第五版物理化学第四章习题答案17413

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《物理化学》第五版(天津大学物理化学教研室著)课后习题答案高等教育出版社

由于汽缸为绝热，因此
2.20 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。隔板靠活塞一侧为 2 mol，0 C 的
单原子理想气体 A，压力与恒定的环境压力相等；隔板的另一侧为 6 mol，100 C 的双原子
理想气体 B，其体积恒定。今将绝热隔板的绝热层去掉使之变成导热板，求系统达平衡时的
T 及过程的
与温度的函数关系查本书附录，水
的比定压热容
。
解：300 kg 的水煤气中 CO(g)和 H2(g)的物质量分别为
300 kg 的水煤气由 1100 C 冷却到 100 C 所放热量
设生产热水的质量为 m，则
2.18 单原子理想气体 A 于双原子理想气体 B 的混合物共 5 mol，摩尔分数
，始态温
（1）
（2）
的；
（3）
的；
解：（1）C10H8 的分子量 M = 128.174，反应进程
。
（2）
。
（3） 2.34 应用附录中有关物资在 25 C 的标准摩尔生成焓的数据，计算下列反应在 25 C 时的及。
解：将气相看作理想气体，在 300 K 时空气的分压为
由于体积不变（忽略水的任何体积变化），373.15 K 时空气的分压为
由于容器中始终有水存在，在 373.15 K 时，水的饱和蒸气压为 101.325 kPa，系统中水蒸气的分压为 101.325 kPa，所以系统的总压
第二章热力学第一定律
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。但容器于 300 K 条件下大平衡时，容器内压力为 101.325 kPa。若把该容器移至 373.15 K 的沸水中，试求容器中到达新的平衡时应有的压力。设容器中始终有水存在，且可忽略水的任何体积变化。300 K 时水的饱和蒸气压为 3.567 kPa。

物理化学天大第五版全册课后习题答案

(3) y H3n N2n N23n N2y N所以有P H :P N 231汀:4p3:1第一章气1- 1物质的体膨胀系数 V 与等温压缩系数T 的定义如下:解：对于理想气体，pV=nRT1- 5两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。

若将其中一个球加热到100C ，另一个球则维持0C,忽略连接管中气体体积，试求该容器内空气的压力。

解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。

并且设玻璃泡的体积不随温度而变化，则始态为n n 口 n 2J 2 p i V /（RT i ）1-8如图所示一带隔板的容器中，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均克视为理想气体。

3n N 2)£蚀孚啤⑵4dm 3 4dm 3 1dm 3（2），可见抽去隔板后两种气体混合后的压力仍为 p 。

RT/ p ，N 2 的摩尔体积 V m ,N 2RT / p抽去隔板后所以有 V m,H 2RT/ P ，V m,N 2RT / p试导出理想气体的T与压力、温度的关系?终态（f ）时nPfV V p fV T2,f%f n 2,fRRT 1, f T 2, fT vT 1, f T 2, f（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）隔板抽去前后，H 及N 的摩尔体积是否相同？（3）隔板抽去后，混合气体中H 2及N 2的分压力之比以及它们的分体积各为若干？解： P H（1）抽隔板前两侧压力均为p ，温度均为T o“H ZRT厂 PN3dm叽RTp （ 1） 1dm 3得: 叶23n N 2而抽去隔板后, 体积为4dm,温度为，所以压力为p 乎 5N2 比较式（1）、（2）抽隔板前，“的摩尔体积为v m ,H 2可见，隔板抽去前后, “及N 的摩尔体积相同。

*1-17试由波义尔温度T B 的定义式，试证范德华气体的 T B 可表示为T B =a/( bR式中a 、b 为范德华常数。

物理化学课后答案_第五版_科学出版社_董元彦主编全解

第一章化学热力学基础1-1 气体体积功的计算式 dV P W e ⎰-= 中，为什么要用环境的压力e P ？在什么情况下可用体系的压力体P ？答：在体系发生定压变化过程时，气体体积功的计算式 dV P W e ⎰-= 中，可用体系的压力体P 代替e P 。

1-2 298K 时，5mol 的理想气体，在（1）定温可逆膨胀为原体积的 2 倍； ( 2 )定压下加热到373K ；（3）定容下加热到373K 。

已知 C v,m = 28.28J·mol -1·K -1。

计算三过程的Q 、W 、△U 、△H 和△S 。

解（1） △U = △H = 0（2） kJ nC Q H m P P 72.13)298373(,=-==∆ W = △U – Q P = － 3.12 kJ （3） kJ nC Q U m V V 61.10)298373(,=-==∆ W = 01-3 容器内有理想气体，n=2mol , P=10P ?，T=300K 。

