了物理学（第三版）-祝之光-课后习题解答（上、下册）
By-冰域空间icespace1889@https://www.doczj.com/doc/3117844787.html,
第一章
第二章
1.1 如果将等体积球分别排列成下列结构，设x 表示钢球所占体积与总体积之比，证明结构x简单立方π/ 6 ≈0.52体心立方3π/ 8 ≈0.68面心立方2π/ 6 ≈0.74六方密 排2π/ 6 ≈0.74金刚石3π/16 ≈0.34 解：设钢球半径为r ，根据不同晶体结构原子球的排列，晶格常数a 与r 的关系不同，分别为：简单立方：a = 2r 金刚石：根据金刚石结构的特点，因为体对角线四分之一处的原子与角上的原子紧贴，因此有 1.3 证明：体心立方晶格的倒格子是面心立方；面心立方晶格的倒格子是体心立方。 证明：体心立方格子的基矢可以写为
面心立方格子的基矢可以写为 根据定义，体心立方晶格的倒格子基矢为 同理 与面心立方晶格基矢对比，正是晶格常数为4π/ a的面心立方的基矢，说明体心立方晶格的倒格子确实是面心立方。注意，倒格子不是真实空间的几何分布，因此该面心立方只是形式上的，或者说是倒格子空间中的布拉菲格子。根据定义，面心立方的倒格子基矢为 同理 而把以上结果与体心立方基矢比较，这正是晶格常数为4πa的体心立方晶格的基矢。 证明：根据定义，密勒指数为的晶面系中距离原点最近的平面ABC 交于基矢的截距分别为 即为平面的法线
根据定义，倒格子基矢为 则倒格子原胞的体积为 1.6 对于简单立方晶格，证明密勒指数为(h, k,l)的晶面系，面间距d 满足 其中a 为立方边长。 解：根据倒格子的特点，倒格子 与晶面族(h, k,l)的面间距有如下关系 因此只要先求出倒格，求出其大小即可。 因为倒格子基矢互相正交，因此其大小为 则带入前边的关系式，即得晶面族的面间距。 1.7 写出体心立方和面心立方晶格结构的金属中，最近邻和次近邻的原子数。若立方边长为a ，写出最近邻和次近邻的原子间距。 答：体心立方晶格的最近邻原子数（配位数）为8，最近邻原子间距等于 次近邻原子数为6，次近邻原子间距为a ；
第一节天然气的高压物理性质 一、名词解释。 1.天然气视分子量（gas apparent molecular weight）： (gas relative density ): 2.天然气的相对密度g 3.天然气的压缩因子Z(gas compressibility factor)： 4.对应状态原理(correlation state principle) ： 5.天然气压缩系数Cg（gas compressive coefficient）： 6.天然气体积系数Bg(gas formation volume factor)： 二．判断题。 1．体系压力愈高，则天然气体积系数愈小。（）2．烃类体系温度愈高，则天然气压缩因子愈小。（）3．体系压力越大，天然气等温压缩率越大。（）4．当二者组分相似，分子量相近时，天然气的粘度增加。（）5．压力不变时，随着温度的增加，天然气的粘度增加。（）6．天然气水合物形成的有利条件是低温低压。（）7．温度不变时，压力增加，天然气体积系数减小。（）8．温度不变时，压力增加，天然气分子量变大。（）9. 当压缩因子为1时，实际气体则成为理想气体。（）三．选择题。
1.理想气体的压缩系数与下列因素有关 A.压力 B.温度 C.体积 D.组成( ) 2.在相同温度下，随着压力的增加，天然气压缩因子在低压区间将在高压区间将 A.上升，上升 B.上升，下降 C.下降，上升 D.下降，下降( ) 3.对于单组分烃，在相同温度下，若C原子数愈少，则其饱和蒸气压愈其 挥发性愈 A.大，强 B.小，弱 C.小，强 D.大，弱( ) 4.地层中天然气的密度地面天然气的密度。 A.小于 B.等于 C.大于 D.视情况定( ) 5.通常用来计算天然气体积系数的公式为 A.Bg=Cg(273+t)/293P B.Bg=V 地下/ V 地面 C.Bg=Z(273+t)/293P D.Bg= V地面/ V地下( ) 6.天然气压缩因子Z＞1说明天然气比理想气体压缩，Z＜1说明天然气比理想气体。 A.易于，难于 B.易于，易于 C.难于，难于 D.难于，易于( ) 7.两种天然气A和B，在相同的P-T条件下，A比B更易于压缩，则 C gA C gA , ,Z A Z B A.大于，大于 B.大于，小于 C.小于，大于 D.小于，小于( )四．问答题。
第一章 气体的pVT 关系 1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下： 1 1T T p V p V V T V V ???? ????-=??? ????= κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系? 解：对于理想气体,pV=nRT 111 )/(11-=?=?=??? ????=??? ????= T T V V p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=?=?=???? ????-=???? ????- =p p V V p nRT V p p nRT V p V V T T T κ 1—2 气柜内有121.6kPa 、27℃的氯乙烯(C 2H 3Cl ）气体300m 3 ，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 mol RT pV n 623.1461815 .300314.8300 106.1213=???== 每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为 13 3153.144145 .621090109032-?