物理化学天津大学第四版答案.docx
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物理化学天津大学第四版答案
物理化学天津大学第四版答案
【篇一:
5.天津大学《物理化学》第四版_习题及解答】
ass=txt>目录
第一章气体的pvt性质................................................................................................................2
第二章热力学第一定律.................................................................................................................6
第三章热力学第二定律...............................................................................................................24
第四章多组分系统热力学...........................................................................................................51
第五章化学平衡...........................................................................................................................66
第六章相平衡...............................................................................................................................76
第七章电化学...............................................................................................................................85
第八章量子力学基础.................................................................................................................107
第九章统计热力学初步.............................................................................................................111第十一章化学动力学.................................................................................................................117
第一章气体的pvt性质
1.1物质的体膨胀系数
与等温压缩率的定义如下
试推出理想气体的,与压力、温度的关系。
解:
根据理想气体方程
解:
由题给条件知,
(1)系统物质总量恒定;
(2)两球中压力维持相同。
标准状态:
因此,
1.9如图所示,一带隔板的容器内,两侧分别有同温同压的氢气与氮气,二者均可视为理想气体。
(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)隔板抽取前后,h2及n2的摩尔体积是否相同?
(3)隔板抽取后,混合气体中h2及n2的分压立之比以及它们的分体积各为若干?
解:
(1)等温混合后
即在上述条件下混合,系统的压力认为。
(2)混合气体中某组分的摩尔体积怎样定义?
(3)根据分体积的定义
对于分压
1.11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:
向釜内通氮气直到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。
重复三次。
求釜内最后排气至恢复常压时其中气体含氧的摩尔分数。
解:
分析:
每次通氮气后至排气恢复至常压p,混合气体的摩尔分数不变。
设第一次充氮气前,系统中氧的摩尔分数为
为,则,,充氮气后,系统中氧的摩尔分数。
重复上面的过程,第n次充氮气后,系统的摩尔分数为
因此
。
,
解:
用理想气体状态方程计算
用vanderwaals计算,查表得知,对于n2气(附录七)
,用matlabfzero函数求得该方程的解为
也可以用直接迭代法,
,迭代十次结果,取初值
解:
该过程图示如下
设系统为理想气体混合物,则
1.17一密闭刚性容器中充满了空气,并有少量的水。
但容器于300k条件下大平衡时,容器内压力为101.325kpa。
若把该容器移至373.15k的沸水中,试求容器中到达新的平衡时应有的压力。
设容器中始终有水存在,且可忽略水的任何体积变化。
300k时水的饱和蒸气压为3.567kpa。
解:
将气相看作理想气体,在300k时空气的分压为
由于体积不变(忽略水的任何体积变化),373.15k时空气的分压为
由于容器中始终有水存在,在373.15k时,水的饱和蒸气压为101.325kpa,系统中水蒸气的分压为101.325kpa,所以系统的总压
【篇二:
物理化学课后答案】
的体膨胀系数?
v与等温压缩系数?
t的定义如下:
气体的pvt关系
?
v?
1v
1?
?
v?
?
v?
?
t?
?
?
?
?
v?
?
?
t?
p?
?
p?
?
?
?
t
试导出理想气体的?
v、?
t与压力、温度的关系?
解:
对于理想气体,pv=nrt
?
v?
1?
?
v?
1?
?
(nrt/p)?
1nr1v
?
?
?
t?
1?
?
?
?
?
?
?
v?
?
t?
pv?
?
t?
pvpvt1?
?
v?
v?
?
?
p
?
1?
?
(nrt/p)?
1nrt1v
?
?
?
?
?
?
?
2?
?
?
p?
1?
?
?
v?
?
pvp?
t?
tvp
3
?
t?
?
1-2气柜内有121.6kpa、27℃的氯乙烯(c2h3cl)气体300m,若以每小时90kg的流量输往使用车间,试问贮存的气体能用多少小时?
解:
设氯乙烯为理想气体,气柜内氯乙烯的物质的量为
pv121.6?
103?
300
n?
?
?
14618.623mol
rt8.314?
300.15
90?
10390?
103
每小时90kg的流量折合p摩尔数为v?
?
?
1441.153mol?
h?
1
mc2h3cl62.45
1-30℃、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:
?
ch
4
pn101325?
16?
10?
3
?
?
mch4?
