物理化学书上习题答案.doc

第一章2将温度为300 K，压力为1 800 kPa的钢瓶中的氮气，放一部分到体积为20 的贮气瓶中，使贮气瓶压力在300 K时为100 kPa，这时原来钢瓶中的压力降为1 600 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： 设钢瓶的体积为V，原有的气体的物质的量为，剩余气体的物质的量为，放入贮气瓶中的气体物质的量为。根据理想气体的状态方程， 7设在一个水煤气的样品中，各组分的质量分数分别为：，。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，在水煤气样品中各物的物质的量分别为（各物质的摩尔质量自己查阅）： （1）同理有： 同理有：， ， （2）因为 （3）根据Dalton分压定律 ，所以 同理 ， 8在288 K时，容积为20 的氧气钢瓶上压力表的读数为10.13 MPa，氧气被使用一段时间以后，压力表的读数降为2.55 MPa，试计算使用掉的氧气的质量。设近似可以使用理想气体的状态方程。已知。解： 在氧气被使用前，钢瓶中含氧气的质量为 氧气被使用后，钢瓶中剩余氧气的质量为 则使用掉的氧气的质量为 使用掉的氧气的质量也可以从压力下降来计算 第二章4将1 mol 373 K，标准压力下的水，分别经历：(1) 等温、等压可逆蒸发，(2) 真空蒸发，变成373 K，标准压力下的水气。这两种过程的功和热的关系为 ( ) (A) W 1 Q 2 (B) W 1 W 2 Q 1 W 2 Q 1 Q 2 答：(A)。过程(1)中，系统要对外做功，W 10，而过程（2）是真空蒸发，W 2=0，所以W 1 Q 2。6 凡是在孤立系统中进行的过程，其U和H的值一定是 ( ) (A) U 0 ，H 0 (B) U = 0 ，H = 0 (C) U 0 ，H kB，则当A和B（平衡时）的压力相同时，在一定量的该溶剂中所溶解的A和B的量的关系为 （ ） (A) A 的量大于 B 的量 (B) A 的量小于 B 的量 (C) A 的量等于 B 的量 (D) A 的量与B的量无法比较答：(B)。根据Henry定律，当平衡压力相同时，Henry常数大的气体溶质，其溶解的量反而小。8在400 K时，液体A的蒸气压为，液体B 的蒸气压为，两者组成理想液态混合物。在达平衡的溶液中，A的摩尔分数为0.6，则气相中B的摩尔分数等于 ( ) (A) 0.60 (B) 0.50 (C) 0.40 (D) 0.30答：(B)。用Roult定律算出总蒸气压，再把B的蒸气压除以总蒸气压 第五章6根据公式，所以说 是在平衡状态时的Gibbs自由能的变化值，这样说对不对? 答：不对。在等温、等压、不作非膨胀功时，化学反应达到平衡时的Gibbs自由能的变化值等于零，这样才得到上述公式。而是指在标准状态下Gibbs自由能的变化值，在数值上等于反应式中各参与物质的标准化学势的代数和，即：，因此不能认为是在平衡状态时的Gibbs自由能的变化值，否则在标准状态下。它的数值永远等于零。7在一定的温度、压力且不作非膨胀功的条件下，若某反应的，能否研制出一种催化剂使反应正向进行？答：不能。催化剂只能同时改变正向和逆向反应的速率，使平衡提前到达，而不能改变反应的方向和平衡的位置，催化剂不能影响的数值。用热力学函数判断出的不能自发进行的反应，用加催化剂的方法也不能使反应进行，除非对系统做非膨胀功。8在某一反应温度下，已知反应（1）的标准平衡常数为。那么，在相同的反应条件下，反应的标准平衡常数为 ( ) (A) 4 (B) 0.5 (C) 2 (D) 1答：(C)。第二个方程是第一个方程的逆过程，标准平衡常数是第一个方程的倒数。而第二个方程式的计量系数是第一个方程的一半，则标准平衡常数应开1/2次方，所以 11在等温、等压的条件下，反应的平衡常数和转化率分别为和。充入一定量的后，再次达平衡时的平衡常数和转化率分别为和。两者的关系为 ( )(A) ， (B) ， (C) ， (D) ，答：(D)。因为温度不变，所以标准平衡常数也不变。这是一个气体分子数增加的反应，充入一定量的惰性气体，相当于起了降压的作用，所以转化率会提高。12在一定的温度下，一定量的 PCl5(g) 在一密闭刚性容器中达到分解平衡。若往容器中充入氮气，使系统的压力增加一倍，则 PCl5的解离度将 ( ) (A) 增加 (B) 减少 (C) 不变 (D) 不确定 答：(C)。虽然充入不参与反应的氮气，应对气体分子数增加的反应有利，但是因为在密闭刚性容器中，体积不变，则压力也相应增加，使压力和气体的总物质的量的比值不变，所以解离度亦不变。