物理化学习题课(相平衡)答案

一．选择

物理化学习题（相平衡）α、β两相中均有A和B两种物质，达到相平衡时，下列各式正确的是（1） 。（1）μαB=μβB（2）μαA=μβA（3）μαB=μαA（4）μαB=μβA组分B从α相扩散到β相中，则下列说法中正确的是（4） 。（1）总是从浓度高的相扩散到浓度低的相（2）平衡时两相的浓度相等（3）总是从浓度低的相扩散到浓度高的相（4）总是从高化学势移向低化学势室温下氨基甲酸铵分解反应为NH2CO2NH4(s)====2NH3(g)+CO2(g)若在300K时向系统中加入一定量的氨基甲酸铵固体，则此系统的物种数S和组分数C为（3） 。（1）1，1（2）3，2（3）3，1（4）3，34．将克拉贝龙方程应用于水的液固两相，随压力的增长，水的凝固点将（2） （1）上升（2）下降（3）不变（4）无法判断在一定温度下，在水和组成的互不相溶的系统中，向水层中加入1:1的KI和I2，此系统的自由度是 （2） 。（1）1（2）2（3）3（4）4对于二组分系统，能平衡共存的最多相数为（4） 。（1）1（2）2（3）3（4）4对于恒沸混合物，下列说法中错误的是（4） 。不具有确定的组成平衡时气相和液相组成相同其沸点随外压的改变而改变与化合物一样具有确定的组成二．填空1.在水的平衡相图中。 线是水的蒸发曲线， 线是冰的升华曲线线是冰的融化曲线， 点是水的三相点。.4HCO3(s)放入密闭真空容器内，50℃时，按NH4HCO3(s)按下式进行分解：NH4HCO3(s)=NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)。达平衡后则该体系的相数P=，独立组分数C= ，自由度数F= （2，1，0）3.(2)最合适的组成应配成w（联苯醚）=0.78，这一组成具有最低共熔点12℃，其凝固点最低，所以不至于因为凝固而堵塞管道。l(A+B}从)-Il(A+B}从)-II，压(B)_ －ll屯

(＋()

O,783

{B)p4.求下列系统③从XB=0.5开始蒸馏，馏出物或残留物分别是什么？pTTP司合数TTB A B A

Bx1!11） (b) (C)-22 二一/ 有完全互溶的双液系统A-B的沸 』成图-25如： PP＠ 当浓度r 的溶液在封闭系统中恒压加热时，溶液的泡点（开始沸腾）的温度为 ，露点 （ 液相完全消失）的温度为 。B：当系统封闭处于Q点和BQB之处是 ，不同之处是B@M点的自由度F=

图完全互溶的双系统沸点组成图）M，2）所处的p及气液相组成y、x，达两相平衡气液相的相对量不同，（3）0。水和蔗糖系统相图如下：－－909(A+B)(2)（填必可(3)a从