=?=?=h mol M v Cl H C n/v=（14618.623÷1441。153）=10.144小时 1-3 0℃、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：33 714.015 .273314.81016101325444 --?=???=?=?=m kg M RT p M V n CH CH CH ρ 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33 ) (0000.1001 0000.100000 .250000.1252 cm cm V l O H == -= ρ n=m/M=pV/RT mol g pV RTm M ?=?-??== -31.3010 13330) 0000.250163.25(15.298314.84 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 )/(2,2,1i i i i RT V p n n n =+= 终态（f ）时 ??? ? ??+=???? ??+ =+=f f f f f f f f f f T T T T R V p T V T V R p n n n ,2,1,1,2,2,1,2,1
第一章 储层岩石的物理特性 24、下图1-1为两岩样的粒度组成累积分布曲线，请画出与之对应的粒度组成分布曲线，标明坐标并对曲线加以定性分析。 Log d i W Wi 图1-1 两岩样的粒度组成累积分布曲线 答：粒度组成分布曲线表示了各种粒径的颗粒所占的百分数，可用它来确定任一粒级在岩石中的含量。曲线尖峰越高，说明该岩石以某一粒径颗粒为主，即岩石粒度组成越均匀；曲线尖峰越靠右，说明岩石颗粒越粗。一般储油砂岩颗粒的大小均在1～之间。 粒度组成累积分布曲线也能较直观地表示出岩石粒度组成的均匀程度。上升段直线越陡，则说明岩石越均匀。该曲线最大的用处是可以根据曲线上的一些特征点来求得不同粒度属性的粒度参数，进而可定量描述岩石粒度组成的均匀性。 曲线A 基本成直线型，说明每种直径的颗粒相互持平，岩石颗粒分布不均匀；曲线B 上升段直线叫陡，则可看出曲线B 所代表的岩石颗粒分布较均匀。 30、 孔隙度的一般变化范围是多少常用测定孔隙度的方法有哪些影响孔隙度 大小的因素有哪些 答：1）根据我国各油气田的统计资料，实际储油气层储集岩的孔隙度范围大致为：致密砂岩孔隙度自＜1%～10%；致密碳酸盐岩孔隙度自＜1%～5%；中等砂岩孔隙度自10%～20%；中等碳酸盐岩孔隙度自5%～10%；好的砂岩孔隙度自20%～35%；好的碳酸盐岩孔隙度自10%～20%。 3）岩石孔隙度的测定方法有实验室内直接测定法和以各种测井方法为基础的间接测定法两类。间接测定法影响因素多，误差较大。实验室内通过常规岩心分析法可以较精确地测定岩心的孔隙度。 # 4）对于一般的碎屑岩 (如砂岩)，由于它是由母岩经破碎、搬运、胶结和压实而成，因此碎屑颗粒的矿物成分、排列方式、分选程度、胶结物类型和数量以
《固体物理学》习题解答 ( 仅供参考) 参加编辑学生 柯宏伟（第一章），李琴（第二章），王雯（第三章），陈志心（第四章），朱燕（第五章），肖骁（第六章），秦丽丽（第七章） 指导教师 黄新堂 华中师范大学物理科学与技术学院2003级
2006年6月 第一章 晶体结构 1. 氯化钠与金刚石型结构是复式格子还是布拉维格子，各自的基元为何？写出 这两种结构的原胞与晶胞基矢，设晶格常数为a 。 解： 氯化钠与金刚石型结构都是复式格子。氯化钠的基元为一个Na +和一个Cl － 组成的正负离子对。金刚石的基元是一个面心立方上的Ｃ原子和一个体对角线上的Ｃ原子组成的Ｃ原子对。 由于NaCl 和金刚石都由面心立方结构套构而成，所以，其元胞基矢都为： 12 3()2()2()2a a a ? =+?? ?=+?? ?=+?? a j k a k i a i j 相应的晶胞基矢都为： ,,.a a a =?? =??=? a i b j c k 2. 六角密集结构可取四个原胞基矢 123,,a a a 与4a ,如图所示。试写出13O A A '、1331A A B B 、2255A B B A 、123456A A A A A A 这四个晶面所属晶面族的 晶面指数()h k l m 。 解： (1)．对于13O A A '面，其在四个原胞基矢 上的截矩分别为：１，１，1 2 -，１。所以， 其晶面指数为()1121。
(2)．对于1331A A B B 面，其在四个原胞基矢上的截矩分别为：１，１，1 2-，∞。 所以，其晶面指数为()1120。 (3)．对于2255A B B A 面，其在四个原胞基矢上的截矩分别为：１，1-，∞，∞。所以，其晶面指数为()1100。 (4)．对于123456A A A A A A 面，其在四个原胞基矢上的截矩分别为：∞，∞，∞，１。所以，其晶面指数为()0001。 3. 如将等体积的硬球堆成下列结构，求证球体可能占据的最大体积与总体积的 比为： 简立方： 6 π ；六角密集：6；金刚石： 。 证明： 由于晶格常数为a ，所以： (1)．构成简立方时，最大球半径为2 m a R = ，每个原胞中占有一个原子， 3 34326m a V a π π??∴== ??? 36 m V a π∴ = (2)．构成体心立方时，体对角线等于４倍的最大球半径，即：4m R ，每个晶胞中占有两个原子， 3 3 422348m V a π??∴=?= ? ??? 32m V a ∴ = (3)．构成面心立方时，面对角线等于４倍的最大球半径，即：4m R ，每个晶胞占有４个原子， 3 3 444346 m V a a π??∴=?= ? ???
