天大物理化學簡明教程習題答案-免費閱讀

　　

【正文】 利用表 中的數據計算的解離度 及解離常熟 。求 溶液中的 和 。標出圖中各相區的穩定相，并指出圖中的三相線及三相平衡關系。指出各相區的穩定相及各條線所代表的意義。 二相區： 2, l1 + l2。（ 1）溫度剛要達到共沸點時系統中尚無氣相存在， 只存在兩個共軛液相。 （ 4） ℃ 時氣 液平衡兩相的組成是多少？ （ 5） 9 kg水與 30 kg 醋酸組成的系統在 ℃ 達到平衡時，氣 液兩相的質量各位多少？ 解：（ 1）氣 液平衡的溫度 組成圖為 （ 2） 的氣相的泡點為 ℃ 。今有系統組成為 的甲苯 苯混合物 5 mol，在90℃ 下成氣 液兩相平衡，若氣相組成為 求： （ 1） 平衡時液相組成 及系統的壓力 p。 （ 1） 反應壓力為 100kPa； （ 2） 反應壓 力為 10kPa； （ 3） 反應壓力為 100kPa，且加入水蒸氣使原料氣中水蒸氣與乙苯的物質的量之比為 10:1。K1。 （ 1） 當放入 NH4HS時容器內已有 kPa的 H2S(g)，求平衡時容器中的壓力。將容器保持在 K，經一定時間后，總壓力減少至 kPa，且維持不變。求： （ 1） 血液在 37℃ 時的滲透壓； （ 2） 在同溫度下， 1 dm3蔗糖（ C12H22O11）水溶液中需含有多少克蔗糖才能與血液有相同的滲透壓。 解：首先計 算蔗糖的質量摩爾濃度 由 ，質量摩爾濃度和摩爾分數有以下關系 假設溶劑服從 Raoult定律，則此溶液在 25℃ 時的蒸氣壓 在 25℃ 時， 10 g 某溶劑溶于 1 dm3溶劑中，測出該溶劑的滲透壓為 ，確定該溶質的相對分子質量。求此有機物質的相對分子質量。 解：由于是向無限大量的溶液中加入有限量的純 B，可以認為溶液的組 成不變，因此 25℃ 時 mol NH3溶于 1 dm3三氯甲烷中，此溶液 NH3的蒸氣分壓為 kPa，同溫度時 mol NH3溶于 1 dm3水中， NH3的蒸氣分壓為 kPa。 解： 1. 由于形成理想液態混合物，每個組分均符合 Raoult 定律 。已知 40℃ 時 H2, N2在水中的 Henry 系數分別為 GPa及 GPa，求 40℃ 時水中溶解 H2, N2在的質量。二者可形成理想液態混合物。求兩液體具有相同飽和蒸氣壓時的溫度。今在 100 kPa下，有 5℃ 1 kg的過冷水變為同樣溫度、壓力下的冰，設計可逆途徑，分別按可逆途徑計算過程的 及 。 已知：水在 100℃ 時的飽和蒸氣壓為 ，在此條件下水 的摩爾蒸發焓 。 解：將乙醚蒸氣看作理想氣體，由于恒溫 各狀態函數的變化計算如下 忽略液態乙醚的體積 O2(g)的摩爾定壓熱容與溫度的函數關系為 已知 25℃ 下 O2(g)的標準摩爾熵 。K1。一側容積 50 dm3，內有 200 K的 N2(g) 2 mol；另一側容積為 75 dm3, 內有 500 K的 N2(g) 4 mol； N2(g)可認為理想氣體。求過程的 解： 常壓下將 100 g， 27℃ 的水與 200 g， 72℃ 的水在絕熱容器中混合 ，求最終水溫 t及過程的熵變 。 （ 1） 恒溫可逆膨脹； （ 2） 先恒容冷卻至使壓力降至 100 kPa，再恒壓加熱至 ； （ 3） 先絕熱可逆膨脹到使壓力降至 100 kPa，再恒壓加熱至 。 由于 ，因此絕熱可 逆線的斜率的絕對值大于恒溫可逆線的絕對值。化學反應式 設計途徑如下 在 下甲烷燃燒的摩爾反應熱為 ，則 可由 表出（ Kirchhoff 公式） 設甲烷的物質量為 1 mol，則 ， ， ， 最后得到 某雙原子理想氣體 1mol從始態 350K,200kPa經過如下 五 個不同過程達到各自的平衡態，求各過程的功 W。 （ 1） （ 2） （ 3） 解：查表知 NH3(g) NO(g) H2O(g) H2O(l) NO2(g) HNO3(l) Fe2O3(s) CO(g) （ 1） （ 2） （ 3） 應用附錄中有關物資的熱化學數據，計算 25℃ 時反應 的標準摩爾反應焓，要求： （ 1） 應用 25℃ 的標準摩爾生成焓數據； （ 2） 應用 25℃ 的標準摩爾燃燒焓數據。已知在 10℃ ~ 0℃ 范圍內過冷水（ H2O, l）和冰的摩爾定壓熱容分別為 和 。g 1. 水和冰的平均定壓熱容 分別為 及 。 解：過程圖示如下 假定將絕熱隔板換為導熱隔板，達熱平衡后，再移去隔板使其混合，則 由于外壓恒定，求功是方便的 由于汽缸為絕熱，因此 已知水（ H2O, l）在 100℃ 的飽和蒸氣壓 ，在此溫度、壓力下水的摩爾蒸發焓。 