印II=020的糖水从能“}得到含糖的冰厂，压汁中得到结晶纯砂

纯A、纯B却至一lO气，JilU_I汁产＇=0.I汁产J先要进行 ＿JII＝ 以，,＿ 至，；；；； t ..L..o℃三．简答5-3。分析图中各点、线、面的相平衡关系。已，图5-3 纯佚的状态图（示意图），2.用相律判断下列相图是否正确？错误。三相线不水平，这等于说在三相平衡时温度可变。据相律F=2-3+1=0错误。纯组分有固定熔点。个固体，此液相组成和原来固态化合物的组成不相同，在相图上没有最高熔点，而呈T字形，其水平线所代表的温度即为转熔温度，称为不相合熔点固溶体即固态溶液，是混合物，不是化合物，组成不固定，可在一定范围内变化。试说明低共熔过程与转熔过程有何异同？低共熔物与固溶体之间有何区别？低共熔过程与转熔过程相同之处：都是两个固相与一个液相平衡共存。体的混合物，为两相。0.9898%的硫酸结晶温度约为273K，作为产品容易在冬 季冻结，堵塞管道，怎样做才能避免。（92.5%，238K）解：运用凝固点下降的原理，冬季常采用的硫酸作为产品，这种硫酸的凝固点大概在238k，在一般的地方存放和运输都不至于冻结，可以减少损失，创造更多的效益。解：运用凝固点下降的原理，冬季常采用的硫酸作为产品，这种硫酸的凝固点大概在238k，在一般的地方存放和运输都不至于冻结，可以减少损失，创造更多的效益。物理化学习题课1.在密闭容器中，让NH4Cl(s)分解达到平衡后，体系中的相数是： ( B (A)1 (B)2 (C)3 (D)4气相中的大小相邻液泡相,两泡将发生的变化是： ( A)大泡变,小泡变小 (B)大泡变,小泡变大(C)大泡、小泡均不变 (D)两泡将分离开半径为110-2m的球形肥皂泡的表面张力为0.025-其附加压力为： ( D(A) 0.025N·m-2 (B) 0.25N·m-2(C) 2.5N·m-2 (D) 10N·m-2在同一温度下，微小晶粒的饱和蒸汽压和大块颗粒的饱和蒸压哪个? ( A)微小晶粒的大 (B)大块颗粒的大(C)一样大 (D)无法比较把细长不渗水的两张白纸互相靠(距离为d)，平行地浮在水面,用玻璃棒轻轻地两纸中间滴一滴肥皂,两纸间的距离将： ( A)增大 (B) 减小(C) 不变 (D) (A).(B).(C)都有可能有两个电池，电动势分别为E1和E2：H2(p)│KOH(0.1mol·kg-1)│O2(p) H2(p)│H2SO4(mol·kg-1)│O2(p) E2比较其电动势大小： ( C)E1E2 (B) E1E2 (C) E1E2 (D) 不能确定下列电池不属于浓差电池的是： （ D ）Tl(Hg)(a1)|Tl+(aq)|Tl(Hg)(a2)Na(Hg)a)|NaClm1)||NaClm2)|Na(Hg))Na(Hg)(a)|NaCl(m1)|AgCl(s)|Ag(s)—Ag(s)|AgCl(s)|NaCl(m2)|Na(Hg)(a)Ag(s)|AgCl(s)|NaCl(aq)|Na(Hg)(a)|NaCl(CH3CN溶液)|Na(s)9用铜电极电解·kg-1的CuCl2水溶液，阳极上的反应为 (B )(A) 2Cl- ─→Cl2+2e-Cu ─→ Cu2++2e-Cu ─→ Cu++e-将反应2Hg(l)+O2(g)+2H2O(l)=2Hg2++4OH–设计成电池，当电池反应达到平衡,电池的E必然是： （ B ）E=E (B)E=0(C)E>0 (D)E<0在密闭容器中，让NH4CO3(s)分解达到平衡后，体系中的相数是： ( C (A)4 (B)3 (C)2 (D)12在同一温度下，微小液滴的饱和蒸汽压和大块液体的饱和蒸压哪个? ( A )微小液体的大 (B)大块液体的大(C)一样大 (D)无法比较3 假如具有下列半衰期的等物质的量的放射性元素,哪一种对生态是瞬最危险? ( C)×109a (B)65a (C)1min (D)12d催化剂能极大地改变反应速率，以下说法不正确的是： ( C)催化剂改变了反应历程催化剂降低了反应的活化能催化剂改变了反应的平衡，以致使转化率大大地提高了催化剂能同时加快正向和逆向反应速率0.3mol·kg-1 Na2HPO4水溶液的离子强度是： （ A）(A)0.9mol·kg-1 (B)1.8mol·kg-1(C)0.3mol·kg-1 (D)1.2mol·kg-12有两个电池，电动势分别为E1和E：H2(p)│KOH(0.2mol·kg-1)│Cl2(p) H2(p)│H2SO4(0.5mol·kg-1)│Cl2(p) 2比较其电动势大小：（ C）(A) E1E2 (B) E1E2 (C) E1E2 (D) 不能确定下列电池不属于浓差电池的是： （B ）Tl(Hg)(a1)|Tl+(aq)|Tl(Hg)(a2)Na(Hg)a)|NaClm1)||MgC2m2)|Mg(Hg)a)Na(Hg)(a)|NaCl(m1)|AgCl(s)|Ag(s)—Ag(s)|AgCl(s)|NaCl(m2)|Na(Hg)(a)(D)Ag(s)│AgNO.kg=0.90)║AgNO.kg=0.72)│Ag(s)3 39用铜电极电解的ZnCl2水溶液，阳极上的反应为 ( B )(A) 2Cl- ─→Cl2+2e-Zn ─→ Zn2++2e-Zn ─→ Zn++e-将反应Ag电池反应达到平衡时,

)║Cl(aBr

)│AgCl(s)，Ag(s)设计成电池，当Cl电池的E必然是： （ B）E=E (B)E=0(C)E>0 (D)E<01浓度越大，摩尔电导率越大（0）电解池中阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应（ 1）离子迁移数就是某种离子传递的电量与通过电解质溶液的总电量之比（ 在光化学反应中，每一个光子的吸收所引起反应的分子数称为量子效率（1）二级反应的速度与原始物的最初浓度成反比（1）极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸附非极性物质（1）普通晶体都有一个固定熔点，当晶粒甚小时，它们的熔点却低于普通晶体（ 1）(1_)对于同一反应，活化能一定，则反应的起始温度愈低，反应速率常数对温度的变化愈感（ 0）碰撞理论中的阀能活化能不同于阿累尼乌斯公式中的反应活化能）反应速率常数与反应物浓度有关（0）在光化学反应中，每一个光子的吸收所引起反应的分子数称为量子效率（ 1）二级反应的速度与原始物的最初浓度成正比（1 ）非极性吸附剂易吸附极性物质，极性吸附剂易吸附非极性物质（ 0）普通晶体都有一个固定熔点，当晶粒甚小时，它们的熔点却高于普通晶体（0）(1)1. 下图为生成简单共晶的A-B二元系相图，其横轴用质量百分浓度表示组成。标出相图中①、②、③、④区的相。200gB80A-BQK少？1 设固、液质量分别为W、W，由相图查得，冷却到K点得温度时，液相含B60％，固相含B100%1 W LK1W KS2W 80%60%所以 1W2

