物理化學(xué)核心教程(第二版)沈文霞編科學(xué)出版社_課后習(xí)題詳解第一章

1、物理化學(xué)核心教程-沈殿霞 課后習(xí)題答案第一章 氣體三思考題參考答案1如何使一個(gè)尚未破裂而被打癟的乒乓球恢復(fù)原狀？采用了什么原理？答：將打癟的乒乓球浸泡在熱水中，使球的壁變軟，球中空氣受熱膨脹，可使其恢復(fù)球狀。采用的是氣體熱脹冷縮的原理。2在兩個(gè)密封、絕熱、體積相等的容器中，裝有壓力相等的某種理想氣體。試問，這兩容器中氣體的溫度是否相等？答：不一定相等。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，若物質(zhì)的量相同，則溫度才會(huì)相等。3 兩個(gè)容積相同的玻璃球內(nèi)充滿氮?dú)猓瑑汕蛑虚g用一根玻管相通，管中間有一汞滴將兩邊的氣體分開。當(dāng)左邊球的溫度為273 K，右邊球的溫度為293 K時(shí)，汞滴處在中間達(dá)成平衡。試問： (1) 若將左

2、邊球的溫度升高10 K，中間汞滴向哪邊移動(dòng)？ (2) 若將兩個(gè)球的溫度同時(shí)都升高10 K，中間汞滴向哪邊移動(dòng)？答：（1）左邊球的溫度升高，氣體體積膨脹，推動(dòng)汞滴向右邊移動(dòng)。 （2）兩個(gè)球的溫度同時(shí)都升高10 K，汞滴仍向右邊移動(dòng)。因?yàn)樽筮吳虻钠鹗紲囟鹊停?0 K所占的比例比右邊的大，283/273大于303/293，所以膨脹的體積（或保持體積不變時(shí)增加的壓力）左邊的比右邊的大。4在大氣壓力下，將沸騰的開水迅速倒入保溫瓶中，達(dá)保溫瓶容積的0.7左右，迅速蓋上軟木塞，防止保溫瓶漏氣，并迅速放開手。請(qǐng)估計(jì)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？答：軟木塞會(huì)崩出。這是因?yàn)楸仄恐械氖Ｓ鄽怏w被熱水加熱后膨脹，當(dāng)與迅速蒸發(fā)的

3、水汽的壓力加在一起，大于外面壓力時(shí)，就會(huì)使軟木塞崩出。如果軟木塞蓋得太緊，甚至?xí)贡仄勘?。防止的方法是，在灌開水時(shí)不要灌得太快，且要將保溫瓶灌滿。5當(dāng)某個(gè)純的物質(zhì)的氣、液兩相處于平衡時(shí)，不斷升高平衡溫度，這時(shí)處于平衡狀態(tài)的氣-液兩相的摩爾體積將如何變化？答：升高平衡溫度，純物質(zhì)的飽和蒸汽壓也升高。但由于液體的可壓縮性較小，熱膨脹仍占主要地位，所以液體的摩爾體積會(huì)隨著溫度的升高而升高。而蒸汽易被壓縮，當(dāng)飽和蒸汽壓變大時(shí)，氣體的摩爾體積會(huì)變小。隨著平衡溫度的不斷升高，氣體與液體的摩爾體積逐漸接近。當(dāng)氣體的摩爾體積與液體的摩爾體積相等時(shí)，這時(shí)的溫度就是臨界溫度。6Dalton分壓定律的適用條件是

4、什么？Amagat分體積定律的使用前提是什么？答：這兩個(gè)定律原則上只適用于理想氣體。Dalton分壓定律要在混合氣體的溫度和體積不變的前提下，某個(gè)組分的分壓等于在該溫度和體積下單獨(dú)存在時(shí)的壓力。Amagat分體積定律要在混合氣體的溫度和總壓不變的前提下，某個(gè)組分的分體積等于在該溫度和壓力下單獨(dú)存在時(shí)所占有的體積。7有一種氣體的狀態(tài)方程為 （b為大于零的常數(shù)），試分析這種氣體與理想氣體有何不同？將這種氣體進(jìn)行真空膨脹，氣體的溫度會(huì)不會(huì)下降？答：將氣體的狀態(tài)方程改寫為 ，與理想氣體的狀態(tài)方程相比，這個(gè)狀態(tài)方程只校正了體積項(xiàng)，未校正壓力項(xiàng)。說明這種氣體分子自身的體積不能忽略，而分子之間的相互作用力仍

