物理化学核心教程第二版课后答案完整版.docx
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第一章气体 物理化学核心教程参考答案 第一章气体 一、思考题 1.如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状?
采用了什么原理?
答:
将打瘪的乒乓球浸泡在热水中,使球壁变软,球中空气受热膨胀,可使其恢复球状。
采用的是气 体热胀冷缩的原理。
2.在两个密封、绝热、体积相等的容器中,装有压力相等的某种理想气体。
试问,这两容器中气体的温度是否相等?
答:
不一定相等。
根据理想气体状态方程,若物质的量相同,则温度才会相等。
3.两个容积相同的玻璃球内充满氮气,两球中间用一玻管相通,管中间有一汞滴将两边的气体分开。
当左球的温度为273K,右球的温度为293K时,汞滴处在中间达成平衡。
试问:
若将左球温度升高10K,中间汞滴向哪边移动?
若两球温度同时都升高10K,中间汞滴向哪边移动?
答:
左球温度升高,气体体积膨胀,推动汞滴向右边移动。
两球温度同时都升高10K,汞滴仍向右边移动。
因为左边起始温度低,升高10K所占比例比右边大,283/273大于303/293,所以膨胀的体积左边比右边大。
4.在大气压力下,将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中,达保温瓶容积的左右,迅速盖上软木塞,防止保温瓶漏气,并迅速放开手。
请估计会发生什么现象?
答:
软木塞会崩出。
这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀,当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起,大于外面压力时,就会使软木塞崩出。
如果软木塞盖得太紧,甚至会使保温瓶爆炸。
防止的方法是灌开水时不要太快,且要将保温瓶灌满。
5.当某个纯物质的气、液两相处于平衡时,不断升高平衡温度,这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化?
答:
升高平衡温度,纯物的饱和蒸汽压也升高。
但于液体的可压缩性较小,热膨胀仍占主要地位,所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。
而蒸汽易被压缩,当饱和蒸汽压变大时,气体的摩尔体积会变小。
随着平衡温度的不断升高,气体与液体的摩尔体积逐渐接近。
当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时,这时的温度就是临界温度。
6.Dalton分压定律的适用条件是什么?
Amagat分体积定律的使用前提是什么?
答:
实际气体混合物和理想气体混合物。
与混合气体有相同温度和相同压力下才能使用,原则是适用理想气体混合物。
第1页共135页 2015-06-21 第一章气体 7.有一种气体的状态方程为 ,试分析这种气体与理想气体有何pVm?
RT?
bp 不同?
将这种气体进行真空膨胀,气体的温度会不会下降?
答:
将气体的状态方程改写为p=RT,与理想气体的状态方程相比,只校正了体积项,未校正压力项。
说明这种气体分子自身的体积不能忽略,而分子之间的相互作用力可以忽略不计。
所以,将这种气体进行真空膨胀时,温度不会下降。
8.如何定义气体的临界温度和临界压力?
答:
在真实气体的p—Vm图上,当气-液两相共存的线段缩成一个点时,称这点为临界点。
这时的温度为临界温度,这时的压力为临界压力。
临界压力是指在该临界温度时能使气体液化的最低压力。
9.vanderWaals气体的内压与体积成反比,这一说法是否正确?
答:
不正确。
内压力与气体摩尔体积的平方成反比。
10.当各种物质处于处于临界点时,它们有哪些共同特性?
答:
这时气-液界面消失,液体和气体的摩尔体积相等,成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体,称为超流体。
二、概念题题号选项题号选项1C9C2A10A3B11D4D12B5C6C7B8C1.在温度、容积恒定的容器中,含有A和B两种理想气体,这时A的分压和分体积分别是在容器中再加入一定量的理想气体C,问 。
pA和VA的变化为 pA和VA。
若 pA和VA都变大 pA和VA都变小pA不变,VA变小 pA变小,VA不变 答:
这种情况符合Dalton分压定律,而不符合Amagat分体积定律。
2.在温度T、容积V都恒定的容器中,含有A和B两种理想气体,它们的物质的量、分压和分体积分别 为nA,pA,VA和nB,pB,VB容器中的总压为p。
试判断下列公式中哪个是正确的。
pAV?
nART pVB?
(nA?
nB)RT pAVA?
nART pBVB?
nBRT 答:
只有符合Dalton分压定律。
第2页共135页 2015-06-21 第一章气体 3.已知氢气的临界温度和临界压力分别为TC298K时瓶内压力为?
106?
K,pC?
?
106Pa。
有一氢气钢瓶,在 Pa,这时氢气的状态为。
液态气态气-液两相平衡无法确定答:
仍处在气态区。
4.在一个绝热的真空容器中,灌满373K和压力为kPa的纯水,不留一点空隙,这时水的饱和蒸汽压为。
等于零 大于kPa小于kPa 等于kPa答:
饱和蒸汽压是物质的本性,与是否有空间无关。
5.真实气体在如下哪个条件下,可以近似作为理想气体处理。
高温、高压 低温、低压高温、低压 低温、高压答:
这时分子间距离很大,分子间的作用力可以忽略不计。
6.在298K时,地面上有一个直径为1m的充了空气的球,其压力为100kPa,将球带至高空,温度降为253K,球的直径胀大到3m,此时球内的压力为。
kPa kPa kPa kPa 答:
p2?
p1D12T22D2T1?
100?
253?
12298?
