物理化学第五版全册课后习题答案

每小时 90kg 的流量折合 p 摩尔数为
v
90 10 3 90 10 3 1441.153mol h 1 M C2 H 3Cl 62.45
n/v=（14618.623÷1441.153）=10.144 小时 1-3 0℃、101.325kPa 的条件常称为气体的标准状况。试求甲烷在标准状况下的密度。
y O2 , 2
p O2 ,1 p

0.05 p常 4 p常

0.05 4
p O2 , 2 p常 y O2 , 2
所以第三次置换后釜内氧气的摩尔分数
0.05 p常 4
yO2 ,3
pO2 , 2 p

(0.05 / 4) p常 4 p常

0.05 0.00313 0.313% 16
ρ /p 线性 (ρ /p)
ρ /p
60 p
80
100
120
当 p→0 时，(ρ/p)=0.02225，则氯甲烷的相对分子质量为
M / p p0 RT 0.02225 8.314 273.15 50.529 g mol 1
1-7 今有 20℃的乙烷-丁烷混合气体，充入一抽真空的 200 cm 容器中，直至压力达 101.325kPa，测得容器中混合气体的质量为 0.3879g。试求该混合气体中两种组分的摩尔分 数及分压力。 解：设 A 为乙烷，B 为丁烷。
第七章 电化学
余训爽
第一章
气体 pVT 性质
1-1 物质的体膨胀系数 V 与等温压缩系数 T 的定义如下：
V
1 V V T p
T
1 V
V p T
试导出理想气体的 V 、 T 与压力、温度的关系？ 解：对于理想气体，pV=nRT
n n1,i n2,i 2 piV /( RTi )
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第七章 电化学
余训爽
终态（f）时
n n1, f n2, f
pf V V R T1, f T2, f
pfV R
T2, f T1, f T T 1, f 2, f
2 2
抽去隔板后
V总 n H 2 Vm, H 2 n N 2 Vm, N 2 nRT / p (3n N 2 n N 2 ) RT / p n H2
所以有
3n N 2 RT p 3n N 2

n N 2 RT p
Vm, H 2 RT / p ， Vm, N 2 RT / p
3
1-2 气柜内有 121.6kPa、27℃的氯乙烯（C2H3Cl）气体 300m ，若以每小时 90kg 的流量 输往使用车间，试问贮存的气体能用多少小时？ 解：设氯乙烯为理想气体，气柜内氯乙烯的物质的量为
n
pV 121.6 10 3 300 14618.623mol RT 8.314 300.15
第七章 电化学
余训爽
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。 H2 p 3dm T
3
N2 p
1dm T
3
（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，H2 及 N2 的摩尔体积是否相同？ （3）隔板抽去后，混合气体中 H2 及 N2 的分压力之比以及它们的分体积各为若干？ 解： （1）抽隔板前两侧压力均为 p，温度均为 T。 n H RT n N RT （1） p H 2 2 3 p N2 2 3 p 3dm 1dm 得： nH 3n N
3
VO2 y O2 V
1-11 25℃时饱和了水蒸汽的乙炔气体（即该混合气体中水蒸汽分压力为同温度下水 的饱和蒸气压）总压力为 138.7kPa，于恒定总压下泠却到 10℃，使部分水蒸气凝结成水。 试求每摩尔干乙炔气在该泠却过程中凝结出水的物质的量。已知 25℃及 10℃时水的饱和蒸 气压分别为 3.17kPa 和 1.23kPa。 解： p B y B p ，故有 p B / p A y B / y A nB / n A p B /( p p B ) 所以，每摩尔干乙炔气含有水蒸气的物质的量为 进口处：
1-6 0℃时氯甲烷（CH3Cl）气体的密度ρ随压力的变化如下。试作ρ/p—p 图，用外推 法求氯甲烷的相对分子质量。 P/kPa ρ/（g·dm ）
-3
101.325 2.3074
67.550 1.5263 67.550 0.02260
50.663 1.1401 50.663 0.02250
33.775 0.75713 33.775 0.02242

