第四章 多组分系统热力学习题

第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。

此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。

以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。

解：根据各组成表示的定义4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。

求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。

解：质量分数的定义为4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B 介于和之间时，溶液的总体积。

求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。

（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。

解：根据定义当时4.460 C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。

二者可形成理想液态混合物。

若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 C时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。

解：质量分数与摩尔分数的关系为求得甲醇的摩尔分数为根据Raoult定律4.580 C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。

两液体可形成理想液态混合物。

若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。

解：根据Raoult定律4.6在18 C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。

现将1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 C下的体积及其组成。

设空气为理想气体混合物。

其组成体积分数为：，解：显然问题的关键是求出O2和N2的Henry常数。

18 C，气体压力101.352 kPa下，O2和N2的质量摩尔浓度分别为这里假定了溶有气体的水的密度为（无限稀溶液）。

多组分系统热力学一、判断题：1 克拉佩龙方程适用于纯物质的任何两相平衡。

（）2 克—克方程比克拉佩龙方程的精确度高。

( )3 一定温度下的乙醇水溶液，可应用克—克方程式计算其饱和蒸气压。

（）4 将克—克方程的微分式用于纯物质的液气两相平衡，因为vap H m>0，所以随着温度的升高，液体的饱和蒸气压总是升高的。

（）5 二组分理想液态混合物的总蒸气压大于任一纯组分的蒸气压。

（）6 理想混合气体中任意组分B的逸度就等于其分压力p B。

（）7 因为溶入了溶质，故溶液的凝固点一定低于纯溶剂的凝固点。

（）8 溶剂中溶入挥发性溶质，肯定会引起溶液的蒸气压升高。

（）9 理想稀溶液中的溶剂遵从亨利定律，溶质遵从拉乌尔定律（）10 理想液态混合物与其蒸气成气、液两相平衡时，气相总压力p与液相组成x B呈线性关系。

（）11 如同理想气体一样，理想液态混合物中分子间没有相互作用力。

（）12 一定温度下，微溶气体在水中的溶解度与其平衡气相分压成正比。

（）13 化学势是一广度量。

（）14 只有广度性质才有偏摩尔量。

（）15 稀溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点。

（）16 单组分系统的熔点随压力的变化可用克劳休斯-克拉佩龙方程解释。

（）17．公式 d G = －S d T + V d p只适用于可逆过程。

（）18．某一体系达平衡时，熵最大，自由能最小。

（）19．封闭体系中，由状态1经定温、定压过程变化到状态2，非体积功W/＜0，且有W/＞G 和G＜0，则此变化过程一定能发生。

（）20．根据热力学第二定律，能得出，从而得到。

（）21．只有可逆过程的G才可以直接计算。

（）22．凡是自由能降低的过程一定都是自发过程。

（）23．只做体积功的封闭体系，的值一定大于零。

（）24．偏摩尔量就是化学势。

（）25．在一个多组分溶液中，只有溶质才有偏摩尔量。

（）26．两组分混合成溶液时，没有热效应产生，此时形成的溶液为理想溶液。

（）27．拉乌尔定律和亨利定律既适合于理想溶液，也适合于稀溶液。

第4章 多组分系统热力学思考题：1. 理想液态混合物和理想气体的微观模型有何不同？2. 理想稀溶液要“稀”到什么程度才算理想稀溶液？3. 在相同的温度和压力下，相同质量摩尔浓理想液态混合物和理想气体的微观模型有何不同？度的葡萄糖和食盐水溶液的渗透压是否相同？4. 在一完全密闭的透明恒温箱中放有两个体积相同的杯子。