32?
kPa。
7.真实气体液化的必要条件是。
压力大于 pC 温度低于TC 体积等于Vm,C 同时升高温度和压力 答:
TC是能使气体液化的最高温度,温度再高无论加多大压力都无法使气体液化。
8.在一个恒温,容积为2dm3的真空容器中,依次充入温度相同、始态为100kPa,2dm3的N2和200kPa,1dm3的Ar,设两者形成理想气体混合物,则容器中的总压力为。
100kPa 150kPa 200kPa300kPa答:
等温条件下,200kPa,1dm3气体等于100kPa,2dm3气体,总压为kPa=200kPa。
9.在298K时,往容积相等的A、B两个抽空容器中分别灌入100g和200g水,当达到平衡时,两容器中 p?
pA?
pB=100kPa+100 第3页共135页 2015-06-21 第一章气体 的水蒸汽压力分别为 。
pA和pB,则两者的关系为 pApBpA=pB无法确定 答:
饱和蒸汽压是物质的特性,只与温度有关。
10.在273K,kPa时,摩尔质量为154g?
mol则气体的密度为。
的蒸气可以近似看作为理想气体, ) 答:
?
?
m154g?
?
g?
dm?
3dm11.某体积恒定的容器中装有一定量温度为300K的气体,现在保持压力不变,要将气体赶出1/6,需要将容器加热到的温度为。
350K 250K 300K 360K答:
V,p不变,n2?
56n1,T2?
T1?
360K6512.实际气体的压力和体积与理想气体相比,分别会发生的偏差为。
p、V都发生正偏差 p、V都发生负偏差p正偏差,V负偏差 p负偏差,V正偏差答:
内压力和可压缩性的存在。
三、习题 1.在两个容积均为V的烧杯中装有氮气,烧瓶之间有细管相通,细管的体积可以忽略不计。
若将两烧杯均浸入373K的开水中,测得气体压力为60kPa。
若一只烧瓶浸在273K的冰水中,另外一只仍然浸在373K的开水中,达到平衡后,求这时气体的压力。
设气体可以视为理想气体。
解:
n?
n1?
n2 根据理想气体状态方程 p12Vp2Vp2V?
?
RT1RT1RT2p2?
2p1?
化简得:
2p111?
p2(?
)T1T1T2T2273?
2?
60kPa?
?
kPa T2?
T1273?
37332.将温度为300K,压力为1800kPa的钢瓶中的氮气,放入体积为20dm的贮气瓶中,使贮气瓶压力在300K时为100kPa,这时原来钢瓶中的压力降为1600kPa。
试求原钢瓶的体积。
仍假设气体可作为理想气体处理。
第4页共135页 2015-06-21 第一章气体 解:
放入贮气瓶中的气体物质的量为 n p3V3100kPa?
20?
10?
3m3n?
?
?
mol J?
mol?
1?
K?
1?
300K 设钢瓶的体积为V,原有气体为n1,剩余气体为n2 pV?
n1RT1 p2V?
n2RT n1?
n2?
n n?
n1?
n2?
p1Vp2V?
mol?
J?
mol?
1?
K?
1?
300KV?
?
?
dm3 p1?
p2(1800?
1600)kPa3.用电解水的方法制备氢气时,氢气总是被水蒸气饱和,现在用降温的方法去除部分水蒸气。
现将在298K条件下制得的饱和了水气的氢气通入283K、压力恒定为kPa的冷凝器中,试计算:
冷凝前后混合气体中水气的摩尔分数。
已知在298K和283K时,水的饱和蒸汽压分别为kPa和kPa。
混合气体近似作为理想气体。
解:
水气所占的摩尔分数近似等于水气压力与冷凝操作的总压之比 在冷凝器进口处,T=298K x(H2O,g)=p(H2O)kPa?
?
kPa 在冷凝器出口处,T=283K x(H2O,g)=p(H2O)kPa?
?
kPa可见这样处理以后,含水量下降了很多。
4.某气柜内贮存氯乙烯CH2=CHCl300m,压力为122kPa,温度为300K。
求气柜内氯乙烯气体的密度和质量。
若提用其中的100m,相当于氯乙烯的物质的量为多少?
已知其摩尔质量为?
mol,设气体为理想气体。
解:
?
=-133mpV, m?
nM, n?
VRT 代入,得:
?
10?
3kg?
mol?
1?
122?
103Pa-3?
3?
=?
?
kg?
m?
g?
dm?
1?
J?
mol?
K?
300Km?
?
?
V?
kg?
m-3?
300m3?
918kg 第5页共135页 2015-06-21
第一章气体 111918kgn?
n=n?
n(总)?
?
?
4896mol?
3?
?
10kg?
mol5.有氮气和甲烷的气体混合物100g,已知含氮气的质量分数为。
在420K和一定压力下,混合气体的体积为。
求混合气体的总压力和各组分的分压。
假定混合气体遵守Dalton分压定律。
已知氮气和甲烷的摩尔质量分别为28g?
mol?
13和16g?
mol?
1。
解:
n?
N2?
?
?
100g?
?
molM28g?
mol?
1(1?
)?
100g?
mol?
116g?
moln(CH4)?
nRT(+)mol?
J?
mol?
1?
K?
1?
420Kp?
?
?
1902kPa ?
10?
3m3p(N2)?
n(N2)?
p?
?
1902kPa=kPa n(N2)?
n(CH4)?
(CH4)?
(1902?
)kPa=kPa 6.在300K时,某一容器中含有H2和N2两种气体的混合物,压力为152kPa,温度为。
将N2分离后,只留下H2,保持温度不变,压力降为kPa,气体质量减少14g。
试计算:
容器的体积; 容器中H2的质量; 容器中最初的气体混合物中,H2和N2的摩尔分数解:
p?
N2?
?
p?
p(H2)?
(152?
)kPa=kPam?
N2?
14gn?
N2?
?
?
?
mol
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