T，标准压力下的状态。在这些状态下物质所具有的化学势为各自的标准化学势。

（3）在室温下，一定量的苯和甲苯混合，这一过程所对应的焓变大约为 。 （4）含有某非挥发性溶质的水的稀溶液，在271K时凝固，水的Kf为1.86K ? kg ? mol-1、Kb为0.52 K ? kg ? mol-1，该溶液的正常沸点为 ，298.15K时的渗透压为 。

（5）A、B两液体形成理想液态混合物，已知在温度T时纯A和B的饱和蒸汽压分别为40kPa和120kPa,若该混合物在温度T及压力100kPa时开始沸腾，则此时的液相和气相组成为xB= ,yB= 。

（6）在300K时，液体A与B部分互溶形成α和β两个平衡相，在α相中A的物质的量分数0.85，纯A的饱和蒸汽压是22kPa，在β相中B的物质的量分数为0.89，将两层液相视为稀溶液，则A的亨利常数为 。 （7）已知H2O（l）在正常沸点时的气化热为40.67 kJ ? mol-1，某不挥发性物质

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