物理化学习题解答五.docx

1、物理化学习题解答五物理化学习题解答(五)习题 p3353421、Ag2O(s)分解的反应方程为Ag2O(s)=2Ag(s)+ 1/2O(g)，当用Ag2O(s)进行分解达平衡时，系统的组分数、自由度和可能平衡共存的最大相数各为多少解：f+=C+2S=3，R=1，R/=0，C=S-R-R/=2，=3，f=C+2-=12、指出如下各系统的组分数、相数和自由度各为多少(1) NH4Cl(s)在抽空容器中，部分分解为NH3(g)，HCl(g)达平衡；(2) NH4Cl(s)在含有一定量NH3(g)的容器中，部分分解为NH3(g)，HCl(g)达平衡；(3) NH4HS(s)与任意量的NH3(g)和H2

2、S(g)混合，达分解平衡。(4) 在900K时，C(s)与CO(g)，CO2(g)，O2(g)达平衡。解： NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g) (1) S=3，R=1，R/=1，C=S-R-R/=1，=2，f=C+2-=1(2) S=3，R=1，R/=0，C=S-R-R/=2，=2，f=C+2-=2(3) S=3，R=1，R/=0，C=S-R-R/=2，=2，f=C+2-=2(4) S=4，R=2，R/=0，C=S-R-R/=2，=2，f=C+1-=13、在制水煤气的过程中，有五种物质：C(s)，CO(g)，CO2(g)，O2(g)和H2O(g)建立如下三个平衡，试求该系统的独立组分

3、数。C(s) + H2O(g) = H2(g) + CO(g) (1)CO2(g) + H2(g) = H2O(g) + CO(g) (2)CO2(g) + C(s) = 2CO(g) (3)解：S=5，R=2，R/=0，C=S-R-R/=3，=2，f=C+2-=34、已知，Na2CO3(s)和H2O(l)可以生成如下三种水合物：(s)，(s)和(s)，试求(1)在大气压下，与水溶液和冰平衡共存的水合盐的最大值；(2)在298K时，与水蒸气平衡共存的水合盐的最大值。解：(1) S=5，R=3，R/=0，C=S-R-R/=2，f=C+2-=0，=4，n=2(2) S=5，R=3，R/=0，C=S

4、-R-R/=2，f=C+2-=0，=4，n=35、在不同的温度下，测得Ag2O(s)分解时氧气的分压如下：T/K 401 417 443 463 486 p(O2)/kPa 10 20 51 101 203试问：(1) 分别于413K和423K时，在空气中加热银粉，是否有Ag2O(s)生成(2) 如何才能使Ag2O(s)加热到443K时而不分解解：(1) Ag2O(s)=2Ag(s)+ 1/2O(g)在空气中，p(O2)=21%=在413K时，p(O2)大于其平衡分压，平衡向左移动，故有Ag2O(s)生成；在423K时，p(O2) 小于其平衡分压，平衡向右移动，故无Ag2O(s)生成。(2)为

5、了使Ag2O(s)加热到443K时不分解，必须增大p(O2)51kPa(即充氧)。6、通常在大气压力为时，水的沸点为373K，而在海拔很高的高原上，当大气压力降为时，这时水的沸点为多少已知水的标准摩尔汽化焓为，并设其与温度无关。解：由Clausius-Clapeyron方程式可知，dlnp/dT=vapHm/RT2 lnp1/p2=-vapHm/R(1/T1-1/T2)，ln= 103/(1/373-1/T2) (1/373-1/T2)= ln /103= 10-5T2=7、某种溜冰鞋下面冰刀与冰的接触面为：长，宽10-3cm。若某运动员的体重为60kg。已知冰的摩尔熔化焓为，冰的正常熔点为2

6、73K，冰和水的密度分别为920和。试求(1) 运动员施加于冰面的总压力；(2) 在该压力下冰的熔点。解：(1) p=F/S=mg/S=6010-210-5)=108Pa(2)由Clapeyron方程式可知，dp/dT=fusHm/TfusVm (p2-p1)= fusHm/fusVmln(T2/T1)105)=103/1810-3(1/1000-1/920)ln(T2/273)ln(T2/273)=105)1810-3(1/1000-1/920)/103)ln(T2/273)= ，T2=8、已知在时，正已烷的正常沸点为342K，假定它符合Trouton规则，即vapHm/Tb，试求298K时

