物理化学第六章习题解 PPT

物理化学第6章可逆电池电动势习题及答案第六章可逆电池电动势6.1本章学习要求1．掌控对称电池、对称电极的类型、电极电势标准态、电动势、nernst公式及其应用领域；2．掌控对称电池热力学，对称电池电动势的测定方法及其在化学、生命体系及土壤体系等领域中的应用领域；3．了解pe、ph?电势图和生化标准电极电势。

6.2内容概述6.2.1可逆电池1.对称电池(reversiblecell)的条件：电池在充任、振动时出现的反应必须为可逆反应；电池充任、振动时的能量切换必须对称，即为通过电池的电流无限小，并无热功转变。

2.对称电极的类型（1）金属电极由金属浸在含有该金属离子的溶液中构成，包括汞齐电极。

如zn电极zn(s)│znso4(aq)电极电势(electrodepotential)φzn/zn=φ?ln（2）气体电极由惰性金属（通常用pt或au为导电体）插入某气体及其离子溶液中构成的电极，如氢电极，pt，h2(p)│h(ah)电极电势φ=φ?ln（3）金属难溶盐电极将金属表面覆盖一薄层该金属的难溶盐，浸入含有该难溶盐的负离子的溶液中构成。

如银?氯化银电极，ag(s)，agcl(s)│cl(acl)电极电势φagcl，ag，cl=φ?lnacl（4）氧化还原电极由惰性金属（如pt片）插入某种元素两种不同氧化态的离子溶液中构成电极，如sn、sn电极，pt(s)│sn(a)，sn(a)电极电势φ=φ?ln3.电池表示法电池的书面表示所采用的规则：负极写在左方，进行氧化反应（是阳极），正极写在右方，进行还原反应（是阴极）；组成电池的物质用化学式表示，并注明电极的状态；气体要注明分压和依附的不活泼金属，温度，所用的电解质溶液的活度等，如不写明，则指298k，p，a=1；用单垂线“│”表示接触界面，用双垂线“u”表示盐桥（saltbridge）；在书写电极和电池反应时必须遵守物料平衡和电荷平衡。

6.2.2电极电势1.标准氢电极（standardhydrogenelectrode）用镀铂黑的铂片插入氢离子活度为1的溶液中，用标准压力的干燥氢气不断冲击到铂电极上所构成的电极，规定其电极电势为零。

第五章 相平衡一、填空题1、一定温度下，蔗糖水溶液与纯水达到渗透平衡时的自由度数等于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

2、纯物质在一定温度下两相共存时的自由度数等于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

3、NaCl(S)和含有稀盐酸的NaCl 饱和水溶液的平衡系统，其独立组分数是＿＿＿＿＿＿＿。

4、设下列化学反应同时共存时并达到平衡（900-1200K ）：()()()g CO s CaO s CaCO 23+=()()()()g O H g CO g H g CO 222+=+()()()g H s CaCO s CaO g CO g O H 232)()(+=++则该系统的自由度数为＿＿＿＿＿＿。

5、含KNO 3和NaCl 的水溶液与纯水达到渗透平衡时，其组分数为＿＿＿＿，相数为＿＿＿， 自由度数为＿＿＿＿。

6、在氢和石墨的系统中，加一催化剂，H 2和石墨反应生成n 种碳氢化合物，此系统的独立 组分数为＿＿＿＿＿＿。

7、完全互溶的双液系中，在x B =0.6处，平衡蒸气压有最高值，那么组成为x B =0.4的溶液在 气液平衡时，x B （g ）、x B （l ）、x B (总)的大小顺序为＿＿＿＿＿＿。

