物理化学(天津大学第四版)上册答案完整版
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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。
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1.5两个容积均为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,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,充氮气后,系统中氧的摩尔分数为,则,。
重复上面的过程,第n次充氮气后,系统的摩尔分数为,因此。
1.13 今有0 C,40.530 kPa的N2气体,分别用理想气体状态方程及van der Waals 方程计算其摩尔体积。
实验值为。
解:用理想气体状态方程计算用van der Waals计算,查表得知,对于N2气(附录七),用MatLab fzero函数求得该方程的解为也可以用直接迭代法,,取初值,迭代十次结果1.16 25 C时饱和了水蒸气的湿乙炔气体(即该混合气体中水蒸气分压力为同温度下水的饱和蒸气压)总压力为138.7 kPa,于恒定总压下冷却到10 C,使部分水蒸气凝结为水。
第一章气体的pVT性质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,充氮气后,系统中氧的摩尔分数为,则,。
重复上面的过程,第n次充氮气后,系统的摩尔分数为,因此。
今有0 C, kPa的N2气体,分别用理想气体状态方程及van der Waals方程计算其摩尔体积。
实验值为。
解:用理想气体状态方程计算用van der Waals计算,查表得知,对于N2气(附录七),用MatLab fzero函数求得该方程的解为也可以用直接迭代法,,取初值,迭代十次结果25 C时饱和了水蒸气的湿乙炔气体(即该混合气体中水蒸气分压力为同温度下水的饱和蒸气压)总压力为 kPa,于恒定总压下冷却到10 C,使部分水蒸气凝结为水。
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1.5两个容积均为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,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,充氮气后,系统中氧的摩尔分数为,则,。
重复上面的过程,第n次充氮气后,系统的摩尔分数为,因此。
1.13 今有0 C,40.530 kPa的N2气体,分别用理想气体状态方程及van der Waals 方程计算其摩尔体积。
实验值为。
解:用理想气体状态方程计算用van der Waals计算,查表得知,对于N2气(附录七),用MatLab fzero函数求得该方程的解为也可以用直接迭代法,,取初值,迭代十次结果1.16 25 C时饱和了水蒸气的湿乙炔气体(即该混合气体中水蒸气分压力为同温度下水的饱和蒸气压)总压力为138.7 kPa,于恒定总压下冷却到10 C,使部分水蒸气凝结为水。
第九章统计热力学初步
1.按照能量均分定律,每摩尔气体分子在各平动自由度上的平均动能为。
现有1 mol CO气体于0 ºC、101.325 kPa条件下置于立方容器中,试求:
(1)每个CO分子的平动能;
(2)能量与此相当的CO分子的平动量子数平方和
解:(1)CO分子有三个自由度,因此,
(2)由三维势箱中粒子的能级公式
2.某平动能级的,使球该能级的统计权重。
解:根据计算可知,、和只有分别取2,4,5时上式成立。
因此,该能级的统计权重为g = 3! = 6,对应于状态。
3.气体CO分子的转动惯量,试求转动量子数J为4与3两能级
的能量差,并求时的。
解:假设该分子可用刚性转子描述,其能级公式为
4.三维谐振子的能级公式为,式中s为量子数,即。
试证明能级的统计权重为
解:方法1,该问题相当于将s个无区别的球放在x,y,z三个不同盒子中,每个盒子容纳的球数不受限制的放置方式数。
x盒中放置球数0,y, z中的放置数s + 1
x盒中放置球数1,y, z中的放置数s
……………………………………….
