物理化学第一章课后答案.pdf

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1、-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

2、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 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

3、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

4、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。-7.有一种气体的状态方程为pVmRTbp（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p（Vm-b）=RT，与理想气体的状态方程相比，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可以忽略不计。所以，将这种气体进行真空膨胀时，温度不会下降。8.如何定义气体的临界温度和临界压力？答：在真实气体的 pVm图上，当气-液两相共存的线段缩成一个点时，

5、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。临界压力是指在该临界温度时能使气体液化的最低压力。9.van der Waals气体的内压与体积成反比，这一说法是否正确？答：不正确。内压力与气体摩尔体积的平方成反比。10.当各种物质处于处于临界点时，它们有哪些共同特性？答：这时气 -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。二、概念题题号选项题号选项1C9C2A10A3B11D4D12B5C6C7B8C1.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pA和 VA。若在容器中再加入一定量的

6、理想气体 C，问pA 和VA 的变化为（）。（A）pA VA和都变大（B）pA VA和都变小（C）pA 不变，VA 变小（D）pA 变小，VA 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 nA，pA，VA和 nB，pB，VB容器中的总压为确的（）。p。试判断下列公式中哪个是正（A）pAVnA RT（B）pVB(nAnB)RT pAVAnA RT（D）pBVBnB RT（C）答：（A）只有（A）符合 Dalton 分压定律。-3.已知氢气的临界

7、温度和临界压力分别为TC33.3 K,pC1.297 106 Pa。有一氢气钢瓶，在298 K 时瓶内压力为98.0106 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）仍处在气态区。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为（）。（A）等于零（B）大于 101.325 kPa（C）小于 101.325 kPa（D）等于 101.325 kPa答：（D）饱和蒸汽压是物质的本性，与是否有空间无关。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（

8、B）低温、低压（C）高温、低压（D）低温、高压答：（C）这时分子间距离很大，分子间的作用力可以忽略不计。6.在 298K 时，地面上有一个直径为 1m 的充了空气的球，其压力为 100kPa，将球带至高空，温度降为253K，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）p1 D12T2p2253 11002.3 14kPa。D22T1298 32）。7.真实气体液化的必要条件是（A）压力大于pC（B）温度低于TC（C）体积等于Vm,C答：（B）（D）同时升高温度和压力 TC 是能使气体液化的最高温度，

9、温度再高无论加多大压力都无法使气体液化。2dm3的真空容器中，依次充入温度相同、始态为 100 kPa，2 dm的 N2（g）和 200）。38.在一个恒温，容积为kPa，1 dm3的 Ar（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，1 dm气体等于 100 kPa，2 dm气体，总压为33ppApB=100 kPa+100kPa=200 kPa。9.在 298 K 时，往容积相等的A、B 两个抽空容器中分别灌入100g 和 200g 水，当达到平衡时，两容器中-的水蒸

10、汽压力分别为（A）pA 和 pB，则两者的关系为（B）。pA pB（C）pA=pB（D）无法确定答：（C）饱和蒸汽压是物质的特性，只与温度有关。10.在 273 K，101.325 kPa时，摩尔质量为 154）。（单位为g mol1的CCl4（l）的蒸气可以近似看作为理想气体，则气体的密度为（A）6.87答：（A）g dm3）（B）4.52（C）3.70（D）3.44mV6.87 g dm3154 g22.4 dm311.某体积恒定的容器中装有一定量温度为容器加热到的温度为（A）350 K）。300 K 的气体，现在保持压力不变，要将气体赶出1/6，需要将（B）250 K（C）300 K（D

11、）360 K答：（D）V，p 不变，2n56 n1,T265T1360 K12.实际气体的压力（p）和体积（V）与理想气体相比，分别会发生的偏差为（）。（A）p、V都发生正偏差（C）p 正偏差，V 负偏差（B）p、V 都发生负偏差（D）p 负偏差，V 正偏差答：（B）内压力和可压缩性的存在。三、习题1.在两个容积均为 V 的烧杯中装有氮气，烧瓶之间有细管相通，细管的体积可以忽略不计。若将两烧杯均浸入 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：n n1n