简要说明为什么油水过渡带比油气过渡带宽？为什么油越稠，油水过渡带越 宽？ 答：过渡带的高度取决于最细的毛细管中的油（或水）柱的上升高度。由于 油藏中的油气界面张力受温度、压力和油中溶解气的影响，油气界面张力很 小，故毛管力很小，油气过渡带高度就很小。因为油水界面张力大于油气界 面张力，故油水过渡带的毛管力比油气过渡带的大，而且水油的密度差小于 油的密度，所以油水过渡带比油气过渡带宽，且油越稠，水油密度差越小， 油水过渡带越宽 四、简答题 1、简要说明油水过渡带含水饱和度的变化规律，并说明为什么油越稠油水过渡带越宽？ 由于地层中孔隙毛管的直径大小是不一样的，因此油水界面不是平面，而是一个过渡带。从地层底层到顶层，油水的分布一般为：纯水区——油水过渡区——纯油区。由下而上，含水饱和度逐渐降低。 由式：，在PcR 一定时，油水的密度差越小，油水的过渡带将越宽。油越稠，油水密度 差越小，所以油越稠，油水过渡带越宽。 来源于骄者拽鹏 习题1 1.将气体混合物的质量组成换算为物质的量的组成。气体混合物的质量组成如下： %404-CH ,%1062-H C ，%1583-H C ，%25104-H C ，%10105-H C 。 解：按照理想气体计算： 2.已知液体混合物的质量组成：%.55%,35%,1012510483---H C H C H C 将此液体混合物的质量组成换算为物质的量的组成。
解： 3．已知地面条件下天然气各组分的体积组成：%23.964-CH ,%85.162-H C ， %83.083-H C ，%41.0104-H C ， %50.02-CO ，%18.02-S H 。若地层压力为15MPa ， 地层温度为50C O 。求该天然气的以下参数：（1）视相对分子质量；（2）相对密度；（3）压缩因子；（4）地下密度；（5）体积系数；（6）等温压缩系数；（7）粘度；（8）若日产气为104m 3,求其地下体积。 解： （1）视相对分子质量 836.16)(==∑i i g M y M （2）相对密度 580552029 836 16..M M a g g == = γ （3）压缩因子
四．概念题参考答案 1．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A p 和A V 。若在容器中再加入一定量的理想气体C ，问A p 和A V 的 变化为 ( ) (A) A p 和A V 都变大 (B) A p 和A V 都变小 (C) A p 不变，A V 变小 (D) A p 变小，A V 不变 答：(C)。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A A A ,,n p V 和B B B ,,n p V ，容器中的总压为p 。试 判断下列公式中哪个是正确的 ( ) (A) A A p V n RT = (B) B A B ()pV n n RT =+ (C) A A A p V n RT = (D) B B B p V n RT = 答：(A)。题目所给的等温、等容的条件是Dalton 分压定律的适用条件，所 以只有(A)的计算式是正确的。其余的,,,n p V T 之间的关系不匹配。 3． 已知氢气的临界温度和临界压力分别为633.3 K , 1.29710 Pa C C T p ==?。 有一氢气钢瓶，在298 K 时瓶内压力为698.010 Pa ?，这时氢气的状态为 （ ） (A) 液态 (B) 气态 (C)气-液两相平衡 (D) 无法确定 答：(B)。仍处在气态。因为温度和压力都高于临界值，所以是处在超临界 区域，这时仍为气相，或称为超临界流体。在这样高的温度下，无论加多大压力， 都不能使氢气液化。 4．在一个绝热的真空容器中，灌满373 K 和压力为 kPa 的纯水，不留一点 空隙，这时水的饱和蒸汽压 （ ） （A ）等于零 （B ）大于 kPa （C ）小于 kPa （D ）等于 kPa 答：（D ）。饱和蒸气压是物质的本性，与是否留有空间无关，只要温度定了， 其饱和蒸气压就有定值，查化学数据表就能得到，与水所处的环境没有关系。
《油层物理》综合复习资料 一、名词解释 1、相对渗透率：同一岩石中，当多相流体共存时，岩石对每一相流体的有效渗透率与岩石绝对渗透率的比值。 2、润湿反转：由于表面活性剂的吸附，而造成的岩石润湿性改变的现象。 3、泡点：指温度（或压力）一定时,开始从液相中分离出第一批气泡时的压力（或温度）。 4. 流度比：驱替液流度与被驱替液流度之比。 5、有效孔隙度：岩石在一定的压差作用下，被油、气、水饱和且连通的孔隙体积与岩石外表体积的比值。 6、天然气的压缩因子：在一定温度和压力条件下,一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。 7、气体滑动效应：在岩石孔道中,气体的流动不同于液体。对液体来讲,在孔道中心的液体分子比靠近孔道壁表面的分子流速要高；而且,越靠近孔道壁表面,分子流速越低；气体则不同,靠近孔壁表面的气体分子与孔道中心的分子流速几乎没有什么差别。Klinbenberg把气体在岩石中的这种渗流特性称之为滑动效应,亦称Klinkenberg效应。 8、毛管力：毛细管中弯液面两侧两相流体的压力差。 9、润湿：指液体在分子力作用下在固体表面的流散现象。 