物理化学第一章课后答案完整版.docx

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物理化学第一章课后答案完整版

第一章气体的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121.6kPa，27℃的氯乙烯（C2H3Cl）气体300m3，若以每小时90kg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。

1.30℃，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（Mw=16g/mol）看成理想气体：

PV=nRT,PV=mRT/Mw

甲烷在标准状况下的密度为=m/V=PMw/RT

                       =101.325⨯16/8.314⨯273.15（kg/m3）

                       =0.714kg/m3  

1.4一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℃，13.33kPa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/1g.cm-3=100cm3

将某碳氢化合物看成理想气体：

PV=nRT,PV=mRT/Mw

Mw=mRT/PV=（25.0163-25.0000）⨯8.314⨯300.15/（13330⨯100⨯10-6）

Mw=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，

1.60℃时氯甲烷（CH3Cl）气体的密度ρ随压力的变化如下。

试作

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200cm3容器中，直至压力达101.325kPa，测得容器中混合气体的质量为0.3897g。

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（Mw=30g/mol,y1）,丁烷（Mw=58g/mol,y2）看成是理想气体:

PV=nRT n=PV/RT=8.3147⨯10-3mol

（y1⨯30+（1-y1）⨯58）⨯8.3147⨯10-3=0.3897

y1=0.401    P1=40.63kPa

y2=0.599    P2=60.69kPa

1.8试证明理想混合气体中任一组分B的分压力pB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  

。

1.12CO2气体在40℃时的摩尔体积为0.381dm3·mol-1。

设CO2为范德华气体，试求其压力，并比较与实验值5066.3kPa的相对误差。

1.13今有0℃，40.530kPa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138.7kPa，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3.17kPa及1.23kPa。

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=97.758kPa

373.15K该气体的分压力为：

97.758kPa×373.15K/300K=121.58kPa

373.15K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=222.92kPa

1.18把25℃的氧气充入40dm3的氧气钢瓶中，压力达2027×102kPa。

试用普遍化压缩因子图求钢瓶中氧气的质量。

氧气的TC=-118.57℃,PC=5.043MPa

氧气的Tr=298.15/（273.15-118.57）=1.93,Pr=20.27/5.043=4.02

Z=0.95

PV=ZnRT 

n=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）