13PCl5的分解反应的计量方程为，在473 K达到平衡时，PCl5(g)的解离度，温度升至573 K达到平衡时，解离度，则此反应是 ( ) (A) 放热反应 (B) 吸热反应 (C) 既不放热也不吸热 (D) 两个温度下的平衡常数相等 答：(B)。升高温度，可以使吸热反应的平衡常数增大。14在298 K和标准压力下，反应的，。假定，则在398 K时，反应的的值为 ( )(A) (B) (C) (D) 答：(C)。因为是等温反应，所以 因为假定，所以和的值不随温度而变，则 7 在 1 373 K时，有下列反应发生： (1) C(s)2S(s)CS2(g) K 0.258 (2) Cu2S(s)H2(g)2Cu(s)H2S(g) K 3.910-3 (3) 2H2S(g)2H2(g)2S(g) K 2.2910-2 试计算在1 373 K 时，用碳还原Cu2S(s)反应的平衡常数 K 。 解： 用碳还原Cu2S(s)的反应式为： (4) 2Cu2S (s) +C(s) = 4Cu (s) +CS2 (g) 这几个反应方程式之间的关系为(4) = (1)+2(2)+(3)所以 14在 298 K 时，有反应，试计算反应在该温度下的标准平衡常数。设气体为理想气体，298 K时的热力学数据如表中所示。热力学函数 解：要计算的值，首先要求得反应的。利用所给的热力学数据，先计算反应的和，然后可得到。 这个反应的趋势还是很大的。第六章1硫氢化铵的分解反应： 在真空容器中分解； 在充有一定的容器中分解，两种情况的独立组分数是否一样?答： 两种独立组分数不一样。在中，C =1。因为物种数S 为3，但有一个独立的化学平衡和一个浓度限制条件，所以组分数等于1。在中，物种数S仍为3，有一个独立的化学平衡，但是浓度限制条件被破坏了，两个生成物之间没有量的限制条件，所以独立组分数C =2。13乙酸（A）与苯（B）的相图如下图所示。已知其低共熔温度为265 K，低共熔混合物中含苯的质量分数。（1）指出各相区所存在的相和自由度。（2）说明CE，DE，FEG三条线的含义和自由度。（3）当和的熔液，自298 K冷却至250 K，指出冷却过程中的相变化，并画出相应的步冷曲线。解： （1）CED线以上，是熔液单相区，根据相律，条件自由度为 CFE线之内，乙酸固体与熔液两相共存，条件自由度。 EDG线之内，苯固体与熔液两相共存，条件自由度。 在FEG线以下，苯的固体与乙酸固体两相共存，条件自由度。 （2）CE线，是乙酸固体的饱和溶解度曲线，条件自由度； DE线，是苯固体的饱和溶解度曲线，条件自由度； 在FEG线上，苯固体、乙酸固体与组成为E的熔液三相共存，条件自由度。（3）自298 K，从点开始冷却，温度均匀下降，是熔液单相。与CE线相交时，开始有乙酸固体析出，温度下降斜率变小，步冷曲线出现转折。继续冷却，当与FEG线相交时，乙酸固体与苯固体同时析出，熔液仍未干涸，此时三相共存，条件自由度，步冷曲线上出现水平线段，温度不变。继续冷却，熔液干涸，乙酸固体与苯固体两相共存，温度又继续下降。从点开始冷却的步冷曲线与从点开始冷却的基本相同，只是开始析出的是苯固体，其余分析基本相同。第八章11有下列电池，写出各电池的电极反应和电池反应（1）（2）（3）（4）解：（1）负极 正极 净反应 （2） 负极 正极 净反应 （3） 负极 正极 净反应 （4） 负极 正极 净反应 27有电池，已知298 K时该电池的电动势，在308 K时，设电动势E随温度的变化是均匀的。又知298 K时，。（1）写出电极反应和电池反应。（2）当电池反应中电子的得失数为2时，求反应进度为1 mol时的和。（3）求醋酸银AgAc(s)的活度积常数（设活度因子均为1）。解：是可溶性盐，不要误认为是难溶盐，将电极反应写错，这样就会一错到底。(1) 负极，氧化 正极，还原 净反应 （2）设电动势E随温度的变化是均匀的，意味着电动势的温度系数可以用电动势的差值除以温度的差值来求，得到的是平均值。计算时要注意的是，已规定电子的得失数为2。所以 （3）要计算AgAc(s)的活度积，一般是要设计一个电池，使电池反应恰好是AgAc(s)的解离反应。也可以将二类电极反应写成一类电极反应的形式，直接将引入计算电动势的Nernst方程，使之成为唯一的未知数。解法1：首先设计一个电池，使电池反应就是AgAc(s)的解离反应，这样可从所设计电池的标准电动势，计算该电池反应的平衡常数，这就是AgAc(s) 的活度积。所设计的电池为：电池反应为： 现在要从已知电池的电动势，求出。已知电池电动势的计算式为： 解得： 则所设计电池的标准电动势为： 的活度积为： 解法2：将电极反应和电池反应写成负极，氧化 正极，还原 净反应 解得：