物化补充习题和解答.docx

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物化补充习题和解答

物理化学（下）补充习题及解答

第六章相平衡

1、已知A与B能形成化合物A3B,A与B不形成固溶体,C点xA=，D点xA=。

（1）试完成下列A-B固液相图；

（2）标明各相平衡区域的相态；

（3）画出从M点冷却的步冷曲线。

解：

2、等压下，Tl，Hg及其仅有的一个化合物（Tl2Hg5）的熔点别离为303℃，-39℃，15℃。

另外还已知组成为含8％（质量分数）Tl的溶液和含41％Tl的溶液的步冷曲线如下图。

Hg，Tl的固彼此不相溶。

（1）画出上面体系的相图。

（Tl，Hg的相对原子质量别离为，

（2）若体系总量为500g，总组成为10％Tl，温度为20℃，使之降温至-70℃时，求达到平衡后各相的量。

解：

（1）相图绘制如下。

（2）设-70℃时，Hg（s）的质量为x，则固体化合物的质量为（500g-x）,

按照杠杆规则：

x-0）=（500g-x）-x=327.3g

3、假设组分A和B能够形成一个不稳固化合物A2B，A的熔点比B的低，试画出该体系在等压下可能的温度—组成示用意，并标出各相区的相态。

解：

A和B二组分体系的等压相图如下所示：

还有一个可能的相图，A与B换位置。

4、Au和Sb熔点别离为1333K和903K，二者形成一种不稳固化合物AuSb2在1073K时分解，600K时该化合物与Sb形成低共熔混合物。

（1）试画出符合上述数据的示意相图，并填下表；

（2）画出Au的质量分数为的熔融物的步冷曲线。

相区

相态

组成

自由度

解：

相图与上面的类似。

5、利用下列数据，粗略地描画出Mg-Cu二组分凝聚系统相图，并标出各区的稳固相。

Mg与Cu的熔点别离为648℃，1085℃。

二者可形成两种稳固化合物，，其熔点依次为580℃、800℃。

两种金属与两种化合物四者之间形成三种低共熔混合物。

低共熔混合物的组成及低共熔点对应为：

35%，380℃；66%，560℃；%，680℃。

解：

相对原子质量Ar（Cu）=，Ar（Mg）=。

Mg2Cu的组成

MgCu2的组成

按照题设数据绘制相图如下图所示。

第七章电化学

一、在298K时电解用Pb（s）作电极的Pb（NO3）2溶液，该溶液的浓度为每1000g水中含有Pb（NO3）216.64g，当与电解池串联的库仑计中有0.1658g银沉积后就停止通电。

阳极部溶液质量为62.50g，经分析含有Pb（NO3）21.151g，计算Pb2+的迁移数。

Pb的原子量为。

解：

阳极区增加的物质的量是负离子迁入出的物质的量。

2、298K时在某一电导池中充以·dm-3的KCl溶液（已知其电导率为·m-1），测得其电阻为525Ω。

若该电导池内充以·dm-3的NH3·H2O溶液时，测得电阻为2030Ω，已知现在水的电导率为2×10-4S·m-1,，。

试求：

（1）该NH3·H2O溶液的电离度。

（2）若该电导池内充以纯水，电阻应为若干？

解：

（1）

（2）

3、试设计一个可逆电池，使其中进行下述反映Fe2+（a1）+Ag+（a2）=Ag（s）+Fe3+（a3）。

（1）写出电池的表示式。

（2）计算上述电池反映在298K，反映进度为1时的平衡常数K。

（3）若将过量的银粉加到浓度为·kg-1的Fe（NO3）3溶液中，求当反映达到平衡后Ag+的浓度为多少？

（设活度系数均为1）

解：

（1）Pt|Fe2+（a1）,Fe3+（a3）‖Ag+（a2）|Ag

（2）E（Ag+|Ag）=,E（Fe3+,Fe2+|Pt）=

（3）Fe2++Ag+=Ag（s）+Fe3+

开始00过量·kg-1

平衡xxmol·kg-1

4、电池Zn（S）|ZnCl2（·kg-1）|AgCl（s）|Ag（s）的电动势E=[（T/K-298）]V试计算在298K当电池有2mol电子的电量输出时，电池反映的ΔrGm、ΔrHm、ΔrSm和此进程的可逆热效应QR。