x盒中放置球数s,y, z中的放置数1
方法二,用构成一三维空间,为该空间的一个平面,其与三个轴均相交于s。
该平面上为整数的点的总数即为所求问题的解。
这些点为平
面在平面上的交点:
由图可知,
5.某系统由3个一维谐振子组成,分别围绕着
A, B, C三个定点做振动,总能量为。
试
列出该系统各种可能的能级分布方式。
解:由题意可知方程组
的解即为系统可能的分布方式。
方程组化简为,其解为。
一章气体的pVT关系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1.2 气柜内贮有121.6 kPa,27℃的氯乙烯(C2H3Cl)气体300 m3,若以每小时90 kg的流量输往使用车间,试问贮存的气体能用多少小时?解:假设气柜内所贮存的气体可全部送往使用车间。
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:将甲烷(M w=16g/mol)看成理想气体: PV=nRT , PV =mRT/ M w甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PM w/RT=101.32516/8.314273.15(kg/m3)=0.714 kg/m31.4 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。
若改充以25℃,13.33 kPa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。
水的密度1g·cm3计算。
解:球形容器的体积为V=(125-25)g/1 g.cm-3=100 cm3将某碳氢化合物看成理想气体:PV=nRT , PV =mRT/ M wM w= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)8.314300.15/(1333010010-6)M w =30.51(g/mol)1.5 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℃,另一个球则维持 0℃,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,1.6 0℃时氯甲烷(CH 3Cl )气体的密度ρ随压力的变化如下。
试作p p-ρ图,用外推法求氯甲烷的相对分子质量。
1.7 今有20℃的乙烷-丁烷混合气体,充入一抽成真空的200 cm3容器中,直至压力达101.325 kPa,测得容器中混合气体的质量为0.3897 g。
面向21世纪课程教材 天津大学物理化学教研室编 高等教育出版社《物理化学》(上、下册)第四版习题解答上册P94(热力学第一定律):15.恒容绝热,ΔU=Q V =0ΔU=ΔU Ar +ΔU Cu =(nC V ,m ΔT)Ar +(nC p,m ΔT)Cu =4(20.786-R)(T -273.15)+2×24.435(T -423.15)=0 T=347.38KΔH=ΔH Ar +ΔH Cu =(nC p,m ΔT)Ar +(nC p,m ΔT)Cu =4×20.786(347.38-273.15)+2×24.435(347.38-423.15)=2469J 19.恒压绝热,ΔH=Q p =0ΔH=ΔH A +ΔH B =(nC p,m ΔT)A +(nC p,m ΔT)B =2×2.5R(T -273.15)+5×3.5R(T -373.15)=0 T=350.93KW=ΔU=ΔU A +ΔU B =(nC V ,m ΔT)A +(nC V ,m ΔT)B =2×1.5R(350.93-273.15)+5×2.5R(350.93-373.15)= -369.2J 35.(1) Δr H øm =Δf H øm,酯+2Δf H øm,水-2Δf H øm,醇-Δf H øm,氧= -379.07+2(-285.83)-2(-238.66)-0= -473.41kJ .mol -1 (2) Δr H øm =2Δc H øm,醇+Δc H øm,氧-Δc H øm,酯-2Δc H øm,水=2(-726.51)+0-(-979.5)-0= -473.52 kJ .mol -137.由 HCOOCH 3+2O 2==2CO 2+2H 2OΔc H øm,酯=Δr H øm =2Δf H øm,二氧化碳+2Δf H øm,水-Δf H øm,酯 Δf H øm,酯=2Δf H øm,二氧化碳+2Δf H øm,水-Δc H øm,酯=2(-393.509)+2(-285.83)-(-979.5)= -379.178 kJ .mol -1由 HCOOH+CH 3OH==HCOOCH 3+H 2O Δr H øm =Δf H øm,酯+Δf H øm,水-Δf H øm,酸-Δf H øm,醇= -379.178+(-285.83)-(-424.72)-(-238.66)= -1.628 kJ .mol -1P155(热力学第二定律):1. (1) η=1-T 2/T 1=1-300/600=0.5(2) η= -W/Q 1Q 1= -W/η=100/0.5=200kJ 循环 ΔU=0,-W=Q=Q 1+Q 2 -Q 2=Q 1+W=200-100=100kJ10.