大學物理化學核心教程第二版(沈文霞)課后參考答案第1章

1、第一章 氣體一基本要求1了解低壓下氣體的幾個經(jīng)驗定律；2掌握理想氣體的微觀模型，能熟練使用理想氣體的狀態(tài)方程；3掌握理想氣體混合物組成的幾種表示方法，注意Dalton分壓定律和Amagat分體積定律的使用前提；4了解真實氣體圖的一般形狀，了解臨界狀態(tài)的特點及超臨界流體的應用；5了解van der Waals氣體方程中兩個修正項的意義，并能作簡單計算。二把握學習要點的建議本章是為今后用到氣體時作鋪墊的，幾個經(jīng)驗定律在先行課中已有介紹，這里僅是復習一下而已。重要的是要理解理想氣體的微觀模型，掌握理想氣體的狀態(tài)方程。因為了解了理想氣體的微觀模型，就可以知道在什么情況下，可以把實際氣體作為理想氣體處理

2、而不致帶來太大的誤差。通過例題和習題，能熟練地使用理想氣體的狀態(tài)方程，掌握和物質的量幾個物理量之間的運算。物理量的運算既要進行數(shù)字運算，也要進行單位運算，一開始就要規(guī)范解題方法，為今后能準確、規(guī)范地解物理化學習題打下基礎。掌握Dalton分壓定律和Amagat分體積定律的使用前提，以免今后在不符合這種前提下使用而導致計算錯誤。在教師使用與“物理化學核心教程”配套的多媒體講課軟件講課時，要認真聽講，注意在Power Point動畫中真實氣體的圖，掌握實際氣體在什么條件下才能液化，臨界點是什么含義等，為以后學習相平衡打下基礎。三思考題參考答案1如何使一個尚未破裂而被打癟的乒乓球恢復原狀？采用了什么

3、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，可使其恢復球狀。采用的是氣體熱脹冷縮的原理。2在兩個密封、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，若物質的量相同，則溫度才會相等。3 兩個容積相同的玻璃球內充滿氮氣，兩球中間用一根玻管相通，管中間有一汞滴將兩邊的氣體分開。當左邊球的溫度為273 K，右邊球的溫度為293 K時，汞滴處在中間達成平衡。試問： (1) 若將左邊球的溫度升高10 K，中間汞滴向哪邊移動？ (2) 若將兩個球的溫度同時都升高10 K，中間汞滴向哪邊移動？答：（1）左

4、邊球的溫度升高，氣體體積膨脹，推動汞滴向右邊移動。 （2）兩個球的溫度同時都升高10 K，汞滴仍向右邊移動。因為左邊球的起始溫度低，升高10 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。請估計會發(fā)生什么現(xiàn)象？答：軟木塞會崩出。這是因為保溫瓶中的剩余氣體被熱水加熱后膨脹，當與迅速蒸發(fā)的水汽的壓力加在一起，大于外面壓力時，就會使軟木塞崩出。如果軟木塞蓋得太緊，甚至會使保溫瓶爆炸。防止的方法是，在灌開水時不要

5、灌得太快，且要將保溫瓶灌滿。5當某個純的物質的氣、液兩相處于平衡時，不斷升高平衡溫度，這時處于平衡狀態(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隨著溫度的升高而升高。而蒸汽易被壓縮，當飽和蒸汽壓變大時，氣體的摩爾體積會變小。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。當氣體的摩爾體積與液體的摩爾體積相等時，這時的溫度就是臨界溫度。6Dalton分壓定律的適用條件是什么？Amagat分體積定律的使用前提是什么？答：這兩個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

6、和體積不變的前提下，某個組分的分壓等于在該溫度和體積下單獨存在時的壓力。Amagat分體積定律要在混合氣體的溫度和總壓不變的前提下，某個組分的分體積等于在該溫度和壓力下單獨存在時所占有的體積。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？將這種氣體進行真空膨脹，氣體的溫度會不會下降？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，這個狀態(tài)方程只校正了體積項，未校正壓力項。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可以忽略不計。所以，將這種氣體進行真空膨脹時，氣體的溫度不會下降，這一點與理想氣體相同。8如何定義氣體的臨界溫度和臨界壓力

7、？答：在真實氣體的圖上，當氣-液兩相共存的線段縮成一個點時，稱這點為臨界點。這時的溫度為臨界溫度，這時的壓力為臨界壓力。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，其中被稱為是內壓力，而是常數(shù)，所以內壓力應該與氣體體積的平方成反比。10當各種物質都處于臨界點時，它們有哪些共同特性？答：在臨界點時，物質的氣-液界面消失，液體和氣體的摩爾體積相等，成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。高于臨界點溫度時，無論用多大壓力都無法使氣體液化，這時的氣體就是超

8、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是正確的？ ( )(A) (B) (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)的計算式是正確的。其

9、余的之間的關系不匹配。3 已知氫氣的臨界溫度和臨界壓力分別為。有一氫氣鋼瓶，在298 K時瓶內壓力為，這時氫氣的狀態(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)。因為溫度和壓力都高于臨界值，所以是處在超臨界區(qū)域，這時仍為氣相，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，不留一點空隙，這時水的飽和蒸汽壓 （ ）（A）等于零 （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

10、是物質的本性，與是否留有空間無關，只要溫度定了，其飽和蒸氣壓就有定值，查化學數(shù)據(jù)表就能得到，與水所處的環(huán)境沒有關系。5真實氣體在如下哪個條件下，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。6在298 K時，地面上有一個直徑為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，此時球內的壓力為 （ ）（A）33.3 kPa （B）9.43 kPa（C）3.14 kPa （D）28.3 kPa答：（