往A ，B 杯中分别倒入1/3体积的纯水和蔗糖水溶液，并置于该恒温箱中。

假设恒温箱很小，有少量水蒸发即可达到饱和。

那么经足够长时间后，两杯中会发生什么现象？解释原因。

选择题：1. 下述各量中，哪些是偏摩尔量？（ ） A. C n P T B n H ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ B. C n V T B n U ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ C. C n V T p A ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ D. C n V p T G ,,⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂ E. C n p T B n V ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ F. Cn p S B n H ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ 下述各量中，哪些不是化学势？（ ）A. *,B m G B. C n S V B n U ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ C. C n p T B n H ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ D. Cn p T B n G ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ E. B μ F. Cn V T B n A ,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂ 2. 单一组分过冷液体的化学势比其固体的化学势（ ）A. 高B. 低C. 相等D. 不可比较3. 重结晶制盐的过程中，析出的NaCl 固体的化学势比母液中NaCl 的化学势（ ）A. 高B. 低C. 相等D. 不可比较4.在溶剂中加入非挥发性溶质后沸点升高，说明该溶剂的化学势比未加溶质前的化学势（）A. 高B. 低C. 相等D. 不可比较5.恒温恒压下，在A、B组成的均相体系中，若A的偏摩尔体积随浓度的改变而增加时，B的偏摩尔体积将（）A. 增加B. 减少C. 不变D. 不一定6.0℃，2PΘ时，水的化学势比冰的化学势（）A. 高B. 低C. 相等D. 不可比较7.混合理想气体中组分i的标准态与混合非理想气体中组分i的标准态相比较，其关系为（）A. 相同B. 不同C. 不一定相同D. 无关系8.下列哪种方法对消灭蚂蟥更有利？（）A. 用手拍B. 用刀切成几段C. 扔到岸边暴晒D. 扔到岸边向其身体撒盐9.恒温下，B溶于A中组成溶液。

第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用1.在298K 时，有0.10kg 质量分数为0.0947的硫酸H 2SO 4水溶液，试分别用（1）质量摩尔浓度B m ；（2）物质的量浓度和B c （3）摩尔分数B x 来表示硫酸的含量。

已知在该条件下，硫酸溶液的密度为331.060310kg m -⨯⋅ ，纯水的浓度为3997.1kg m -⋅ 。

解：质量摩尔浓度：()2410.19.47%/1009.47%0.1981.067mol H SO B n m W kg -⨯==-⨯=⋅水物质量浓度：()24331009.47%0.10.19.47%/98997.11.02310mol H SO B n c V m --⨯⨯===⨯g 水 摩尔分数：242420.0189H SO B H SO H On x n n ==+2、在K 298和大气压力下，含甲醇()B 的摩尔分数B x 为0.458的水溶液密度为30.8946kg dm -⋅，甲醇的偏摩尔体积313()39.80V CH OH cm mol -=⋅，试求该水溶液中水的摩尔体积2()V H O 。

解：3322CH OH CH OH H O H O V n V n V =+3322CH OH CH OHH O H OV n V V n -=以1mol 甲醇水溶液为基准，则330.45832(10.458)180.027290.894610m V dm ρ⨯+-⨯===⨯ ∴23310.027290.45839.801016.7210.458H OV cm mol ---⨯⨯==⋅-3.在298K 和大气压下，某酒窖中存在酒10.0m3，其中含乙醇的质量分数为0.96。

今欲加水调制含乙醇的质量分数为0.56的酒，试计算（1）应加入水的体积；（2）加水后，能得到含乙醇的质量分数为0.56的酒的体积已知该条件下，纯水的密度为3997.1kg m -⋅，水和乙醇的偏摩尔体积为()25C H OH ω()()6312/10V H O m mol --⋅()()63125/10V C H OH m mol --⋅0.96 14.61 58.0 0.5617.1156.58解：设加入水的物质的量为O H n 2'，根据题意，未加水时，2520.9610.96::9.3914618C H OH H O n n -== 2525221C H OHC H OH H O H O V n V n V =⋅+⋅ 即 661001.581061.1410522--⨯⨯+⨯⨯=OH H C O H n n解出：25167882C H OH n mol =217877H O n mol = 加入水后，25220.5610.56:():0.4984618C H OH H O H O n n n -'+== 20.5610.56167882:(17877):0.4984618H O n -'+==2'317887H On mol = 加入水的物质的体积为23331788718105.727()999.1H O V m -⨯⨯'== 2525222252'26'6()56.5810(17877)17.1110C H OH C H OH H O H OH OC H OH H OV n V n n V n n --=++=⨯⨯++⨯⨯329.4984495 5.76753115.266V m =+=4.在K 298和kPa 100下，甲醇)(B 的摩尔分数B x 为30.0的水溶液中，水)(A 和甲醇)(B 的偏摩尔体积分别为：132765.17)(-⋅=mol cm O H V ，133632.38)(-⋅=mol cm OH CH V 。

