《物理化学简明版天津大学物理化学教研室编答案(共15页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学简明版天津大学物理化学教研室编答案(共15页).doc（15页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 气体pVT性质1-1物质的体膨胀系数与等温压缩系数的定义如下：试导出理想气体的、与压力、温度的关系？解：对于理想气体，pV=nRT1-2 0、101.325kPa的条件常称为气体的标准状况。试求甲烷在标准状况下的密度。解：1-3 一抽成真空的球形容器，质量为25.0000g。充以4水之后，总质量为125.0000g。若改用充以25、13.33kPa的某碳氢化合物气体，则总质量为25.0163g。试估算该气体的摩尔质量。解：先求容器的容积n=m/M=pV/RT1-4 两个体积均为V的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。若将其中一个球加热到10
2、0，另一个球则维持0，忽略连接管中气体体积，试求该容器内空气的压力。解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。并且设玻璃泡的体积不随温度而变化，则始态为 终态（f）时 1-5 0时氯甲烷（CH3Cl）气体的密度随压力的变化如下。试作/pp图，用外推法求氯甲烷的相对分子质量。P/kPa101.32567.55050.66333.77525.331/（gdm-3）2.30741.52631.14010.757130.56660解：将数据处理如下：P/kPa101.32567.55050.66333.77525.331(/p)/（gdm-3kPa）0.022770.022600.022500.
3、022420.02237作(/p)对p图当p0时，(/p)=0.02225，则氯甲烷的相对分子质量为 1-6今有20的乙烷-丁烷混合气体，充入一抽真空的200 cm3容器中，直至压力达101.325kPa，测得容器中混合气体的质量为0.3879g。试求该混合气体中两种组分的摩尔分数及分压力。解：设A为乙烷，B为丁烷。 （1） （2）联立方程（1）与（2）求解得1-7如图所示一带隔板的容器中，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均克视为理想气体。H2 3dm3p TN2 1dm3p T（1）保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体混合后的压力。（2）隔板抽去前后，H
4、2及N2的摩尔体积是否相同？（3）隔板抽去后，混合气体中H2及N2的分压力之比以及它们的分体积各为若干？解：（1）抽隔板前两侧压力均为p，温度均为T。 （1）得：而抽去隔板后，体积为4dm3，温度为，所以压力为 （2）比较式（1）、（2），可见抽去隔板后两种气体混合后的压力仍为p。（2）抽隔板前，H2的摩尔体积为，N2的摩尔体积抽去隔板后所以有 ，可见，隔板抽去前后，H2及N2的摩尔体积相同。（3）所以有 1-8 氯乙烯、氯化氢及乙烯构成的混合气体中，各组分的摩尔分数分别为0.89、0.09和0.02。于恒定压力101.325kPa条件下，用水吸收掉其中的氯化氢，所得混合气体中增加了分压力为2
5、.670 kPa的水蒸气。试求洗涤后的混合气体中C2H3Cl及C2H4的分压力。解：洗涤后的总压为101.325kPa，所以有 （1） （2）联立式（1）与式（2）求解得1-9室温下一高压釜内有常压的空气。为进行实验时确保安全，采用同样温度的纯氮进行置换，步骤如下向釜内通氮直到4倍于空气的压力，尔后将釜内混合气体排出直至恢复常压。这种步骤共重复三次。求釜内最后排气至年恢复常压时其中气体含氧的摩尔分数。设空气中氧、氮摩尔分数之比为14。解: 高压釜内有常压的空气的压力为p常，氧的分压为 每次通氮直到4倍于空气的压力，即总压为 p=4p常，第一次置换后釜内氧气的摩尔分数及分压为第二次置换后釜内氧气
