当前位置：文档之家 › 物理化学第五版课后习题答案

物理化学第五版课后习题答案

  • 格式：doc
  • 大小：2.14 MB
  • 文档页数：30

第十一章 化学动力学11－1 反应 SO 2Cl 2(g )SO 2(g )＋Cl 2(g ) 为一级气相反应，320℃时k ＝2.2×10－5 s －1。

问在320℃加热90min SO 2Cl 2的分解分数为若干？ 解： ln11A x -＝2.2×10－5×90×60＝0.118 11Ax -＝1.126 52.2109060,0A A c e c --⨯⨯⨯=＝0.8880 ,01A A cc -＝x A ＝0.112 11－2 某一级反应A B 的半衰期为10min 。

求1h 后剩余A 的摩尔分数。

解： 12t ＝ln 2k k ＝12ln 2t ＝ln 210＝0.06931 min －1 ln11Ax -＝0.06931×60＝4.1586 ,0A A c c ＝1－x A ＝0.0156211－3 某一级反应，反应进行10 min 后，反应物反应掉30％。

问反应掉50％需要多少时间？解： k ＝1t ln 11Ax -＝110ln 1103.-＝0.03567 min －1＝5.945×10－4 s －1t ＝1k ln 11A x '-＝1003567.ln 1105.-＝19.43 min ＝12t ＝4ln 25.94510-⨯ 11－4 25℃时，酸催化蔗糖转化反应：C 12H 23O 11(蔗糖)＋H 2O C 6H 12O 6(葡萄糖)＋C 6H 12O 6(果糖)的动力学数据如下(蔗糖的初始浓度c 0为1.0023mol ·dm －3，时刻t 的浓度为c )(1) 试证明此反应为一级反应，并求速率常数及半衰期； (2) 若蔗糖转化95%需多长时间？ 解：(1)lnc ～t k ＝0.003491 min 12t ＝ln 2k ＝ln 20.003491＝198.55 min(2) t ＝11ln 1k x⋅-＝858.13 min11－5 对于一级反应，试证明转化率达到87.5%所需时间为转化率达到50%所需时间的3倍。

对于二级反应又应为多少？ 解：对于一级反应有：ln11A x -＝kt t ＝111A ln k x ⋅- 221111A,A,ln(x )tt ln(x )-=- 8755010875105.%%t ln(.)t ln(.)-=-＝3 对于二级反应有：011A A,A x kt c x ⋅=- 011A A,A x t kc x =⋅- 21211211A,A,A,A,x (x )tt x (x )-=- 8755008751050510875.%%t .(.)t .(.)⨯-=⨯-＝7 11－6 偶氮甲烷分解反应：CH 3NNCH 3 (g ) C 2H 6(g )＋N 2(g ) 为一级反应。

287℃时，一密闭恒容容器中CH 3NNCH 3初始压力为21.332 kPa ，1000s 后总压力为22.732 kPa ，求k 及12t 。

解：CH 3NNCH 3 (g )−−→C 2H 6(g )＋N 2(g ) t ＝t p y p 0－p y p 0－p y p 总＝2p 0－p y p y ＝19.932 kPa 或 t ＝t p 0－p x p x p x p 总＝p 0＋p x p x ＝p 总－p 0＝1.4 kPak ＝1t ln 002p p p -总＝1t ln 00xp p p -＝11000ln 213322133214...-＝0067881000.＝6.7 88×10－5 s －1或 k ＝1t ln 0y pp ＝121332100019932.ln .＝6.7 88×10－5 s －1或 α＝01421332x p .p .=＝0.06563 k ＝11A ln x -＝111000093437ln .＝6.7 88×10－5 s －1 12t ＝2ln k ＝52678810ln .-⨯＝10211.4 s ＝170.2 min 11－7 硝基乙酸在酸性溶液中的分解反应 (NO 2)CH 2COOH (l )CH 3NO 2(l )＋CO 2(g ) 为一级反应。