7、正已烷的蒸气压。解：由Clausius-Clapeyron方程式可知，dlnp/dT=vapHm/RT2 lnp2/p1=-vapHm/R(1/T2-1/T1)，ln(p2/=88342/(1/298-1/342) ln(p2/=-88342/(1/298-1/342)= p2=9、从实验测得乙烯的蒸气压与温度的关系为： lnp/Pa= -1921K/T+10-2T/K+试求乙烯在正常沸点时的摩尔蒸发焓变。解：dlnp/dT=1921/T2+10-2T=时，dlnp/dT=1921/+由Clausius-Clapeyron方程式可知，dlnp/dT=vapHm/RT2vapHm = RT2 d

8、lnp/dT =13830 10、已知液态砷As(l)的蒸气压与温度的关系为：lnp/Pa= -5665K/T+固态砷As(s)的蒸气压与温度的关系为：lnp/Pa= -15999K/T+试求砷的三相点的温度和压力。解：三相点时，液态砷化学势=固态砷的化学势=气态砷的化学势，即：固态砷As(s)的蒸气压=液态砷As(l)的蒸气压-5665K/T+= -15999K/T+，T=lnp/Pa= -15999K/T+= -15999/+=p=11、在298K时，纯水的饱和蒸气压为，若在外压为的空气中，求水的饱和蒸气压为多少空气在水中的溶解的影响可略不计。解：lnpg/pg*=Vm(l)/RT(pe-

9、pg*) lnpg/= 1810-3/1000/298)(.4)=10-4pg/=，pg=12、在360K时，水(A)与异丁醇(B)部分互溶，异丁醇在水相中的摩尔分数为xB=。已知水相中的异丁醇符合Henry定律，Henry系数kx,B=106Pa。试计算在与之平衡的气相中，水与异丁醇的分压。已知水的摩尔蒸发焓为 ，且不随温度而变化。设气体为理想气体。解：pB= kx,BxB=106=104Pa=由Clausius-Clapeyron方程式dlnp/dT=vapHm/RT2可知：lnp*A,1/p*A,2= -vapHm/R(1/T1-1/T2)lp*A,2= 103/(1/360-1/373

10、)= p*A,2/=，p*A,2=pA=p*AxA=13、根据所示碳的相图，回答如下问题：(1)曲线OA，OB，OC分别代表什么意思(2)指出O点的含义；(3)碳在常温、常压下的稳定状态是什么(4)在2000K时，增加压力，使石墨转变为金刚石是一个放热反应，试从相图判断两者的摩尔体积哪个大(5) 试从相图上估计，在2000K时，将石墨转变为金刚石至少要加多大压力解：(1) OA代表C(金)C(石)；OB代表C(石)C(l)；OC代表C(金)C(l)；(2) O点代表C(金)C(石)C(l)三相平衡点；(3) 碳在常温、常压下的稳定状态是石墨；(4) dp/dT=Hm/TVm 0，H 0, V

11、=V金-V石V金(5) 压力p50108Pa。14、在外压为的空气中，将水蒸气通入固体碘I2(s)与水的合物中，进行蒸汽蒸馏。在时收集馏出蒸汽冷凝，分析馏出物的组成得知，每100g水中含有碘，。试计算在时碘的蒸气压。解：m(A)/m(B)=p*A/p*BMA/MB= (pe-p*B)/p*BMA/MB pe/p*B= m(A)/m(B)MB/MA+1=100/+1=p*B= pe/=15、水(A)与氯苯(B)互溶度极小，故对氯苯进行蒸汽蒸馏。在的空气中，系统的共沸点为365K，这时氯苯的蒸气分压为29kPa。试求(1) 气相中氯苯的含量yB; (2) 欲蒸出1000kg纯氯苯，需消耗多少水蒸汽

