物理化学习题课相平衡答案.docx
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物理化学习题课相平衡答案
物理化学习题（相平衡）
一．选择
α、β两相中均有A和B两种物质，达到相平衡时，下列各式正确的是
（1）。
（1）μαB=μβB
（2）μαA=μβA
（3）μαB=μαA（4）μαB=μβA
2．组分B从α相扩散到β相中，则下列说法中正确的是（4）。
（1）总是从浓度高的相扩散到浓度低的相
（2）平衡时两相的浓度相等
（3）总是从浓度低的相扩散到浓度高的相（4）总是从高化学势移向低化学势
3.室温下氨基甲酸铵分解反应为NH2CO2NH4（s）====2NH3（g）+CO2（g）
若在300K时向系统中加入一定量的氨基甲酸铵固体，则此系统的物种数S和组分数C应为（3）。
（1）1，1
（2）3，2（3）3，1（4）3，3
4．将克拉贝龙方程应用于水的液固两相，随压力的增长，水的凝固点将
（2）。
（1）上升
（2）下降（3）不变（4）无法判断
5.在一定温度下，在水和CCl4组成的互不相溶的系统中，向水层中加入1:
1的KI和I2，此系统的自由度是
（2）。
（1）1
（2）2（3）3（4）4
6.对于二组分系统，能平衡共存的最多相数为（4）。
（1）1
（2）2（3）3（4）4
7.对于恒沸混合物，下列说法中错误的是（4）。
（1）不具有确定的组成
（2）平衡时气相和液相组成相同
（3）其沸点随外压的改变而改变
（4）与化合物一样具有确定的组成
二．填空
1.在水的平衡相图中。
线是水的蒸发曲线，线是冰的升华曲线，
线是冰的融化曲线，点是水的三相点。
.
4HCO3（s）放入密闭真空容器内，50℃时，按NH4HCO3（s）按下式进行分解：
NH4HCO3（s）=NH3（g）+CO2（g）+H2O（g）。
达平衡后则该体系的相数P=，独立组分数C=，自由度数F=。
（2，1，0）
3.
（2）最合适的组成应配成w（联苯醚）=0.78，这一组成具有最低共熔点12℃，其凝固点最低，所以不至于因为凝固而堵塞管道。
4.求下列系统③从XB=0.5开始蒸馏，馏出物或残留物分别是什么？
（1）TM，TN，
（2）所处的T，p及气液相组成yB、xB，达两相平衡气液相的相对量不同，（3）0。
6.水和蔗糖系统相图如下：
℃
三．简答
1.纯铁的相图见下图5-3。
分析图中各点、线、面的相平衡关系。
2.
2.用相律判断下列相图是否正确？
（1）错误。
三相线不水平，这等于说在三相平衡时温度可变。
据相律F=2-3+1=0
（2）错误。
纯组分有固定熔点。
3.试说明在固-液平衡系统中，稳定化合物、不稳定化合物与固溶体三者之间的区别。
（1）稳定化合物有固定的组成和熔点，在固相和液相都存在。
当稳定低于其熔点时不会发生分解，在相图上有最高熔点，称为相合熔点，在该温度熔化时形成的液相组成和固相组成相同
（2）不稳定化合物只在固相存在，在液相不存在，加热时在熔点以前就分解为液相和另一个固体，此液相组成和原来固态化合物的组成不相同，在相图上没有最高熔点，而呈T字形，其水平线所代表的温度即为转熔温度，称为不相合熔点
（3）固溶体即固态溶液，是混合物，不是化合物，组成不固定，可在一定范围内变化。
4.试说明低共熔过程与转熔过程有何异同？
低共熔物与固溶体之间有何区别？
（1）低共熔过程与转熔过程相同之处：
都是两个固相与一个液相平衡共存。
（2）不同之处：
低共熔过程液相组成介于两固体组成之间，转熔过程液相组成介于液相和另一相之间；低共熔点是液相能够存在的最低温度，转熔温度则为不稳定化合物能够存在的最高温度。
（3）固溶体是一种组分溶于另一种组分而形成的固态溶液，为单相，而低共熔物是两种固体的混合物，为两相。
5.通常质量分数0.98的浓硫酸广泛应用于工业、医药。
由下图可以看出98%的硫酸结晶温度约为273K，作为产品容易在冬季
冻结，堵塞管道，怎样做才能避免。
（92.5%，238K）
解：
运用凝固点下降的原理，冬季常采用的硫酸作为产品，这种硫酸的凝固点大概在238k，在一般的地方存放和运输都不至于冻结，可以减少损失，创造更多的效益。
物理化学习题课
1.在密闭容器中，让NH4Cl（s）分解达到平衡后，体系中的相数是：
（B）
（A）1（B）2（C）3（D）4
2气相中的大小相邻液泡相碰,两泡将发生的变化是：
（A）
（A）大泡变大,小泡变小（B）大泡变小,小泡变大
（C）大泡、小泡均不变（D）两泡将分离开
3半径为1×10-2m的球形肥皂泡的表面张力为0.025N·m-1，其附加压力为：
（D）
（A）0.025N·m-2（B）0.25N·m-2
（C）2.5N·m-2（D）10N·m-2
4在同一温度下，微小晶粒的饱和蒸汽压和大块颗粒的饱和蒸压哪个大?