将x B =0.4的溶液进行 精馏时，塔顶将得到＿＿＿＿＿＿。

8、对于渗透平衡系统，相律的形式应写成＿＿＿＿＿＿。

9、NH 4Cl 固体分解达到平衡时，())()(s Cl NH 34g NH g HCl +=，系统的独立组分数为＿＿＿，自由度为＿＿＿。

10、将AlCl 3溶于水中，全部水解，生成Al(OH)3沉淀，此系统自由度数f=＿＿＿＿。

11、已知100o C 时水的饱和蒸气压为101.325KPa,用公式＿＿＿＿＿＿＿＿＿可求出25o C 时 水的饱和蒸气压。

答案1、22、03、24、35、3;2:46、27、x B （g ）>x B (总)>x B （l ） x B =0.6恒沸混合物 8、3+Φ-=k f 9、1;1 10、2 11、⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=211211lnT T RH p p mr二、单选题1、右图为H 2OA.-(NH 4)2SO 4B.的沸点-组成图。

第六章 相平衡与相图1、什么是平衡状态？影响平衡的因素有哪些？解：平衡态：不随时间而发生变化的状态称为平衡状态。

影响平衡的因素有：温度、压力、组分浓度等。

2、什么是凝聚系统？什么是介稳平衡？解：凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统。

介稳平衡：即热力学非平衡态，能量处于较高状态，经常出现于硅酸盐系统中。

3、简述一致熔化合物与不一致熔化合物各自的特点。

解：一致熔化合物是指一种稳定的化合物。

它与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，所产生的液相与化合物组成相同，故称一致熔融。

不一致熔化合物是指一种不稳定的化合物。

加热这种化合物某一温度便发生分解，分解产物是一种液相和一种晶相，二者组成与化合物组成皆不相同，故称不一致熔融。

4、比较各种三元无变量点（低共熔点、双升点、双降点、过渡点和多晶转变点）的特点，写出它们的相平衡关系。

解：低共熔点：是一种无变量点，系统冷却时几种晶相同时从熔液中析出，或加热时同时融化。

E L A S C →++双升点：处于其相应的副三角形的交叉位的单转熔点。

PL A B S +→+ 双降点：处于其相应的副三角形的共轭位的双转熔点。

RL A B S++→ 5、简述SiO2的多晶转变现象，说明为什么在硅酸盐产品中SiO2经常以介稳状态存在？解：在573℃以下的低温，SiO2的稳定晶型为b －石英，加热至573℃转变为高温型的 a －石英，这种转变较快；冷却时在同一温度下以同样的速度发生逆转变。

如果加热速度过快，则a －石英过热而在1600℃时熔融。

如果加热速度很慢，则在870℃转变为a －鳞石英。

a －鳞石英在加热较快时，过热到1670℃时熔融。

当缓慢冷却时，在870℃仍可逆地转变为a －石英；当迅速冷却时，沿虚线过冷，在163℃转变为介稳态的b －鳞石英，在117℃转变为介稳态的g －鳞石英。

加热时g －鳞石英仍在原转变温度以同样的速度先后转变为b －鳞石英和a －鳞石英。

a －鳞石英缓慢加热，在1470℃时转变为a －方石英，继续加热到1713℃熔融。

习 题1． 在293K 时，把半径为1mm 的水滴分散成半径为1μm 的小水滴，问比表面增加了多少倍？表面吉布斯自由能增加了多少？完成该变化时，环境至少需做功若干？已知293K 时水的表面张力为0.0727N·m －1。

解：半径为1.0×10-3m 水滴的表面积为A ，体积为V 1，半径为R 1；半径为1×10-6m 的水滴的表面积为A 2，体积为V 2，半径为R 2，因为1V =NV 2，所以32313434R N R ππ⋅=，式中N 为小水滴的个数。

936332110100.1100.1=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=--R R N 1000100.1100.110442369212212=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=⋅=--R R N A A ππ ΔG A =γΔA=()21224R NR -πγ={0.0727×4×3.14×[109×（1.0×10-6）2-（1.0×10-3）2]}J =9.13×10-4J W f = -ΔG A =-9.13×10-4J2．293K 时，根据下列表面张力的数据：试计算下列情况的铺展系数及判断能否铺展：（1）苯在水面上（未互溶前）；（2）水在汞面上；（3）苯在汞面上。