第四章，多组分系统热力学一、选择题1. 在 298K 时，A 和 B 两种气体单独在某一溶剂中溶解，遵守亨利定律，亨利常数分别为 kA 和 KB，且知 KA>KB，则当 A 和 B 压力（平衡时的）相同时，在一定量的该溶剂中所溶解的关系为 ( ) B (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2. 在 400K 时，液体 A 的蒸气压为 4×104Pa，液体 B 的蒸气压为 6×104Pa，两者组成理想液体混合物，平衡时，溶液中 A 的物质的量分数为 0.6，则气相中 B 的物质的量分数为： ( ) B(A) 0.60 (B) 0.50 (C) 0.40 (D) 0.313. 已知挥发性纯溶质 A 液体的蒸气压为 67 Pa，纯溶剂 B 的蒸气压为 26665Pa，该溶质在此溶剂的饱和溶液的物质的量分数为 0.02，则此饱和溶液（假设为理想液体混合物）的蒸气压为：( ) C(A) 600 Pa (B) 26198 Pa (C) 26133 Pa (D) 599 Pa4. 已知 373.2K 时，液体 A 的饱和蒸气压为 133.32 kPa，另一液体 B 可与 A构成理想液体混合物。

当 A 在溶液中的物质的量分数为 0.5 时，A 在气相中的物质量分数为 2/3 时，则在 373.2K时，液体 B 的饱和蒸气压应为： ( ) A(A) 66.66 kPa (B) 88.88 kPa (C) 133.32 kPa (D) 266.64 kPa5. 已知 373K 时液体 A 的饱和蒸气压为 133.24kPa,液体 B 的饱和蒸气压为66.62kPa。

设 A 和 B形成理想溶液,当 A 在溶液中的摩尔分数为 0.5 时,在气相中 A 的摩尔分数为： ( ) D(A) 1 (B) 1/2 (C) 1/3 (D) 2/36. 关于亨利系数,下列说法中正确的是： ( ) D(A) 其值与温度、浓度和压力有关(B) 其值与温度、溶剂性质和浓度有关(C) 其值与温度、溶质性质和浓度有关(D) 其值与温度、溶质和溶剂性质及浓度的标度有关7. 已知 373K 时，液体 A 的饱和蒸气压为 5×104 Pa，液体 B 的饱和蒸气压为 105Pa，A 和 B构成理想液体混合物，当 A 在溶液中的物质的量分数为 0.5时，气相中 B 的物质的量分数为：( ) A(A) 1/1.5 (B) 1/2 (C) 1/2.5 (D) 1/38.2molA物质和3molB物质在等温、等压下，混合形成理想液态混合物，该系统中A和B的偏摩尔体积分别为1.79×10-5m3×mol-1，2.15×10-5m3×mol-1，则混合物的总体积为：（） C(A)9.67×10-5m3 (B)9.85×10-5m3(C)1.003×10-4m3 (D)8.95×10-5m39.298K，标准压力下，苯和甲苯形成理想液态混合物。

第四章多组分系统热力学选择题1. 在和101325Pa•下水的化学势与水蒸气化学位的关系为(A) μ(水)＝μ(汽) (B) μ(水)＜μ(汽)(C) μ(水)＞μ(汽) (D) 无法确定答案：A。