解：

E=当T=298K时

五、已知298K时下述电池的电动势E=。

Cu（s）∣Cu（Ac）2·kg-1）∣AgAc（s）|Ag（s）

温度升至308K时，E=，又已知298K时，。

（1）写出电极反映和电池反映。

（2）298K时，当电池可逆地输出2mol电子的电量时，求电池反映的ΔrGm，ΔrHm，和ΔrSm。

设电动势E随T的转变率有定值。

（3）求醋酸银AgAc（s）的溶度积Ksp。

（设活度系数均为1）

解：

（1）（-）Cu-2e→Cu2+mol·kg-1）。

（+）2AgAc（s）+2e→2Ag+2Ac-（2×mol·kg-1）

Cu+2AgAc（s）→Cu2+·kg-1）+2Ac-（2×·kg-1）+2AgE298=

（2）△rGm=-2×96484×=

（3）AgAc（s）=Ag+（a）+Ac-（a）

Ag-e→Ag+（a）

AgAc（s）+e→Ag（s）+Ac-（a）

第十章界面现象

一、水的表面张力与温度的关系为γ/10-3N·m-1=/℃）

今将10kg纯水在303K及101325Pa条件下定温定压可逆分散成半径r=10-8m的球型雾滴。

计算：

（1）环境所消耗的非体积功；

（2）小雾滴的饱和蒸气压；（3）该雾滴所受的附加压力。

（已知303K，101325时，水的体积质量（密度）为995kg·m-3，不考虑分散度对水的表面张力的影响）。

解：

（1）本题非体积功即表面功

设雾滴半径为r，个数为N，则总表面积As为

所以

（2）依据开尔文公式

所以

（3）按照杨--拉普拉斯公式

二、在某温度下，铜粉对氢气的吸附为单分子层吸附，其具体形式为V/cm3（STP）·g-1=/+p），式中V是氢在铜粉上的吸附量，p是氢气的压力（Pa）。

求在该温度下，表面上吸满单分子层时的吸附量及1g铜粉的表面积。

（H2分子的截面积σ=×10-19m2）

解：

将V=p/（Pa+p）变成：

与下式比较

得Vm=1.36cm3（STP）·g-1 

1g铜粉的表面积为

3、20℃时，汞的表面张力为483×10-3N·m-1，体积质量（密度）为×103kg·m-3。

把内直径为10-4m的玻璃管垂直插入汞中，管内汞液面会降低多少？

已知汞与玻璃的接触角为180°，重力加速度g=9.81m·s-2。

解：

所以

=-0.145m

即汞面会降低0.145m。

4、25℃半径为1μm的水滴与蒸气达到平衡，试求水滴的内外压力差及水滴的饱和蒸气压。

已知25℃时水的表面张力为×10-3N·m-1，体积质量（密度）为0.9971g·cm-3，蒸气压为kPa,摩尔质量为18.02g·mol-1。

解：

=×10-3

==kPa

五、20℃时，酪酸水溶液的表面张力与溶液浓度c的关系为：

（1）导出溶液的表面吸附量Γ与浓度c的关系式；

（2）求出c=mol·dm-3时单位表面吸附物质的量。

（3）求Γ∞的值；

（4）求酪酸分子的截面积。

解：

（1）讲题给关系式两边对浓度微分，得

设活度因子为1，将上式代入Gibbs吸附等温式，得

（2）当c=mol·dm-3时

（3）当浓度增大，使时，表面吸附量与浓度无关，达到饱和吸附，即

（4）故每一个酪酸分子的截面积为

第十一章化学动力学习题

一、某溶液中反映A+B→Y，开始时只有A与B两种物质，且二者的物质的量相等。

1h后A的转化率为75%，问2h后A尚有多少未反映？

假设：

（1）对A为一级，对B为零级反映；

（2）对A、B皆为一级反映；

（3）对A、B皆为零级反映。

解：

－dcA/dt=kcAαcBβ

（1）α=1，β=0，即－dcA/dt=kcA

1－xA,2==%。

（2）α=β=1，－dcA/dt=kcAcB=kcA2

1－xA,2==%；

（3）α=β=0，－dcA/dt=k

xA,2=t2·xA,1/t1=

xA,2>1无心义，说明反映物在2h以前已消耗完。

【注】知识点：

零级、一级和二级反映积分速度方程。

二、某药物分解反映的速度与温度的关系为

（1）在30℃时，药物每小时的分解速度是多少？

（2）若此药物分解30%时即以为失败，那么药物在30℃下保留的有效期为多长时刻？

（3）欲使有效期延长到2年以上，则保留温度不能超过量少度？

解：

（1）

（2）

（3）

【注】知识点：

通过反映速度常数单位判断反映级数；

应用一级反映速度方程解决实际问题。

三、反映A+2B→Y的速度方程为：

（1）cA,0=•dm-3，cB,0=•dm-3，300K下反映20s后cA=mol•dm-3，问再反映20s后cA=？

（2）反映物的初始浓度同上，定温400K下反映20s后cA=·dm-3，

求活化能。

解：

（1）

再继续反映20s,

解得

（2）

【注】知识点：

二级反映速度方程；阿累尼乌斯方程，活化能。

四、下列平行反映，主、副反映都是一级反映：

Z（副反映）

（1）若开始只有A，且cA,O=mol·dm-3。

计算400K时，经10秒，A的转化率为多少?

Y和Z的浓度各为多少?

（2）用具体计算说明，该反映在500K进行时，是不是比400K时更为有利?

解：

（1）由

代入已知条件，求得k1（400K）=s-1；k2（400K）=s-1

则

解得：

xA=

因为cY/cZ=k1/k2，cY+cZ=cA,0xA

所以cY=mol·dm-3，cZ=mol·dm-3；

（2）400K时，

500K时，

故在400K反映对主产物更有利。

【注】知识点：

平行反映积分速度方程；平行反映的特点cY/cZ=k1/k2。

五、已知2NO（g）+O2（g）==2NO2（g）的反映机理及各基元反映的活化能如下：

2NON2O2；Ea,1=82

N2O22NO；Ea,-1=205

O2+N2O22NO2，Ea,2=82

设前两个基元反映达平衡。

（1）试用平衡态处置法成立总反映的速度方程式，

（2）求表观活化能。

解：

（1）按照平衡态近似法，有k1/k-1=[c（NO）]2/c（N2O2）

所以c（N2O2）=[c（NO）]2；

=2k2c（N2O2）c（O2）=2k2c（NO）]2c（O2）=k[c（NO）]2c（O2）；

（2）

所以，表观活化能Ea=Ea,1+Ea,2-Ea,-1

=（82+82-205）

=-41

【注