10、洗油效率：在波及范围内驱替出的原油体积与工作剂的波及体积之比。 11、束缚水饱和度：分布和残存在岩石颗粒接触处角隅和微细孔隙中或吸附在岩石骨架颗粒表面的不可能流动水的体积占岩石孔隙体积的百分数称为束缚水饱和度。 12、地层油的两相体积系数：油藏压力低于饱和压力时，在给定压力下地层油和其释放出气体的总体积与它在地面脱气后的体积之比。 13、吸附：溶质在相界面浓度和相内部浓度不同的现象。 二、填空题 1、1、润湿的实质是_固体界面能的减小。 2、天然气的相对密度定义为：标准状态下，天然气的密度与干燥空气的密度之比。 3、地层油的溶解气油比随轻组分含量的增加而增加，随温度的增加而减少；当压力小于泡点压力时，随压力的增加而增加；当压力高于泡点压力时，随压力的增加而不变。 4、常用的岩石的粒度组成的分析方法有：筛析法和沉降法。 5、地层水依照苏林分类法可分为氯化钙、氯化镁、碳酸氢钠和硫酸钠四种类型。 6、砂岩粒度组成的累计分布曲线越陡，频率分布曲线尖峰越高，表示粒度组成越均匀; 7、灰质胶结物的特点是遇酸反应；泥质胶结物的特点是遇水膨胀,分散或絮凝；硫酸盐胶结物的特点是_高温脱水。 8、天然气的体积系数远远小于1。 9、同一岩石中各相流体的饱和度之和总是等于1。 10、对于常规油气藏，一般，地层流体的B o＞1，B w≈1，B g<< 1 11、地层油与地面油的最大区别是高温、高压、溶解了大量的天然气。 12、油气分离从分离原理上通常分为接触分离和微分分离两种方式。 13、吸附活性物质引起的固体表面润湿反转的程度与固体表面性质、活性物质的性质、活性物质的浓度等因素有关。
关于物理化学课后习题 答案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
第一章两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。若将其中的一个球加热到 100 C，另一个球则维持 0 C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。 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， 如图所示，一带隔板的容器中，两侧分别有同温、不同压的H2与N2，P(H2）=20kpa，P(N2)=10kpa,二者均可视为理想气体。 H2 3dm3 P(H2） T N2 1dm3 P(N2) T （1） 两种气体混合后的压力； （2）计算混合气体中H2和N2的分压力； （3）计算混合气体中H2和N2的分体积。 第二章 1mol水蒸气（H2O,g）在100℃，下全部凝结成液态水，求过程的功。假 设：相对水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。 1mol某理想气体与27℃，的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态， 在恒容升温至℃，。求过程的W,Q, ΔU, ΔH。已知气体的体积Cv,m=*mol-1 *K-1。 容积为 m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0 C，4 mol的Ar(g)及150 C，2 mol的Cu(s)。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度
t及过程的。已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容分别为 及，且假设均不随温度而变。 解：图示如下 假设：绝热壁与铜块紧密接触，且铜块的体积随温度的变化可忽略不计 则该过程可看作恒容过程，因此 假设气体可看作理想气体，，则 冰（H2O,S）在100kpa下的熔点为0℃，此条件下的摩尔熔化焓 ΔfusHm=*mol-1 *K-1。已知在-10~0℃范围内过冷水（H2O,l）和冰的摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=*mol-1 *K-1和Cpm（H2O,S）=*mol-1 *K-1。求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。 O, l）在100 C的摩尔蒸发焓。水和水蒸气已知水（H 2 在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=*mol-1 *K-1和Cpm （H2O,g）=*mol-1 *K-1。求在25C时水的摩尔蒸发焓。 应用附录中有关物资的热化学数据，计算 25 C时反应 的标准摩尔反应焓，要求：（1）应用25 C的标准摩尔生成焓数据；