1100%80%而 W1+W2=200g解以上二式，得：固相质量 W1＝100g液相质量 W2=100g28. 298.15K时，水的饱和蒸气压为2337.8Pa，密度为0.9982 103kg·m-310-3N·m-110-5~10-9m的不同数值下，饱和蒸气压之比pr/p各为若干？解：小气泡：液面的曲率半径r应取负值，如r=-10-5m时：pln 2p

2Mp RTr 272.75103Nm118.015103kgmol18.314Nm/(molK)298.15K0.9982103kgm3(103)m1.0774104,所以p/p0.9999r对于小液滴：r105m.ln(pr

/p)1.0774104所以pr

/p1.001r/mr/m10-910-810-710-610-5小气泡例6 电池Zn(s)│Zn(a=0.1)║Cu(a=0.1)│Cu(s) 已知298K时

，F=Zn2+/ZnF=96485C·mol计算（））电池反应Gibbs3）电池反应的平衡常数。解：n=2E0=φCu2+/Cu−φZn2+/Zn=0.337V−E=E0−lnaZn/aCu（2）ΔG=−nFE=−2××96485C·mol=−212.27kJ·mol（3）ΔG=−RTlnK=−nFElnK==2××96485C·mol/(8.314J·K·mol××107.25250.0725N·m-1，当过饱和蒸汽压为水的平衡蒸汽压的4少？此种水滴中含有多少个水分子？根据开尔文公式求在此饱和蒸汽压时液滴半径：M 20.071518103rRTln(p/p)( 8.315298.15ln4)m1000r7.491010m每个小液滴的质量为：4 mV4 r3 3.14(7.491010)31000kg3 31.761024kg每个小液滴所含分子数为：mLMNnl 1.7610246.02102359mLM18103例4.由标准Zn2+/Zn半电池和标准Cu2+/Cu半电池组成一个原电池：（-）Zn Zn2+(1.0moldm-3) Cu2+(1.0moldm-3) Cu（+）?Zn2+;Cu2+;③往Cu2+的溶液中加入H2S饱和溶液。当上述原电池工作半小时以后，原电池的电动势是否会发生变化？为什么？在原电池工作过程中锌的溶解和铜的析出在质量上有什么关系？（）C(Z2+)=C(C2+)=1.0moldm-，此时原电池的电动势为标准Eθ。①当Zn2+的浓度增大时，根据能斯特方程式：0.059(Zn2+/Zn)= θ(Zn2+/Zn)+ 2 lgC(Zn2+)(Zn2+/Zn)代数值增大，由于原电池的电动势E=(Cu2+/Cu)-(Zn2+/Zn)，所以电动势将变小。②当Cu2+的浓度增大时，(Cu2+/Cu)代数值增大，从而使电动势增大。H2SH2SCuS(s)+2H+，因为CuS的KSP很小（约1-45，所以溶液中Cu2+浓度变为很小，Cu2+/C)代数值减小，从而使电动势变小。上述原电池工作半小时以后，由于Zn2+浓度增大，(Zn2+/Zn浓度减小，(Cu2+/Cu)代数值减小，因而电动势变小。2，所以两极反应中锌溶解的物质的量（molZn为单位）等于铜析出的物质的量（molCu为单位。其质量比为：例6.将下列反应组成原电池。Fe(s)+Cu2+(aq)=Fe2+(aq)+Cu(s)用符号表示原电池的组成；计算标准状态时原电池的标准电动势；计算反应的标准吉布斯函数变；计算反应的平衡常数；计算C(Fe3+) 10-3mol时原电池的电动势。解：(1)首先找出有关电对,并从教材附录6中查出标准电极电势：θ(Cu2+/Cu)=+0.3402Vθ(Fe2+/Fe)=-0.4402V这两对电对的标准电极电势相差甚远，在通常浓度范围内，不可能由于浓度的影响使两电对的电极电势大小次序发生颠倒，所以可以用值较小的铁电极作为负极。该原电池的符号为：