5、可以忽略不計(jì)。所以，將這種氣體進(jìn)行真空膨脹時(shí)，氣體的溫度不會(huì)下降，這一點(diǎn)與理想氣體相同。8如何定義氣體的臨界溫度和臨界壓力？答：在真實(shí)氣體的圖上，當(dāng)氣-液兩相共存的線段縮成一個(gè)點(diǎn)時(shí)，稱這點(diǎn)為臨界點(diǎn)。這時(shí)的溫度為臨界溫度，這時(shí)的壓力為臨界壓力。在臨界溫度以上，無論加多大壓力都不能使氣體液化。9van der Waals氣體的內(nèi)壓力與體積成反比，這樣說是否正確？答：不正確。根據(jù)van der Waals氣體的方程式，其中被稱為是內(nèi)壓力，而是常數(shù)，所以內(nèi)壓力應(yīng)該與氣體體積的平方成反比。10當(dāng)各種物質(zhì)都處于臨界點(diǎn)時(shí)，它們有哪些共同特性？答：在臨界點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)的氣-液界面消失，液體和氣體的摩爾體積相等，成

6、為一種既不同于液相、又不同于氣相的特殊流體，稱為超流體。高于臨界點(diǎn)溫度時(shí)，無論用多大壓力都無法使氣體液化，這時(shí)的氣體就是超臨界流體。四概念題參考答案1在溫度、容積恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，這時(shí)A的分壓和分體積分別是和。若在容器中再加入一定量的理想氣體C，問和的變化為 ( )(A) 和都變大 (B) 和都變小(C) 不變，變小 (D) 變小，不變 答：(C)。這種情況符合Dalton分壓定律，而不符合Amagat分體積定律。2在溫度、容積都恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，它們的物質(zhì)的量、分壓和分體積分別為和，容器中的總壓為。試判斷下列公式中哪個(gè)是正確的？ ( )(A) (B)

7、(C) (D) 答：(A)。題目所給的等溫、等容的條件是Dalton分壓定律的適用條件，所以只有(A)的計(jì)算式是正確的。其余的之間的關(guān)系不匹配。3 已知?dú)錃獾呐R界溫度和臨界壓力分別為。有一氫氣鋼瓶，在298 K時(shí)瓶?jī)?nèi)壓力為，這時(shí)氫氣的狀態(tài)為 （ ）(A) 液態(tài) (B) 氣態(tài)(C)氣-液兩相平衡 (D) 無法確定答：(B)。仍處在氣態(tài)。因?yàn)闇囟群蛪毫Χ几哂谂R界值，所以是處在超臨界區(qū)域，這時(shí)仍為氣相，或稱為超臨界流體。在這樣高的溫度下，無論加多大壓力，都不能使氫氣液化。4在一個(gè)絕熱的真空容器中，灌滿373 K和壓力為101.325 kPa的純水，不留一點(diǎn)空隙，這時(shí)水的飽和蒸汽壓 （ ）（A）等于零

8、 （B）大于101.325 kPa（C）小于101.325 kPa （D）等于101.325 kPa答：（D）。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的本性，與是否留有空間無關(guān)，只要溫度定了，其飽和蒸氣壓就有定值，查化學(xué)數(shù)據(jù)表就能得到，與水所處的環(huán)境沒有關(guān)系。5真實(shí)氣體在如下哪個(gè)條件下，可以近似作為理想氣體處理？（ ）（A）高溫、高壓 （B）低溫、低壓（C）高溫、低壓 （D）低溫、高壓答：（C）。這時(shí)分子之間的距離很大，體積很大，分子間的作用力和分子自身所占的體積都可以忽略不計(jì)。6在298 K時(shí)，地面上有一個(gè)直徑為1 m的充了空氣的球，其中壓力為100 kPa。將球帶至高空，溫度降為253 K，球的直徑脹大到3m，

9、此時(shí)球內(nèi)的壓力為 （ ）（A）33.3 kPa （B）9.43 kPa（C）3.14 kPa （D）28.3 kPa答：（C）。升高過程中，球內(nèi)氣體的物質(zhì)的量沒有改變，利用理想氣體的狀態(tài)方程，可以計(jì)算在高空中球內(nèi)的壓力。 7使真實(shí)氣體液化的必要條件是 （ ） （A）壓力大于 （B）溫度低于 （C）體積等于 （D）同時(shí)升高溫度和壓力答：（B）。是能使氣體液化的最高溫度，若高于臨界溫度，無論加多大壓力都無法使氣體液化。8在一個(gè)恒溫、容積為2 的真空容器中，依次充入溫度相同、始態(tài)為100 kPa，2 的（g）和200 kPa，1的，設(shè)兩者形成理想氣體混合物，則容器中的總壓力為 （ ） （A）100