25℃、101.3kPa 下，测定不同反应时间产生的体积如下：反应不是从t ＝0开始的。

求速率常数k 。

解： (NO 2)CH 2COOH (l ) CH 3NO 2(l )＋CO 2(g )t ＝0 c A ,0 V 0 t ＝t c A ,t V t t ＝∞ 0 V ∞ c A ,0∝(V ∞－V 0) c A ,t ∝(V ∞－V t )ln,0A Ac c ＝lntV V V V ∞∞--＝kt 作ln()t V V t ∞-:图如下：k ＝11－8 某一级反应 A 产物，初始速率为1×10－3 m ol ·dm －3·min －1，1h 后速率为0.25×10－3 m ol ·dm －3·min －1。

求k 、12t 和初始浓度c A ,0。

解： v 0＝kc A ,0＝1×10－3 m ol ·dm －3·min －1v ＝kc A ＝0.25×10－3 m ol ·dm －3·min －1,0A A c c ＝4 k ＝1tln 0A,A cc ＝ln 460＝0.02310 min －1 12t ＝2ln k ＝2002310ln .＝30 min c A ,0＝0r k＝3110002310.-⨯＝0.04329 m ol ·dm －3 11－9 现在的天然铀矿中238U ∕235U ＝139.0∕1。

已知238U 的蜕变反应的速率常数为1.520×10－10 a －1，235U 的蜕变反应的速率常数为9.72×10－10 a －1。

问在20亿年前(2×109 a )，238U ∕235U等于多少？(a 是时间单位年的符号) 解： ln2380238,c c ＝k 238t ln 2350235,c c ＝k 235t ln 23802352350238,,c c()c c ⋅＝(k 238－k 235)t ln23802350,,c c ＝139ln ＋(1.52－9.72)×10－10×2×109＝4.9345－1.64＝3.2945 23802350,,c c ＝26.96 或 152022381..x e -⨯=-＝0.2621 972022351..x e -⨯=-＝0.856923802350,,c c ＝139×23523811x x --＝139×0143107379..＝26.9611－10 某二级反应 A (g )＋B (g ) 2D (g ) 在T 、V 恒定的条件下进行。

当反应物初始浓度为c A ,0＝c B ,0＝0.2mol ·dm －3时，反应的初始速率为－0()A t dcdt=＝5×10－2 m ol ·dm －3·s －1，求速率常数k A 及k D 。

解： k A ＝02,0A r c ＝225100.2-⨯＝1.25 m ol ·dm －3·s －1 k D ＝2k A＝2.5 m ol ·dm －3·s －111－11 某二级反应A ＋B C ，两种反应物的初始浓度皆为1 mol ·dm －3，经10min 后 反应掉25%，求k 。

解：011A A,A x kt c x ⋅=- k ＝011A A,A x tc x ⋅-＝025*******.(.)⨯⨯-＝0.03333 m ol ·dm －3·min －1 ＝5.556×10－4m ol ·dm －3·s －111－12 在OH －离子的作用下，硝基苯甲酸乙酯的水解反应：NO 2C 6H 4COOC 2H 5＋H 2O NO 2C 6H 4COOH ＋C 2H 5OH在15℃时的动力学数据如下，两反应物的初始浓度皆为0.05 mol ·dm －3，求此二级反应的速率常数k 。

解： 01AA,Ax c kt x =- 作011A A,A x t c x ⋅-:图如下：k ＝11－13 二级气相反应 2A (g ) A 2(g )在恒温恒容下的总压p 数据如下。

求k A 。

解： 2A (g ) A 2(g )t ＝0 p A ,0 0 p 0＝p A ,0t ＝t p A ,t 12(p A ,0－p A ,t ) p t ＝12(p A ,0＋p A ,t )t ＝∞ 0 12p A ,0 p ∞＝12p A ,0p A ,0＝p 0 p A ,t ＝2(p t －p ∞)＝2 p t －p 0 由二级反应速率方程,011A A kt p p -= 作1At p :图如下： 01A,ck 11－14 溶液反应228S O -＋248()Mo CN - 224SO -＋238()Mo CN -的速率方程为－48[()]d Mo CN dt-＝k [228S O -][48()Mo CN -]在20℃下，若反应开始时只有两种反应，且其初始浓度依次为0.01 mol ·dm －3、 0.02mol ·dm －3，反应后26h ，测得[48()Mo CN -]＝0.01562 mol ·dm －3，求k 。