（A）
（A）微小晶粒的大（B）大块颗粒的大
（C）一样大（D）无法比较
5把细长不渗水的两张白纸互相靠近（距离为d），平行地浮在水面上,用玻璃棒轻轻地在两纸中间滴一滴肥皂液,两纸间的距离将：
（A）
（A）增大（B）减小
（C）不变（D）（A）.（B）.（C）都有可能
6 有两个电池，电动势分别为E1和E2：
H2（p）│KOH（0.1mol·kg-1）│O2（p）E1
H2（p）│H2SO4（mol·kg-1）│O2（p）E2
比较其电动势大小：
（C）
（A）E1E2（C）E1=E2（D）不能确定
7下列电池不属于浓差电池的是：
（D）
（A）Tl（Hg）（a1）|Tl+（aq）|Tl（Hg）（a2）
（B） Na（Hg）（a）|NaCl（m1）||NaCl（m2）|Na（Hg）（a）
（C）Na（Hg）（a）|NaCl（m1）|AgCl（s）|Ag（s）—Ag（s）|AgCl（s）|NaCl（m2）|Na（Hg）（a）
（D）Ag（s）|AgCl（s）|NaCl（aq）|Na（Hg）（a）|NaCl（CH3CN溶液）|Na（s）
9用铜电极电解·kg-1的CuCl2水溶液，阳极上的反应为（B）
（A）2Cl-─→Cl2+2e-
（B）Cu─→Cu2++2e-
（C）Cu─→Cu++e-
10.将反应2Hg（l）+O2（g）+2H2O（l）=2Hg2++4OH–设计成电池，当电池反应达到平衡时,
电池的E必然是：
（B）
（A）E=E（B）E=0
（C）E>0（D）E<0
1.在密闭容器中，让NH4CO3（s）分解达到平衡后，体系中的相数是：
（C）
（A）4（B）3（C）2（D）1
2在同一温度下，微小液滴的饱和蒸汽压和大块液体的饱和蒸压哪个大?
（A）
（A）微小液体的大（B）大块液体的大
（C）一样大（D）无法比较
3假如具有下列半衰期的等物质的量的放射性元素中,哪一种对生态是瞬时
最危险的?
（C）
×109a（B）65a（C）1min（D）12d
4催化剂能极大地改变反应速率，以下说法不正确的是：
（C）
（A）催化剂改变了反应历程
（B）催化剂降低了反应的活化能
（C）催化剂改变了反应的平衡，以致使转化率大大地提高了
（D）催化剂能同时加快正向和逆向反应速率
50.3mol·kg-1Na2HPO4水溶液的离子强度是：
（A）
（A）0.9mol·kg-1（B）1.8mol·kg-1
（C）0.3mol·kg-1（D）1.2mol·kg-1
6有两个电池，电动势分别为E1和E2：
H2（p）│KOH（0.2mol·kg-1）│Cl2（p）E1
H2（p）│H2SO4（0.5mol·kg-1）│Cl2（p）E2
比较其电动势大小：
（C）
（A）E1E2（C）E1=E2 （D）不能确定
7下列电池不属于浓差电池的是：
（B）
（A）Tl（Hg）（a1）|Tl+（aq）|Tl（Hg）（a2）
（B） Na（Hg）（a）|NaCl（m1）||MgCl2（m2）|Mg（Hg）（a）
（C）Na（Hg）（a）|NaCl（m1）|AgCl（s）|Ag（s）—Ag（s）|AgCl（s）|NaCl（m2）|Na（Hg）（a）
（D）Ag（s）│AgNO3.kg=0.90）║AgNO3.kg=0.72）│Ag（s）
9用铜电极电解·kg-1的ZnCl2水溶液，阳极上的反应为（B）
（A）2Cl-─→Cl2+2e-
（B）Zn─→Zn2++2e-
（C）Zn─→Zn++e-
10.将反应Ag（s），AgBr（s）│Br（aBr）║Cl（aCl）│AgCl（s），Ag（s）设计成电池，当电池反应达到平衡时,
电池的E必然是：
（B）
（A）E=E（B）E=0
（C）E>0（D）E<0
1浓度越大，摩尔电导率越大。