解：（1）γ（水-气）-[γ（苯-气）+γ（苯-水）] =[（72.7-28.9-35）×10-3] N·m -1=8.8×10-3 N·m -1＞0所以在苯与水未互溶前，苯可在水面上铺展。

当苯部分溶于水中后，水的表面张力下降，则当苯与水互溶到一定程度后，苯在水面上的铺展将会停止。

（2）γ（汞-气）-[γ（水-气）+γ（汞-水）] =[（486-72.7-375）×10-3]N·m -1 =38.3×10-3N·m -1＞0水在汞面上能铺展。

物理化学习题解答(六) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN物理化学习题解答(六)习题 p389~3931、反应CO(g)+H 2O(g)==H 2(g)+CO 2(g)的标准平衡常数与温度的关系为lg K p ө=2150K/T -2.216，当CO ， H 2O ，H 2，CO 2的起初组成的质量分数分别为0.30，0.30，0.20和0.20时，总压为101.3kPa 时，问在什么温度以下(或以上)反应才能向生成物的方向进行？解：x CO =0.30/28 /(0.30/28+0.30/18+0.20/2+0.20/44)=0.081214x H 2O =0.30/18 /(0.30/28+0.30/18+0.20/2+0.20/44)=0.12633x H 2=0.20/2 /(0.30/28+0.30/18+0.20/2+0.20/44)=0.758x CO 2=0.20/44/(0.30/28+0.30/18+0.20/2+0.20/44)=0.034454Q p = △G =-RTln K p ө+RT ln Q p =-RTln 10(2150/T -2.216)+RT ln Q p=-8.314×2.30258×2150+8.314×2.30258×2.216T+8.314T ×ln2.54549 = -41158.8+50.19T<0，T <820K2、PCl 5(g)的分解反应为PCl 5(g)==PCl 3(g)+Cl 2(g)，在523K 和100kPa 下达成平衡，测得平衡混合物的密度ρ=2.695kg·m -3，试计算：(1) PCl 5(g)的解离度；(2) 该反应的K p ө和△r G өm 。

解：(1) PCl 5(g) ==PCl 3(g) + Cl 2(g)起始时mol ： x 0 0平衡时mol ： x (1- α) αx αxn 总= x (1+α)，m 总= x (1- α)×208.2388+αx ×137.3328+αx ×70.90654549.212633.0081214.0034454.0758.0222222=⨯⨯==OH CO H CO O H CO H CO x x x x p p p pp 总V 总=n 总RT ，p 总=m 总RT /(V 总M 均)=ρRT/M 均M 均=ρRT/p 总= (2.695×103×8.314×523) /(100×103)=117.1846 g·mol -1M 均= m 总/ n 总=[ x (1- α)×208.2388+αx ×137.3328+αx ×70.906]/ [x (1+α)]=[(1- α)×208.2388+α×137.3328+α×70.906]/ (1+α)= 117.1846(1-α)×208.2388+α×137.3328+α×70.906=117.1846 (1+α)(208.2388+117.1846-137.3328-70.906)α=208.2388-117.1846117.1846α=91.0542，α=0.777(2) x PCl 5= x (1- α)/ x(1+α)= (1- α)/ (1+α)=(1-0.777)/(1+0.777)= 0.125483x PCl 3= x Cl 2=αx / x (1+α)= α/(1+α)=0.777/(1+0.777)= 0.437259K p ө= =△r G өm =-RT ln K p ө=-8.314×523ln1.5237=-1831.4 J·mol -13、373K 时，2NaHCO 3(s)==Na 2CO 3(s)+CO 2(g)+H 2O(g)反应的K p ө=0.231。

第六章相平衡6.1(1)(2)(3)(4)(5)解：指出下列平衡系统中的组分数G相数P及自由度尸。

島(S)与其蒸气成平衡；CaC03 (s)与其分解产物CaO (s)和C02 (g)成平衡；NHJIS (s)放入一抽空的容器中，并与其分解产物NH$ (g)和H2S (g)成平衡；取任意量的NH, (g)和泾(g)与NH<HS (s)成平衡。