?
mch4?
?
0.714kg?
m?
3vrt8.314?
273.15
1-4一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v
?
125.0000?
25.000100.00003
?
cm?
100.0000cm3
?
h2o(l)1
n=m/m=pv/rt
m?
)rtm8.314?
298.15?
(25.0163?
25.0000
?
?
30.31g?
mol?
4
pv13330?
10
1-5两个体积均为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100℃,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
n?
n1,i?
n2,i?
2piv/(rti)
终态(f)时n
?
n1,f?
n2,f
pf?
vv?
?
?
r?
?
t1,ft2,f?
pfv
?
?
?
r?
?
t2,f?
t1,f
?
?
tt?
1,f2,f?
?
?
?
?
2pi?
t1,ft2,f?
?
?
?
?
?
t?
t?
t?
i?
1,f2,f?
?
2?
101.325?
373.15?
273.15?
?
117.00kpa
273.15(373.15?
273.15)
解:
将数据处理如下:
p/kpa
-3
t1,ft2,fn?
?
pf?
vr?
?
t1,f?
t2,f
101.3250.02277
67.5500.02260
50.6630.02250
33.7750.02242
25.3310.02237
m
?
?
?
/p?
p?
0rt?
0.02225?
8.314?
273.15?
50.529g?
mol?
1
3
1-7今有20℃的乙烷-丁烷混合气体,充入一抽真空的200cm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。
n?
pv101325?
200?
10?
6
?
?
0.008315molrt8.314?
293.15
m0.3897
?
yama?
ybmb?
?
46.867g?
mol?
1
(1)n0.008315?
30.0694ya?
58.123ybm?
ya?
yb?
1
(2)
联立方程
(1)与
(2)求解得yb
?
0.599,yb?
0.401
pa?
yap?
0.401?
101.325?
40.63kpapb?
ybp?
0.599?
101.325?
60.69kpa
1-8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。
(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,h2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。
ph2?
nh2rt3dm
3
?
pn2?
nn2rt1dm
3
?
p
(1)
得:
nh?
3nn
22
而抽去隔板后,体积为4dm,温度为,所以压力为
3
4nn2rtnn2rtnrtrt
(2)p?
?
(nn2?
3nn2)?
?
333v4dm4dm1dm
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vm,h?
rt/p,n2的摩尔体积vm,n?
rt/p
22抽去隔板后
v总?
nh2vm,h2?
nn2vm,n2?
nrt/p?
(3nn2?
nn2)rt/p?
?
nh2
3nn2rtp?
3nn2
?
nn2rtp
所以有vm,h?
rt/p,vm,n?
rt/p
22
可见,隔板抽去前后,h2及n2的摩尔体积相同。
(3)
yh2?
3nn2nn2?
3nn2
31
?
yn2?
44
ph2?
yh2p?
31
p;pn2?
yn2p?
p44
所以有ph:
pn?
22
31
p:
p?
3:
144
vh2?
yh2v?
vn2
3
?
4?
3dm341
?
yn2v?
?
4?
1dm3
4
解:
洗涤后的总压为101.325kpa,所以有
pc2h3cl?
pc2h4?
101.325?
2.670?
98.655kpa
(1)pc2h3cl/pc2h4?
yc2h3cl/yc2h4?
nc2h3cl/nc2h4?
0.89/0.02
(2)
联立式
(1)与式
(2)求解得
pc2h3cl?
96.49kpa;pc2h4?
2.168kpa
1-10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1∶4。
解:
高压釜内有常压的空气的压力为p常,氧的分压为
po2?
0.2p常
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
yo2,1?
po2p
?
0.2p常4p常
?
0.2
?
0.05
4
po2,1?
p常?
yo2,1?
0.05?
p常
第二次置换后釜内氧气的摩尔分数及分压为
yo2,2?
po2,1p
?
0.05p常4p常
?
0.054
po2,2?
p常?
yo2,2?
所以第三次置换后釜内氧气的摩尔分数
0.05
?
p常4
yo2,3?
po2,2p
?
(0.05/4)p常
4p常
?
0.05
?
0.00313?
0.313%16
1-1125℃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:
pb?
ybp,故有pb/pa?
yb/ya?
nb/na?
pb/(p?
pb)
?
?
p?
?
?
h2o?
?
?
进?
pc2h2?
