物理化学核心教程沈文霞 课后习题答案

(A)pApB (C)pA=pB (D)无法确定

答:(C)。饱和蒸气压是物质的特性,只与温度有关。在这样的容器中,水不可能全部蒸发为气体,在气-液两相共存时,只要温度相同,它们的饱和蒸气压也应该相等。

10.在273 K,101.325 kPa时,CCl4(l)的蒸气可以近似看作为理想气体。已知CCl4(l)的摩尔质量为154g?mol?1的,则在该条件下,CCl4(l)气体的密度为 ( ) (A)6.87 g?dm?3 (B)4.52 g?dm?3 (C)6.42 g?dm?3 (D)3.44 g?dm?3

答:(A)。通常将273 K,101.325 kPa称为标准状态,在该状态下,1 mol 任意物质的气体的体积等于22.4 dm3。根据密度的定义,??m154 g?3 ??6.87 g?dm3V22.4 dm11.在某体积恒定的容器中,装有一定量温度为300 K的气体,现在保持压力不变,要将气体赶出1/6,需要将容器加热到的温度为 ( )

(A)350 K (B)250 K (C)300 K (D)360 K

答:(D)。保持V,p不变,n2?56n1,T2?T1?360 K 6512.实际气体的压力(p)和体积(V)与理想相比,分别会发生的偏差为( ) (A)p,V都发生正偏差 (B)p,V都发生负偏差 (C)p正偏差,V负偏差 (D)p负偏差,V正偏差

答:(B)。由于实际气体的分子间有相互作用力,所以实际的压力要比理想气体的小。由于实际气体分子自身的体积不能忽略,所以能运用的体积比理想气体的小。 五.习题解析

1.在两个容积均为V的烧瓶中装有氮气,烧瓶之间有细管相通,细管的体积可以忽略不计。若将两烧瓶均浸入373 K的开水中,测得气体压力为60 kPa。若一只烧瓶浸在273 K的冰水中,另外一只仍然浸在373 K的开水中,达到平衡后,求这时气体的压力。设气体可以视为理想气体。

解:因为两个容器是相通的,所以压力相同。设在开始时的温度和压力分别为T1,p1,后来的压力为p2,273 K为T2。系统中氮气的物质的量保持不变,n?n1?n2。根据理想气体的状态方程,有

?11?2p1?p2??? 化简得: T1?T1T2?2.将温度为300 K,压力为1 800 kPa的钢瓶中的氮气,放一部分到体积为20 dm3的贮气瓶中,使贮气瓶压力在300 K时为100 kPa,这时原来钢瓶中的压力降为1 600 kPa(假设温度未变)。试求原钢瓶的体积。仍假设气体可作为理想气体处理。

解: 设钢瓶的体积为V,原有的气体的物质的量为n1,剩余气体的物质的量为n2,放入贮气瓶中的气体物质的量为n。根据理想气体的状态方程,

3.用电解水的方法制备氢气时,氢气总是被水蒸气饱和,现在用降温的方法去除部分水蒸气。现将在298 K条件下制得的饱和了水气的氢气通入283 K、压力恒定为128.5 kPa的冷凝器中,试计算:在冷凝前后,混合气体中水气的摩尔分数。已知在298 K和283 K时,水的饱和蒸气压分别为3.167 kPa和1.227 kPa。混合气体近似作为理想气体。

解: 水气所占的摩尔分数近似等于水气压力与冷凝操作的总压之比 在冷凝器进口处,T=298 K,混合气体中水气的摩尔分数为 在冷凝器出口处,T=283 K,混合气体中水气的摩尔分数为

可见这样处理以后,氢气中的含水量下降了很多。

4.某气柜内贮存氯乙烯CH2=CHCl(g)300 m3,压力为122 kPa,温度为300 K。求气柜内氯乙烯气体的密度和质量。若提用其中的100 m3,相当于氯乙烯的物质的量为多少?已知其摩尔质量为62.5 g?mol-1,设气体为理想气体。

解: 根据已知条件,气柜内贮存氯乙烯的物质的量为n?根据密度的定义??pV,则氯乙烯的质量为 m?nM。RTm。将以上的关系式代入,消去相同项,得 V1提用其中的100 m3,相当于提用总的物质的量的,则提用的物质的量为

311pV或 n?n总?