第一章 储层岩石的物理特性 24、下图1-1为两岩样的粒度组成累积分布曲线，请画出与之对应的粒度组成分布曲线，标明坐标并对曲线加以定性分析。 ∑Log d i W Wi 图1-1 两岩样的粒度组成累积分布曲线 答：粒度组成分布曲线表示了各种粒径的颗粒所占的百分数，可用它来确定任一粒级在岩石中的含量。曲线尖峰越高，说明该岩石以某一粒径颗粒为主，即岩石粒度组成越均匀；曲线尖峰越靠右，说明岩石颗粒越粗。一般储油砂岩颗粒的大小均在1～0.01mm 之间。 粒度组成累积分布曲线也能较直观地表示出岩石粒度组成的均匀程度。上升段直线越陡，则说明岩石越均匀。该曲线最大的用处是可以根据曲线上的一些特征点来求得不同粒度属性的粒度参数，进而可定量描述岩石粒度组成的均匀性。 曲线A 基本成直线型，说明每种直径的颗粒相互持平，岩石颗粒分布不均匀；曲线B 上升段直线叫陡，则可看出曲线B 所代表的岩石颗粒分布较均匀。 30、度的一般变化范围是多少，Φa 、Φe 、Φf 的关系怎样？常用测定孔隙度的方 法有哪些？影响孔隙度大小的因素有哪些？ 答：1）根据我国各油气田的统计资料，实际储油气层储集岩的孔隙度范围大致为：致密砂岩孔隙度自＜1%～10%；致密碳酸盐岩孔隙度自＜1%～5%；中等砂岩孔隙度自10%～20%；中等碳酸盐岩孔隙度自5%～10%；好的砂岩孔隙度自20%～35%；好的碳酸盐岩孔隙度自10%～20%。 2）由绝对孔隙度a φ、有效孔隙度e φ及流动孔隙度ff φ的定义可知：它们之间的关系应该是a φ>e φ>ff φ。 3）岩石孔隙度的测定方法有实验室内直接测定法和以各种测井方法为基础的间接测定法两类。间接测定法影响因素多，误差较大。实验室内通过常规岩心
第二章油层物理选择题 2-1石油是（）。 A.单质物质； B.化合物； C.混合物； D.不能确定 答案为C。 2-2 对于单组分烃，在相同温度下，若C原子数愈少，则其饱和蒸汽压愈（），其挥发性愈（）。 A.大，强 B.大，弱 C.小，强 D.小，弱 答案为A 2-3 对于双组分烃体系，若较重组分含量愈高，则相图位置愈（）；临界点位置愈偏（）。 A.高左； B.低，左； C.高，左； D.低，右 答案为D 2-4 多级脱气过程，各相组成将（）发生变化，体系组成将（）发生变化。 A.要，要； B.要，不 C.不，要； D.不，不。 答案为A 2-5 一次脱气与多级脱气相比，前者的分离气密度较（），前者的脱气油密度较（）。 A.大，大； B.大，小； C.小，大； D.小，小 答案为A 2-6 单组分气体的溶解度与压力（），其溶解系数与压力（）。 A.有关，有关； B.有关，无关； C.无关，有关； D.无关，无关。 答案为B 2-7 就其在相同条件下的溶解能力而言，CO 2、N 2 、CH 4 三者的强弱顺序为： >N 2>CH 4 ; >CH 4 >CO 2 >CO 2 >N 2 >CH 4 >N 2 答案为D 2-8 若在某平衡条件下，乙烷的平衡常数为2，此时其在液相中的摩尔分数为20%，则其在气相中的摩尔分数为（）。
% % % % 答案为C 2-9 理想气体的压缩系数仅与（）有关。 A.压力； B.温度； C.体积 D.组成 答案为A 2-10 在相同温度下，随压力增加，天然气的压缩因子在低压区间将（），在高压区间将（）。 A.上升，上升； B.上升，下降； C.下降，上升； D.下降，下降。 答案为C 2-11 天然气的体积系数恒（）1，地层油的体积系数恒（）1。 A.大于，大于； B.大于，小于； C.小于，大于； D.小于，小于。 答案为C 2-12 天然气的压缩系数将随压力增加而（），随温度增加而（）。 A.上升，下降； B.下降；上升 C.上升，上升 D.下降，下降答案为B 2-13 形成天然气水化物的有利条件是（）。 A.高温高压； B.高温低压; C.低温高压； D.低温低压 答案为D 2-14 若地面原油中重质组分含量愈高，则其相对密度愈（），其API度愈（）。 A.大，大； B.大，小； C.小，大； D.小，小 答案为B 2-15在饱和压力下，地层油的单相体积系数最（），地层油的粘度最（）。A.大，大； B.大，小； C.小，大； D.小，小 答案为B 2-16地层油的压缩系数将随压力增加而（），随温度增加而（）。 A.上升，上升； B.上升，下降； C.下降，上升； D.下降，下降
《固体物理学》习题解答 黄昆 原著 韩汝琦改编 （陈志远解答，仅供参考） 第一章 晶体结构 1.1、 解：实验表明，很多元素的原子或离子都具有或接近于球形对称结构。因此，可以把这些原子或离子构成的晶体看作是很多刚性球紧密堆积而成。这样，一个单原子的晶体原胞就可以看作是相同的小球按点阵排列堆积起来的。它的空间利用率就是这个晶体原胞所包含的点的数目n 和小球体积V 所得到的小球总体积nV 与晶体原胞体积Vc 之比，即：晶体原胞的空间利用率， Vc nV x = （1）对于简立方结构：（见教材P2图1-1） a=2r ， V= 3 r 3 4π，Vc=a 3，n=1 ∴52.06r 8r 34a r 34x 3 333=π=π=π= （2）对于体心立方：晶胞的体对角线BG=x 3 3 4a r 4a 3=?= n=2, Vc=a 3 ∴68.083)r 3 34(r 342a r 342x 3 3 33≈π=π?=π?= （3）对于面心立方：晶胞面对角线BC=r 22a ,r 4a 2=?= n=4，Vc=a 3 74.062) r 22(r 344a r 344x 3 3 33≈π=π?=π?= （4）对于六角密排：a=2r 晶胞面积：S=62 60sin a a 6S ABO ??=??=2 a 233 晶胞的体积：V=332r 224a 23a 3 8 a 233C S ==?= ? n=1232 1 26112+?+? =6个 74.062r 224r 346x 3 3 ≈π=π?= （5）对于金刚石结构，晶胞的体对角线BG=3 r 8a r 24a 3= ??= n=8, Vc=a 3