?
p?
?
?
h2o?
?
?
出?
pc2h2
?
3.17?
?
?
0.02339(mol)?
138.7?
3.17?
进
?
123?
?
?
0.008947(mol)?
?
出138.7?
123
所以,每摩尔干乙炔气含有水蒸气的物质的量为进口处:
?
?
nh2o?
nch?
22?
nh2o?
nch?
22
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0.02339-0.008974=0.01444(mol)
1-12有某温度下的2dm湿空气,其压力为101.325kpa,相对湿度为60%。
设空气中o2和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)。
3
2
?
yo2v?
po2ppn2p
v?
18.69
?
2?
0.3688dm3
101.325
70.31
?
2?
1.3878dm3
101.325
12.33
?
2?
0.2434dm3
101.325
vn2?
yn2v?
v?
vh2o?
yh2ov?
ph2o
p
v?
1-13一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p空?
?
101.325kpa?
3.567kpa?
97.758kpa373.15k时容器中空气的分压为
p空?
373.15373.15
?
?
p空?
97.758?
121.534(kpa)
300300
373.15k时容器中水的分压为pho?
101.325kpa
2所以373.15k时容器内的总压为
p=
p空+pho?
121.534+101.325=222.859(kpa)
2
6
-2
-43
-1
3-1
p?
?
rta8.314?
313.150.3640
?
2?
?
(vm?
b)vm0.381?
10?
3?
0.4267?
10?
4(0.381?
10?
3)2
2603.5291
?
2507561?
7695236?
2507561?
5187675pa-3
0.33833?
10?
5187.7kpa
相对误差e=5187.7-5066.3/5066.3=2.4%
解:
用理想气体状态方程计算如下:
3
-1
vm?
rt/p?
8.314?
273.15?
40530000?
0.000056031m?
mol?
56.031cm?
mol
将范德华方程整理成
3
?
1
3
?
1
32
vm?
(b?
rt/p)vm?
(a/p)vm?
ab/p?
0(a)
-16-2-43-1
【篇三:
天津大学第五版物理化学下册习题解答】
s=txt>第六章相平衡
6-1指出下列平衡系统中的组分数c,相数p及自由度数f:
(1)i2(s)与其蒸气成平衡;
(2)caco3(s)与其分解产物cao(s)和co2(g)成平衡;
(3)nh4hs(s)放入一抽空的容器中,并与其分解产物nh3(g)和h2s(g)成平衡;(4)取任意量的nh3(g)和h2s(g)与nh4hs(s)成平衡;
(5)i2作为溶质在两不相互溶液体h2o和ccl4中达到分配平衡(凝聚系统)。
解:
(1)s-r-r?
=1-0-0=1;p=2;f=c-p+2=1
(2)s-r-r?
=3-1-0=2;p=3;f=c-p+2=1(3)s-r-r?
=3-1-1=1;p=2;f=c-p+2=1(4)s-r-r?
=3-1-0=2;p=2;f=c-p+2=2(5)s-r-r?
=3-0-0=3;p=2;f=c-p+1=26-2
常
见
的
na2co3(s)
水合物有
na2co3?
h2o(s),na2co3?
7h2o(s)和na2co3?
10h2o(s)
(1)101.325kpa下,与na2co3水溶液及冰平衡共存的水合物最多有几种?
(2)20℃时,与水蒸气平衡共存的水合物最多可能有几种?
解系统的物种数s=5,
即h2o、na2co3(s)、na2co3?
h2o(s),na2co3?
7h2o(s)和na2co3?
10h2o(s)。
独立的化学反应式有三个:
na2co3(s)?
h2o(l)?
na2co3?
h2o(s)na2co3?
h2o(s)?
6h2o(l)?
na2co3?
7h2o(s)na2co3?
7h2o(s)?
3h2o(l)?
na2co3?
10h2o(s)
则r=3
没有浓度限制条件r?
0所以,组分数c=s-r-r=5-3-0=2
在指定的温度或压力的条件下,其自由度数f=c-p+1=3-p
平衡条件下f=0时相数最多,因此上述系统最多只能有3相共存。
s
6-3已知液体甲苯(a)和液体苯(b)在90℃时的饱和蒸气压分别为pa?
54.22kpa和
s
pb?
136.12kpa。
两者可形成理想液态混合物。
今有系统组成为xb,0?
