上册练习题解答

1、第1章 物质的p-V-T关系和热性质1、内燃机排出的废气中含有一定量的NO + NO2。将它们分离出来，得到30、169.21 kPa、100cm3的NO和NO2混合气体0.219g。若气体可视为理想气体，试求其中所含NO的摩尔分数。已知NO和NO2的摩尔质量分别为30.01g mol-1和46.01g mol-1。解：m = n1 M1 + n2 M2 = n y1 M1 + n y2 M2 = n y1 M1 + (1 - y1) M2= n y1 (M1 - M2) + M22、将25、101.325kPa的干燥空气15.0dm3缓缓通过水被水蒸气所饱和，空气带走的水0.01982mol

2、。试计算该25水的饱和蒸气压和通过水后湿空气的体积。假定通入前后气体总的压力保持不变。解：以“1”代表空气，以“2”代表H2O，3、300 K时，把一定量的NO气体引入1.05510-3 m3容器中，使其压力达到23.102 kPa。然后将在容器内装有0.660 g Br2的小球打破。当容器中NO、Br2与按2NO(g) + Br2 (g) = 2NOBr (g) 反应生成的NOBr达平衡后。混合的三种气体总压力为25.737 kPa。试求这三种气体在容器中的分压力各为多少？已知Br2的摩尔质量为159.81 g mol-1。解：以“1”代表NO，以“2”代表“Br2”，以“3”代表NOBr开

3、始时，p1(0) = 23.102kPa 平衡时， 4、在0、10132.5kPa压力下氦的摩尔体积是0、101.325 kPa压力下摩尔体积的0.倍，试用范德华方程来计算氦原子的半径。假定所涉及压力下氦分子间吸引力很小可不考虑。解： ， ， 即 ， 5、纯水的状态图及相图如下所示： 纯水状态图 水相图(1) 请在图上标明I、II、III曲面及1、2、3平面所示水的聚集状态或相。(2) 其中mn称什么线？其压力、温度数值如何？C点称什么点？其压力、温度数值是多少？其数学特征如何？(3) 分别在两图中示意画出在标准压力下由固态熔化为液态水及蒸发为水蒸气的过程线。解：(1) I，液固；II，液气；

4、III，固气。 1，固；2，液；3，气。(2) 三相线；压力：610.5 Pa；温度：273.16K。C点称临界点，其压力为22.12MPa，温度为647.4K。其数学特征：，。6、在一真空容器中，有一个封有1mol水的玻璃泡，今设法打碎它，使水在100下恒温蒸发为50663 Pa的水蒸气，试计算Q、W、DU和DH。已知100， Pa下水的蒸发热。解：1mol H2O(l)100 DH 1mol H2O(g)100, DH11mol H2O(g)100, DH2DH = DH1 + DH2 = (1 40.66 + 0 ) kJ = 40.66 kJDU = DH - D(pV) = DH -

5、 ( p2V2 -p1V1 ) DH - ( nRT - 0 ) = 40.66 - 18.3145 (100 + 273.15 )10-3 kJ = 17.56 kJW = 0， Q = DU - W = DU = 17.56 kJ。7、0.700 g的液态丙酮，在氧弹量热计中完全燃烧，量热计和燃烧产物的总热容为6937。测得温度从25.00升高到26.69，试计算丙酮的摩尔燃烧焓。已知丙酮的摩尔质量为58.08。解：CH3COCH3 (l) + 4O2 (g) 3CO2 (g) + 3H2O (l) 对1mol CH3COCH3， = -975 kJmol -18、由乙炔直接气相合成苯是一

6、条可行的途径。若将25，的3 mol C2H2(g)通入反应器，所得产物为1200，的1 mol C6H6(g)，试求此反应过程的焓变。已知：物 质C2H2 (g)226.7363.71C6H6 (g)82.93191.52C6H6 (l)49.04解： 3 C2H2 (g)25, DH C6H6 (g)1200, DH1C6H6 (g)25, DH2 DH1 = (182.93 -3226.73 )kJ = -597.26 kJ DH2 = 1191.52 (1200 - 25 )10-3 kJ = 225.04 kJ DH = DH1 + DH2 = -372.22 kJ第2章 热力学定律