理想气体恒温 ΔU=0,ΔS 系统=nR ln (p 1/p 2)=1×8.3145ln (100/50)=5.763J .K -1(1) Q= -W=nRT ln (p 1/p 2) =1×8.3145×300ln (100/50)=1729J 可逆 ΔS 总=0(2) Q= -W=p ex ΔV=22111247J 2nRT nRT p nRT p p -==⎛⎫⎪⎝⎭-11247 4.157J K 300Q Q S T T--∆====-⋅环境环境环境ΔS 总=ΔS 系统+ΔS 环境=5.763-4.157=1.606J .K -1 (3) Q= -W=0 ΔS 环境=0ΔS 总=ΔS 系统+ΔS 环境=5.763J .K -1 19.恒压绝热,ΔH=Q p =0ΔH=ΔH 冷+ΔH 热=(C p ΔT)冷+(C p ΔT)热 =100×4.184(T -300.15)+200×4.184(T -345.15)=0 T=330.15KΔS=ΔS 冷+ΔS 热=C p,冷ln (T/T 1)+C p,热ln (T/T 1) =100×4.184ln (330.15/300.15)+200×4.184 ln (330.15/345.15)=2.678J .K -1 23.恒压 Q=ΔH=n Δvap H m =(1000/32.042)×35.32=1102.3kJW= -p ex ΔV= -p(V g -V l )= -pV g = -nRT= -(1000/32.042)×8.3145×337.80= -87655J ΔU=Q+W=1102.3-87.655=1014.6kJ可逆相变 ΔS=ΔH/T=1102.3/337.80=3.2632kJ .K -136. H 2O(l) 101.325kPa ,393.15K H 2O(g)ΔH 1=C p ΔT=1×4.224(-20)= -84.48kJ ΔH 3=C p ΔT=1×2.033×20= 40.66kJ ΔS 1=C p ln (T 2/T 1)=4.224ln (373.15/393.15) ΔS 3=C p ln (T 2/T 1)=2.033ln (393.15/373.15)=-0.2205kJ .K -1 =0.1061kJ .K -1H 2O(l) 101.325kPa,373.15KH 2O(g)ΔH 2=2257.4kJΔS 2=ΔH 2/T=2257.4/373.15=6.0496kJ .K -1ΔH=ΔH 1+ΔH 2+ΔH 3= -84.48+2257.4+40.66=2213.58kJ ΔS=ΔS 1+ΔS 2+ΔS 3= -0.2205+6.0496+0.1061=5.9352kJ .K -1 ΔG=ΔH -T ΔS=2213.58-393.15×5.9352= -119.84kJ或由22112211T T T p T T p T T T H H C dTC dT S S T∆=∆+∆∆∆=∆+⎰⎰计算40.(1) Δr H øm =2Δf H øm,CO +2Δf H øm,H2-Δf H øm,CH4-Δf H øm,CO2=2(-110.525)+0-(-74.81)-(-393.509)=247.269kJ .mol -1 Δr S øm =2S øm,CO +2S øm,H2-S øm,CH4-S øm,CO2=2×197.674+2×130.684-186.264-213.74=256.712J .K -1.mol -1 Δr G øm =Δr H øm -T Δr S øm =247.269-298.15×256.712/1000=170.730 kJ .mol -1 (2) Δr G øm =2Δf G øm,CO +2Δf G øm,H2-Δf G øm,CH4-Δf G øm,CO2=2(-137.168)+0-(-50.72)-(-394.359)=170.743kJ .mol -1(3) 反应物(150kPa) 产物(50kPa)ΔS 1=nR ln (p 1/p 2)=2R ln (150/100)=6.742 ΔS 2=nR ln (p 1/p 2)=4R ln (100/50)=23.053 ΔG 1=-nRT ln (p 1/p 2)=-2010 ΔG 1=-nRT ln (p 1/p 2)=-6873反应物(100kPa) 产物(100kPa)Δr S øm Δr G ømΔr S m =Δr S øm +ΔS 1+ΔS 2=256.712+6.742+23.053=286.507J .K -1.mol -1Δr G m =Δr G øm +ΔG 1+ΔG 2=170.743-2.010-6.873=161.860 kJ .mol -1 或 先求出各压力下的S m 、Δf G m 值或 由等温方程Δr G m =Δr G øm +RT ln J p (见第五章化学平衡) P208(多组分系统热力学):2. (1)/////(1)/0.095/0.1801580.01040.095/0.180158(10.095)/0.0180153B