0.3的甲苯-苯混合物5
mol,在90℃下成气-液两相平衡,若气相组成为yb?
0.4556,求:
(1)平衡时液相组成xb及系统的压力p;
(2)平衡时气、液两相的物质的量n(g),n(l)。
解:
(1)理想液态混合物,a、b均适用拉乌尔定律,故有
ss
p?
pa?
pb?
pa(1?
xb)?
pbxb?
54.22kpa(1?
xb)?
136.12kpaxb
(1)
s
yb?
0.4556?
pb/p?
pbxb/p?
136.12kpa?
xb/p
(2)
由式
(1)及式
(2)得
p?
54.22kpa(1?
xb)?
136.12kpaxb(3)0.4556?
136.12kpa?
xb/p(4)联立式(3)与式(4),解得p?
74.70kpa,xb?
0.2500
(2)根据杠杆规则
n(l)?
yb?
xb,0yb?
xb
n?
0.4556?
0.3000
?
5mol?
3.784mol
0.4556?
0.2500
n(g)?
n?
n(l)?
(5?
3.784)mol?
1.216mol
6-5已知甲苯、苯在90℃下纯液体的饱和蒸气压分别为54.22kpa和136.12kpa。
两者可形成理想液态混合物。
取200.0g甲苯和200.0g苯置于带活塞的导热容器中,始态为一定压力下90℃的液态混合物。
在恒温90℃下逐渐降低压力,问:
(1)压力降到多少时,开始产生气相,此气相的组成如何?
(2)压力降到多少时,液相开始消失,最后一滴液相的组成如何?
(3)压力为92.00kpa时,系统内气、液两相平衡,两相组成如何?
两相的物质的量各多少?
解:
(1)与开始产生气相平衡的液相,其组成同原始液态混合物,所以气相的压力为
200/78200/92?
?
**p?
p苯x苯?
p甲苯x甲苯?
?
136.12?
?
54.22?
?
kpa
200/78?
200/92200/78?
200/92?
?
?
98.54kpa
200/78?
?
*气相组成为y苯?
p苯x苯/p?
?
136.12?
?
?
98.54?
0.7476
200/78?
200/92?
?
(2)与最后一滴液相平衡的气相,其组成同原始液态混合物
****
y苯?
p苯x苯/p;p?
p甲苯?
(p苯?
p甲苯)x苯
上两式联立解得:
x苯?
*
p甲苯y苯
p?
(p?
p
54.22?
*
苯*苯*甲苯
)y苯
200/78200/78?
200/92?
?
0.3197
200/78
136.12?
(136.12?
54.22)?
200/78?
200/92
**
?
p?
p甲苯?
(p*.12?
54.22)0.3197]kpa?
80.40kpa苯?
p甲苯)x苯?
[54.22?
(136
**
(3)p?
p甲苯?
(p*苯?
p甲苯)x苯
x苯?
y苯
92.00?
54.22
?
0.4613136.12?
54.22
?
p*.12?
0.4613/92.00?
0.625苯x苯/p?
136
原始液态混合物的组成为
200/78
?
0.541
200/78?
200/92ng0.541?
0.4613?
?
?
nl0.6825?
0.541?
ng?
1.709mol,nl?
3.022mol?
联立解得:
?
200200?
?
ng?
nl?
?
?
?
7892?
?
?
?
?
?
x苯
(1)画出气-液平衡的温度-组成图;
(2)从图上找出组成为xb=0.800的液相的泡点;(3)从图上找出组成为yb=0.800的气相的露点;(4)105.0℃时气-液平衡两相组成是多少?
(5)9kg水与30kg醋酸组成的系统在105.0℃达到平衡时,气、液两相的质量各为多少?
解:
(1)根据题给的数据,画出在101.325kpa下水(a)-醋酸(b)系统气-液平衡的温度-组成图,如下图所示。
(2)由图查得xb=0.800的液相的泡点为110.2℃。
(3)由图查得yb=0.800的液相的露点为112.8℃。
(4)由图查得105.0℃时气-液平衡两相的组成为xb=0.544,yb=0.417。
(5)ma=60.052,mb=18.015,yb=0.417,xb=544
3
30?
10/60.052系统的总组成x?
?
0.500b?
33
30?
10/
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- 物理化学 天津大学 第四 答案