7、和热力学基本方程1、2 mol单原子理想气体自298.2K、15.00dm3分别经下列各过程膨胀，求它们各过程的功和内能变化、焓变化。(1) 等温可逆膨胀到40.00dm3；(2) 外压保持在101.325kPa等温膨胀到40.00 dm3；(3) 外压保持气体的初始压力，对气体加热从298.2 K升高到795.2 K使其膨胀。解：(1) ； 。(2) ；。(3) W = -p (V2 -V1 ) = - nR (T2 - T1 ) = -28.3145(795.2 - 298.2 ) J = -8265 J； 2、100，101.325kPa的1mol He与0，101.325kPa的0.5

8、molO2按下面（如图所示）两种方式混合，试求混合后的温度。设He和O2均可视为理想气体。(1)打开考克(2)通过多孔塞 1mol He 0.5molO2 100 0 1mol He 0.5mol O2 100 0 解：(1) DU = DU1 + DU2 = 0，n1CV,m,1 ( t - t1 ) + n1CV,m,2 ( t - t2 ) = 0 ，解得x = 54.55，即t = 54.55(2) DH = DH1 + DH2 = 0，n1Cp,m,1 ( t - t1 ) + n1Cp,m,2 ( t - t2 ) = 0 ，解得x = 58.82，即t = 58.823、1mol

9、单原子理想气体，依次经历下列四个过程：(1) 从25，101.325kPa向真空自由膨胀，体积增大一倍；(2) 恒容加热至100；(3) 可逆恒温膨胀，体积增大一倍；(4) 可逆绝热膨胀至25；试计算全过程的DU、DH、DS、DA、DG以及W、Q。解：DU = 0，DH = 0；W1 = 0，W2 = 0， = -2151JW = -3086 J，Q = DU -W =3086 J， ， 。4、1 mol水蒸气在恒定的 Pa压力下，从200冷却变成25的液态水。试求其DS 。已知水蒸气的Cp,m = 30.21 + 9.9210-3 T (JK-1mol-1)，水的比热为4.18JK-1g-1

10、，100时水的蒸发热为2256 Jg-1。解：1mol H2O(g)，200DS1mol H2O(l)，25 DS1 DS31mol H2O(g)，100DS21mol H2O(l)，1005、初态为0.5 mol、27.0、10.0 dm3的氮气（可视为理想气体），经恒温可逆压缩至体积1dm3，然后再绝热可逆膨胀，使终态体积恢复到10dm3。试求全过程的Q、W、DU、DH和DS 。解：= -1878 J6、在一真空容器中，有一封有1.50mol液态甲醇的玻璃泡，现设法将它打碎，使之在正常沸点下全部蒸发成为压力为101.325kPa甲醇蒸气。若已知甲醇在40时的饱和蒸气压为37.60 kPa，

11、其蒸发热不随温度而变化，为35.27kJ mol -1，且甲醇蒸气可视为理想气体。(1) 试求过程的Q、W、DU、DH、DS、DA和DG。 (2) 写出合适的平衡判据，并判别过程是否可逆。解：(1) ，即，T 2 = 337.88K。 DH = n DvapHm = (1.50 35.27 ) kJ = 52.91kJDU = DH -D(pV) DH - (nRT - 0 ) = (52.91 - 1.508.3145337.8810-3 ) kJ = 48.70kJDA = WR -nRT = - 4.21kJ， DG = DH - TDS = 0， W = 0Q = DU - W = D

12、U = 48.70kJ(2) ，或 -DAW，为不可逆过程。7、将1 mol液态Hg，从0.1 MPa、25恒温压缩至压力为10 MPa，求该过程的DS和DG。已知25时液态Hg的密度为13.534 g cm-3（可视为不随压力改变），Hg的摩尔质量为200.61 g mol-1，膨胀系数： 解： 第3章 多组分系统的热力学，逸度和活度1、CCl4与SnCl4组成理想溶液，计算在100和 Pa下开始沸腾的溶液的组成。已知CCl4和SnCl4在100时的饱和蒸气压分别为193.317kPa和66.661kPa。再求开始沸腾时的第一个气泡的组成。若将溶液全部气化，则求最后一滴溶液的组成。解：以“1

13、”代表CCl4，以“2”代表SnCl4， 设最后一滴溶液的组成为x1,则气相组成y1 = 0.2737， ，即 x1 = 0.1150。2、由丙酮 (1) 甲醇 (2) 组成的实际溶液，在101.325 kPa下测得下列数据：x1=0.400，y1=0.516，沸点为57.20，已知在该温度下丙酮和甲醇的饱和蒸气压分别为=104.791 kPa和= 73.460kPa。试求参考状态为惯例I时，溶液中两个组分的活度系数和活度。解： 3、37.55时水与乙酸乙酯部分互溶，水相含质量百分数为6.75的酯，酯相含质量百分数为3.79的水。已知该温度下水和乙酸乙酯的饱和蒸气压分别为6.40 kPa和22