10、kPa （B）150 kPa （C）200 kPa （D）300 kPa答：（C）。等溫條件下，200 kPa，1氣體等于100 kPa，2氣體，總壓為=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。9在298 K時(shí)，往容積都等于并預(yù)先抽空的容器A、B中，分別灌入100 g和200 g水，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，兩容器中的壓力分別為和，兩者的關(guān)系為 （ ） （A） （B） （C）= （D）無法確定答：（C）。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的特性，只與溫度有關(guān)。在這樣的容器中，水不可能全部蒸發(fā)為氣體，在氣-液兩相共存時(shí)，只要溫度相同，它們的飽和蒸氣壓也應(yīng)該相等。10在273 K，101.325 kPa時(shí)，的蒸氣可以

11、近似看作為理想氣體。已知的摩爾質(zhì)量為154的，則在該條件下，氣體的密度為 （ ） （A） （B） （C） （D）答：（A）。通常將273 K，101.325 kPa稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，在該狀態(tài)下，1 mol 任意物質(zhì)的氣體的體積等于。根據(jù)密度的定義，11在某體積恒定的容器中，裝有一定量溫度為300 K的氣體，現(xiàn)在保持壓力不變，要將氣體趕出1/6，需要將容器加熱到的溫度為 （ ） （A）350 K （B）250 K （C）300 K （D）360 K答：（D）。保持V，p不變，12實(shí)際氣體的壓力（p）和體積（V）與理想相比，分別會(huì)發(fā)生的偏差為（ ） （A）p，V都發(fā)生正偏差 （B）p，V都發(fā)生負(fù)偏差

12、（C）p正偏差，V負(fù)偏差 （D）p負(fù)偏差，V正偏差答：（B）。由于實(shí)際氣體的分子間有相互作用力，所以實(shí)際的壓力要比理想氣體的小。由于實(shí)際氣體分子自身的體積不能忽略，所以能運(yùn)用的體積比理想氣體的小。五習(xí)題解析1在兩個(gè)容積均為V的燒瓶中裝有氮?dú)?，燒瓶之間有細(xì)管相通，細(xì)管的體積可以忽略不計(jì)。若將兩燒瓶均浸入373 K的開水中，測(cè)得氣體壓力為60 kPa。若一只燒瓶浸在273 K的冰水中，另外一只仍然浸在373 K的開水中，達(dá)到平衡后，求這時(shí)氣體的壓力。設(shè)氣體可以視為理想氣體。解：因?yàn)閮蓚€(gè)容器是相通的，所以壓力相同。設(shè)在開始時(shí)的溫度和壓力分別為，后來的壓力為，273 K為。系統(tǒng)中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量保持不變

13、，。根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，有 化簡(jiǎn)得： 2將溫度為300 K，壓力為1 800 kPa的鋼瓶中的氮?dú)猓乓徊糠值襟w積為20 的貯氣瓶中，使貯氣瓶壓力在300 K時(shí)為100 kPa，這時(shí)原來鋼瓶中的壓力降為1 600 kPa（假設(shè)溫度未變）。試求原鋼瓶的體積。仍假設(shè)氣體可作為理想氣體處理。解： 設(shè)鋼瓶的體積為V，原有的氣體的物質(zhì)的量為，剩余氣體的物質(zhì)的量為，放入貯氣瓶中的氣體物質(zhì)的量為。根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程， 3用電解水的方法制備氫氣時(shí)，氫氣總是被水蒸氣飽和，現(xiàn)在用降溫的方法去除部分水蒸氣。現(xiàn)將在298 K條件下制得的飽和了水氣的氫氣通入283 K、壓力恒定為128.5 kPa的冷凝器中，試

14、計(jì)算：在冷凝前后，混合氣體中水氣的摩爾分?jǐn)?shù)。已知在298 K和283 K時(shí)，水的飽和蒸氣壓分別為3.167 kPa和1.227 kPa?；旌蠚怏w近似作為理想氣體。解： 水氣所占的摩爾分?jǐn)?shù)近似等于水氣壓力與冷凝操作的總壓之比 在冷凝器進(jìn)口處，T=298 K，混合氣體中水氣的摩爾分?jǐn)?shù)為 在冷凝器出口處，T=283 K，混合氣體中水氣的摩爾分?jǐn)?shù)為 可見這樣處理以后，氫氣中的含水量下降了很多。4某氣柜內(nèi)貯存氯乙烯=300 ，壓力為122 kPa，溫度為300 K。求氣柜內(nèi)氯乙烯氣體的密度和質(zhì)量。若提用其中的100 ，相當(dāng)于氯乙烯的物質(zhì)的量為多少？已知其摩爾質(zhì)量為62.5 ，設(shè)氣體為理想氣體。解： 根據(jù)