12、已知氯苯的摩尔质量为 。解：(1) pB*=pyB，yB = pB*/p=29/=(2) mA/mB=pA*/pB*.MA/MB=/2918/mA=mBpA*/pB*.MA/MB=1000/2918/=16、在273K和293K时，固体苯的蒸气压分别为和，液体苯在293K时的蒸气压为，液体苯的摩尔蒸发焓为 .mol-1。试求(1)303K时液体苯的蒸气压；(2)固体苯的摩尔升华焓；(3)固体苯的摩尔熔化焓。解：(1) 由Clausius-Clapeyron方程式可知，dlnp/dT=vapHm/RT2 lnp2/p1=-vapHm/R(1/T2-1/T1)，lnp2/=103/(1/303-1

13、/293)=p2/=，p2=(2) 由Clausius-Clapeyron方程式可知，dlnp/dT=solHm/RT2 =-solHm/(1/273-1/293)，solHm=(1/273-1/293)= 苯(s)=苯(l)=苯(g) solHm=fusHm+vapHmfusHm=solHm-vapHm = 17、在298K时，水(A)与丙醇(B)的二组分液相系统的蒸气压与组成的关系如下表所示，总蒸气压在xB=时出现极大值：xB0pB /Pa01440181318932013265325842901p总/Pa31684533471047864653416036682901(1)画出p-x-y

14、图，并指出各点、线和面的含义和自由度；(2)将xB=的丙醇水溶液进行精馏，精馏塔的顶部和底部分别得到什么产品(3)若以298K时的纯丙醇为标准态，求xB=的水溶液中丙醇的相对活度和活度因子。解：(1) 水(A)-丙醇(B)的 p-x-y图 OA线是指水(A)的气相冷凝线，f*=1；OB线是指丙醇(B)的气相冷凝线，f*=1；OC线是指水(A)的液相气化线，f*=1；OD线是指丙醇(B)的液相气化线，f*=1；OCA区域是指水(g)和溶液的两相区，f*=1；ODB区域是指丙醇(g)和溶液的两相区，f*=1；COD线以上是液相区，f*=2；AOB线以下是气相区，f*=2；O点是指最低恒沸点，f*=

15、0(2) 精馏塔的顶部得到组成为的最低恒沸混合物，底部得到纯丙醇；(3) pB*=2901Pa，pB=1813Pa， pB= pB*ax,B，ax,B= pB/ pB*= ax,B=x,BxB，x,B=ax,B/xB=18、在标准压力100kPa下，乙醇(A)和乙酸乙酯(B)二元液相系统的组成与温度的关系如下表所示：T/KxB0yB0乙醇(A)和乙酸乙酯(B)二元液相系统有一个最低恒沸点。根据表中数据：(1)画出乙醇(A)和乙酸乙酯(B)二元液相系统的T-x-y图；(2)将纯的乙醇和纯的乙酸乙酯混合后加到精馏塔中，经过足够多的塔板，在精馏塔的顶部和底部分别得到什么产品解：(1) 乙醇(A)和乙

16、酸乙酯(B)二元液相系统的T-x-y图 OA线是指乙醇(A)的气相冷凝线，f*=1；OB线是指乙酸乙酯(B)的气相冷凝线，f*=1；OC线是指乙醇(A)的液相气化线，f*=1；OD线是指乙酸乙酯(B)的液相气化线，f*=1；OCA区域是指乙醇(A)和溶液的两相区，f*=1；ODB区域是指乙酸乙酯(B)和溶液的两相区，f*=1；COD线以下是液相区，f*=2；AOB线以上是气相区，f*=2；O点是指最低恒沸点，f*=0(2) 当组成xB时，精馏塔的顶部得到组成为的最低恒沸混合物，底部得到纯乙酸乙酯(B)；当组成xB629K(4) KCl(s)加入的质量分数应控制在左右为好，此时熔点最低。28、金属Pb(s)和Ag(s)的熔点分别为600K和1223K，它们在578K时形成低共熔混合物。已知Pb(s)熔化时的摩尔焓变为，设熔液是理想熔液。试计算低共熔混合物的组成(用摩尔分数表示)。解：dp/dT=fusHm/(TfusVm)=4858/(600fusVm)=fusVm由Clausius-Clapeyron方程式可知，dlnp/dT=vapHm/RT2 lnp2/p1=-solHm/R(1/T2-1/T1)， lnp*Pb/pPb=-fusHm/R(1/600-1/578)，pPb= p*PbxPb29、经实验测得：(1)磷的三种状态：P(s,红磷)