（0）
2电解池中阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
（1）
3离子迁移数就是某种离子传递的电量与通过电解质溶液的总电量之比。
（1）
4在光化学反应中，每一个光子的吸收所引起反应的分子数称为量子效率。
（1）
5二级反应的速度与原始物的最初浓度成反比
（1）
6极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸附非极性物质。
（1）
7普通晶体都有一个固定熔点，当晶粒甚小时，它们的熔点却低于普通晶体。
（1）
8阿累尼乌斯公式是表示化学反应速率与温度、反应活化能之间的关系的公式。
（1_）
11.对于同一反应，活化能一定，则反应的起始温度愈低，反应速率常数对温度的变化愈敏感。
（0）
12.碰撞理论中的阀能活化能不同于阿累尼乌斯公式中的反应活化能
（1）
13.反应速率常数与反应物浓度有关。
（0）
14.在光化学反应中，每一个光子的吸收所引起反应的分子数称为量子效率。
（1）
15.二级反应的速度与原始物的最初浓度成正比
（1）
16.非极性吸附剂易吸附极性物质，极性吸附剂易吸附非极性物质。
（0）
17.普通晶体都有一个固定熔点，当晶粒甚小时，它们的熔点却高于普通晶体。
（0）
18.阿累尼乌斯公式是表示化学反应速率与温度、反应活化能之间的关系的公式。
（1）
1.下图为生成简单共晶的A-B二元系相图，其横轴用质量百分浓度表示组成。
（1）标出相图中①、②、③、④区的相。
（2）如果有200g含B为80％的A-B熔体自Q点冷却到K点时，固、液相的质量各为多少？
设固、液质量分别为W1、W2，由相图查得，冷却到K点得温度时，液相含B60％，固相含B100%，根据杠杆规则：
所以
而W1+W2=200g
解以上二式，得：
固相质量W1＝100g
液相质量W2=100g
28.298.15K时，水的饱和蒸气压为2337.8Pa，密度为0.9982⨯103kg·m-3⨯10-3N·m-1。
试分别计算圆球形小液滴及小气泡的半径在10-5~10-9m的不同数值下，饱和蒸气压之比pr/p各为若干？
解：
小气泡：
液面的曲率半径r应取负值，如r=-10-5m时：
计算结果如下表所示：
r/m
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
小液滴
小气泡
例6电池Zn（s）│Zn（a=0.1）║Cu（a=0.1）│Cu（s）已知298K时，φCu2+/Cu，φZn2+/Zn，F=96485C·mol计算
（1）电池的电动势；
（2）电池反应Gibbs自由能变化值；（3）电池反应的平衡常数。
解：
（1）反应中n=2
E0=φCu2+/Cu −φZn2+/Zn=0.337V−
E=E0−lnaZn/aCu
（2）ΔG=−nFE=−2××96485C·mol=−212.27kJ·mol
（3）ΔG =−RTlnK=−nFE
lnK==2××96485C·mol/（8.314J·K·mol×
×10
例7.水蒸气迅速冷却至25℃时会发生过饱和现象。
已知25℃时水的表面张力为0.0725N·m-1，当过饱和蒸汽压为水的平衡蒸汽压的4倍时，试求算最先形成的的水滴半径为多少？
此种水滴中含有多少个水分子？
根据开尔文公式求在此饱和蒸汽压时液滴半径：
每个小液滴的质量为：
每个小液滴所含分子数为：
例4.由标准Zn2+/Zn半电池和标准Cu2+/Cu半电池组成一个原电池：
（-）Zn⎢Zn2+（1.0moldm-3）⎢⎢Cu2+（1.0moldm-3）⎢Cu（+）
（1）改变下列条件对该原电池的电动势有何影响?