L作为溶质在两不互溶液体氏0和CCh中达到分配平衡(凝聚系统)。

(1) C=1,P = 2,F = C - P+2=l-2 + 2= 1・(2) C = 3- l = 2,P = 3,F = C- P + 2 = 2 ・3 + 2= 1・(3) C = 3- l- l = l,P=2,F = C- P + 2= l- 2 + 2=l.(4) C = 3- l = 2,P = 2,F = C- P + 2 = 2- 2 + 2 = 2.(5) C = 3,P = 2,F = C- P+ l= 3- 2+ l = 2・6.2已知液体甲苯（A）和液体苯（B）在90°C时的饱和蒸气压分别为卩；二54-22kPa和讥二l36.12kPa。

两者可形成理想液态混合物。

今有系统组成为So二的甲苯 -苯混合物5 mol,在90 °C下成气-液两相平衡，若气相组成为沟二°4%6求：(1)平衡时液相组成忑及系统的压力a(2)平衡时气、液两相的物质的量从8丄皿）解：（1）对于理想液态混合物，每个组分服从拉乌尔定律，因此"兀2；+恶卩;卫;十&; ■ pix0.4556X54.22珑■◎訂加為136J2- (136.12- 54.22>0.4556P = “; + 裨;=0.75X54.22+ 0.25X136.12= 74.70 kPa(2)系统代表点花。

二°6根据杠杆原理(y B.g一U H = (m一m )叫n l +— = 0.5（0.4556 —0.3”. = （0.3-0.25 Xii K = 1.216/?/<?/ n t =3.784加o/6.3 单组分系统的相图示意如右图。

第六章 相平衡三．思考题参考答案1．硫氢化铵4NH HS(s)的分解反应：① 在真空容器中分解；② 在充有一定3NH (g)的容器中分解，两种情况的独立组分数是否一样?答： 两种独立组分数不一样。

在①中，C =1。

因为物种数S 为3，但有一个独立的化学平衡和一个浓度限制条件，所以组分数等于1。

在②中，物种数S 仍为3，有一个独立的化学平衡，但是浓度限制条件被破坏了，两个生成物之间没有量的限制条件，所以独立组分数C =2。

2．纯的碳酸钙固体在真空容器中分解，这时独立组分数为多少?答： 碳酸钙固体的分解反应为 32CaCO (s)CaO(s)CO (g)+物种数为3，有一个平衡限制条件，但没有浓度限制条件。

因为氧化钙与二氧化碳不处在同一个相，没有摩尔分数的加和等于1的限制条件，所以独立组分数为2。

3．制水煤气时有三个平衡反应，求独立组分数C ？(1) H 2O(g)+ C(s)= H 2(g)+ CO(g)(2) CO 2(g)+ H 2(g)= H 2O(g)+ CO(g)(3) CO 2(g)+ C(s)= 2CO(g)答： 三个反应中共有5个物种，5S =。