B BB BB B AB B A AB B B An m M mw M x n n m M m M mw M m w M ===+++-==+-(2) -3/0.0951036.5546mol m /0.180158B B B B B Bn m M w c V m M ρρ⨯=====⋅(3) -1//0.095/0.1801580.583mol kg (1)10.095B B BB B B AAB n m M mw M b m m m w =====⋅--7. k B =p B /x B =101.325/0.0425=2384kPa由 p=p A +p B =p A *x A +k B x B 101.325=10.0(1-x B )+2384x B x B =0.03847//36.4610.03847///36.461100/78.114B B BB B B AB B A AB n m M m x n n m M m M m ====+++m B =1.867g24.b B =ΔT f /K f =0.200/1.86=0.1075mol .kg -1**1000/18.01533.167 3.161kPa 1000/18.01530.1075A A A A A A Bn p p p x p n n ===⋅=⨯=++25.-30.400010000.16136mol m 8.3145298.15B c RT∏⨯===⋅⨯4-13/10 6.2010g mol0.16136110B B BB B B B n m M c VV m M c V-=====⨯⋅⨯⨯27.b B =ΔT f /K f =0.56/1.86=0.301mol .kg -1(1) Π=c B RT=ρb B RT=1000×0.301×8.3145×310.15=7.76×105Pa(2) /B B B BB An n m M b m m Vρ=≈=30.301100010342.30103g B B B m b VM ρ-==⨯⨯⨯=P245(化学平衡):5. 反应之间的关系为:(3)=2(2)-(1)故 Δr G øm,3=2Δr G øm,2-Δr G øm,1-RTlnK ø3=2(-RTlnK ø2)-(-RTlnK ø1) K ø3=( K ø2)2/ K ø16. SO 2Cl 2 == SO 2 + Cl 2开始压力 0 44.786 47.836 平衡压力 p 44.786-p 47.836-p平衡总压Σ=p+44.786-p+47.836-p=86.096 得p=6.526kPa22222222(44.786 6.526)(47.836 6.526)2.4226.526100SOCl SO ClSO Cl SO Cl p p p p ppK p p ppφφφφφ⋅⋅--====⋅⨯8. (1) PCl 5 == PCl 3 + Cl 2开始量 1 0 0平衡量 1-a a a 平衡总量Σ=1+a摩尔分数 1 111αααααα-+++ 325210.31211PCl ClPCl p p p p p p K p pppφφφφφφαααα⋅⋅+===-⋅+⎛⎫ ⎪⎝⎭代入p=200kPa ,p ø=100kPa ,得a =0.367 (2) PCl 5 == PCl 3 + Cl 2 开始量 1 0 5平衡量 1-a a 5+a 平衡总量Σ=6+a摩尔分数 15 666αααααα-++++ 3255660.31216PClClPCl p p p p pp p p K p pppφφφφφφφαααααα+⋅⋅⋅++===-⋅+⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭代入p=101.325kPa ,p ø=100kPa ,得a =0.26810.32266.66/20.1111100NH H Sp p K p p φφφ=⋅==⎛⎫ ⎪⎝⎭(1) NH 4HS (s) == NH 3 + H 2S 开始压 0 39.99平衡压 p 39.99+p 平衡总压Σ=39.99+2p 3239.990.111110010018.87kPa39.99277.73kPaNH H Sp p p p K ppp p φφφ+=⋅=⋅==∑=+=(2) 即要求Δr G m >0,也即J p =32NH H Sp p ppφφ⋅>K ø6.6660.1111100100p⨯> p>166.7kPa17.AgCl 的溶度积即反应AgCl==Ag ++Cl -的平衡常数Δr G øm =Δf G øm,Ag++Δf G øm,Cl --Δf G øm,AgCl=77.107+(-131.22)-(-109.789)=55.676kJ .mol -1105-355.6761000ln 22.4598.3145298.151.7610 1.3310mol dmr m G K RTK s c c φφφ--+-∆⨯=-=-=-⨯=⨯====⨯⋅下册P46(电化学): 10.