两相平衡，化学势相等。

2．下列哪种现象不属于稀溶液的依数性(A) 凝固点降低（B）沸点升高(C) 渗透压（D）蒸气压升高^答案：D。

稀溶液的依数性之一为蒸气压下降。

3．98K时，A、B两种气体在水中的亨利常数分别为k1和k2，且k1＞k2，则当P1＝P2时，A、B在水中的溶解量C1 和C2 的关系为(A) C1＞C2 (B) C1＜C2 (C) C1＝C2 (D) 不能确定答案：B4．将非挥发性溶质溶于溶剂中形成稀溶液时，将引起(A) 沸点升高(B) 熔点升高(C) 蒸气压升高(D) 都不对答案：A。

稀溶液的依数性包括沸点升高、凝固点下降、蒸气压下降和渗透压。

5. 涉及纯物质标准状态的下列说法中不正确的是(A) 纯理想气体的标准状态就是标准压力P(100KPa)下的状态(B) 纯液体物质的标准状态就是标准压力P(100KPa)下的纯液体—(C) 纯固体物质的标准状态就是标准压力P(100KPa)下的纯固体(D) 不同的物质在相同温度下都处于标准状态时，它们的同一热力学函数值都应相同答案：D6. 稀溶液的依数性包括蒸汽压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压,下面的陈述都与它们有关,其中正确的是(A) 只有溶质不挥发的稀溶液才有这些依数性(B) 所有依数性都与溶液中溶质的浓度成正比(C) 所有依数性都与溶剂的性质无关(D) 所有依数性都与溶质的性质有关答案：B7. 关于亨利系数, 下面的说法中正确的是!(A) 其值与温度、浓度和压力有关(B) 其值只与温度、溶质性质和浓度标度有关(C) 其值与溶剂性质、温度和浓度大小有关(D) 其值与温度、溶剂和溶质的性质及浓度标度等因素都有关答案：D8. 定义偏摩尔量时规定的条件是(A) 等温等压 (B) 等熵等压(C) 等温, 溶液浓度不变 (D) 等温等压, 溶液浓度不变答案：D9. 关于偏摩尔量, 下面的说法中正确的是~(A) 偏摩尔量的绝对值都可求算(B) 系统的容量性质才有偏摩尔量(C) 同一系统的各个偏摩尔量之间彼此无关(D) 没有热力学过程就没有偏摩尔量答案：B10. 关于偏摩尔量, 下面的叙述中不正确的是(A) 偏摩尔量是状态函数, 其值与物质的数量无关(B) 系统的强度性质无偏摩尔量(C) 纯物质的偏摩尔量等于它的摩尔量(D) 偏摩尔量的数值只能为整数或零-答案：D11. 影响沸点升高常数和凝固点降低常数值的主要因素是(A) 溶剂本性 (B) 温度和压力 （C ）溶质本性(D) 温度和溶剂本性答案：A 。

第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用1.在298K 时，有0.10kg 质量分数为0.0947的硫酸H 2SO 4水溶液，试分别用（1）质量摩尔浓度B m ；（2）物质的量浓度和B c （3）摩尔分数B x 来表示硫酸的含量。

已知在该条件下，硫酸溶液的密度为331.060310kg m -⨯⋅ ，纯水的浓度为3997.1kg m -⋅ 。

解：质量摩尔浓度：()2410.19.47%/1009.47%0.1981.067mol H SO B n m W kg -⨯==-⨯=⋅水物质量浓度：()24331009.47%0.10.19.47%/98997.11.02310mol H SO B n c V m --⨯⨯===⨯g 水 摩尔分数：242420.0189H SO B H SO H On x n n ==+2、在K 298和大气压力下，含甲醇()B 的摩尔分数B x 为0.458的水溶液密度为30.8946kg dm -⋅，甲醇的偏摩尔体积313()39.80V CH OH cm mol -=⋅，试求该水溶液中水的摩尔体积2()V H O 。