求 (1) 在空气中膨胀了1dm 3，做功多少？ (2) 膨胀到容器内压力为 lP ?，做了多少功？(3）膨胀时外压总比气体的压力小 dP , 问容器内气体压力降到 lP ?时，气体做多少功？解：（1）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且Pa P e 510= （2）此变化过程为恒外压的膨胀过程，且Pa P e 510= （3） VnRTP dP P P e =≈-= 1-4 1mol 理想气体在300K 下，1dm 3定温可逆地膨胀至10dm 3，求此过程的 Q 、W 、△U及△H。

解： △U = △H = 01-5 1molH 2由始态25℃及P ?可逆绝热压缩至 5dm -3, 求（1）最后温度；(2）最后压力； ( 3 )过程做功。

W f dl p A dl p dVδ=-⋅=-⋅⋅=-⋅外外外解：（1） 3511178.2410298314.81-=⨯⨯==dm P nRT V （2） Pa V nRT P 53222104.91053.565314.81⨯=⨯⨯⨯==- （3） )2983.565(314.85.21)(12,-⨯⨯⨯-=--=∆-=T T nC U W m V1-6 40g 氦在3P ? 下从25℃加热到50℃，试求该过程的△H 、△U 、Q 和W 。

物理化学第四章习题解答

物理化学第四章习题解答思考题3.注：题目为反应对该反应物分别是一级、二级2A——>P+...、三级3A——>P+...。

而A+B——>P+...这个反应若为如书P141所示的二级反应，则对反应物A和B都分别是一级的。

所以本题应该套用简单n级反应的公式进行计算。

设反应物A的初始浓度为a，t时刻生成物P的浓度为某，则对于简单的n级反应我们有：n=1时lnn>1时ak1ta某111ktn1n1n1na(an某)代入n=2得某k2ta(a-2某)代入n=3得1112k3t26a3某a将某=0.5a和某=0.75a分别代入n=1对应的反应速率方程，可得t12ln2ln4t34t12:t341:2k1k1将某=0.25a和某=0.375a分别代入n=1对应的反应速率方程，可得t1213t34t12:t341:32ak22ak215tt12:t341:5342a2k32a2k3.将某=1/6a和某=1/4a分别代入n=1对应的反应速率方程，可得t124.根据阿伦尼乌斯公式的微分形式，我们有dlnk1lnk2Ea1Ea2EadlnkdTRT2dTRT2dlnk1k2Ea1Ea2dTRT2根据平行反应反应速率与生成物浓度之间的关系，我们有dln某1某2Ea1Ea20dTRT2即随着温度增加ln某1某2增大，所以温度升高时更利于反应1的进行。

习题解答d[A]=―k1[A]―k4[A]dtd[B]=k1[A]―k2[B]+k3[C]dtd[C]=k2[B]―k3[C]dtd[D]=k4[A]dtd[A]（2）=―k1[A]+k2[B]dtd[B]=k1[A]―k2[B]―k3[B][C]dtd[C]=―k3[B][C]dtd[D]=k3[B][C]dtd[A]（3）=―k1[A]+k2[B]2dtd[B]=2(k1[A]―k2[B])2dtd[A]（4）=―2k1[A]2+2k2[B]dtd[B]=k1[A]2―k2[B]―k3[B]dtd[C]=k3[B]dt1、解：（1）2、解（1）以lnc对t作图得一直线，说明该反应是一级反应。

第五版物理化学第四章习题答案

第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。

此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。

以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。

解：根据各组成表示的定义4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。

求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。

解：质量分数的定义为4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B 介于和之间时，溶液的总体积。

求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。

（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。

解：根据定义当时4.460 C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。

二者可形成理想液态混合物。

若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 C时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。

解：质量分数与摩尔分数的关系为求得甲醇的摩尔分数为根据Raoult定律4.580 C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。

两液体可形成理想液态混合物。

若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。

解：根据Raoult定律0.045 g，4.6在18 C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2能溶解N0.02 g。

现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，2赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 C下的体积及其组成。

设空气为理想气体混合物。

其组成体积分数为：，解：显然问题的关键是求出O2和N2的Henry常数。

18 C，气体压力101.352 kPa下，O2和N2的质量摩尔浓度分别为这里假定了溶有气体的水的密度为（无限稀溶液）。

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第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。

此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。

以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。

解：根据各组成表示的定义4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C 时的密度。

求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。

解：质量分数的定义为4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于和之间时，溶液的总体积。

求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。

（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。

解：根据定义当时4.460 C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。

二者可形成理想液态混合物。

若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 C时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。

解：质量分数与摩尔分数的关系为求得甲醇的摩尔分数为根据Raoult定律4.580 C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。

两液体可形成理想液态混合物。

若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。

解：根据Raoult定律4.6在18 C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O20.045g，能溶解N20.02 g。