Λm =κ/c=0.0368/(0.05×1000)=0.000736Ω-1.m 2.mol -1Λm ∞=λ+∞+λ-∞=0.034982+0.00409=0.039072Ω-1.m 2.mol -1 a =Λm /Λm ∞=0.000736/0.039072=0.018842250.050.01884 1.80910110.01884c K φαα-⨯===⨯--19.(1) Pb + Hg 2SO 4 == PbSO 4 + 2Hg(2) Δr G m = -zFE= -2×96485×0.9647= -186.16×103J .mol -1 Δr S m =zF(∂E/∂T)p =2×96485×1.74×10-4=33.58J .K -1.mol -1 Δr H m =Δr G m +T Δr S m = -186.16×103+298.15×33.58= -176.15×103 J .mol -1 Q r,m =T Δr S m =298.15×33.58=10.01×103 J .mol -1 21.Ag + 0.5Hg 2Cl 2 == AgCl + HgΔr S m =S m,AgCl +S m,Hg -S m,Ag -0.5S m,Hg2Cl2=96.2+77.4-42.55-0.5×195.8=33.15J .K -1.mol -1 Δr G m =Δr H m -T Δr S m =5435-298.15×33.15= -4449J .mol -14-144490.04611V19648533.15 3.43610V K 196485r m r m pG E zFS E T zF -∆=-==⨯∆∂===⨯⋅∂⨯⎛⎫ ⎪⎝⎭35.负极反应:2Sb+3H 2O -6e →Sb 2O 3+6H +6*21210.05916lg 0.05916lg 0.05916pH60.05916pH 0.05916pH 0.34510.228pH pH 3.98 5.960.059160.05916H H a a E E E E φφφφϕϕϕϕϕϕϕϕ++----+-+-=+=+=-=-=-+=+--=+=+=37.(1) 反应Fe 2++Ag +==Fe 3++Ag 相应电池为:Pt|Fe 2+,Fe 3+||Ag +|AgE ø=φ+ø-φ-ø=0.7994-0.770=0.0294V1964850.0294ln 1.1448.3145298.153.14zFE K RTK φφφ⨯⨯===⨯=(2) Fe 2+ + Ag + == Fe 3+ + Ag 开始浓度 0 0 0.05 平衡浓度 x x 0.05-x2-30.05 3.140.0439mol dmx K xx φ-===⋅40.(1) 溴化银电极的标准电势即银电极的非标准电势,||||130.05916lg 0.05916lg4.88100.79940.05916lg0.07105V1sp Ag AgBr Br Ag Ag Ag Ag Ag Ag Ag BrK a a φφφϕϕϕϕ-++++--==+=+⨯=+=(2) AgBr 的Δf G øm 即反应Ag+0.5Br 2==AgBr 的Δr G øm该反应相应电池为:Ag,AgBr|Br -|Br 2,Pt E ø=φ+ø-φ-ø=1.065-0.07105=0.99395V Δr G m ø= -zFE ø= -1×96485×0.99395= -95.901×103J .mol -1 P191(界面现象):3.汞γ乙醚-汞=γ水-汞+γ乙醚-水cos θ 0.379=0.375+0.0107cos θ θ=68.050 4. 02lnr p Mp RTrγρ=920.072750.018015ln1.07722.337998.38.3145293.15106.863kPar r p p -⨯⨯==⨯⨯⨯=6. 对水中气泡,66220.05885 1.17710Pa 0.110p r γ-⨯∆===-⨯-⨯ 对空中水滴,66220.05885 1.17710Pa 0.110p rγ-⨯∆===⨯⨯P289(化学动力学):7. CH 3NNCH 3 == C 2H 6 + N 2t=0 21.332 0 0 t=1000s p 21.332-p 21.332-p 总压Σ= p+(21.332-p)+(21.332-p)=22.732得 p=19.932kPa一级反应5-10141/2511121.332l n l n 6.78810s100019.932l n 2l n 21.02110s 6.78810p k t p t k --===⨯===⨯⨯9. 由题意 r 0=k 1c 0=1×10-3r=k 1c=0.25×10-3 两式相除,得 c 0/c=4一级反应 -1011/2111ln ln 40.0231min60ln 2ln 230.0min0.0231c k t c t k ======c 0=1×10-3/k 1=1×10-3/0.0231=0.0433mol .dm -313.二级反应 3-1-1201111110.0333d m m o l m i n1010.251k t c c =-=-=⋅⋅-⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 23.由题意,半衰期与初压成反比,可知该反应为二级反应-1-1201/2110.00493kPa s 101.3252k p t ===⋅⨯30.1111lna E k k R T T =--⎛⎫⎪⎝⎭-1103.3100011ln1.56060.2928.3145353.15338.151.390minkk ⨯=--==⎛⎫⎪⎝⎭由速率常数的单位可知反应为一级反应,故1/2ln 2ln 20.4987min 1.390t k === 37.由动力学方程()11001ln1nnc kt cc kt c n --=-=-或可知:反应从某相同初始浓度c 0到达某一定浓度c 时,k 与t 成反比。