第七章 电化学 7－1．用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20 A ，经过15 min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu ？ (2) 在阳阴极上能析出多少体积的27℃, 100 kPa 下的Cl 2(g )? 解：(1) m Cu ＝ 201560635462.F ???＝5.527 g n Cu ＝201560 2F ??＝0.09328 mol (2) 2Cl n ＝2015602F ??＝0.09328 mol 2Cl V ＝00932830015 100 .R .??＝2.328 dm 3 7－2．用Pb (s )电极电解Pb (NO 3) 2溶液，已知溶液浓度为1g 水中含有Pb (NO 3) 21.66×10－2g 。通电一段时间，测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区溶液质量为62.50g ，其中含有Pb (NO 3) 21.151g ，计算Pb 2+的迁移数。 解： M [Pb (NO 3) 2]＝331.2098 考虑Pb 2+：n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝262501151166103312098(..)..--??－11513312098..＋01658 21078682 ..? ＝3.0748×10－3－3.4751×10－3＋7.6853×10－4 ＝3.6823×10－4 mol t ＋(Pb 2+ )＝4 4 36823107685310..--??＝0.4791 考虑3NO -： n 迁＝n 后－n 前 ＝1151 3312098 ..－262501151166103312098(..)..--??＝4.0030×10－3 mol t －(3 NO -)＝4 4 40030107658310..--??＝0.5209 7－3．用银电极电解AgNO 3溶液。通电一段时间后，阴极上有0.078 g 的Ag 析出，阳极区溶液溶液质量为23.376g ，其中含AgNO 3 0.236 g 。已知通电前溶液浓度为1kg 水中溶有7.39g 的AgNO 3。求Ag +和3NO -的迁移数。 解： 考虑Ag +： n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝3233760236739101698731(..)..--??－023********..＋00781078682 .. ＝1.007×10－ 3－1.3893×10－ 3＋7.231×10－ 4
第一章 1.将气体混合物的质量组成换算为物质的量的组成。气体混合物的质量组成如下： %404-CH ,%1062-H C ，%1583-H C ，%25104-H C ，%10105-H C 。 解：按照理想气体计算： 2.已知液体混合物的质量组成：%.55%,35%,1012510483---H C H C H C 将此液体混合物的质量组成换算为物质的量的组成。 解： 3．已知地面条件下天然气各组分的体积组成：%23.964-CH ,%85.162-H C ， %83.083-H C ，%41.0104-H C ， %50.02-CO ，%18.02-S H 。若地层压力为15MPa ， 地层温度为50C O 。求该天然气的以下参数：（1）视相对分子质量；（2）相对密度；（3）压缩因子；（4）地下密度；（5）体积系数；（6）等温压缩系数；（7）粘度；（8）若日产气为104m 3,求其地下体积。 解：
（1）视相对分子质量 836.16)(==∑i i g M y M （2）相对密度 580552029 836 16..M M a g g == = γ （3）压缩因子 244.3624.415=== c r p p p 648.102 .19627350=+==c r T T T （4）地下密度 ）（＝） （3/95.11127350008314.084.0836.1615m kg ZRT pM V m g g +???=== ρ
（5）体积系数 )/(10255.6202735027315101325.084.0333m m T T p p Z p nRT p ZnRT V V B sc sc sc sc gsc gf g 标-?=++??=??=== （6）等温压缩系数 3.244 1.648 0.52 []） （＝＝ 1068.0648 .1624.452 .0-???= MPa T P T C C r c r gr g （7）粘度 16.836 50 0.0117