解： ∵ [228S O -]0∶[48()Mo CN -]0＝1∶2 ∴ [48()Mo CN -]＝2[228S O -]－48[()]d Mo CN dt -＝12k [48()Mo CN -]244880111[()][()]2kt Mo CN Mo CN ---= k ＝44880211()[()][()]t Mo CN Mo CN --⋅-＝211()260.015620.02⋅-＝1.0785 m ol ·dm －3·h －111－15 反应 2NOCl 2NO (g )＋Cl 2(g ) 在200℃下的动力学数据如下：反应开始时只含有NOCl ，并认为反应能进行到底。

求反应级数n 及速率常数k 。

解： 若n ＝1 ,0lnA Ac kt c = 若n ＝2,011A A kt c c -=n ＝2 k ＝0.06486 mol －1·dm －3·s －111－16 已知NO 与H 2可进行如下化学反应：2NO (g )＋2H 2(g) N 2(g ) ＋2H 2O (g )在一定温度下，某密闭容器中等摩尔比的NO 与H 2混合物在不同初始压力下反应的半衰期如下：求反应的总级数n 。

合集下载

天津大学《物理化学》第五版-习题及解答

天津大学《物理化学》第五版-习题及解答


及。
要确定 ，只需对第二步应用绝热状态方程
因此
，对双原子气体
由于理想气体的 U 和 H 只是温度的函数，
整个过程由于第二步为绝热，计算热是方便的。而第一步为恒温可逆
12 / 144
2.24 求证在理想气体 p-V 图上任 一点处，绝热可逆线的斜率的绝对值大于恒温可逆线的绝 对值。
证明：根据理想气体绝热方程，
T
及过程的
。
解：过程图示如下
显然，在过程中 A 为恒压，而 B 为恒容，因此
11 / 144
同上题，先求功 同样，由于汽缸绝热，根据热力学第一定律
2.23 5 mol 双原子气体从始态 300 K，200 kPa，先恒温可逆膨胀到压力为 50 kPa，在绝热可
逆压缩到末态压力 200 kPa。求末态温度 T 及整个过程的 解：过程图示如下
及。 解：先确定系统的始、末态
对于途径 b，其功为
根据热力学第一定律
2.6 4 mol 的某理想气体，温度升高 20 C°，求 解：根据焓的定义
的值。
2.10 2 mol 某理想气体，
。由始态 100 kPa， 50 dm 3，先恒容加热使压力体积
增大到 150 dm 3，再恒压冷却使体积缩小至 25 dm 3。求整个过程的
此
假设气体可看作理想气体，
，则
8 / 144
2.16 水煤气发生炉出口的水煤气的温度是
1100 °C，其中 CO(g)和 H2(g)的摩尔分数均为
0.5。若每小时有 300 kg 的水煤气由 1100 °C 冷却到 100 °C，并用所收回的热来加热水，是
水温由 25 °C 升高到 75 °C。求每小时生产热水的质 量。 CO(g)和 H2(g)的摩尔定压热容
【物理】物理化学课后答案第五版科学出版社董元彦主编全解

【物理】物理化学课后答案第五版科学出版社董元彦主编全解

【关键字】物理第一章化学热力学基础1-1 气体体积功的计算式中，为什么要用环境的压力？在什么情况下可用体系的压力？答：在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式中，可用体系的压力代替。

1-2 298K时，5mol 的理想气体，在（1）定温可逆膨胀为原体积的2 倍；( 2 )定压下加热到373K；（3）定容下加热到373K。

已知Cv,m = 28.28J·mol-1·K-1。

计算三过程的Q、W、△U、△H和△S。

解（1）△U = △H = 0（2）W = △U – QP = －3.12 kJ（3）W = 01-3 容器内有理想气体，n=2mol , P=10P，T=300K。

