工科化學及實驗金繼紅第1章+思考題與習題答案解析

./第一章物質的聚集狀態(tài)思考題答案1、物質的氣、液、固三種狀態(tài)各具有哪些特性？2、什么是理想氣體？理想氣體能否通過壓縮變成液體？1理想氣體：在各種溫度、壓強的條件下,其狀態(tài)皆服從方程pV=nRT的氣體稱理想氣體<idealgas>,是理論上假想的一種將把實際氣體分子本身體積和分子間相互作用力性質加以簡化的氣體。人們把假想的,在任何情況下都嚴格遵守氣體三定律的氣體稱為理想氣體。就是說：一切實際氣體并不嚴格遵循這些定律,只有在溫度較高,壓強不大時,偏離才不顯著。所以一般可認為溫度大于500K或者壓強不高于1.01×105帕時的氣體為理想氣體。2理想氣體壓縮成液體：不可以,理想氣體的相圖上沒有相變過程,理想氣體分子大小為0,而且之間沒有作用力,這個模型太簡單了,所以無論靠得多近也不會成為凝聚體,理想氣體本身就是不存在的。考慮了分子相互作用的氣體模型才能發(fā)生相變,像范德瓦爾斯氣體就可以發(fā)生相變。3、范德華方程對理想氣體做了哪兩項校正？1在pVm=RT方程式中,Vm是1mol氣體分子自由活動的空間。理想氣體因為分子本身沒有體積,則就等于容器的體積。對于真實氣體來說,因為要考慮分子本身的體積,所以1mol氣體分子自由活動的空間已不是Vm,而要從Vm中減一個與氣體分子本身體積有關的修正項b。對1mol氣體而言：實驗表明,從數量級上看b的值粗略等于該氣體物質的液體的摩爾體積。2在pVm=RT方程中p是指分子間無引力時,氣體分子碰撞容器壁所產生的壓力。但由于分子間引力的存在,真實氣體所產生的壓力要比無引力時小。若真實氣體表現出來的壓力為p,換算為沒有引力時〔作為理想氣體的壓力應該為。范德華把項稱為分子內壓,它反映分子間引力對氣體壓力所產生的影響。式中a為一比例系數,它與真實氣體分子間的引力大小有關。經過兩項修正,真實氣體可看作理想氣體加以處理。用Vm－b代替理想氣體狀態(tài)方程中的Vm,以代替方程中的p,即得到范德華方程式：以上即為著名的范德華方程。方程式中的a,b是氣體的特性參量,稱為范德華參量<常數>。它們分別與氣體分子之間引力的大小及氣體分子本身的體積大小有關。范德華認為,a和b的值不隨溫度而變。下表給出了由實驗測得的部分氣體的范德華參量之值。由表中數值可以看出一般來說,對于較易液化的氣體,如Cl2,SO2等,a的值較大,說明這些氣體分子間的吸引力較強；而對于如H2,He等不易液化的氣體,a的值很小,說明分子間的引力很弱。4、什么叫沸點？什么液體的飽和蒸氣壓？溫度對液體飽和蒸汽壓有什么影響？外壓對液體沸點有什么影響？1沸點：沸騰是在一定溫度下液體內部和表面同時發(fā)生的劇烈汽化現象。液體沸騰時候的溫度被稱為沸點。,即液體的飽和蒸氣壓與外界壓強相等時的溫度。濃度越高,沸點越高。不同液體的沸點是不同的,所謂沸點是針對不同的液態(tài)物質沸騰時的溫度。沸點隨外界壓力變化而改變,壓力低,沸點也低。液體濃度越高,沸點越高。2飽和蒸汽壓：當液體汽化的速率與其產生的氣體液化的液體速率相同時的氣壓。3液體的飽和蒸汽壓與溫度的關系可用克勞修斯-克拉佩龍方程式表示：dlnPdT在溫度較小的變化范圍內,H汽可視為常數,對上式積分得：4外壓對液氣體沸點的關系沸點是液體的飽和蒸氣壓與外界壓強相等時的溫度。沸點隨外界壓力變化而改變,壓力低,沸點也低。,因為壓力越高,在其它條件不變的情況下,溫度越高。當其氣壓要升高到飽和蒸汽壓時,需要更高的溫度才可以得到沸騰狀態(tài),即外壓升高,沸點也越高。5、溶液濃度的常用表示方法有哪幾種？如果工作環(huán)境溫度變化較大,應采用哪一種濃度表示方法為好？1B的物質的量濃度—B的物質的量濃度,單位為mol·L-1?！镔|B的物質的量,單位為mol?！旌衔锏捏w積,單位為L。2溶質B的質量摩爾濃度

