物理化学第五版上册习题答案.docx
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物理化学第五版上册习题答案
物理化学第五版上册习题答案
10－1请回答下列问题：
（1）常见的亚稳定状态有哪些？
为什么产生亚稳态？
如何防止亚稳态的产生？
（2）在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？
（3）下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？
（4）物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？
（5）在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？
答：
（1）常见的亚稳态有：
过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。
产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。
（2）一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”，根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。
（3）气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。
（4）最本质区别是分子之间的作用力不同。
物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为范德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。
43
3
31
4
32
r1
33
r2
r1
3
a1
a2
22
2
r2
－r12）
（1?
10）1?
10
?
9
?
33
－10－6）
2?
r2?
r4?
r
＝
2?
58.91?
100.1?
10
?
6
?
3
2?
58.91?
100.1?
10
?
6
?
3
4?
58.91?
100.1?
10
?
6
?
3
－
－－－
2?
r
＝
2?
22.3?
105?
10
?
5
?
3
＝892pa
?
3
h＝
2?
cos?
r?
g
＝
2?
22.3?
105?
10
?
5
?
1
?
789.4?
9.8
＝0.1153m
－
－－
时，计算
（1）开始形成水滴的半径；
（2）每个水滴中所含水分子的个数。
解：
（1）ln
prp
?
2?
m
?
rrt
r＝
2?
m
?
rtln
43
prp
＝
2?
71.97?
10
?
3
?
18.0152?
10
?
3
997?
r?
298.15?
ln4
3
4
n＝
mlm
＝
1.810?
10
?
24
?
6.022?
10
?
3
23
18.0152?
10
＝61
pr101.325
pr
?
2?
m
?
rrt
＝
2?
1210?
10
?
3
?
100.0872?
10
?
9
?
3
3900?
30?
10?
r?
773.15
＝0.3220
101.325
＝1.3800pr＝139.82kpa
h＇。
w表示，aa＇为油－水界面，油层的深度为
请导出谁在毛细管中上升的高度h与油－水界面张力之间?
ow的关系。
gh
2?
ow
?
p（?
w?
?
o）g
ow
?
p（?
w?
?
o）g
r?
r′＝
2?
ow
rcos?
2?
cos?
r
h＝
＝
cos?
r（?
w?
?
o）gr
10－8在351.45k时，用焦炭吸附nh3气测得如下数据，设v?
～p关系符合v?
＝kpn方程。
试求方程式v?
＝kpn中的k及n的数值。
解：
va?
k?
pnlgva?
lgpk?
nl
g
lgk＝1.0955k＝12.46；n＝0.6018
（2）chcl3的分压为时6.6672kpa，平衡吸附量为若干？
解：
（1）由朗缪尔吸附等温式
v
?
?
?
v
?
?
vm
?
bp1?
bp
得：
b＝
p（vm?
v）
?
＝
82.5
13.375?
（93.8?
82.5）
＝0.5459
（2）v?
?
bpvm
1?
bp
＝
0.5459?
6.6672?
93.81?
0.5459?
6.6672
p2v1
?
v
?
?
vm
?
bp1?
bp
得：
v1
?
?
v2
?
p1（1?
bp2）p2（1?
bp）1
?
3
1?
b＝
p1v2
p2v1
?
p1v2
?
?
3p2v1＝＝0.01208＝5.9524?
3?
1013.25?
2.5?
10p1v2
?
101.325?
1013.25p1?
p2
?
3
101.325?
4.2?
10
?
1?
1013.25?
2.5?
10
?
p＝＝
b
110.01208
＝82.78kpa
10－11在291.15k的恒温条件下，用骨炭从醋酸的水溶液中吸附醋酸，在不同的平衡浓度下，每千克骨炭吸附醋酸的物质的量如下：
?
将上述数据关系用朗缪尔吸附等温式表示，并求出式中的常数n?
及b。
解：
由朗缪尔吸附等温式n?
?
nmbc1?
bc
?
得：
cn
?
?
1nmb
?
?
cnm
?
作
cn
?
?
c曲线如下
nm
?
＝
10.1997
15.01?
0.0096
【篇三：
物理化学第五版课后习题答案】
>11－1反应so2cl2（g）
－
－
问在320℃加热90minso2cl2的分解分数为若干？
解：
ln
11?
xa
caca,0
11?
xa
＝1.126
caca,0
?
e
?
2.2?
10
?
5
?
90?
60
＝0.88801?
＝xa＝0.112
11－2某一级反应ab的半衰期为10min。
求1h后剩余a的摩尔分数。
解：
t1＝
2
ln2k
k＝
ln2t2
＝
ln210
＝0.06931min1
－
ln
11?
xa
caca,0
＝1－xa＝0.01562
11－3某一级反应，反应进行10min后，反应物反应掉30％。
问反应掉50％需要多少时间？
解：
k＝ln
t1k
111?
xa
11?
x?
a
＝
110
ln
1
11?