方程(1)可以用方程(3)减去(2)得到，因而只有2个独立的化学平衡，2R =。

没有明确的浓度限制条件，所以独立组分数3C =。

4．在抽空容器中，氯化铵的分解平衡，43NH Cl(s)NH (g)HCl(g)+。

指出该系统的独立组分数、相数和自由度数？答：反应中有三个物种，一个平衡限制条件，一个浓度限制条件，所以独立组分数为1，相数为2。

根据相律，自由度为1。

即分解温度和分解压力两者之中只有一个可以发生变化。

5．在含有氨的容器中氯化铵固体分解达平衡，43NH Cl(s)NH (g)HCl(g)+。

指出该系统的独立组分数、相数和自由度？答： 反应中有三个物种，一个平衡限制条件，没有浓度限制条件。

所以独立组分数为2，相数为2，自由度为2。

6．碳和氧在一定条件下达成两种平衡，指出该系统的独立组分数、相数和自由度数。

物理化学习题解答(六)1、反应CO(g)+H 2O(g)==H 2(g)+CO 2(g)的标准平衡常数与温度的关系为lgK p ө=2150K/T-2.216，当CO ， H 2O ，H 2，CO 2的起初组成的质量分数分别为0.30，0.30，0.20和0.20时，总压为101.3kPa 时，问在什么温度以下(或以上)反应才能向生成物的方向进行？解：x CO =0.30/28 /(0.30/28+0.30/18+0.20/2+0.20/44)=0.081214x H 2O =0.30/18 /(0.30/28+0.30/18+0.20/2+0.20/44)=0.12633 x H 2=0.20/2 /(0.30/28+0.30/18+0.20/2+0.20/44)=0.758 x CO 2=0.20/44/(0.30/28+0.30/18+0.20/2+0.20/44)=0.034454Q p =△G=-RTln K p ө+RTlnQ p =-RTln10(2150/T -2.216)+RTlnQ p=-8.314×2.30258×2150+8.314×2.30258×2.216T+8.314T ×ln2.54549 = -41158.8+50.19T<0，T<820K理想气体反应的等温方程式（1）方程式r m r m ΔΔln ln ln ppG G RT Q RT K RT Q =+=-+$$式中，r m ΔG 为任一指定状态（T 、p 、组成）下反应的摩尔吉布斯函数变，它是决定反应方向的物理量。

m r ΔG $为反应的标准摩尔吉布斯函数变，它是决定反应限度的物理量。

B B B Π(/)p Q p p ν=$为任一指定状态下的压力商。

K $为反应的标准平衡常数。

（2）应用判断在指定温度、压力及组成条件下的反应方向，即r m Δ0)p G Q K <<（即$ 时，反应正向可自动进行 r m Δ0)p G Q K ==（即$ 时，反应达到平衡r m Δ0)p G Q K >>（即$ 时，反应正向不能自动进行，逆向可自动进行54549.212633.0081214.0034454.0758.0222222=⨯⨯==O H CO H CO O H CO H CO x x x x p p p p2、PCl 5(g)的分解反应为PCl 5(g)==PCl 3(g)+Cl 2(g)，在523K 和100kPa 下达成平衡，测得平衡混合物的密度ρ=2.695kg·m -3，试计算： (1) PCl 5(g)的解离度； (2) 该反应的K p ө和△r G өm 。

第六章相平衡6.1指出下列平衡系统中的组分数C，相数P及自由度F。

（1）I2(s)与其蒸气成平衡；（2）CaCO3(s)与其分解产物CaO(s)和CO2(g)成平衡；（3）NH4HS(s)放入一抽空的容器中，并与其分解产物NH3(g)和H2S(g)成平衡；（4）取任意量的NH3(g)和H2S(g)与NH4HS(s)成平衡。

（5）I2作为溶质在两不互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡（凝聚系统）。

解：（1）C = 1, P = 2, F = C–P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1.（2）C = 3 – 1 = 2, P = 3, F = C–P + 2 = 2 – 3 + 2 = 1.（3）C = 3 – 1 – 1 = 1, P = 2, F = C–P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1.（4）C = 3 – 1 = 2, P = 2, F = C–P + 2 = 2 – 2 + 2 = 2.（5）C = 3, P = 2, F = C–P + 1 = 3 – 2 + 1 = 2.6.2 常见的Na2CO3(s)水合物有Na2CO3∙H2O(s)，Na2CO3∙7H2O(s)和Na2CO3∙10H2O(s).（1）101.325kPa下，与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的水合物最多能有几种？（2）20℃时，与水蒸气平衡的水合物最多可能有几种？解:（1）C = S – R - R' = 2 – 0 – 0 =2F = C–P + 1 =2 –P + 1= 3 – P ≥0，即P-2≤1，那么能与Na2CO3水溶液及冰平衡共存的水合物最多只有一种。

（2）C = S – R - R' = 2 – 0 – 0 =2F = C – P + 1 =2 –P + 1= 3 – P ≥0，即P-1≤2，那么与水蒸气平衡的水合物最多可能有两种。