求(1) 在空气中膨胀了1dm3，做功多少？(2) 膨胀到容器内压力为lP，做了多少功？(3）膨胀时外压总比气体的压力小dP , 问容器内气体压力降到lP时，气体做多少功？解：（1）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且（2）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且（3）1-4 1mol 理想气体在300K下，1dm3定温可逆地膨胀至10dm3，求此过程的Q 、W、△U 及△H。

解：△U = △H = 01-5 1molH2由始态及P可逆绝热压缩至5dm-3, 求（1）最后温度；(2）最后压力；( 3 ) 过程做功。

解：（1）（2）（3）1-6 氦在3P下从加热到，试求该过程的△H、△U、Q和W 。

设氦是理想气体。

（He的M=·mol-1 )解：W = △U – QP = -2078.5J1-7 已知水在时蒸发热为2259.4 J·g-1，则时蒸发水，过程的△U、△H 、Q和W为多少？（计算时可忽略液态水的体积）解：1-81-9 298K时将1mol液态苯氧化为CO2 和H2O ( l ) ，其定容热为－3267 kJ·mol-1 , 求定压反应热为多少？解：C6H6 (l) + 7.5O2 (g) → 6CO2 (g) +3 H2O ( l )1-101-11 300K时2mol理想气体由ldm-3可逆膨胀至10dm-3 ，计算此过程的嫡变。

物理化学第五版课后习题答案

物理化学第五版课后习题答案

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) 在一个封闭的钟罩内，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范德华力，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－TΔS，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 时汞的表面张力为0.4865 －1。

N·m解：433r ＝N×1433r N＝23rr13213ΔG＝A2A12dA＝(A2－A1)＝4 ·( N r －22r )＝4 ·(13r1r2－ 2r )1＝4 ××(3 3(1 10 )91 10－6)－10＝5.9062 J10－3 计算时373.15K 时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。

物理化学第五版课后习题答案

物理化学第五版课后习题答案

第十二章胶体化学12－1 如何定义胶体系统？总结胶体系统的主要特征。

答：(1) 胶体定义：胶体系统的主要研究对象是粒子直径d至少在某个方向上在1－100nm之间的分散系统。

(2) 胶体系统的主要特征：溶胶系统中的胶粒有布朗运动，胶粒多数带电，具有高度分散性，溶胶具有明显的丁达尔效应。

胶体粒子不能透过半透膜。

[注] 溶胶系统中的胶粒的布朗运动不是粒子的热运动，且只有溶胶才具有明显的丁达尔效应。

12－2 丁铎尔效应的实质及产生的条件是什么？答：丁铎尔现象的实质是光的散射作用。

丁铎尔效应产生的条件是分散相粒子的直径小于入射光波长、分散相与分散介质的直射率相差较大。

12－3 简述斯特恩双电层模型的要点，指出热力学电势、斯特恩(Stern)电势和ζ电势的区别。

答：斯特恩认为离子是有一定大小的，而且离子与质点表面除了静电作用外还有范德华力。

(1) 在靠近质点表面1～2个分子厚的区域内，反离子受到强烈地吸引而牢固地结合在质点表面，形成一个紧密地吸附层－斯特恩层，(2) 在斯特恩层，非离子的电性中心将形成一假想面－斯特恩面。

在斯特恩面内电势呈直线下降的变化趋势，即由质点表面的ϕ0直线下降至处的ϕs，ϕs称为斯特恩电势；(3) 其余的反离子扩散地分布在溶液中，构成双电层的扩散层部分。

在扩散层中，电势由ϕs降至零。

因此斯特恩双电层由斯特恩层和扩散层构成；(4) 当固、液两相发生相对运动时，紧密层中吸附在质点表面的反离子、溶剂分子与质点作为一个整体一起运动，滑动面与溶液本体之间的电势差，称为ζ电势。

热力学电势ϕ0是质点表面与液体内部的总的电位差，即固液两相之间双电层的总电势。

它与电极∕溶液界面的双电层总电势相似，为系统的热力学性质，在定温定压下，至于质点吸附的(或电离产生的)离子在溶液中活度有关，而与其它离子的存在与否无关。

斯特恩电势ϕs是斯特恩面与容液本体的电势差，其值与集中在斯特恩层里的正负离子的电荷总数有关，即与双电层的结构状态有关。