11、C）。升高過程中，球內氣體的物質的量沒有改變，利用理想氣體的狀態(tài)方程，可以計算在高空中球內的壓力。 7使真實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，設兩者形成理想氣體混合物，則容器中的總壓力為 （ ） （A）100 kPa （B）150 kPa （C）200 kPa （D）300 kPa答：（C）。等溫條件下，200 kPa，1氣體等于

12、100 kPa，2氣體，總壓為=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。9在298 K時，往容積都等于并預先抽空的容器A、B中，分別灌入100 g和200 g水，當達到平衡時，兩容器中的壓力分別為和，兩者的關系為 （ ） （A） （B） （C）= （D）無法確定答：（C）。飽和蒸氣壓是物質的特性，只與溫度有關。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，只要溫度相同，它們的飽和蒸氣壓也應該相等。10在273 K，101.325 kPa時，的蒸氣可以近似看作為理想氣體。已知的摩爾質量為154的，則在該條件下，氣體的密度為 （ ） （A） （B） （C） （D）答：（A）

13、。通常將273 K，101.325 kPa稱為標準狀態(tài)，在該狀態(tài)下，1 mol 任意物質的氣體的體積等于。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實際氣體的壓力（p）和體積（V）與理想相比，分別會發(fā)生的偏差為（ ） （A）p，V都發(fā)生正偏差 （B）p，V都發(fā)生負偏差 （C）p正偏差，V負偏差 （D）p負偏差，V正偏差答：（B）。由于實際氣體的分子間有相互作用力，所以實際的壓力要比理想氣體

14、的小。由于實際氣體分子自身的體積不能忽略，所以能運用的體積比理想氣體的小。五習題解析1在兩個容積均為V的燒瓶中裝有氮氣，燒瓶之間有細管相通，細管的體積可以忽略不計。若將兩燒瓶均浸入373 K的開水中，測得氣體壓力為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，達到平衡后，求這時氣體的壓力。設氣體可以視為理想氣體。解：因為兩個容器是相通的，所以壓力相同。設在開始時的溫度和壓力分別為，后來的壓力為，273 K為。系統(tǒng)中氮氣的物質的量保持不變，。根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，有 化簡得： 2將溫度為300 K，壓力為1 800 kPa的鋼瓶中的氮氣，放一部分到體積為2

15、0 的貯氣瓶中，使貯氣瓶壓力在300 K時為100 kPa，這時原來鋼瓶中的壓力降為1 600 kPa（假設溫度未變）。試求原鋼瓶的體積。仍假設氣體可作為理想氣體處理。解： 設鋼瓶的體積為V，原有的氣體的物質的量為，剩余氣體的物質的量為，放入貯氣瓶中的氣體物質的量為。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，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?，F(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，試計算：在冷凝前后，混合氣體中水氣的摩爾分數(shù)。已知在298 K和283 K時，水的飽和蒸氣壓分別為3.167 kPa和1.2

16、27 kPa?；旌蠚怏w近似作為理想氣體。解： 水氣所占的摩爾分數(shù)近似等于水氣壓力與冷凝操作的總壓之比 在冷凝器進口處，T=298 K，混合氣體中水氣的摩爾分數(shù)為 在冷凝器出口處，T=283 K，混合氣體中水氣的摩爾分數(shù)為 可見這樣處理以后，氫氣中的含水量下降了很多。4某氣柜內貯存氯乙烯=300 ，壓力為122 kPa，溫度為300 K。求氣柜內氯乙烯氣體的密度和質量。若提用其中的100 ，相當于氯乙烯的物質的量為多少？已知其摩爾質量為62.5 ，設氣體為理想氣體。解： 根據(jù)已知條件，氣柜內貯存氯乙烯的物質的量為，則氯乙烯的質量為。根據(jù)密度的定義。將以上的關系式代入，消去相同項，得提用其中的10

17、0 ，相當于提用總的物質的量的，則提用的物質的量為 或 5有氮氣和甲烷（均為氣體）的氣體混合物100 g，已知含氮氣的質量分數(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。已知氮氣和甲烷的摩爾質量分別為和。解： 混合氣體中，含氮氣和甲烷氣的物質的量分別為 混合氣體的總壓力為 混合氣體中，氮氣和甲烷氣的分壓分別為 6在300 K時，某一容器中含有(g)和(g)兩種氣體的混合物，壓力為152 kPa。將(g)分離后，只留下(g)，保持溫度不變，壓力降為50.7 kPa，氣體質量減少了14 g。已知(g)和(

18、g)的摩爾質量分別為和。試計算： （1）容器的體積 （2）容器中(g)的質量 （3）容器中最初的氣體混合物中，(g)和(g)的摩爾分數(shù)解： （1）這是一個等溫、等容的過程，可以使用Dalton分壓定律，利用(g)分離后，容器中壓力和質量的下降，計算(g)的物質的量，借此來計算容器的體積。 （2） 在T ，V 不變的情況下，根據(jù)Dalton分壓定律，有 （3） 7設在一個水煤氣的樣品中，各組分的質量分數(shù)分別為：，。試計算： （1）混合氣中各氣體的摩爾分數(shù) （2）當混合氣在670 K和152 kPa時的密度 （3）各氣體在上述條件下的分壓解： 設水煤氣的總質量為100g，則各物質的質量分數(shù)乘以總質量即為各物質的質量，所以，在水煤氣樣品中各物的物質的量分別為（各物質的摩爾質量自己查閱）： （1）同理有： 同理有：， ， （2）因為 （3）根據(jù)Dalton分壓定律 ，所以 同理 ， 8在288 K時，容積為20 的氧氣鋼瓶上壓力表的讀數(shù)為10.13 MPa，氧氣被使用一段時間以后，壓力表的讀數(shù)降為2.55 MPa，試計算使用掉的氧氣的質量。設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，鋼瓶中含氧氣的質量為 氧氣被使用后，