0.3
1
ln25.945?
10
?
4
t＝ln＝
0.03567
ln
1?
0.5
＝19.43min＝t＝
2
11－425℃时，酸催化蔗糖转化反应：
c12h23o11（蔗糖）＋h2oc6h12o6（葡萄糖）＋c6h12o6（果糖）
（1）试证明此反应为一级反应，并求速率常数及半衰期；
（2）若蔗糖转化95%需多长时间？
解：
（1）
lnc～tk＝0.003491mint＝
2
ln2k
＝
ln20.003491
＝198.55min
（2）t＝?
ln
k
111?
x
＝858.13min
11－5对于一级反应，试证明转化率达到87.5%所需时间为转化率达到50%所需时间的3倍。
对于二级反应又应为多少？
解：
对于一级反应有：
ln
t87.5%t50%
11?
xa
＝ktt＝?
ln
k
111?
xa
t2t1
?
ln（1?
xa,2）ln（1?
xa,1）
?
ln（1?
0.875）ln（1?
0.5）
＝3
1
xa
t2t1
xa,2（1?
xa,1）xa,1（1?
xa,2）
对于二级反应有：
t87.5%t50%
1
ca,01?
xa
?
xa
?
ktt?
kca,01?
xa
?
?
?
0.875?
（1?
0.5）0.5?
（1?
0.875）
＝7
11－6偶氮甲烷分解反应：
ch3nnch3（g）c2h6（g）＋n2（g）为一级反应。
287℃时，一密闭恒容容器中ch3nnch3初始压力为21.332kpa，1000s后总压力为22.732kpa，求k及t1。
2
解：
?
c2h6（g）＋n2（g）ch3nnch3（g）?
?
t＝tpyp0－pyp0－pyp总＝2p0－pypy＝19.932kpa或t＝tp0－pxpxpxp总＝p0＋pxpx＝p总－p0＝1.4kpa
k＝ln
t1
p02p0?
p总
＝ln
t
1
p0p0?
px
＝
11000
ln
21.33221.332?
1.4
＝
0.067881000
－5－1
s
或k＝ln
t
1
p0py
?
＝
11000
ln
21.33219.932
11?
xa
11000
10.93437
或?
＝
pxp0
1.421.332
＝0.06563k＝ln
ln2
＝
ln
－5－1
s
t＝
2
ln2k
＝
6.788?
10
?
5
＝10211.4s＝170.2min
11－7硝基乙酸在酸性溶液中的分解反应（no2）ch2cooh（l）
ch3no2（l）＋co2（g）为一级反应。
25℃、101.3kpa下，测定不同反应时间产生的体积如下：
反应不是从t＝0开始的。
求速率常数k。
解：
（no2）ch2cooh（l）ch3no2（l）＋co2（g）
t＝0ca,0v0t＝tca,tvtt＝∞0v∞ca,0∝（v∞－v0）ca,t∝（v∞－vt）
ln
ca,0ca
＝ln
v?
?
v0v?
?
vt
＝kt作ln（v?
?
vt）?
t图如下：
k＝
－
－
－
2
－
－
－
ca,0ca
＝4k＝ln
t
ln2k
ln20.02310
1
ca,0ca
＝
ln460
＝0.02310min－1
r0k
t1＝
2
＝
＝30minca,0＝
＝
1?
10
?
3
0.02310
235238
等于多少？
（a是时间单位年的符号）解：
ln
c238,0c238
c238,0c235,0
＝k238tln
c235,0c235
＝k235tln（
c238,0
c235,0c238
?
c235
）＝（k238－k235）t
－10
c238,0c235,0
＝26.96
或x238?
1?
e?
1.52?
0.2＝0.2621x235?
1?
e?
9.72?
0.2＝0.8569
c238,0c235,0
1?
x2351?
x238
0.14310.7379
＝26.96
r0ca,0
2
－3
时，反应的初始速率为－（
dcadt
）t?
0
－
－
－
＝
5?
100.2
2
?
2
－
－
－
－
1ca0,1?
x
?
xa
?
ktk＝
a
1
tca,01?
xa
?
xa
＝
0.25
10?
1?
（1?
0.25）
11－12在oh离子的作用下，硝基苯甲酸乙酯的水解反应：
no2c6h4cooc2h5＋h2o
no2c6h4cooh＋c2h5
oh
解：
－
作
1?
xa
xa1?
xa
?
ca,0kt
ca,01?
xa
?
t图如下：
1ca,0
k＝11－13二级气相反应2a（ga2（g）在恒温恒容下的总压p数据如下。
求ka。
解：
2a（g）a2（g）
t＝0pa,00p0＝pa,0t＝tpa,t
12
（pa,0－pa,t）pt＝
12
12
（pa,0＋pa,t）
12
t＝∞0
pa,0p∞＝pa,0
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