6、的摩尔分数及分压为所以第三次置换后釜内氧气的摩尔分数1-10 25时饱和了水蒸汽的乙炔气体（即该混合气体中水蒸汽分压力为同温度下水的饱和蒸气压）总压力为138.7kPa，于恒定总压下泠却到10，使部分水蒸气凝结成水。试求每摩尔干乙炔气在该泠却过程中凝结出水的物质的量。已知25及10时水的饱和蒸气压分别为3.17kPa和1.23kPa。解：，故有所以，每摩尔干乙炔气含有水蒸气的物质的量为进口处：出口处：每摩尔干乙炔气在该泠却过程中凝结出的水的物质的量为 0.02339-0.=0.01444（mol）1-11 有某温度下的2dm3湿空气，其压力为101.325kPa，相对湿度为60。设空气中O2和
7、N2的体积分数分别为0.21和0.79，求水蒸气、O2和N2的分体积。已知该温度下水的饱和蒸气压为20.55kPa（相对湿度即该温度下水蒸气分压与水的饱和蒸气压之比）。解：水蒸气分压水的饱和蒸气压0.6020.55kPa0.6012.33 kPaO2分压（101.325-12.33 ）0.2118.69kPaN2分压（101.325-12.33 ）0.7970.31kPa 1-12 一密闭刚性容器中充满了空气，并有少量的水，当容器于300K条件下达到平衡时，器内压力为101.325kPa。若把该容器移至373.15K的沸水中，试求容器中达到新的平衡时应有的压力。设容器中始终有水存在，且可忽略水
8、的体积变化。300K时水的饱和蒸气压为3.567kPa。解：300K时容器中空气的分压为 373.15K时容器中空气的分压为 373.15K时容器中水的分压为 101.325kPa所以373.15K时容器内的总压为p=+121.534+101.325=222.859（kPa）1-13 CO2气体在40时的摩尔体积为0.381dm3mol-1。设CO2为范德华气体，试求其压力，并与实验值5066.3kPa作比较。解：查表附录七得CO2气体的范德华常数为a=0.3640Pam6mol-2；b=0.426710-4m3mol-1相对误差E=5187.7-5066.3/5066.3=2.4%1-14今
9、有0、40530kPa的氮气体，分别用理想气体状态方程及范德华方程计算其摩尔体积。其实验值为70.3cm3mol-1。解：用理想气体状态方程计算如下：将范德华方程整理成 (a)查附录七，得a=1.40810-1Pam6mol-2，b=0.391310-4m3mol-1这些数据代入式（a），可整理得解此三次方程得 Vm=73.1 cm3mol-1*1-15试由波义尔温度TB的定义式，试证范德华气体的TB可表示为TB=a/（bR）式中a、b为范德华常数。解：先将范德华方程整理成将上式两边同乘以V得 求导数当p0时，于是有 当p0时V，（V-nb）2V2，所以有 TB= a/（bR）1-16 把25
10、的氧气充入40dm3的氧气钢瓶中，压力达202.7102kPa。试用普遍化压缩因子图求解钢瓶中氧气的质量。解：氧气的临界参数为 TC=154.58K pC=5043kPa氧气的相对温度和相对压力由压缩因子图查出：Z=0.95钢瓶中氧气的质量 第二章 热力学第一定律2-1 1mol水蒸气（H2O，g）在100，101.325 kPa下全部凝结成液态水。求过程的功。解： 2-2始态为25，200kPa的5 mol 某理想气体，经a，b两不同途径到达相同的末态。途径a先经绝热膨胀到 28.57，100kPa，步骤的功Wa= - 5.57kJ；在恒容加热到压力200 kPa的末态，步骤的热Qa= 25
11、.42kJ。途径b为恒压加热过程。求途径b的Wb及Qb。解：过程为： 途径b因两条途径的始末态相同，故有Ua=Ub，则 2-3 某理想气体。今有该气体5 mol 在恒容下温度升高50，求过程的W，Q，H 和U。解：恒容：W=0；根据热力学第一定律，：W=0，故有Q=U=3.118kJ2-4 2mol 某理想气体，。由始态100 kPa，50 dm3，先恒容加热使压力升高至200 kPa，再恒压泠却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的W，Q，H 和U。解：整个过程示意如下： 2-5要求出V2利用V2求出P外，接着求V1 因为是恒温不可逆即恒温恒外压 再用P外*（v1-v2） 就等于*（0.02