bB—溶質B的質量摩爾濃度,單位為mol·Kg-1。nB—溶質B的物質的量,單位為mol。mA—溶劑的質量,單位為kg。3溶質B的摩爾分數nB—B的物質的量,SI單位為mol；n—混合物總的物質的量,SI單位為mol；—SI單位為1。兩組分的溶液系統(tǒng)：溶質B的量分數：溶劑A的量分數：任何一個多組分系統(tǒng),則質量濃度的值不因溫度變化而變化,而體積濃度的值隨溫度的變化而相應變化。如果工作環(huán)境溫度變化較大,采用質量摩爾濃度表示方法為好。6、兩只各裝有1kg水的燒杯,一只溶有0.01mol蔗糖,另一只溶有0.01molNaCl,按同樣速度降溫冷卻,則哪個先結冰？因為NaCl完全解離,相當于溶質的濃度增大,所以凝固點降低更很多,故按同樣速度降溫冷卻,蔗糖先達到結冰的凝固點。7、為什么人體輸液用一定濃度的生理鹽水或葡萄糖溶液？因為人體內的細胞要在生理鹽水和一定濃度的葡萄糖溶液中才能保持正常形態(tài),因為他們的濃度是臨床規(guī)定中符合人體情況的等滲溶液,否則會因為在濃度過高或低的情況下,發(fā)生高滲或低滲的情況,導致人體內的細胞因滲透壓的變化而失水皺縮導致血栓,或者吸水破裂導致溶血。因此輸液時使用一定濃度的生理鹽水或葡萄糖溶液是為了使身體的滲透壓維持穩(wěn)定狀態(tài)。8、在兩只燒杯中分別裝入等體積的純水和飽和的糖水,將兩只燒杯放在一個鐘罩中,一段時間后,會發(fā)生什么現象？糖水的液面上升,純水的液面下降,因為兩者的表面飽和蒸汽壓〔水有區(qū)別。溶液的飽和蒸汽壓比純溶劑低,溶液濃度越大,蒸汽壓下降的越多。糖水的飽和蒸汽壓比較低,純水的飽和蒸汽壓相對較高,但是在一個鐘罩中,總的氣壓一定。并且由于蒸汽水分子在作用不停息的無規(guī)則運動,可看做是則純水中的水分子運動到糖水的杯被子里,使糖水和純水的飽和蒸汽壓等于總氣壓,最后糖水的體積變大,純水體積減少。9、膠體和溶液有哪些相似和不同,膠體有哪些特殊性質？膠體的特殊性質：動力性質1布朗運動膠體中的顆粒在做永不停息的無規(guī)則運動,就是布朗運動。且溫度越高,布朗運動越劇烈。膠體的聚沉定義：使膠體粒子聚集成為較大的顆粒,從而形成沉淀從分散劑里析出的過程叫做聚沉。滲析利用半透膜分離膠體中的雜質分子或離子,提純,精制膠體的操作稱為滲析。擴散運動一定溫度下,膠粒由高濃度向低濃度擴散的現象。3沉降平衡膠體粒子受到重力作用下沉而與分散介質分離的過程稱為沉降,但擴散作用又會使膠粒分布均勻,其方向與沉降相反,當兩者作用相等時,雖然粒子的濃度隨高度增加而逐漸減少,但在指定高度上的粒子濃度不再隨時間變化,系統(tǒng)形成穩(wěn)定的濃度梯度,這一狀態(tài)稱為沉降平衡。電學性質1電滲溶膠通過多孔性物質,膠粒被吸附而固定不動,在外電場的作用下,分散劑將通過多孔物質定向移動,這種現象稱為電滲。2電泳在外加電場作用下,膠體粒子在分散劑里向電極〔陰極或陽極作定向移動的現象,叫做電泳。原因：粒子膠體微粒帶同種電荷,當膠粒帶正電荷時向陰極運動,當膠粒帶負電荷時向陽極運動。因為膠粒具有較大的表面積,能吸附離子而帶電。在進行電泳實驗時,由于電場的作用,膠團在吸附層和擴散層的界面之間發(fā)生分離,帶正電的膠粒向陰極移動,帶負電的離子向陽極移動。因此,膠粒帶電,但整個膠體分散系是呈電中性的。