pf
2 pi T1, f T2, f T T T i 1, f 2, f 2 101.325 373.15 273.15 117.00kPa 273.15(373.15 273.15)
T T n 1, f 2, f VR T1, f T2, f
VH 2 Hale Waihona Puke Baiduy H 2 V VN2
3 4 3dm 3 4 1 y N 2 V 4 1dm 3 4
1-9 氯乙烯、氯化氢及乙烯构成的混合气体中，各组分的摩尔分数分别为 0.89、0.09 和 0.02。于恒定压力 101.325kPa 条件下，用水吸收掉其中的氯化氢，所得混合气体中增加 了分压力为 2.670 kPa 的水蒸气。试求洗涤后的混合气体中 C2H3Cl 及 C2H4 的分压力。 解：洗涤后的总压为 101.325kPa，所以有
解： CH 4 解：先求容器的容积 V 125.0000 25.000 100.0000 cm 3 100.0000cm 3 H 2O ( l ) 1 n=m/M=pV/RT RTm 8.314 298.15 (25.0163 25.0000) M 30.31g mol pV 13330 10 4 1-5 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 100℃，另一个球则维持 0℃，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
出口处：
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第七章 电化学 每摩尔干乙炔气在该泠却过程中凝结出的水的物质的量为 0.02339-0.008974=0.01444（mol）
余训爽
1-12 有某温度下的 2dm 湿空气，其压力为 101.325kPa，相对湿度为 60％。设空气中 O2 和 N2 的体积分数分别为 0.21 和 0.79，求水蒸气、O2 和 N2 的分体积。已知该温度下水的饱 和蒸气压为 20.55kPa（相对湿度即该温度下水蒸气分压与水的饱和蒸气压之比） 。 解：水蒸气分压＝水的饱和蒸气压×0.60＝20.55kPa×0.60＝12.33 kPa O2 分压＝（101.325-12.33 ）×0.21＝18.69kPa N2 分压＝（101.325-12.33 ）×0.79＝70.31kPa
n pV 101325 200 10 6 0.008315mol RT 8.314 293.15
3
M
m 0.3897 y AM A yB M B 46.867 g mol 1 n 0.008315 30.0694 y A 58.123 y B
（1）
余训爽 （1） （2）
联立式（1）与式（2）求解得
pC2 H 3Cl 96.49kPa; pC2 H 4 2.168kPa
1-10 室温下一高压釜内有常压的空气。为进行实验时确保安全，采用同样温度的纯氮 进行置换， 步骤如下向釜内通氮直到 4 倍于空气的压力， 尔后将釜内混合气体排出直至恢复 常压。这种步骤共重复三次。求釜内最后排气至年恢复常压时其中气体含氧的摩尔分数。设 空气中氧、氮摩尔分数之比为 1∶4。 解: 高压釜内有常压的空气的压力为 p 常，氧的分压为
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第七章 电化学
pC2 H 3Cl pC2 H 4 101.325 2.670 98.655kPa pC2 H 3Cl / pC2 H 4 y C2 H 3Cl / y C2 H 4 nC2 H 3Cl / nC2 H 4 0.89 / 0.02
V
1 V 1 (nRT / p) 1 nR 1 V T 1 V T p V T p V p V T
T
1 V 1 (nRT / p) 1 nRT 1 V 2 p 1 V p T V p V p T V p
p O2 0.2 p常
每次通氮直到 4 倍于空气的压力，即总压为 p=4p 常， 第一次置换后釜内氧气的摩尔分数及分压为
y O2 ,1
p O2 p

0.2 p常 4 p常

0.2 0.05 4
p O2 ,1 p常 y O2 ,1 0.05 p常
第二次置换后釜内氧气的摩尔分数及分压为
2 2
而抽去隔板后，体积为 4dm ，温度为，所以压力为
3
p
4n N 2 RT n N 2 RT nRT RT (n N 2 3n N 2 ) 3 V 4dm 4dm 3 1dm 3
（2）
比较式（1） 、 （2） ，可见抽去隔板后两种气体混合后的压力仍为 p。 （2）抽隔板前，H2 的摩尔体积为 Vm, H RT / p ，N2 的摩尔体积 Vm, N RT / p
n H 2O nC H 2 2 n H 2O nC H 2 2
p H 2O 进 p C2 H 2 p H 2O 出 p C 2 H 2
3.17 0.02339(mol ) 进 138.7 3.17 123 0.008947(mol ) 出 138.7 123
p n 101325 16 10 3 M CH4 M CH4 0.714kg m 3 V RT 8.314 273.15 1-4 一抽成真空的球形容器， 质量为 25.0000g。 充以 4℃水之后， 总质量为 125.0000g。 若改用充以 25℃、13.33kPa 的某碳氢化合物气体，则总质量为 25.0163g。试估算该气体的 摩尔质量。
25.331 0.56660 25.331 0.02237
解：将数据处理如下： P/kPa 101.325 -3 (ρ/p)/ （g· dm · kPa） 0.02277 作(ρ/p)对 p 图
0.0229 0.0228 0.0227 0.0226 0.0225 0.0224 0.0223 0.0222 0 20 40
可见，隔板抽去前后，H2 及 N2 的摩尔体积相同。 （3） y H 2
3n N 2 n N 2 3n N 2

3 , 4
y N2
1 4
3 1 p; p N 2 y N 2 p p 4 4
pH2 yH2 p
所以有
p H2 : p N2 3 1 p : p 3 :1 4 4
y A yB 1
联立方程（1）与（2）求解得 y B 0.599, y B 0.401
（2）
p A y A p 0.401 101.325 40.63kPa p B y B p 0.599 101.325 60.69kPa
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