1增大Zn2+的浓度;
2增大Cu2+的浓度;
3往Cu2+的溶液中加入H2S饱和溶液。
（2）当上述原电池工作半小时以后，原电池的电动势是否会发生变化？
为什么？
（3）在原电池工作过程中锌的溶解和铜的析出在质量上有什么关系？
答：
（1）根据所给条件，C（Zn2+）=C（Cu2+）=1.0moldm-3，此时原电池的电动势为标准电动势Eθ。
1当Zn2+的浓度增大时，根据能斯特方程式：
ϕ（Zn2+/Zn）=ϕθ（Zn2+/Zn）+
lgC（Zn2+）
ϕ（Zn2+/Zn）代数值增大，由于原电池的电动势E=ϕ（Cu2+/Cu）-ϕ（Zn2+/Zn），所以电动势将变小。
2当Cu2+的浓度增大时，ϕ（Cu2+/Cu）代数值增大，从而使电动势增大。
3往的溶液中加入H2S饱和溶液后，将发生如下反应：
Cu2++H2S=CuS（s）+2H+，因为CuS的KSP很小（约10-45），所以溶液中Cu2+浓度变为很小，ϕ（Cu2+/Cu）代数值减小，从而使电动势变小。
（2）上述原电池工作半小时以后，由于Zn2+浓度增大，ϕ（Zn2+/Zn）代数值增大，Cu2+浓度减小，ϕ（Cu2+/Cu）代数值减小，因而电动势变小。
（3）原电池在负极上失去的电子数等于在正极上得到的电子数，且在两电极的半反应式中得到或失去的电子的计量系数均为2，所以两极反应中锌溶解的物质的量（以molZn为单位）等于铜析出的物质的量（以molCu为单位）。
其质量比为：
例6.将下列反应组成原电池。
Fe（s）+Cu2+（aq）=Fe2+（aq）+Cu（s）
（1）用符号表示原电池的组成；
（2）计算标准状态时原电池的标准电动势；
（3）计算反应的标准吉布斯函数变；
（4）计算反应的平衡常数；
（5）计算C（Fe3+）⨯10-3moldm-3时原电池的电动势。
解：
（1）首先找出有关电对,并从教材附录6中查出标准电极电势：
ϕθ（Cu2+/Cu）=+0.3402V
ϕθ（Fe2+/Fe）=-0.4402V
这两对电对的标准电极电势相差甚远，在通常浓度范围内，不可能由于浓度的影响使两电对的电极电势大小次序发生颠倒，所以可以用ϕθ代数值较大的铜电极作为正极，ϕθ代数值较小的铁电极作为负极。
该原电池的符号为：
（-）Fe|Fe2+（c1）||Cu2+（c2）|Cu（+）
（2）原电池的标准电动势Eθ=ϕθ（+）-ϕθ（-）=ϕθ（Cu2+/Cu）-ϕθ（Fe2+/Fe）
Eθ={+-（-）}V=0.7804V
（3）反应的标准吉布斯函数变ΔG
=-nFEθ,n=2,
ΔGθ={-2⨯96485⨯}Jmol-1=-150600Jmol-1=-150.6kJmol-1
（4）反应的平衡常数lgKθ=
由
（2）已求得Eθ=0.7804V,反应n=2,代入上式,可得
lgKθ=
Kθ⨯1026
（5）当C（Fe2+⨯10-3moldm-3时,根据能斯特方程式,可计算出该浓度条件下得电极电势为：
ϕ（Fe2+/Fe）=ϕθ（Fe2+/Fe）+
⨯10-3）
={-0.4402+
⨯10-3）}V=-
此时原电池的电动势E={-（-0.5290）}V=0.8692V。
例10.下列反应在标准状态时能否自发进行?
