题目
已知H2(g)的Cp,m=(29.07-0.836×10-3T+2.01×10-6T2)J/(K.mol),现将1mol的H2(g)从300K升至1000K,试求: (1)等压升温吸收的热及H2(g)的△H; (2)等容升温吸收的热及H2(g)的△U。
已知H2(g)的Cp,m=(29.07-0.836×10-3T+2.01×10-6T2)J/(K.mol),现将1mol的H2(g)从300K升至1000K,试求: (1)等压升温吸收的热及H2(g)的△H; (2)等容升温吸收的热及H2(g)的△U。
题目解答
答案
×
(1)Qp=△H=∫3001000(29.07—0.836×10-3T+2.01×10-6T2)dT(2)QV=△U=△H一△(pV)=△H一nR△T=20621—1×8.314×(1000—300)=14800J
(1)Qp=△H=∫3001000(29.07—0.836×10-3T+2.01×10-6T2)dT(2)QV=△U=△H一△(pV)=△H一nR△T=20621—1×8.314×(1000—300)=14800J
解析
考查要点:本题主要考查理想气体在等压和等容过程中的热力学量计算,涉及焓变(ΔH)和内能变(ΔU)的求解,以及热量(Q)的计算。
解题核心思路:
- 等压过程:对于理想气体,ΔH = Qp,可通过积分定压热容$C_{p,m}$计算。
- 等容过程:ΔU = QV,且ΔU与ΔH的关系为ΔU = ΔH - Δ(pV)。由于理想气体$pV = nRT$,可进一步简化为ΔU = ΔH - nRΔT。
破题关键点:
- 积分热容表达式:将$C_{p,m}$对温度$T$积分,得到ΔH。
- 利用理想气体性质:等容过程的ΔU可通过ΔH与温度变化的关联快速求解。
第(1)题:等压升温吸收的热及ΔH
根据题意列积分式
等压过程中,焓变为:
$\Delta H = \int_{T_1}^{T_2} C_{p,m} \, dT$
代入$C_{p,m} = 29.07 - 0.836 \times 10^{-3} T + 2.01 \times 10^{-6} T^2$,得:
$\Delta H = \int_{300}^{1000} \left(29.07 - 0.000836 T + 0.00000201 T^2 \right) dT$
分项积分
- 常数项积分:
$\int 29.07 \, dT = 29.07T \Big|_{300}^{1000} = 29.07 \times 700 = 20349 \, \text{J}$ - 一次项积分:
$\int -0.000836 T \, dT = -0.000836 \cdot \frac{T^2}{2} \Big|_{300}^{1000} = -0.000418 \cdot (1000^2 - 300^2) = -0.000418 \cdot 910000 = -379.18 \, \text{J}$ - 二次项积分:
$\int 0.00000201 T^2 \, dT = 0.00000201 \cdot \frac{T^3}{3} \Big|_{300}^{1000} = 0.00000067 \cdot (1000^3 - 300^3) = 0.00000067 \cdot 970000000 = 649.9 \, \text{J}$
合并结果
$\Delta H = 20349 - 379.18 + 649.9 \approx 20620 \, \text{J}$
因此,$Q_p = \Delta H = 20620 \, \text{J}$。
第(2)题:等容升温吸收的热及ΔU
利用ΔH与ΔU的关系
等容过程中,内能变为:
$\Delta U = \Delta H - nR\Delta T$
代入$n = 1 \, \text{mol}$,$R = 8.314 \, \text{J/(mol·K)}$,$\Delta T = 1000 - 300 = 700 \, \text{K}$:
$\Delta U = 20620 - 1 \times 8.314 \times 700 = 20620 - 5819.8 = 14800.2 \, \text{J}$
因此,$Q_V = \Delta U = 14800 \, \text{J}$。