第一章 金属自由电子气体模型习题及答案 1. 你是如何理解绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近这一点的？ [解答] 自由电子论只考虑电子的动能。在绝对零度时，金属中的自由（价）电子，分布在费米能级及其以下的能级上，即分布在一个费米球内。在常温下，费米球内部离费米面远的状态全被电子占据，这些电子从格波获取的能量不足以使其跃迁到费米面附近或以外的空状态上，能够发生能态跃迁的仅是费米面附近的少数电子,而绝大多数电子的能态不会改变。也就是说，常温下电子的平均动能与绝对零度时的平均动能十分相近。 2. 晶体膨胀时，费米能级如何变化？ [解答] 费米能级 3/222 )3(2πn m E o F = ， 其中n 单位体积内的价电子数目。晶体膨胀时，体积变大，电子数目不变，n 变小，费密能级降低。 3． 为什么温度升高，费米能反而降低？ [解答] 当K T 0≠时，有一半量子态被电子所占据的能级即是费米能级。除了晶体膨胀引起费米能级降低外，温度升高，费米面附近的电子从格波获取的能量就越大，跃迁到费米面以外的电子就越多，原来有一半量子态被电子所占据的能级上的电子就少于一半，有一半量子态被电子所占据的能级必定降低，也就是说，温度生高，费米能反而降低。 4． 为什么价电子的浓度越大，价电子的平均动能就越大？ [解答] 由于绝对零度时和常温下电子的平均动能十分相近，我们讨论绝对零度时电子的平均动能与电子的浓度的关系。 价电子的浓度越大，价电子的平均动能就越大，这是金属中的价电子遵从费米—狄拉克统计分布的必 然结果。在绝对零度时，电子不可能都处于最低能级上，而是在费米球中均匀分布。由式 3/120)3(πn k F =可知，价电子的浓度越大费米球的半径就越大，高能量的电子就越多，价电子的平均动能 就越大。这一点从3 /2220)3(2πn m E F =和3/222)3(10353πn m E E o F ==式看得更清楚。电子的平均动能E 正比于费米能o F E ，而费米能又正比于电子浓度3 2l n 。所以价电子的浓度越大，价电子的平均动能就越大。 5． 两块同种金属，温度不同，接触后，温度未达到相等前，是否存在电势差？为什么？ [解答] 两块同种金属，温度分别为1T 和2T ，且21T T >。在这种情况下，温度为1T 的金属高于费米能o F E 的电子数目，多于温度为2T 的金属高于费米能o F E 的电子数目。两块同种金属接触后，系统的能量要取最小值，温度为1T 的金属高于o F E 的部分电子将流向温度为2T 的金属。温度未达到相等前，这种流动一直持续，期间，温度为1T 的金属失去电子，带正电；温度为2T 的金属得到电子，带负电，两者出现电势差。
第十章 界面现象 10－1 请回答下列问题： (1) 常见的亚稳定状态有哪些？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？ (2) 在一个封闭的钟罩，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？ (3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？ (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？ (5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？ 答： (1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”， 根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG ＜0，而ΔS ＜0，由ΔG =ΔH －T ΔS ，得 ΔH ＜0，即反应为放热反应。 10－2 在293.15K 及101.325kPa 下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少？已知293.15K 时汞的表面力为0.4865 N ·m －1。 解： 3143r π＝N ×3243r π N ＝3132 r r ΔG ＝2 1 A A dA γ? ＝γ(A 2－A 1)＝4πγ·( N 22 r －21 r )＝4πγ·(3 12 r r －21r )
第一章储层流体的物理性质二. 计算题 1．（1）该天然气的视分子量M=18.39 该天然气的比重γg=0.634 （2）1mol该天然气在此温度压力下所占体积： V≈2.76×10-4(m3) 2．（1）m≈69.73×103(g) （2）ρ≈0.0180×106(g/m3)=0.0180(g/cm3) 3. Z=0.86 4. Bg=0.00523 5. Ng=21048.85×104(m3) 6. （1）Cg=0.125(1/Mpa) （2）Cg=0.0335(1/Mpa) 7. Z=0.84 8. Vg地面=26.273（标准米3） 9. ρg=0.2333(g/cm3) 10. ρg=0.249(g/cm3) 11. Ppc=3.87344（MPa） Pc1﹥Ppc﹥Pc2 12. （1）Z≈0.82 （2）Bg=0.0103 （3）Vg =103(m3) 地下 （4）Cg=0.1364(1/Mpa) （5）μg=0.0138（mpa﹒s） 13. Rs CO2=65（标准米3/米3） Rs CH4=19（标准米3/米3） Rs N2=4.4（标准米3/米3） 14.Rs=106.86（标准米3/米3） 15.（1）Rsi=100（标准米3/米3） （2）Pb=20（MPa） （3）Rs=60（标准米3/米3）