3沉降電勢膠粒在重力場或離心力場中相對于液體介質沉降時所產生的電勢差,為電泳的逆過程。4流動電勢在外力作用下,使液體通過多孔膜〔或毛細管定向流動,在多孔膜兩端會產生電勢差,為電滲的逆過程。3、光學性質丁達爾效應一束光通過膠體,由于膠粒大小在的1-100nm范圍,而可見光的波長為400-700nm,膠粒會對可見光發(fā)生散射從而側面產生一條光路。布朗運動膠體中的顆粒在做永不停息的無規(guī)則運動,就是布朗運動。且溫度越高,布朗運動越劇烈。10、丁達爾現象在日常生活中經常遇到,你能舉出例子嗎？當一束光線透過膠體,從入射光的垂直方向可以觀察到膠體里出現的一條光亮的"通路",這種現象叫丁達爾現象。1樹林現象清晨,在茂密的樹林中,常常可以看到從枝葉間透過的一道道光柱,類似于這種自然界現象,也是丁達爾現象。這是因為云、霧、煙塵也是膠體,只是這些膠體的分散劑是空氣,分散質是微小的塵埃或液滴。2耶穌光丁達爾效應的形成,是靠霧氣或是大氣中的灰塵,當太陽照射下來投射在上面時,就可以明顯看出光線的線條,加上太陽是大面積的光線,所以投射下來的,不會只是一點點,而是一整片的壯闊畫面這種為風景帶來一種神圣的靜謐感的光線,不知何時被命名為了"耶穌光"。11、制備膠體的方法〔1分散法分散法有機械分散、電分散、超聲波分散和膠溶等。1物理方法例如機械分散法：利用機械磨碎法將固體顆粒直接磨成膠粒的大小,如：將固體顆粒直接磨成膠粒的大小,溶于溶劑得到膠體,如將碳粉制成碳素墨水溶解法：利用高分子化合物分散在合適的溶劑中形成膠體,如蛋白質溶于水,淀粉溶于水、聚乙烯溶于某有機溶劑等〔2凝聚法用物理或化學方法使分子或離子聚集成膠體粒子的方法,有還原法、氧化法、水解法和復分解法等。2化學方法：例如水解法：如氫氧化鐵膠體的制備：把1ml-2ml的氯化鐵飽和溶液加入20ml沸水中煮沸至呈紅褐色停止加熱,即制得了氫氧化鐵膠體。FeCl3+3H2O=Fe<OH>3〔膠體+3HCl復分解法：如碘化銀膠體的制備:AgNO3+KI＝AgI〔膠體+KNO312、晶體與非晶體的區(qū)別晶體：內部微?！苍印㈦x子或分子在空間按一定規(guī)律做周期性重復排列構成的固體物質。如石英、云母、食鹽、明礬等。非晶體：內部原子或分子的排列呈現雜亂無章的分布狀態(tài)的固體物質。如玻璃、橡膠、松香、瀝青等。晶體與非晶體的主要區(qū)別晶體非晶體性質自范性〔本質區(qū)別有無各向異性有無固定熔沸點有無能否發(fā)生X射線衍射〔最科學的區(qū)分方法能不能〔能發(fā)生散射內能小而最穩(wěn)定大而不穩(wěn)定1外形晶體都具有規(guī)則的幾何形狀,而非晶體沒有一定的幾何外形。晶體自范性的本質:晶體中粒子微觀空間里是呈現周期性的有序排列的。晶體內部質點排列有序,外形規(guī)則。例如。在氯化鈉晶體內部,無論任何方向上CI-和Na+都是相間排列的,如圖1,●代表Na離子,○代表Cl離子,其外形是非常規(guī)則的立方形,從鹽場生產的粗大鹽粒到實驗室用的基準氯化鈉微粒,無論大小都是立方形的。圖1NaCl晶體結構非晶體內部質點排列雜亂無章,外形不規(guī)則。例如玻璃內部各種離子雜亂無章地堆積在一起,外形沒有一定之規(guī),人們可以在生產中任意改變其外部形貌。眾多構造繁雜外形精美的玻璃藝術品,正是利用玻璃外形可以任意改變的性能而加工制成的。一些蠟像藝術品也是因為石蠟屬于非晶體而得來。2各向異性晶體的各種物理性質,在各個方向上都是不同的,即各向異性；非晶體則顯各向同性。由于晶體內部質點排列有序,在不同的方向上質點的排列密度往往不同,因此在不同的方向上晶體對光、電、磁、熱的傳導速率和強度往往具有較大差異,這種差異被稱之為各向異性。