工科大学化学复习考试必备

《工科大学化学》习题解答

0章绪论

一、理想气体状态方程式的应用

1．有一真空系统，容积为10.0L，25℃时的压力为1.33×10-3Pa，问容器中余气有多少摩？

解：PV=nRT

n = PV / RT

= 1.33×10-3Pa·10.0×10-3m3 / 8.314Pa·m3·mol-1·K-1·（25+273.15）K

= 5.37×10-9 (mol)

答：容器中余气约有5.37×10-9 mol

2．在一容器中装有混合气，恒温下，经实验测得其压力为86.66kPa，现从容器中抽出一定量的气体，在100kPa压力下其体积为1.52ml，此时容器中气体的压力减小到80kPa，求该容器的体积。

解：设该容器体积V0 ml，抽出的气体为n1 mol，剩n2 mol

由PV = n RT得n = PV/RT

则n0 = n1+ n2且V2 = V0

PV0/RT = P1V1/RT + P2V2/RT

PV0 = P1V1 + P2V0

则V0 = P1V1 / (P-P2)

≈22.8 ml

答：该容器的体积约为22.8 ml

7．680K时，2.96g氯化汞在1.00L的真空容器中蒸发，测得容器中蒸气的压力为60.795kpa，求氯化汞蒸气的相对分子质量和分子式。

解：设氯化汞分子式为HgCl x则：

m(HgCl x)=2.96g n(HgCl x) = m(HgCl x) / M(HgCl x)

V = 1L = 1dm3 = 10-3m3P=60.795kPa T=680K

由理想气体状态方程得：

PV = nRT

PV = m/M RT

M(HgClx) = m(HgClx)RT / PV

= 2.96g×8.314Pa·m3·mol-1·K-1×680K / 60.795kPa×100-3m3

= 275.3 g/mol

由表查得M(Hg) = 200.6g/mol

x = 275.3 g/mol – 200.6 g/mol / 35.5g/mol

=2

∴氯化汞蒸气相对分子式为HgCl2，相对分子质量为275.3。

二、分压定律

3．一盛有N2的容量在25℃时，测得其压力为2.0×10-3kPa。然后再通入一定量的O2于容器中，测得容器中气体的压力为0.1kPa。求容器中N2和O2的摩尔分数。

解：根据混合气体的分压定律

摩尔分数x i = n i/n总= P i/P总= V i / V总，已知P N2=2.0×10-3kPa，又P O2 = P总－P N2 = 9.80×10-2kPa

∴x N2 = P N2 / P总= 2.0×10-3kPa / 0.1kPa = 0.02

∴x O2 = P O2 / P总= 9.80×10-2kPa / 0.1kPa = 0.98

答：容器中N2和O2的摩尔分数分别为0.02和0.98。

5．已知混合气体中N2、O2、Ar的体积分数分别为78%、21%、1%，试求：273.15K、100kPa压力下，混合气体中各气体的分压。

解：由P i = V i / V总×P总，得

P(N2) = 100kPa×0. 78 = 78kPa

P(O2) = 100kPa×0. 21 = 21kPa

P(Ar) = 100kPa×0. 01 = 1kPa

答：混合气体中N2、O2、Ar的分压分别为78kPa、21kPa、1kPa。

4．用排水集气法在20℃和100kPa下收集到氢气200ml。计算该温度和压力下干燥氢气的体积。[20℃时P(H2O) = 2.338kPa]

解：设排水集气法收集到的氢气体积为V1（V1=200ml），压力为P1；其中干燥氢气的体积为V2，压力为P2（P2=100kPa）

由题意可知，T = 20℃恒定，则有：P1V1 = P2V2

又知道20℃时，P(H2O) = 2.338kPa

∴P1 = P总-P(H2O) = 100kPa – 2.338kPa = 97.662kPa

∴V2 = P1V1/P2

= 97.662kPa×200ml/100kPa

=195.324 ml

答：在20℃和100kPa压力下干燥氢气的体积是195.324ml

6．在300.15K时将0.2mol H2，0.022kgCO2、0.004kgO2等气体装入到3.0L的容器中，试求混合气体的总压力和各气体的分体积。

解：由式n = m/M

可得n(CO2) = 0.022×103 g/ 44g·mol-1 = 0.5mol

n(O2) = 0.004×103g / 32g·mol-1 = 0.125mol

已知n(H2)=0.2mol

∴n(总) = n(H2) + n(CO2) + n(O2) = 0.2mol + 0.5mol+0.125mol=0.825mol

由式PV=nRT 得P总= n总RT/V

∴P总= 0.825mol×8.314kPa·L·mol-1×K-1×300.15K/3L

=686.25 kPa

由式V = nRT/P

∴V(H2) = 0.2mol×8.314kPa·L·mol-1·K-1×300.15K/686.25kPa=0.73L

V(CO2) = 0.5mol×8.314kPa·L·mol-1·K-1×300.15K/686.25kPa=1.82L

V(O2) = 0.125mol×8.314kPa·L·mol-1·K-1×300.15K/686.25kPa=0.45L

三、气体反应

8．将N2与H2以1∶3的比例装入密封容器，在温度为637K，1418.55kPa条件下反应平衡时，测得氨的体积分数为9%，试计算平衡时各气体的分压。

解：由混合气体的组成摩尔分数表示法，且反应恒温恒压条件下进行

x i = V i / V总= P i / P总

P(NH3) = P总×V i/V总= 1418.55kPa×9% = 127.670kPa

由混合气体分压定律

P（N2+H2）=P总-P NH3=1418.55kPa-127.670kPa=1290.880kPa

由N2与H2反应生成氨的反应方程式：N2 + 3H2= 2NH3

N2与H2反应前体积比为1∶3

∴反应后N2与H2体积比仍为1∶3

则P(N2) = P（N2+H2）×1/4 = 322.72kPa

P(H2) = P（N2+H2）×3/4 = 968.16kPa

答：平衡时N2的分压为322.72kPa，H2的分压为968.16kPa。NH3的分压为127.67 kPa。

9．6mol O2和8mol SO2在一容器中按下列反应式进行反应：2SO2+O2=2SO3，测得反应后剩余的SO2量为加入量的20%，求：