物理化学核心教程第二版参考答案第 一 章 气 体一、思考题1. 如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？ 答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。2. 在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？答：不一定相等。根据理想气体状态方程，假设物质的量相同，那么温度才会相等。3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273 K，右球的温度为293 K时，汞滴处在中间达成平衡。试问：1假设将左球温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动？2假设两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动？答：1左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。 2两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积或保持体积不变时增加的压力左边比右边大。4. 在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象？答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。5. 当某个纯物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化？答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。6. Dalton分压定律的适用条件是什么？Amagat分体积定律的使用前提是什么？答：实际气体混合物压力不太高和理想气体混合物。与混合气体有相同温度和相同压力下才能使用，原那么是适用理想气体混合物。7. 有一种气体的状态方程为 b为大于零的常数，试分析这种气体与理想气体有何不同？将这种气体进行真空膨胀，气体的温度会不会下降？答：将气体的状态方程改写为pVm-b= RT，与理想气体的状态方程相比，只校正了体积项，未校正压力项。说明这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的相互作用力可以忽略不计。所以，将这种气体进行真空膨胀时，温度不会下降。8. 如何定义气体的临界温度和临界压力？答：在真实气体的pVm图上，当气-液两相共存的线段缩成一个点时，称这点为临界点。这时的温度为临界温度，这时的压力为临界压力。临界压力是指在该临界温度时能使气体液化的最低压力。9. van der Waals气体的内压与体积成反比，这一说法是否正确？答：不正确。内压力与气体摩尔体积的平方成反比。10. 当各种物质处于处于临界点时，它们有哪些共同特性？答：这时气-液界面消失，液体和气体的摩尔体积相等，成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体，称为超流体。二、概念题题号12345678选项CABDCCBC题号9101112选项CADB1. 在温度、容积恒定的容器中，含有A和B两种理想气体，这时A的分压和分体积分别是和。假设在容器中再参加一定量的理想气体C，问和的变化为 。 A和都变大 B 和都变小C 不变，变小 D 变小，不变 答：C这种情况符合Dalton分压定律，而不符合Amagat分体积定律。2. 在温度T、容积V都恒定的容器中，含有A和B两种理想气体，它们的物质的量、分压和分体积分别为nA，pA，VA和nB，pB，VB容器中的总压为p。试判断以下公式中哪个是正确的 。 A BC D 答：A只有A符合Dalton分压定律。3. 氢气的临界温度和临界压力分别为。有一氢气钢瓶，在298 K时瓶内压力为，这时氢气的状态为 。A液态 B气态 C气-液两相平衡 D无法确定答：B 仍处在气态区。4. 在一个绝热的真空容器中，灌满373 K和压力为101.325 kPa的纯水，不留一点空隙，这时水的饱和蒸汽压为 。A等于零 B大于101.325 kPaC小于101.325 kPa D等于101.325 kPa答：D饱和蒸汽压是物质的本性，与是否有空间无关。5. 真实气体在如下哪个条件下，可以近似作为理想气体处理 。A高温、高压 B低温、低压C高温、低压 D低温、高压答：C 这时分子间距离很大，分子间的作用力可以忽略不计。6. 在298K时，地面上有一个直径为1m的充了空气的球，其压力为100kPa，将球带至高空，温度降为253K，球的直径胀大到3m，此时球内的压力为 。A33.3 kPa B9.43 kPa C3.14 kPa D28.3 kPa答：C kPa。7. 真实气体液化的必要条件是 。 A压力大于 B温度低于 C体积等于 D同时升高温度和压力答：B是能使气体液化的最高温度，温度再高无论加多大压力都无法使气体液化。8. 在一个恒温，容积为2dm3的真空容器中，依次充入温度相同、始态为100 kPa，2 dm3的N2g和200 kPa，1 dm3的Arg，设两者形成理想气体混合物，那么容器中的总压力为 。 A100 kPa B150 kPa C200 kPa D300 kPa答：C等温条件下，200 kPa，1 dm3气体等于100 kPa，2 dm3气体，总压为=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。9. 在298 K时，往容积相等的A、B两个抽空容器中分别灌入100g和200g水，当到达平衡时，两容器中的水蒸汽压力分别为和，那么两者的关系为 。 A C= D无法确定答：C饱和蒸汽压是物质的特性，只与温度有关。10. 在273 K，101.325 kPa时，摩尔质量为154的CCl4l的蒸气可以近似看作为理想气体，那么气体的密度为 。单位为 答：A11. 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 。 A350 K B250 K C300 K D360 K答：DV，p不变，12. 实际气体的压力p和体积V与理想气体相比，分别会发生的偏差为 。Ap、V都发生正偏差 Bp、V都发生负偏差Cp正偏差，V负偏差 Dp负偏差，V正偏差答：B内压力和可压缩性的存在。三、习题1. 在两个容积均为V的烧杯中装有氮气，烧瓶之间有细管相通，细管的体积可以忽略不计。假设将两烧杯均浸入373 K的开水中，测得气体压力为60 kPa。假设一只烧瓶浸在273 K的冰水中，另外一只仍然浸在373 K的开水中，到达平衡后，求这时气体的压力。设气体可以视为理想气体。解： 根据理想气体状态方程 化简得： 2. 将温度为300 K，压力为1800 kPa的钢瓶中的氮气，放入体积为20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1600 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： 放入贮气瓶中的气体物质的量为 设钢瓶的体积为V，原有气体为，剩余气体为 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局部水蒸气。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： 冷凝前后混合气体中水气的摩尔分数。在298 K和283 K时，水的饱和蒸汽压分别为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 在冷凝器出口处，T=283 K 可见这样处理以后，含水量下降了很多。4. 某气柜内贮存氯乙烯CH2=CHClg300，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。假设提用其中的100，设气体为理想气体。解： 代入，得： 总=5. 有氮气和甲烷均为气体的气体混合物100 g。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。氮气和甲烷的摩尔质量分别为28和16。解： 6. 在300 K时，某一容器中含有H2g和N2g两种气体的混合物，压力为152 kPa，温度为。将N2g别离后，只留下H2g，保持温度不变，压力降为50.7 kPa，气体质量减少14 g。试计算：1容器的体积；2容器中H2g的质量；3容器中最初的气体混合物中，H2g和N2g的摩尔分数解：1 2 在T ，V 不变的情况下 3 7. 设某水煤气中各组分的质量分数分别为：， ，。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，那么各物质的质量分数乘以总质量即为各物质的质量，所以： 1同理有： 那么有： 总= 同理有：， ， 2因为 3根据Dalton分压定律 ，所以 同理 ， 第 二 章 热力学第一定律一、思考题1. 判断以下说