若改变溶液H+浓度为10-7moldm-3时该反应能否自发进行？
2NO3-+6I-+8H+=3I2+2NO+4H2O
解：
从教材附录6可以查与该反应有关的电对的标准电极电势值：
I2+2e-=2I-ϕθ（I2/I-）=+
NO3-+4H++3e-=NO+2H2Oϕθ（NO3-/NO）
由于氧化还原反应自发进行的条件是ΔG<0或ϕ（+）>ϕ（-）,即作为氧化剂的电对的电极电势值必须大于作为还原剂的电对的电极电势值。
在标准状态时ϕθ（NO3-/NO）>ϕθ（I2/I-），所以在标准状态下该反应能自发进行。
当溶液的H+浓度变为10-7moldm-3时，需先根据能斯特方程计算出在该条件下NO3-/NO电对的电极电势：
ϕ（NO3-/NO）=ϕθ（NO3-/NO）+
当P（NO）⨯105Pa,C（NO3-）=1moldm-3时,可简化为：
ϕ（NO-3/NO）=ϕθ（NO3-/NO）+
lgC4（H+）
ϕ（NO3-/NO）=0.96+
lg（10-7）4
此时,ϕ（NO3-/NO）<ϕθ（I2/I-）,反应不能自发进行。
习题6293K时，乙醚-水、汞-乙醚、汞-水的界面张力为×10-3，379×10-3，375×10-3N·m-1，在乙醚与汞的界面上滴一滴水，试求其接触角。
解：
=
。
习题7293K时水在石蜡面上的接触角为105°，试求黏附功Wa和铺展系数S。
已知水的表面张力为×10-3N·m-1。
解：
粘附功：
10-3（1+cos105）N
m-1
N
m-1
铺展系数：
10-3（1-cos105）N
m-1
N
m-1
因此水不能在石蜡表面铺展，但可以沾湿石蜡。
习题8氧化铝瓷件上需要涂银，当加热至1273K时，试用计算接触角的方法判断液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？
已知该温度下固体Al2O3的表面张力为·m-1，液态银表面张力为·m-1，液态银与固体Al2O3的界面张力为·m-1。
解：
cos
（
）/
Ag
。
所以，液态银不能润湿Al2O3瓷件表面。
习题2放射性同位素
的蜕变
现有一批该同位素的样品，经测定其活性在10天后降低了％，求蜕变速率常数、半衰期及经多长时间蜕变％。
解：
放射性同位数的蜕变为一级反应，同一级反应速率方程式。
所以，k1天-1，
蜕变％所需时间
习题3氯化重氮苯在水中分解
C6H5N2Cl+H2O→C6H5OH+HCl+N2，35℃时测定不同时间释放的氮气体积为
t/min
20
40
60
80
100
120
140
∞
VN2/10-3dm3（标准状态）
试确定该反应的级数和速率常数。
解C6H5N2Cl+H2O→C6H5OH+HCl+N2
t=0n00
t=tntn0-nt
t=∞0n0
n0=PV∞/RTnt=P（V∞-Vt）/RT
用尝试法，按一级反应速率方程式：
由题给数据计算出ln（V∞-Vt）的值，将lnV∞代入上式计算k1的值列表如下：
t/min
20
40
60
80
100
120
140
ln（V∞-Vt）
4．03
k1
计算所得各组数据的k1值基本相同，所以，该反应为一级反应，k11
习题4某一级反应，35min反应物消耗30％，求速率常数k及5h反应物消耗的百分数。
解：
由一级反应速率方程式
所以k1-1，反应经过5小时后，反应物消耗的百分数为x。
习题6反应A+B→×10-4dm3·mol-1·s-1，当初始浓度C0·dm-3，C0·dm-3时，求半衰期t1/2（A）和t1/2（B）。
解：
由速率方程的积分式
习题7某一级反应600K时半衰期为370min，活化能为×105J·mol1，求该反应在650K时的速率常数和反应物消耗75％所需的时间。
解：
由一级反应的动力学特征
由Arrheins公式
由一级反应速率方程式
所以反应物消耗75％所需时间
习题8已知反应CCl3COOH→CO2+CHCl3在90℃×10-4s-1，70℃×10-5s-1，求该反应的活化能及50℃时的速率常数，并判断该反应的级数。
解：
由Arrhenius公式
所以该反应的活化能为×105J·mol-1
当反应温度为50℃时，
所以k（50℃×10-7s-1。
由题中反应速率常数的单位s-1可知，该反应为一级。
习题10某乳制品在28℃时6h就开始变酸，在4℃的冷藏箱中可保鲜10d，估算该酸败过程的活化能。
10.解：
由Arrhenius公式
例8.2.3 在时，已知φ，φ，AgBr（s）的溶度积Ksp×10，试设计电池，计算时AgBr（s）的标准生成Gibbs自由能ΔfG。
解：
AgBr（s）的溶解反应 AgBr（s）→Ag（aAg）+Br（aBr）
设计成电池 Ag（s）│Ag（aAg）║Br（aBr）│AgBr（s），Ag（s）
负极（氧化反应）：
Ag（s）→Ag（aAg）+e
正极（还原反应）：
AgBr（s）+e→Ag（s）+Br（aBr）
电池反应：
AgBr（s）→Ag（aAg）+Br（aBr）
E=φ−φ =lnKsp
所以 φ=φ+lnKsp
=0.80V+8.314J·K·mol×298.15K/（1×96485C·mol）××10）
AgBr（s）的生成反应 Ag（s）+1/2Br2（l）→AgBr（s）
设计成电池 Ag（s），AgBr（s）│Br（aBr）│Br2（l），Pt（s）
负极（氧化反
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