一章气体的pVT关系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1.2 气柜内贮有121.6 kPa,27℃的氯乙烯(C2H3Cl)气体300 m3,若以每小时90 kg的流量输往使用车间,试问贮存的气体能用多少小时?解:假设气柜内所贮存的气体可全部送往使用车间。
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:将甲烷(M w=16g/mol)看成理想气体: PV=nRT , PV =mRT/ M w甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PM w/RT=101.32516/8.314273.15(kg/m3)=0.714 kg/m31.4 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。
若改充以25℃,13.33 kPa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。
水的密度1g·cm3计算。
解:球形容器的体积为V=(125-25)g/1 g.cm-3=100 cm3将某碳氢化合物看成理想气体:PV=nRT , PV =mRT/ M wM w= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)8.314300.15/(1333010010-6)M w =30.51(g/mol)1.5 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℃,另一个球则维持 0℃,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,1.6 0℃时氯甲烷(CH 3Cl )气体的密度ρ随压力的变化如下。
试作p p-ρ图,用外推法求氯甲烷的相对分子质量。
1.7 今有20℃的乙烷-丁烷混合气体,充入一抽成真空的200 cm3容器中,直至压力达101.325 kPa,测得容器中混合气体的质量为0.3897 g。
试求该混合气体中两种组分的摩尔分数及分压力。
解:将乙烷(M w=30g/mol,y1),丁烷(M w=58g/mol,y2)看成是理想气体:PV=nRT n=PV/RT=8.314710-3mol(y130+(1-y1) 58)8.314710-3=0.3897y1=0.401 P1=40.63kPay2=0.599 P2=60.69kPa1.8 试证明理想混合气体中任一组分B的分压力p B与该组分单独存在于混合气体的温度、体积条件下的压力相等。
解:根据道尔顿定律分压力对于理想气体混合物,所以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)相同(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,充氮气后,系统中氧的摩尔分数为,则,重复上面的过程,第n次充氮气后,系统的摩尔分数为因此1.12 CO2气体在40℃时的摩尔体积为0.381 dm3·mol-1。
设CO2为范德华气体,试求其压力,并比较与实验值 5066.3 kPa的相对误差。
1.13 今有0℃,40.530 kPa的N2气体,分别用理想气体状态方程及范德华方程计算其摩尔体积。
实验值为。
1.16 25℃时饱和了水蒸气的湿乙炔气体(即该混合气体中水蒸气分压力为同温度下水的饱和蒸气压)总压力为138.7 kPa,于恒定总压下冷却到10℃,使部分水蒸气凝结为水。
试求每摩尔干乙炔气在该冷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3.17 kPa及1.23 kPa。
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。
当容器于300K条件下达平衡时,容器内压力为101.325kPa。
若把该容器移至373.15K的沸水中,试求容器中达到新平衡时应有的压力。
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:300K空气的分压力为:101.325kPa-3.567kPa=97.758kPa373.15K该气体的分压力为:97.758kPa×373.15K/300K=121.58kPa373.15K水的饱和蒸气压为101.325kPa,故分压力为101.325kPa容器中达到新平衡时应有的压力为:101.325kPa+121.58kPa=222.92kPa1.18 把25℃的氧气充入 40dm3的氧气钢瓶中,压力达 202 7×102kPa。