现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 C下的体积及其组成。

设空气为理想气体混合物。

其组成体积分数为：，解：显然问题的关键是求出O2和N2的Henry常数。

18 C，气体压力101.352 kPa下，O2和N2的质量摩尔浓度分别为这里假定了溶有气体的水的密度为（无限稀溶液）。

根据Henry定律，1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液中O2和N2的质量摩尔浓度分别为4.720 C下HCl溶于苯中达平衡，气相中HCl的分压为101.325 kPa 时，溶液中HCl的摩尔分数为0.0425。

已知20 C时苯的饱和蒸气压为10.0 kPa，若20C时HCl和苯蒸气总压为101.325 kPa，求100 g笨中溶解多少克HCl。

解：设HCl在苯中的溶解符合Henry定律4.8H2, N2与100 g水在40 C时处于平衡，平衡总压为105.4 kPa。

平衡气体经干燥后的组成分数。

假设可以认为溶液的水蒸气压等于纯水的蒸气压，即40 C时的7.33 kPa。

已知40 C时H2, N2在水中的Henry系数分别为7.61 GPa及10.5 GPa，求40 C时水中溶解H2, N2在的质量。

解：假设（1）H2, N2在水中的溶解符合Henry定律；（2）气相可看作理想气体。

在此假设下4.9试用Gibbbs-Duhem方程证明在稀溶液中若溶质服从Henry定律，则溶剂必服从Raoult定律。

证明：设溶质和溶剂分别用B，A表示。

根据Gibbbs-Duhem方程（const. T and const. p）。

溶质B的化学势表达式为若溶质服从Henry定律，则即溶剂A服从Raoult定律。

4.10A，B两液体能形成理想液态混合物。

已知在温度t时纯A的饱和蒸气压，纯B的饱和蒸气压。

（1）在温度t下，于气缸中将组成为的A, B混合气体恒温缓慢压缩，求凝结出第一滴微小液滴时系统的总压及该液滴的组成（以摩尔分数表示）为多少？（2）若将A, B两液体混合，并使此混合物在100 kPa，温度t下开始沸腾，求该液态混合物的组成及沸腾时饱和蒸气的组成（摩尔分数）。

解：1. 由于形成理想液态混合物，每个组分均符合Raoult定律; 2. 凝结出第一滴微小液滴时气相组成不变。

因此在温度t混合物在100 kPa，温度t下开始沸腾，要求4.1125 C下，由各为0.5 mol的A和B混合形成理想液态混合物，试求混合过程的。

解：（略）4.12苯与甲苯的混合液可视为理想液态混合物。

今有一混合物组成为，。

求25 C, 100 kPa下1 mol该混合物的标准熵、标准生成焓与标准生成Gibbs函数。

所需25 C的热力学数据如表所示。

物质C 6H6(l) 48.66 123.0 172.8C 6H5CH3(l) 12 114.15 219.58 解：根据生成焓的的定义，混合物的为4.13液体B与液体C可形成理想液态混合物。

在常压及25 C下，向总量n = 10 mol，组成x= 0.4的B, C液态混合物中加入14 mol的纯液体C，形成C新的混合物。

求过程的G, S。

解：理想液态混合物中组分B的化学势为因此，新混合物的组成为所以：4.14液体B和液体C可形成理想液态混合物。

在25 C下，向无限大量组成x C = 0.4的混合物中加入5 mol的纯液体C。

（1）求过程的G, S。

（2）求原混合物中组分B和组分C的G B, G C。

解：（1）由于是向无限大量的溶液中加入有限量的纯B，可以认为溶液的组成不变，因此（3）设原混合液中B和C的物质两分别为，加入5 mol纯C后组成为对组分C同样推导，得到注：O)和0.4 mol溶质B形成的稀溶液中又加入4.15在25 C向1 kg溶剂A(H21 kg的纯溶剂，若溶液可视为理想稀溶液，求过程的G。

解：理想稀溶液溶质和溶剂的化学势表达式分别为将以上数据代入G计算式，得4.16（1）25 C时将0.568 g碘溶于50 cm3 CCl中，所形成的溶液与5004cm3水一起摇动，平衡后测得水层中含有0.233 mmol的碘。

计算点在两溶剂中的分配系数K，。

设碘在两种溶剂中均以分子形式存在。

（2）若25 C 在水中的浓度是1.33 mmol dm-3，求碘在中的浓度。

解：（1）的分子量为，因此（2）4.1725 C时0.1 mol NH3溶于1 dm3三氯甲烷中，此溶液NH3的蒸气分压为4.433 kPa，同温度时0.1 mol NH3溶于1 dm3水中，NH3的蒸气分压为0.887 kPa。