33RT5.有氮气和甲烷(均为气体)的气体混合物100 g,已知含氮气的质量分数为0.31。在420 K和一定压力下,混合气体的体积为9.95 dm3。求混合气体的总压力和各组分的分压。假定混合气体遵守Dalton分压定律。已知氮气和甲烷的摩尔质量分别为28 g?mol?1和16 g?mol?1。

解: 混合气体中,含氮气和甲烷气的物质的量分别为 混合气体的总压力为

混合气体中,氮气和甲烷气的分压分别为

6.在300 K时,某一容器中含有H2(g)和N2(g)两种气体的混合物,压力为152 kPa。将N2(g)分离后,只留下H2(g),保持温度不变,压力降为50.7 kPa,气体质量减少了14 g。已知N2(g)

和H2(g)的摩尔质量分别为28 g?mol?1和2.0 g?mol?1。试计算: (1)容器的体积 (2)容器中H2(g)的质量

(3)容器中最初的气体混合物中,H2(g)和N2(g)的摩尔分数

解: (1)这是一个等温、等容的过程,可以使用Dalton分压定律,利用N2(g)分离后,容器中压力和质量的下降,计算N2(g)的物质的量,借此来计算容器的体积。 (2) pN2?101.3 kPa pH2?50.7 kPa 在T ,V 不变的情况下,根据Dalton分压定律,有 (3) xN2?nN2nH2?nN2?0.5 mol?0.67

(0.5?0.25) mol7.设在一个水煤气的样品中,各组分的质量分数分别为:w(H2)?0.064,w(CO)?0.678,

w(N2)?0.107,w(CO2)?0.140,w(CH4)?0.011。试计算:

(1)混合气中各气体的摩尔分数

(2)当混合气在670 K和152 kPa时的密度 (3)各气体在上述条件下的分压

解: 设水煤气的总质量为100g,则各物质的质量分数乘以总质量即为各物质的质量,所以,在水煤气样品中各物的物质的量分别为(各物质的摩尔质量自己查阅): (1)n(H2)?m(H2)w(H2)?100g6.4 g???3.20 mol

M(H2)M(H2)2.0 g?mol?1同理有:n(CO)?67.8 g?2.42 mol ?128 g?mol同理有:x(H2)?0.500,x(N2)?0.059,x(CO2)?0.050 ,x(CH4)?0.011 (2)因为 pV?n总RT

(3)根据Dalton分压定律 pB?pxB,所以

同理 p(CO)?57.6 kPa,p(N2)?8.97 kPa, p(CO2)?7.60 kPa

8.在288 K时,容积为20 dm3的氧气钢瓶上压力表的读数为10.13 MPa,氧气被使用一段时间以后,压力表的读数降为2.55 MPa,试计算使用掉的氧气的质量。设近似可以使用理想气体的状态方程。已知M(O2)?32 g?mol-1。

解: 在氧气被使用前,钢瓶中含氧气的质量m1为 氧气被使用后,钢瓶中剩余氧气的质量m2为 则使用掉的氧气的质量为

使用掉的氧气的质量也可以从压力下降来计算

9.由氯乙烯(C2H3Cl),氯化氢(HCl)和乙烯(C2H4)构成的理想气体混合物,各组分的摩尔分数分别为x(C2H3Cl)?0.89,x(HCl)?0.09和x(C2H4)?0.02。在恒定温度和压力为

101.325 kPa的条件下,用水淋洗混合气以去除氯化氢,但是留下的水气分压为2.666 kPa。试计算洗涤后的混合气中氯乙烯和乙烯的分压。

解:将氯化氢去除以后,在留下的混合气中,氯乙烯和乙烯所具有的压力为 根据在原来混合物中,氯乙烯和乙烯所占的摩尔分数,分别来计算它们的分压,即 或 p(C2H4)?p?p(C2H3Cl)

10.在273 K和40.53 MPa时,测得氮气的摩尔体积为7.03?10?5 m3?mol?1,试用理想气体状态方程计算其摩尔体积,并说明为何实验值和计算值两个数据有差异。

解: Vm?RT p因为压力高,N2(g)已经偏离理想气体的行为。

11.有1 mol N2(g),在273 K时的体积为70.3 cm3,试计算其压力(实验测定值为40.5 MPa),并说明如下两种计算结果为何有差异。 (1)用理想气体状态方程

(2)用van der Waals方程。已知van der Waals常数 a?0.1368 Pa?m6?mol?2,

b?0.386?10?4 m3?mol?1。

nRT1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?273 K?解:(1) p? ?63V70.3?10 m(2) p?RTa?2 Vm?bVm从计算结果可知,因为压力很高,气体已偏离理想气体的行为,用van der Waals方程计算误差更小一些。

12.在一个容积为0.5.m3的钢瓶内,放有16 kg温度为500 K的CH4(g),试计算容器内的压

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