试用普遍化压缩因子图求钢瓶中氧气的质量。
氧气的T C=-118.57℃,P C=5.043MPa氧气的T r=298.15/(273.15-118.57)=1.93, P r=20.27/5.043=4.02Z=0.95PV=ZnRTn=PV/ZRT=202.7×105×40×10-3/(8.314×298.15)/0.95=344.3(mol) 氧气的质量m=344.3×32/1000=11(kg)第二章 热力学第一定律2.1 1mol 理想气体在恒定压力下温度升高1℃,求过程中系统与环境交换的功。
解:理想气体n = 1mol对于理想气体恒压过程,应用式(2.2.3)W =-p amb ΔV =-p(V 2-V 1) =-(nRT 2-nRT 1) =-8.314J2.2 1mol 水蒸气(H 2O,g)在100℃,101.325kPa 下全部凝结成液态水。
求过程的功。
假设:相对于水蒸气的体积,液态水的体积可以忽略不计。
解: n = 1mol恒温恒压相变过程,水蒸气可看作理想气体, 应用式(2.2.3)W =-p amb ΔV =-p(V l -V g ) ≈ pVg = nRT = 3.102kJ2.3 在25℃及恒定压力下,电解1mol 水(H 2O,l),求过程的体积功。
H 2O(l) = H 2(g) + 1/2O 2(g) 解: n = 1mol恒温恒压化学变化过程, 应用式(2.2.3)W=-p amb ΔV =-(p 2V 2-p 1V 1)≈-p 2V 2 =-n 2RT=-3.718kJ2.4 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。
若途径a 的Q a =2.078kJ,Wa=-4.157kJ ;而途径b 的Q b =-0.692kJ 。
求W b .解: 热力学能变只与始末态有关,与具体途径无关,故 ΔU a = ΔU b由热力学第一定律可得 Qa + Wa = Q b + W b ∴ W b = Q a + W a -Q b = -1.387kJ2.5 始态为25℃,200 kPa 的5 mol 某理想气体,经途径a ,b 两不同途径到达相同的末态。
途经a 先经绝热膨胀到 -28.47℃,100 kPa ,步骤的功;再恒容加热到压力200 kPa 的末态,步骤的热。
途径b 为恒压加热过程。
求途径b 的及。
解:先确定系统的始、末态3111061902000001529831485m ...P nRT V =××==32101601000005824431485m ...P nRT V V =××=== kJ .kJ )..(Q W U Δa a 85194225575=+=+=-对于途径b ,其功为kJ .J ..V Δp W b 932706190101602000001-)-(--===根据热力学第一定律2.6 4mol 某理想气体,温度升高20℃, 求ΔH -ΔU 的值。
解:根据焓的定义2.7 已知水在25℃的密度ρ=997.04kg·m-3。
求1mol水(H2O,l)在25℃下:(1)压力从100kPa增加至200kPa时的ΔH;(2)压力从100kPa增加至1Mpa时的ΔH。
假设水的密度不随压力改变,在此压力范围内水的摩尔热力学能近似认为与压力无关。
解: 已知ρ= 997.04kg·m-3 M H2O = 18.015 × 10-3 kg·mol-1凝聚相物质恒温变压过程, 水的密度不随压力改变,1molH2O(l)的体积在此压力范围可认为不变, 则V H2O = m /ρ= M/ρΔH -ΔU = Δ(pV) = V(p2 -p1 )摩尔热力学能变与压力无关, ΔU = 0∴ΔH = Δ(pV) = V(p2 -p1 )1) ΔH -ΔU = Δ(pV) = V(p2 -p1 ) = 1.8J2) ΔH -ΔU = Δ(pV) = V(p2 -p1 ) = 16.2J2.8 某理想气体C v,m=3/2R。
今有该气体5mol在恒容下温度升高50℃。
求过程的W,Q,ΔH和ΔU。
解: 理想气体恒容升温过程 n = 5mol C V,m = 3/2RQ V =ΔU = n C V,mΔT = 5×1.5R×50 = 3.118kJW = 0ΔH = ΔU + nRΔT = n C p,mΔT= n (C V,m+ R)ΔT = 5×2.5R×50 = 5.196kJ2.9 某理想气体C v,m=5/2R。
今有该气体5mol在恒压下温度降低50℃。
求过程的W,Q,ΔU和ΔH。
解: 理想气体恒压降温过程 n = 5molC V,m = 5/2R C p,m = 7/2RQ p =ΔH = n C p,mΔT = 5×3.5R×(-50) = -7.275kJW =-p ambΔV =-p(V2-V1) =-(nRT2-nRT1) = 2.078kJΔU =ΔH-nRΔT = nC V,mΔT = 5×2.5R×(-50) = -5.196kJ2.10 2mol某理想气体,C p,m=7/2R。