12、46-0.0123）=2497JQ=U-W=（1464-2497）=-1033J 关键是要列出始中末态2-6 已知CO2（g）的Cp，m =26.75+42.25810-3（T/K）-14.2510-6（T/K）2 Jmol-1K-1求：（1）300K至800K间CO2（g）的；（2）1kg常压下的CO2（g）从300K恒压加热至800K的Q。解： （1）：（2）：H=nHm=（1103）44.0122.7 kJ =516 kJ 2-7 容积为0.1m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0，4 mol 的Ar（g）及150，2mol 的Cu（s）。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末
13、态温度t及过程的H。 已知：Ar（g）和Cu（s）的摩尔定压热容Cp，m分别为20.786及24.435，且假设均不随温度而变。解：用符号A代表Ar（g），B代表Cu（s）;因Cu是固体物质，Cp，mCv，m；而Ar（g）：过程恒容、绝热，W=0，QV=U=0。显然有得 所以，t=347.38-273.15=74.23 2-8 单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5mol，摩尔分数yB=0.4，始态温度T1=400 K，压力p1=200 kPa。今该混合气体绝热反抗恒外压p=100 kPa膨胀到平衡态。求末态温度T2及过程的W，U，H。解：先求双原子理想气体B的物质的量：n（B）=yB
14、n=0.45 mol=2mol；则单原子理想气体A的物质的量：n（A）=（5-2）mol =3mol单原子理想气体A的，双原子理想气体B的过程绝热，Q=0，则 U=W于是有 14.5T2=12T1=12400K得 T2=331.03K 2-9 在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板，隔板的两侧分别为2mol，0的单原子理想气体A及5mol ，100的双原子理想气体B，两气体的压力均为100 kPa 。活塞外的压力维持 100kPa不变。今将容器内的绝热隔板撤去，使两种气体混合达到平衡态。求末态温度T及过程的W，U。解：单原子理想气体A的，双原子理想气体B的因活塞外的压力维持 100kPa不变，过程
15、绝热恒压，Q=Qp=H=0，于是有于是有 22.5T=7895.875K 得 T=350.93K 2-10 已知水（H2O，l）在100的饱和蒸气压ps=101.325 kPa，在此温度、压力下水的摩尔蒸发焓。求在100，101.325 kPa 下使1kg水蒸气全部凝结成液体水时的Q，W，U及H。设水蒸气适用理想气体状态方程。解：过程为 2-11 已知100kPa 下冰的熔点为0，此时冰的比熔化焓。水的均比定压热容。求绝热容器内向1kg 50的水中投入0.1 kg 0的冰后，系统末态的温度。计算时不考虑容器的热容。解：变化过程示意如下 （ 0.1kg，0冰）（ 0.1kg，0，水）（ 0.1k
16、g，t，水）（ 1kg，50，水）（ 1kg，t，水）过程恒压绝热：，即， 故 t=38.212-12 已知100kPa 下冰的熔点为0，此时冰的比熔化焓。水和冰的均比定压热容分别为及。今在绝热容器内向1kg 50的水中投入0.8 kg 温度-20的冰。求：（1）末态的温度；（2）末态水和冰的质量。解：过程恒压绝热：，即这个结果显然不合理，只有高温水放出的热量使部分冰熔化为水，而维持在 0，所以末态的温度为 0。（2）设0冰量为 m，则0水量为（500 m）g，其状态示意如下800 g2. Jg-1K-1（273.15 K 253.15K）+（800-m）g333.3 Jg-1 + 1000g
17、4.184 Jg-1K-1（273.15K 323.15K）=0333.3 m = 89440 gm=268g =0.268 kg =冰量水量= 1000+（800-268）g = 1532 g =1.532 kg2-13 100kPa 下，冰（H2O，s）的熔点为0，在此条件下冰的摩尔熔化焓。已知在-100范围内过泠水（H2O，l）和冰的摩尔定压热容分别为Cp，m（H2O，l）=76.28和Cp，m（H2O，s）=37.20。求在常压下及 10下过泠水结冰的摩尔凝固焓。解： H1，m H3，m2-14 已知水（H2O，l）在100的摩尔蒸发焓，水和水蒸气在25100的平均摩尔定压热容分别为和