例如,石墨和藍寶石是常見的晶體,其中石墨的結構呈層狀,在與層垂直方向的導電率為與層平行方向上導電率的1/10000；藍寶石在不同方向上的硬度是不同的。對于非晶體而言,從微觀角度講,質點的排列雜亂無序,從宏觀統(tǒng)計的角度看,在所有方向上質點的排列密度均相同,對光、電、磁、熱的傳導速率和強度也都相同,所以是各向同性的。例如玻璃在破碎時,其碎片的形狀是完全任意的。需要注意的是,并非所有晶體都具備各向異性,當晶體內部的質點在各個方向上排列相同時,它就是各向同性的,如氯化鈉、氯化鉀、氯化銫等晶體都是各向同性的。3熔點晶體必須到達熔點時才能熔解,而非晶體在熔解的過程中,沒有明確的熔點,隨著溫度升高,物質首先變軟,然后逐漸由稠變稀。晶體在熔化時,溫度不變,晶體有確定的熔點和凝固點,同一種晶體物質的凝固點跟它的熔點相同,不同的晶體,具有各不相同的熔點和凝固點。例如在常壓下,當冰的溫度達到熔點<273．15K>時,冰必定開始熔化,同樣當氯化鈉的溫度達到熔點<1074K>時,也必定開始熔化。而當加熱石蠟、瀝青、玻璃、塑料等無定形固體時,你只能觀察到它們逐漸軟化,最后變成了易流動的液體,但你永遠無法知道它們是在哪一確切溫度開始熔化的,也就是說它們根本就沒有固定的熔點。表2晶體和非晶體融化和凝固的比較晶體非晶體物質舉例海波、冰、石英、食鹽、水晶、明礬、各種金屬松香、玻璃、蜂蠟、瀝青熔點和凝固點同一晶體的熔點和凝固點相同非晶體無固定的熔點和凝固點熔化過程吸收熱量.溫度不變吸收熱量,溫度升高凝固過程放出熱量,溫度不變放出熱量,溫度降低熔化條件溫度達到熔點,繼續(xù)吸熱吸收熱量凝固條件溫度達到凝固尚點,繼續(xù)放熱放出熱量融化曲線凝固曲線13、晶體分幾個晶系？有什么特征？根據晶胞參數的特征,將晶體分為七大晶系。物質的聚集狀態(tài)習題答案選擇題BABADB計算題計算273.15K,100KPa時甲烷氣體〔視作理想氣體的密度。解：理想氣體公式pV=nRT=mM則ρ=某地空氣中含N2、O2和CO2的體積分數分別為0.78、0.21和0.01,求N2、O2和CO2的摩爾分數和空氣的平均摩爾質量?！部諝饪梢暈槔硐霘怏w解：對于理想氣體,摩爾分數等于體積分數,所以N2、O2和CO2的摩爾分數分別為0.78、0.21和0.01。平均摩爾質量M==x==29g/mol某氣體〔可視作理想氣體在202.650kKPa和27℃時,密度為2.61kKg?m-3,求它的摩爾質量。解：對于理想氣體pV=nRT=mMRT則M=1molN2和3molH2混合,在25℃時體積為0.4m3,求混合氣體的總壓力和各組分的分壓力。解：對于理想氣體pV=nRT,則pN2分壓力pH2分壓力p合成氨原料氣中氫氣和氮氣的體積比是3:1,原料氣的總壓力為1.52×107Pa。求：〔1氫氣和氮氣的分壓力；〔2若原料氣中還有氣體雜質4%〔體積分數,原料氣總壓力不變,則氫氣和氮氣的分壓力各是多少解：〔1假設氣體均為理想氣體,則pH則p〔2若原料氣中還有其他氣體雜質4%,則pH則p將10gZn加入到100cm3鹽酸中,產生的氫氣在20℃及101.325KPa下收集,體積為2.00dm3,。問氣體干燥后體積多少？已知20℃時水的飽和蒸汽壓是2.33KPa。解：在1dm3的容器中放入0.13molPCl5氣體,在250℃時有80%的PCl5氣體按下式分解：PCl5<g>=PCl3<g>+Cl2<g>。計算混合氣體的總壓力。解：設反應過程中所有的氣體均為理想氣體。