6.4 单组分系统碳的想吐（示意图）如附图所示。

第六章化学动力学(三)计算题1. 293K时，敌敌畏在酸性介质中水解反应的速率常数为。

若敌敌畏水解为一级反应，试求其水解反应的半衰期。

解：t=ln2/ k ==2．某人工放射性元素放出a粒子的半衰期为15h。

求该试样分解速率常数和分解80％所需的时间。

解：放射性元素分解为一级反应，k=ln2/t= 15h=t=-ln(1-x)/k=-ln/=二级反应规律3. 某溶液含有NaOH 和CHCOCH，浓度均为·dm。

在时，反应经600s 后有% 的分解。

已知该皂化反应为二级反应。

在该温下，计算：(1) 反应速率常数(2) 1200s能分解多少(3) 分解%的时间解：(1) 反应为NaOH ＋CHCOCH→CHCONa + CHOH该反应为二级且初浓度相同，故有d c/d t=kc, c=c(1-x), 积分后得k= (1/t)(1/c-1/c) = x/tc(1-x)=[600s×·dm×]= dm·mol·s(2) x =1/(1+1/ktc) = 1/[1+1/( dm·mol·s×1200s×·dm)]= =%(3) t= 1/kc= 1/( dm·mol·s×·dm) = 490s4. 溶液反应 A + 2B →2C + 2D 的速率方程为d c/d t=kcc。

20℃下，反应开始时只有两反应物，其初浓度分别为mol·dm和mol·dm，反应26h后，测定c= mol·dm，试求k。

解：因为c=2c，所以c=2c，代入速率方程得d c/d t=(k/2)c移项积分后得k=2(1/c-1/c)/t =[2(1 某二级反应A + B →C + D 的初速率为mol·dm·s，初浓度均为mol·dm，试求k。

第1 章 气体的性质习题解1 物质的体膨胀系数V α与等温压缩率T κ的定义如下：1 V pV V T α∂⎛⎫=⎪∂⎝⎭1T T V V p κ⎛⎫∂=- ⎪∂⎝⎭ 试导出理想气体的T κ，T κ 与压力、温度的关系。

解：对于理想气体, V = nRT /p, 得 2() , ()p T V nR V nRTT p p p∂∂==∂∂ 所以 11== V p V nR V T pV Tα∂⎛⎫=⎪∂⎝⎭211T T V nRT V p p V p κ⎛⎫∂=-=-=- ⎪∂⎝⎭ 答：1V Tα=，1T p κ=-。

2 气柜内贮有121.6 kPa ，27℃的氯乙烯(C 2H 3Cl)气体300 m 3，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：假设气体能全部送往车间3121.61030014.626kmol 8.314300pV n RT ⨯⨯===⨯3311114.62610mol 62.49910kg mol 10.16h 90kg h 90kg h nM t ----⨯⨯⨯⋅===⋅⋅答：贮存的气体能用10.16小时。

3 0℃，101.325 kPa 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 =16.042g/mol ）看成理想气体：pV =nRT =m RT / M33101.32516.042kg m 0.716kg m 8.314273.15m mpM V mRT ρ--⨯===⋅=⋅⨯ 答：甲烷在标准状况下的密度是0.7163kg m -⋅4 一抽成真空的球形容器，质量为25.00 g ，充以4℃水之后，总质量为125.00 g 。

若改充以25℃，13.33 kPa 的某碳氢化合物气体，则总质量为25.016 g 。

试估算该气体的摩尔质量。

（水的密度按1 g·cm 3 计算） 解：球形容器的体积为33(125.0025.00)g 100cm 1g cm V --==⋅将某碳氢化合物看成理想气体，则1136(25.01625.00)8.314298.15g mol 29.75g mol 13.331010010mRT M pV ----⨯⨯==⋅=⋅⨯⨯⨯答：该碳氢化合物的摩尔质量为29.751g mol -⋅。