18、。求在25时水的摩尔蒸发焓。解： H1，m H3，m2-15 25下，密闭恒容的容器中有10g 固体萘C10H8（s）在过量的O2（g）中完全燃烧成CO2（g）和H2O（l）。过程放热401.727 kJ。求（1）的反应进度；（2）C10H8（s）的； （3）C10H8（s）的。解：（1）反应进度：（2）C10H8（s）的：M萘=128.173每摩尔萘的恒容恒温燃烧热为 （3）所以本题所给反应的标准摩尔反应焓为2-16应用附录中有关物质在25的标准摩尔生成焓的数据，计算下列反应的。（1） 4NH3（g）+5O2（g） 4NO（g）+6H2O（g）（2） 3NO2（g）+ H2O（l） 2HNO
19、3（l）+NO（g）（3） Fe2O3（s）+3C（石墨）2Fe（s）+3CO（g）解：计算公式如下：；（1）（2） = （3）= 2-17 应用附录中有关物质的热化学数据，计算25时反应 的标准摩尔反应焓，要求：（1）应用25的标准摩尔生成焓数据；。（2）应用25的标准摩尔燃烧焓数据。解：（1） +- =2（-285.830）+（-379.07）-2（-238.66）kJmol-1 = - 473.52 kJmol-1（2）- =2（-726.51）-（-979.5）kJmol-1 = - 473.52 kJmol-12-18 （1）写出同一温度下下，一定聚集状态分子式为CnH2n的物质的与
20、其之间的关系。（2）若25下环丙烷（g）的，求该温度下环丙烷的。解：（1）CnH2n的物质进行下述反应：故有（2）常压恒定温度25的条件下，环丙烷进行下述反应： 2-19 已知25甲酸乙酯（HCOOCH3，l）的标准摩尔摩尔燃烧焓为-979.5 ，甲酸乙酯（HCOOCH3，l）、甲醇（CH3OH，l）、水（H2O，l）及二氧化碳（CO2，g）的标准摩尔生成焓数据分别为-424.72，-238.66，-285.83及-393.509。应用这些数据求25时下列反应的标准摩尔反应焓。 解：（1）先求 + 2- =所以有= + 2- =2（-393.509）+2（-285.83）-（-979.5）kJ
21、mol-1 = - 379.178 kJmol-1（2） + - =（-379.178）+（-285.83）-（-424.72）-（-238.66）kJmol-1 = - 1.628 kJmol-12-20 已知CH3COOH（g）、CO2（g）和CH4（g）的平均定压热容分别为52.3 Jmol-1K-1，31.4 Jmol-1K-1，37.1 Jmol-1K-1。试由附录中各化合物的标准摩尔生成焓计算1000K时下列反应的。CH3COOH（g）CH4（g）+CO2（g）解：由附录中各物质的标准摩尔生成焓数据，可得在25时的标准摩尔反应焓题给反应的 =（37.7+31.4-52.3）Jmol
22、-1K-1= 16.8Jmol-1K-1所以，题给反应在1000K时的标准摩尔反应焓=-36.12+16.8（1000-298.15）10-3kJmol-1= -24.3kJmol-12-21 甲烷与过量50%的空气混合，为使恒压燃烧的最高温度能达2000，求燃烧前混合气体应预热到多少摄氏度？计算中N2、O2、H2O（g）、CH4（g）、CO2平均定压摩尔热容分别为33.47、33.47、41.84、75.31、54.39Jmol-1K-1，所需其他数据见附录。解：根据题意画出如下方框图：CH4（g）+2O2（g）+O2+t据题意可画出下列方框图：CO2（g）+2 H2O（g）+O2+ 200
23、0绝热、恒压H =0H1 H2CH4（g）+2O2（g）+O2+25CO2（g）+2 H2O（g）+O2+ 25rHm（298K）即 553.45（298.15-T/K）10-3+（-802.34）+1084.81=0所以 T=808.15K或t=535。2-22 1molH2与过量50%空气的混合物的始态为25、101.325kPa。若该混合气体于容器中发生爆炸，试求所能达到的最高温度和压力。设所有气体均可按理想气体处理，H2O（g）、O2及N2的分别为37.66、25.1及25.1Jmol-1K-1。H2（g）+0.5O2（g）+0.25O2+ 25，101.325kPa解：据题意可画出下列方框图：2H2O（g）+0.25O2+ t，pU =0绝热、恒容rUm（298K） U12H2O（g）+0.25O2+ 25即 -=11.753（T/K-298.15） 解得：T=2394.65K所以 T始态=298.15K，p始态=101.325kPa专心-专注-专业