解：圖示如下 假設：絕熱壁與銅塊緊密接觸，且銅塊的體積隨溫度的變化可忽略不計 則該過程可看作恒容過程，因此 假設氣體可看作理想氣體， ，則 單原子理想氣體 A與 雙原子理想氣體 B的混合物共 5 mol，摩爾分數 ，始態溫度 ，壓力 。 解：過程圖示如下 由于 ，則 ，對有理想氣體 和 只是溫度的函數 該途徑只涉及恒容和恒壓過程，因此計算功是方便的 根據熱力學第一定律 1mol某理想氣體于 27℃ 、 ，現受某恒定外壓恒溫壓縮至平衡態，再恒容升溫至 ℃ 、 kPa。途徑 b為恒壓加熱過程。 解：用理想氣體狀態方程計算 用 van der Waals 計算，查表得知，對于 N2氣（附錄七） ，用 MatLab fzero 函數求得該方程的解為 也可以用直接迭代法， ，取初值 ，迭代十次結果 試由波義爾溫度 TB 的定義式，證明范德華氣體的 TB 可表示為 TB=a/(bR) 式中 a,b 為范德華常數。若把該容器移至 K的沸水中，試求容器中到達新的平衡時應有的壓力。 25℃ 時飽和了水蒸氣的濕乙炔氣體（即該混合氣體中水蒸氣分壓力為同溫度下水的飽和蒸氣壓）總壓力為 kPa，于恒定總壓 下冷卻到 10℃ ，使部分水蒸氣凝結為水。 （ 1） 保持容器內溫度恒定時抽去隔板，且隔板本身的體積可忽略不計，試 求兩種氣體混合后的壓力。 解：球形容器的體積為 V=（ 12525） g/1 =100 cm3 將某碳氫化合物看成理想氣體： PV=nRT , PV =mRT/ Mw Mw= mRT/ PV=() (13330 100 106) Mw =(g/mol) 兩個容積均為 V的玻璃球泡之間用細管連結，泡內密封著標準狀態下的空氣。第一章 氣體的 pVT 性質 物質的體膨脹系數 與等溫壓縮率 的定義如下 試推出理想氣體的 ， 與壓力、溫度的關系。若將其中的一個球加熱到 100℃，另一個球則維持 0℃，忽略連接細管中氣體體積，試求該容器內空氣的壓力。 （ 2） 隔板抽取前后， H2及 N2的摩爾體積是否相同？ （ 3） 隔板抽取后，混合氣體中 H2及 N2的分壓立之比以及它們的分體積各為若干？ 解：（ 1）等溫混合后 即在上述條件下混合，系統的壓力認為 。試求每摩爾干乙炔氣在該冷卻過程中凝結出水的物質的量。設容器中始終有水存在，且可忽略水的任何體積變化。 把 25℃的氧氣充入 40dm3的氧氣鋼瓶中，壓力達 102kPa。求途徑 b的 及 。求過程的 W、 Q、 △ U、△ H。今該混合氣體絕熱反抗恒外壓 膨脹到平衡態。求在在 100℃ ， kPa 下使 1 kg水蒸氣全部凝結成液體水時的。今在絕熱容器內向 1 kg 50 ℃ 的水中投入 kg 溫度 20 ℃ 的冰。求在常壓及 10℃ 下過冷水結冰的摩爾凝固焓。 解：查表知 Compound 0 0 0 因此，由標準摩爾生成焓 由標準摩爾燃燒焓 已知 25℃ 甲酸甲脂（ HCOOCH3, l）的標準摩爾燃燒焓 為 ，甲酸（ HCOOH, l）、甲醇（ CH3OH, l）、水（ H2O, l）及二氧化碳（ CO2, g）的標準摩爾生成焓 分別為 、 及 。 （ 1） 恒溫下可逆膨脹到 50kPa； （ 2） 恒溫反抗 50kPa恒外壓不可逆膨脹； （ 3） 絕熱可逆膨脹到 50kPa； （ 4） 絕熱反抗 50kPa恒外壓不可逆膨脹。 第三章 熱力學第二定律 卡諾熱機在 的高溫熱源和 的低溫熱源間工作。 解：（ 1）對理想氣體恒溫可逆膨脹， U = 0，因此 （ 2） 先計算恒容冷卻至使壓力降至 100 kPa，系統的溫度 T: （ 3） 同理，先絕熱可逆膨脹到使壓力降至 100 kPa 時系統 的溫度 T: 根據理想氣體絕熱過程狀態方程， 各熱力學量計算如下 1mol理想氣體在 T=300K下，從始態 100kPa經歷下列過程達到各自的平衡態。已知水的比定壓熱容 。今將容器中的絕熱隔板撤去，使系統達到平衡態。 系統的始態 為 一絕熱容器中 的 1 kg， 25℃ 的水 及 kg， 10℃的冰 。求 O2(g) 在 100℃ ， 50 kPa下的摩爾規定熵值 。 解：將氣相看作理想氣體。 解：設計可逆途徑如下 第二步、第四步為可逆相變， ，第一步、第五步為凝 聚相的恒溫變壓過程， ，因此 該類題也可以用化學勢來作， 對于凝聚相，通常壓力下，可認為化學勢不隨壓力改變，即 因此， 化學反應如下： （ 1） 利用附錄中各物質的 數據，求上述反應在 25℃ 時的 ； （ 2） 利用附錄中各物質的 數據，計算上述反應在 25℃ 時的 ； （ 3） 25℃ ，若始態 CH4(g)和 H2(g)的分壓均為 150 kPa，末態 CO(g)和 H2(g)的分壓均為 50 kPa，求反應的 。 解：根據