θ代数值较大的铜电极作为正极，

θ代数（-）Fe|Fe2+(c)||Cu2+(c)|Cu（+）1 2（2）原电池的标准电动势Eθ= θ(+)- θ(-)= θ(Cu2+

θ(Fe2+/Fe)Eθ={+ -(-)}V=0.7804Vm

=-nFEθ, n=2,ΔGθ={-296485}Jmol-1=-150600Jmol-1=-150.6kJmol-1nE反应的平衡常数 lgKθ= ,由(2)已求得Eθ=反应n=2,代入上0.05917式,可得

20.7804lgKθ= 26.38 Kθ10260.05917C(Fe2+10-3moldm-3时可计算出该浓度条件下得电极电势为：(Fe2+/Fe)

0.05917θ(Fe2+/Fe)+ 10-3)20.05917={-0.4402+ 10-3)}V=2此时原电池的电动势E={-(-0.5290)}V=0.8692V。10.H+浓度为10-7moldm-3应能否自发进行？32NO-+6I-+8H+=3I2+2NO+4H2O3解：从教材附录6可以查与该反应有关的电对的标准电极电势值：2I2+2e-=2I- θ(I/I-)=+22NO-+4H++3e-=NO+2H23

θ(NO3由于氧化还原反应自发进行的条件是或 (+)> (-),即作为氧化剂的电对的2电极电势值必须大于作为还原剂的电对的电极电势值。在标准状态时(I/I-)，所以在标准状态下该反应能自发进行。2

θ(NO-/NO)> 3H+10-7moldm-3NO-/NO3电对的电极电势：0.05917 C(NO)C4(H)(NO-/NO)

θ(NO-/NO)

lg 33 3 3 P(NO)3当P(NO) 105Pa, C(NO-)=1moldm-3时,可简化为：333(NO-/NO)= θ(NO-/NO)33

0.059173

lgC4(H+)3(NO-/NO)=0.96+3333

lg(10-7)4此时,

(NO-/NO)<

θ(I2/I-),反应不能自发进行。习题6 293K时乙醚-水汞-乙醚汞-水的界面张力为375×10-3N·m-1，在乙醚与汞的界面上滴一滴水，试求其接触角。解：=。习题7 293K时水在石蜡面上的接触角为试求黏附功W和铺展系数aS。已知水的表面张力为×10-3N·m-1。解：粘附功：10-3(1+cos105)N m-1 N m-1铺展系数：10-3(1-cos105)N m-1 N m-1因此水不能在石蜡表面铺展，但可以沾湿石蜡。习题8 氧化铝瓷件上需要涂银，当加热至1273K时，试用计算接触角的法判断液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？已知该温度下固体AlO的表面张力23为·m-1，液态银表面张力为·m-1AlO·m-1。23解：cos

( )/Ag。AlO23习题2放射性同位素 的蜕变 现有一批该同位素的样品，经测定其活性在10天后降低了％，求蜕变速率常数、半衰期及经多长时间蜕变％解：放射性同位数的蜕变为一级反应，同一级反应速率方程式。所以，k天-1，1蜕变％所需时间习题3氯化重氮苯在水中分解CHNCl+HO→CHOH+HCl+N，35℃时测定不同时间释放的氮气体积为652 2 65 2t/min 20 40 60 80 100 120 140 ∞V/10-3dmN2 3（标准状态）CHNCl+HO→CHOH+HCl+N652 2 65 2t=0 n 00t=t n n-nt 0 tt=∞ 0 n0n

/RT n

-V)/RT0 ∞ t ∞ t用尝试法，按一级反应速率方程式：

-Vt）

代入上式计算k的值列表如下：∞ ∞ 1t/min20406080100120140ln(V4．03∞-V)tk1k，k-11 1习题4 某一级反应，35min反应物消耗30％，求速率常数k及5h反应物消的百分数。解：由一级反应速率方程式k-15x。1习题6 反应A+B→×10-4dm3·mol-1·s-1，当初始浓度C·dm-3，C·dm-3时，求

0 0。1/2 1/2解：由速率方程的积分式习题7 某一级反应600K时半衰期为370min，活化能为×105J·mol-1，求该应在650K时的速率常数和反应物消耗75％所需的时间。解：由一级反应的动力学特征由Arrheins公式由一级反应速率方程式所以反应物消耗75％所需时间习题8 已知反应CClCOOH→CO+CHCl 在求该反3 2 3应的活化能及50℃时的速率常数，并判断该反应的级数。解：由Arrhenius公式所以该反应的活化能为×105J·mol-1当反应温度为50℃时，所以k(50℃×10-7s-1。s-1可知，该反应为一级。习题10 某乳制品在28℃时6h就开始变酸，在4℃的冷藏箱中可保鲜10d，算该酸败过程的活化能。10.解：由Arrhenius公式

例8.2.3 在时，已×10，AgBrsp成Gibbs自由能Δ 。f解：AgBr(s)的溶解反应 AgBr(s)→

)+Br(a )Ag