14、.13 kPa，假定两相中的溶剂都遵守拉乌尔定律，试问两相中溶质的亨利常数是多少？解：以“1”代表水，以“2”代表酯，在水相(a)中， 水是溶剂，在酯相(b)中， 酯是溶剂，在水相中，酯是溶质，在酯相中，水是溶质，第4章 相平衡一、 试示意画出两组分完全不互溶系统的恒压气液液平衡相图，并在图上标明各相区内存在的相。氯苯与水可视为完全不互溶的系统。为提纯氯苯，可将其进行水蒸气蒸馏。若大气压力为 Pa，则蒸馏温度为91。在此温度下，水和氯苯的饱和蒸气压分别为72.6 kPa和28.7 kPa，试求馏出物中水和氯苯的物质的量之比。解：相图略。 以A代表水，以B代表氯苯 ，二、水和异丁醇在101.32

15、5 kPa下部分互溶，且具有最低恒沸点90.0，在该温度下三相共存，它们的组成（以含异丁醇的质量百分数计）分别为：水相10.0%，醇相75.0%，气相65.0 %，今若将组成为30.0 %的1000g水和醇的混合物，在101.325 kPa下加热至刚要达到90.0，问此时系统中水相和醇相的质量各为多少？若继续加热到温度刚要高于恒沸点时，问此时系统存在哪些相，它们的质量又各等于多少？解：刚要达到90.0时， ， 。 刚要高于90.0时，系统内为水相与气相， ，三、有一液固平衡相图如下：(1) 在图上指出1-12各相区的相(2) 指出系统在G点存在的相，并计算其自由度(3) 在右边温度 (t) 与

16、时间 () 坐标内画出系统自M点开始冷却的冷却曲线。解：(1) 1、L；2、；3、；4、；5、；6、；7、；8、；9、；10、； 11、；12、 (2) L + SC + SD，f = K - p + 1 = 2 - 3 + 1 = 0 (3) 四、已知物质A的熔点为700，B的熔点为900。A和B能生成固态化合物，它在800 时分解为纯固体B和的液体。该系统有一最低共熔点，其温度为600，组成为。A和B能形成固态溶液，其饱和组成如下：温度（）600500400饱和组成0.150.100.05试示意画出该系统的液固平衡相图，并标明相图中各相区的相。第5章 化学平衡一、已知一氧化碳燃烧反应在28

17、00K时的标准平衡常数为6.401。现若在该温度及 Pa压力下，让1 mol一氧化碳气体在氧超过理论量一倍的空气（物质的量之比N2:O2 =79:21）中燃烧，试求一氧化碳转化率。若1mol一氧化碳在氧超过理论量一倍的纯氧气中燃烧，其转化率又为多少？两者相比，说明了什么？假如气体都看作理想气体，反应压力都为 Pa。解：CO在空气中燃烧，开始时CO、O2、N2的量分别为1、1、3.76 mol，平衡时CO、O2、CO2、N2、的量分别为 (1-x)、(1 - 0.5x)、x、3.76、(5.76 - 0.5x) mol。，即CO的转化率为69.1%CO在氧气中燃烧，开始时CO、O2的量分别为1、

18、1mol，平衡时CO、O2、CO2、的量分别为(1- x)、(1 - 0.5x )、x、(2 - 0.5x) mol， ，x = 0.798，故CO的转化率为79.8 %。二、使体积百分数为CH4 10%、H2 80%、N2 10%的混合气体，在1000K、 Pa下与碳接触，在此条件下能否发生如下反应：C(s) + 2H2 (g) CH4 (g)。若要在1000K生成CH4 (g)，该混合气体的压力至少为多少？假设气体为理想气体，有关热力学数据如下：物 质C(s)05.74019.87H2(g)0130.68429.41CH4(g)-74.81186.26453.97解： 298K， 1000K， ， ，故反应不能正向进行。 设反应正向进行时混合气体的压力为p，则 ，三、已知25时H2O (l)的标准摩尔熵为69.91 J K-1 mol-1，标准摩尔生成焓为-285.830 kJmol-1， 饱和蒸气压为3.167 kPa，H2O (g)的标准摩尔生成焓为-241.818 kJ mol-1，试求25时H2O (g)的标准摩尔熵，设水蒸气可看作理想气体。 解：H2O(l), 25DS1H2O(l),