解：3322CH OH CH OH H O H O V n V n V =+3322CH OH CH OHH O H OV n V V n -=以1mol 甲醇水溶液为基准，则330.45832(10.458)180.027290.894610m V dm ρ⨯+-⨯===⨯ ∴23310.027290.45839.801016.7210.458H OV cm mol ---⨯⨯==⋅-3.在298K 和大气压下，某酒窖中存在酒10.0m3，其中含乙醇的质量分数为0.96。

今欲加水调制含乙醇的质量分数为0.56的酒，试计算（1）应加入水的体积；（2）加水后，能得到含乙醇的质量分数为0.56的酒的体积已知该条件下，纯水的密度为3997.1kg m -⋅，水和乙醇的偏摩尔体积为()25C H OH ω()()6312/10V H O m mol --⋅ ()()63125/10V C H OH m mol --⋅0.96 14.61 58.0 0.5617.11 56.58解：设加入水的物质的量为O H n 2'，根据题意，未加水时，2520.9610.96::9.3914618C H OH H O n n -== 2525221C H O H C H O H H O H OV n V n V =⋅+⋅ 即 661001.581061.1410522--⨯⨯+⨯⨯=O H H C O H n n 解出：25167882C H OH n mol =217877H O n mol = 加入水后，25220.5610.56:():0.4984618C H O HH O H On n n -'+== 20.5610.56167882:(17877):0.4984618H O n -'+== 2'317887H O n mol = 加入水的物质的体积为23331788718105.727()999.1H O V m -⨯⨯'== 2525222252'26'6()56.5810(17877)17.1110C H OH C H OH H O H OH OC H OH H OV n V n n V n n--=++=⨯⨯++⨯⨯329.4984495 5.76753115.266V m =+=4.在K 298和kPa 100下，甲醇)(B 的摩尔分数B x 为30.0的水溶液中，水)(A 和甲醇)(B 的偏摩尔体积分别为：132765.17)(-⋅=mol cm O H V ，133632.38)(-⋅=mol cm OH CH V 。

第四章多组分系统热力学及其在溶液中的应用一、选择题1．已知373K时液体A的饱和蒸气压为105Pa,液体B的饱和蒸气压为0.5⨯105Pa。

设A和B构成理想溶液，则当A在溶液中的摩尔分数为0.5时，在气相中A的摩尔分数为（）。

(a)1 (b)1/2 (c)2/3 (d)1/32．273.15K,101325Pa下，1dm3水中能溶解49mol氧或23.5mol氮，在标准情况下，1dm3水中能溶解的空气的量为（）。

(a)25.5mol (b)28.6mol (c)96mol (d)72.5mol3．一封闭钟罩中放一杯纯水A和一杯糖水B，静置足够长时间后发现（）。

(a)A杯水减少，B杯水满后不再变化(b)A杯水减少至空杯，B杯水满后溢出(c) B杯水减少，A杯水满后不再变化(d) B杯水减少至空杯，A杯水满后溢出4．在某温度下，当B溶解于A中形成溶液时，若纯B的摩尔体积大于溶液中B的偏摩尔体积时，(设B的偏摩尔体积大于零),若增加压力则B在A中的溶解度将( )：(a) 增大(b)减小(c) 不变(d)不确定5．温度为273K，压力为1⨯106Pa下液态水和固态水的化学势μ（l）和μ（s）之间的关系为（）。

(a)μ（l）>μ（s）(b)μ（l）=μ（s）(c)μ（l）<μ（s）(d)无确定关系6．在等温、等压下，溶剂A和溶质B形成一定浓度的稀溶液，采用不同浓度表示的话，则（）。

(a)溶液中A和B的活度不变(b)溶液中A和B的标准化学势不变(c)溶液中A和B的活度因子不变(d)溶液中A和B的化学势值不变7．有一稀溶液质量摩尔浓度为m，沸点升高值为∆T b,凝固点降低值为∆T f,则（）。

(a)∆T f >∆T b(b)∆T f =∆T b(c)∆T f <∆T b(d)无确定关系8．有四杯含不同溶质相同质量摩尔浓度（m=1mol⋅kg-1）的水溶液，分别测定其沸点，沸点升高最多的是（）。