12、2根据理想气体状态方程p1 2VRT1p2V p2VRT1RT2T2T2T1化简得：2 p1T11 1p(2T1T2)p2 2 p12 60 kPa27327337350.7 kPa2.将温度为300 K，压力为 1800 kPa的钢瓶中的氮气，放入体积为压力在 300 K 时为 100 kPa，这时原来钢瓶中的压力降为320dm的贮气瓶中，使贮气瓶1600 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：放入贮气瓶中的气体物质的量为nnp3V3RT100 kPa 208.314 J mol1 K103m30.80 mol1300 K设钢瓶的体积为 V，原有气体为

13、n1，剩余气体为 n2pV1nn1RTn2p2V n2 RTp1VRTp2VRTn1 n2nn1VnRTp1p20.80 mol 8.314 J mol1 K1300 K39.98 dm(1800 1600)kPa3.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：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，水的饱和蒸汽压分别为 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

14、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 Kx(H2O,g)=p(H2O)p3.167 kPa128.5 kPa0.025在冷凝器出口处，T=283 Kx(H2O,g)=p(H2 O)p1.227 kPa128.5 kPa0.009可见这样处理以后，含水量下降了很多。34.某气柜内贮存氯乙烯 CH2=CHCl（g）300m，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-162.5g mol，设气体为理想气体。解：100m3，相当于氯乙烯的物质的量为多少？已知其摩尔质量为=m,mnM,nVpVRT代入，得：=MpRT62.5 103

15、kg mol1122103 Pa 3.06 kg m-33.06 g dm38.314 J mol1K1 300KmV 3.06 kg m-3300 m3918 kg-n1 n（总）=n1 n(总)3313918 kg62.5 103kg mol14896 mol5.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 dm3。求混合气体的总压力和各组分的分压。假定混合气体遵守28Dalton分压定律。已知氮气和甲烷的摩尔质量分别为解：g mol和 16g1mol1。n N2m0.31100 g11.11 mol

16、M28 g mol1(1 0.31)100 gn(CH4)nRTp16 g mol14.31 mol(1.11+4.31)mol8.314 J mol3310 m9.95K1 420KV1902 kPap(N2)n(N2)p1.111902 kPa=389.5 kPan(N2)n(CH4)1.11 4.31p(CH4)(1902 389.5)kPa=1512.5 kPa6.在 300 K 时，某一容器中含有将 N2（g）分离后，只留下H2（g）和 N2（g）两种气体的混合物，压力为152 kPa，温度为。H2（g），保持温度不变，压力降为50.7 kPa，气体质量减少 14 g。试计算：（1）

17、容器的体积；（2）容器中 H2（g）的质量；（3）容器中最初的气体混合物中，H2（g）和 N2（g）的摩尔分数解：（1）pN2n N2pp(H2)(152 50.7)kPa=101.3 kPa14 g28 g mol10.5 molm N2MN2n(N2)RT 0.5 mol 8.314 J mol1VK1 300K3p(N2)p N2101.3 kPap H212.3 dm（2）1 0 1.3 k P a50.7 kPa在 T，V 不变的情况下n(H2)n(N2)p(H2)50.7 kPap(N2)101.3 kPa0.5-1n(H2)0.5 n(N2)0.50.5 mol=0.25 mol

18、m(H2)n(H2)M(H2)0.25 mol2.0 g mol10.5 gn(N（3）x(N2)0.5 mol2)0.67n(H2)n(N2)(0.5+0.25)molx(H2)1 0.670.337.设某水煤气中各组分的质量分数分别为：w(H2)0.064，w(CO)0.678，w(N2)0.1 0 7w(C O2 )0.14 0w(C H4 )0.011，。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：m(H2)6.4

19、 g（1）n(H2)3.20 molM(H2)2.0 g mol167.8 g2 moln(N2)1同理有：n(CO)28 g mol128 g mol00.07 mol11.1 g.n(CO14.0 g0.32 moln(CH4)016 g mol32).844 g mol71m2go.l4则有：n（总）=(总)(3.20 2.42 0.38 0.32 0.07)mol=6.39 moln(CO)nnBx(CO)=2.42 mol0.379n(总)6.39 mol同理有：x(H2)0.500 x(N2)0.059x(CO2)0.050 x(CH4)0.011，（2）因为pVn(总)RT11Vn(总)RT6.39 mol38.314 J mol K670 K234.2 dmp152 kPam100 g0.427 g dm3V234.2 dm3-（3）根据 Dalton 分压定律pB，所以pxB-p(H2)x(H2)p0.5 152 kPa76.0 kPa同理p(CO)p(CH4)57.6 kPa，p(N2)2)8.97 kPa，p(CO7.60 kPa1.67 kPa-