15、已知條件，氣柜內(nèi)貯存氯乙烯的物質(zhì)的量為，則氯乙烯的質(zhì)量為。根據(jù)密度的定義。將以上的關(guān)系式代入，消去相同項(xiàng)，得提用其中的100 ，相當(dāng)于提用總的物質(zhì)的量的，則提用的物質(zhì)的量為 或 5有氮?dú)夂图淄椋ň鶠闅怏w）的氣體混合物100 g，已知含氮?dú)獾馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.31。在420 K和一定壓力下，混合氣體的體積為9.95 。求混合氣體的總壓力和各組分的分壓。假定混合氣體遵守Dalton分壓定律。已知氮?dú)夂图淄榈哪栙|(zhì)量分別為和。解： 混合氣體中，含氮?dú)夂图淄闅獾奈镔|(zhì)的量分別為 混合氣體的總壓力為 混合氣體中，氮?dú)夂图淄闅獾姆謮悍謩e為 6在300 K時(shí)，某一容器中含有(g)和(g)兩種氣體的混合物，壓力為1

16、52 kPa。將(g)分離后，只留下(g)，保持溫度不變，壓力降為50.7 kPa，氣體質(zhì)量減少了14 g。已知(g)和(g)的摩爾質(zhì)量分別為和。試計(jì)算： （1）容器的體積 （2）容器中(g)的質(zhì)量 （3）容器中最初的氣體混合物中，(g)和(g)的摩爾分?jǐn)?shù)解： （1）這是一個(gè)等溫、等容的過程，可以使用Dalton分壓定律，利用(g)分離后，容器中壓力和質(zhì)量的下降，計(jì)算(g)的物質(zhì)的量，借此來計(jì)算容器的體積。 （2） 在T ，V 不變的情況下，根據(jù)Dalton分壓定律，有 （3） 7設(shè)在一個(gè)水煤氣的樣品中，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：，。試計(jì)算： （1）混合氣中各氣體的摩爾分?jǐn)?shù) （2）當(dāng)混合氣在67

17、0 K和152 kPa時(shí)的密度 （3）各氣體在上述條件下的分壓解： 設(shè)水煤氣的總質(zhì)量為100g，則各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘以總質(zhì)量即為各物質(zhì)的質(zhì)量，所以，在水煤氣樣品中各物的物質(zhì)的量分別為（各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量自己查閱）： （1）同理有： 同理有：， ， （2）因?yàn)?（3）根據(jù)Dalton分壓定律 ，所以 同理 ， 8在288 K時(shí)，容積為20 的氧氣鋼瓶上壓力表的讀數(shù)為10.13 MPa，氧氣被使用一段時(shí)間以后，壓力表的讀數(shù)降為2.55 MPa，試計(jì)算使用掉的氧氣的質(zhì)量。設(shè)近似可以使用理想氣體的狀態(tài)方程。已知。解： 在氧氣被使用前，鋼瓶中含氧氣的質(zhì)量為 氧氣被使用后，鋼瓶中剩余氧氣的質(zhì)量為 則使用掉的

18、氧氣的質(zhì)量為 使用掉的氧氣的質(zhì)量也可以從壓力下降來計(jì)算 9由氯乙烯（），氯化氫（）和乙烯（）構(gòu)成的理想氣體混合物，各組分的摩爾分?jǐn)?shù)分別為，和。在恒定溫度和壓力為的條件下，用水淋洗混合氣以去除氯化氫，但是留下的水氣分壓為。試計(jì)算洗滌后的混合氣中氯乙烯和乙烯的分壓。解：將氯化氫去除以后，在留下的混合氣中，氯乙烯和乙烯所具有的壓力為 根據(jù)在原來混合物中，氯乙烯和乙烯所占的摩爾分?jǐn)?shù)，分別來計(jì)算它們的分壓，即 或 10在273 K和40.53 MPa時(shí)，測(cè)得氮?dú)獾哪栿w積為，試用理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算其摩爾體積，并說明為何實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值兩個(gè)數(shù)據(jù)有差異。解： 因?yàn)閴毫Ω撸?g)已經(jīng)偏離理想氣體的行為。11有1 mol (g)，在273 K時(shí)的體積為7