析出气ΔRs=40（标准米3/米3） 16. V/Vb=0.9762 17. γo=0.704(g/cm 3) 18. γo=0.675(g/cm 3) 19. Bo=1.295 20. Bt=1.283 21. Rs=71.3（Nm 3/m 3） Bo=1.317 Bg=0.00785 Bt=1.457 Z=0.854 22. P=20.684Mpa 下： Co=1.422×10—3 (1/Mpa) Bo=1.383 P=17.237Mpa 下： Bo=1.390 Bt=1.390 Rs=89.068（Nm 3/m 3） P=13.790Mpa 下： Bo=1.315 Bt=1.458 Rs=71.186（Nm 3/m 3） Bg=7.962×10—3 Z=0.878 23. 可采出油的地面体积 No=32400（m 3） 24. )/1(10034.32C 4Mpa -?= 若只有气体及束缚水 )/1(10603.169Cg 4Mpa -?= 26. Pb=23.324（Mpa ）
1.1对于体积V 内N 个电子的自由电子气体，证明 （1）电子气体的压强 ()() V p 032ξ?=，其中 0ξ为电子气体的基态能量。 （2）体弹性模量()V p V K ??-=为V 100ξ 解：（1） () 3 2 352225 223101101-==V N m h V m k h F πππξ （1.1.1） () () () ()() V V N m h V N m h V N m h V V p 035 352223535222323522223101323231013101ξππππππξ?==??? ? ??--=??? ? ????=??-=--- （1.1.2） （2） ()() () () V V N m h V N m h V V N m h V V V p V K 1031019103531013231013203 8 35222 383 52 22 353522 2ξππππππ==??? ? ??--=??? ? ????-=??-=--- （1.1.3） 1.2 He 3 原子是具有自旋1/2的费米子。在绝对零度附近，液体He 3 的密度为0.081g ?cm -3。 计算费米能量F ε和费米温度F T 。He 3 原子的质量为g m 24105-?≈。 解：把 He 3 原子当作负电背景下的正电费米子气体. Z=1. 3 2832224 1062.11062.1105081 .01m cm m Z n m ?=?=??== --ρ （1.2.1） ( ) 19173 1 2 108279.7108279.73--?=?==m cm n k F π （1.2.2） () eV J m k F F 42327 2 9 3422102626.41080174.6100.52108279.710055.12----?=?=?????= =ηε （1.2.3） K k T B F F 92.410381.1106.801742323=??==--ε （1.2.4）
第一章油藏流体的界面张力 一.名词解释 1．自由表面能(free surface energy)：表面层分子力场的不平衡使得这些表面分子储存了多余的能量，这种能量称为自由表面能 2．吸附(adsorption)：溶解于某一相中的物质，自发地聚集到两相界面层并急剧减低该界面的表面张力的现象称为吸附 3．界面张力(interfacial tension)：也叫液体的表面张力，就是液体与空气间的界面张力。在数值上与比界面能相等。固体表面与空气的界面之间的界面张力，就是固体表面的自由能。 4．表面活性剂(surface active agent)：指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质 二．判断题，正确的在括号内画√，错误的在括号内画× 1．表面层溶质的浓度较相内大时称正吸附。（√） 2．随界面两侧物质密度差增大，表面张力随之下降。（×） 3．表面活性剂的浓度愈高，则表面张力愈大。（√） 4．油藏条件下的油气表面张力一定小于地面条件。（√） 5．从严格定义上讲，界面并不一定是表面。（√） 6. 界面两侧物质的极性差越大，界面张力越小。（×） 三．选择题 1．若水中无机盐含量增加，则油水表面张力将，若水中表面活性物质含量增加，则油水界面张力将。 A.增加，增加 B.增加，减小 C.减小，增加 D.减小，减小( B )
2．随体系压力增加，油气表面张力将，油水表面张力将。 A.上升，上升 B.上升，下降 C.下降，上升 D.下降，下降( D ) 3．随表面活性物质浓度增加，表面张力，比吸附将。 A.上升，上升 B.上升，下降 C.下降，上升 D.下降，下降( C ) 4．在吉布斯吸附现象中，当表面活度 0，比吸附G 0，该吸附现象称 为正吸附。 A.大于，大于 B.大于，小于 C.小于，大于 D.小于，小于( C ) 4、溶解气：气体溶解度越大，界面张力越小。 2．何为表面张力？油藏流体的表面张力随地层压力，温度及天然气在原油（或水）中的溶解度的变化规律如何？ 表面张力：液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力。 变化规律：油藏流体表面张力随地层压力增大,温度升高而减小。天然气在原油中溶解度越大，油藏流体表面张力越小。 3．就你所知，测定液面表面张力的方法有哪些？ 1、悬滴法 2、吊片法（又称悬片法、吊板法） 3、旋转液滴法