則250℃時,n<PCl5>=0.13mol×0.2=0.026mol；n<PCl3>=n<PCl2>=0.13mol×0.8=0.104mol.則p1molCO2氣體在40℃時體積為0.381dm3,實驗測得氣體壓力為5.07×106Pa,分別用理想氣體狀態(tài)方程和范德華方程計算氣體的壓力解：根據理想氣體狀態(tài)方程,pV=nRT,則p=nRTv=根據范德華方程(p+aVma=0.3568Pa?m6?mol-2,b=0.428×10-4m3?mol-1則p==5.18×106Pa質量分數為0.12的AgNO3水溶液在20℃和標準壓力下的密度為1.1080kg?dm-3。試求AgNO3水溶液在20℃和標準壓力下的摩爾分數、質量摩爾濃度及物質的量濃度。解：在20℃和標準壓力下,取1dm3的AgNO3水溶液為例計算AgNO3溶液的質量：m<溶液>=ρV=1.1080kg?dm-3×1dm3=1.1080kgAgNO3的質量：m<AgNO3>=0.12×m<溶液>=0.12×1.1080g=0.1330kgAgNO3的物質的量：nAgN水的物質的量：nAgNO3的摩爾分數：xAgNAgNO3的質量摩爾濃度：bAgNAgNO3的物質的量濃度：cAgN20℃時,乙醚的蒸汽壓為58.95kPa,今在0.1kg乙醚中加入某種不揮發(fā)性有機物0.01kg,乙醚的蒸汽壓下降到56.79kPa,求該有機物的相對分子質量。解：根據拉烏爾定律,溶液中溶劑的蒸汽壓等于純溶劑的蒸汽壓乘以溶液中溶劑的摩爾分數,設溶劑乙醚為A,溶質不揮發(fā)性有機物為B；則pA=pA*xA;pA=pA*<1-xB>,則pA*-pA=pA*xB。則Δp=p則58.95-MB=194.7202.0g?mol-10℃及平衡壓力為810.6kPa下,1kg水中溶有氧氣0.057g,問相同溫度下,若平衡壓力為202.7kPa時,1kg水中能溶有多少克氧氣？解：由Henry定律知,在一定溫度和平衡狀態(tài)下,氣體在液體中的溶解度<質量摩爾濃度>和該氣體的平衡分壓成正比。則p<O2>=k?bx<O2>。壓力為810.6kPa時,bx<O2>=n<O2>/m<n<H2O>+n<O2>>=0.057g/<32g?mol-1×1kg>/<1000g/18g?mol-1+0.057g/<32g?mol-1>=1.783.21×10-53mol?kg-1,k=p<O2>/b<O2>=810.6kPa/1.783.21×10-35mol?kg-1=4.552.53×1078kPa?kg?mol-1；壓力為202.7kPa時,bx<O2>=p<O2>/kn<O2>≈x<O2>×n<H2O>=<p<O2>/k>×n<H2O>=<202.7kPa/2.53×107kPa>×<1000g/18g?mol-1>=4.44×10-4moln<O2>/m<H2O>,則m<O2>=4.44×10-4×32g=0.014g。101.3kPa時,水的沸點為100℃,求0.09kg的水與0.002kg的蔗糖〔Mr=342形成的溶液在101.3kPa時的沸點。已知水的沸點升高常數kb=0.513K?kg?mol-1。解：由沸點升高公式可以ΔTb=kbmB,mB=nB/mA=<0.002kg/342g?mol-1>/0.09kg=6.50×10-2mol?kg-1；ΔTb=6.50×10-2mol?kg-1×0.513K?kg?mol-1=0.03K,則溶液的沸點為100.03°C。將12.2g苯甲酸溶于100g乙醇,所的乙醇溶液的沸點比純乙醇的沸點升高了1.20°C；將12.2g苯甲酸溶于100g苯后,所的苯溶液的沸點比純苯的