求NH3在水与三氯甲烷中的分配系数解：NH3在水与三氯甲烷中分配达到平衡时而溶质的化学势因此，当溶液中的NH3和气相中的NH3达平衡时由于因此，4.1820 C某有机酸在水和乙醚中的分配系数为0.4。

今有该有机酸5 g 溶于100 cm3水中形成的溶液。

（1）若用40 cm3乙醚一次萃取（所用乙醚已事先被水饱和，因此萃取时不会有水溶于乙醚），求水中还剩下多少有机酸？（2）将40 cm3乙醚分为两份，每次用20 cm3乙醚萃取，连续萃取两次，问水中还剩下多少有机酸?解：设有机酸的分子量为M；分配平衡时，水中的有机酸还剩m克根据Nernst分配定律用同样体积的乙醚萃取n次，则有（1）用40 cm3乙醚萃取一次（2）每次用20 cm3乙醚萃取，连续萃取两次4.1925 g的CCl4中溶有0.5455 g某溶质，与此溶液成平衡的CCl4的蒸气分压为11.1888 kPa，而在同一温度时纯CCl4的饱和蒸气压为11.4008 kPa。

（1）求此溶质的相对分子量。

（2）根据元素分析结果，溶质中含C为94.34 %，含氢为5.66 %（质量分数），确定溶质的化学式。

解：（1）设该溶液为理想稀溶液，则溶剂服从Raoult定律（3）设该物质的化学式为Cn Hm，则解得，化学式为C14H10。

4.2010 g葡萄糖（C6H12O6）溶于400 g乙醇中，溶液的沸点较纯乙醇的上升0.1428 C。

另外有2 g有机物质溶于100 g乙醇中，此溶液的沸点则上升0.1250 C。

求此有机物质的相对分子质量。

解：10 g葡萄糖（C6H12O）溶于400 g乙醇中2 g有机物质溶于100 g乙醇中4.21在100 g苯中加入13.76 g联苯（C6H5C6H5），所形成溶液的沸点为82.4C。

已知纯苯的沸点为80.1 C。

求：（1）苯的沸点升高系数；（2）苯的摩尔蒸发焓。

解：4.22已知0C，101.325 kPa时，O2在水中的溶解度为；N2在水中的溶解度为。

试计算被101.325 kPa，体积分数，的空气所饱和了的水的凝固点较纯水的降低了多少？解：为101.325 kPa的空气所饱和了的水中溶解的O2和N2的物质两分别为查表知水的凝固点降低系数为，因此4.23已知樟脑（C10H16O）的凝固点降低系数为。

（1）某一溶质相对分子质量为210，溶于樟脑形成质量分数为5 %的溶液，求凝固点降低多少？（2）另一溶质相对分子质量为9000，溶于樟脑形成质量分数为5 %的溶液，求凝固点降低多少？解：容易导出质量分数和质量摩尔浓度间的关系因此，4.24现有蔗糖（C12H22O11）溶于水形成某一浓度的稀溶液，其凝固点为-0.200C，计算此溶液在25 C时的蒸气压。

已知水的，纯水在25 C时的蒸气压为。

解：首先计算蔗糖的质量摩尔浓度由4.6知，质量摩尔浓度和摩尔分数有以下关系假设溶剂服从Raoult定律，则此溶液在25 C 时的蒸气压4.25在25 C时，10 g某溶剂溶于1 dm3溶剂中，测出该溶剂的渗透压为，确定该溶质的相对分子质量。

解：溶剂的渗透压表示为4.26在20 C下将68.4 g蔗糖（C12H22O11）溶于1 kg的水中。

求（1）此溶液的蒸气压。

（2）此溶液的渗透压。

已知20 C下此溶液的密度为。

纯水的饱和蒸气压。

解：溶液的蒸气压、渗透压分别为4.27人的血液（可视为水溶液）在101.325 kPa下于-0.56 C凝固。

已知水的。

求：（1）血液在37 C时的渗透压；（2）在同温度下，1 dm3蔗糖（C12H22O11）水溶液中需含有多少克蔗糖才能与血液有相同的渗透压。

解：根据已知条件稀水溶液条件下，因此稀水溶液时，渗透压与溶质的性质无关，4.28在某一温度下，将碘溶解于CCl4中。

当碘的摩尔分数在0.01~0.04围时，此溶液符合稀溶液规律。

今测得平衡时气相中碘的蒸气压与液相中碘的摩尔分数之间的两组数据如下：1.638 16.720.03 0.5溶液中碘的活度及活度系数。

解：溶液中碘的化学势表达式为气相中碘的化学势表达式为（假设理想气体行为）平衡时因此，由于在0.01~0.04围时，此溶液符合稀溶液规律，则。