物理化学习题解答(五)教学教材.doc
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1、物理化学习题解答(五)精品文档物理化学习题解答(五)习题 p3353421、Ag2O(s)分解的反应方程为Ag2O(s)=2Ag(s)+ 1/2O(g),当用Ag2O(s)进行分解达平衡时,系统的组分数、自由度和可能平衡共存的最大相数各为多少?解:f+=C+2S=3,R=1,R/=0,C=S-R-R/=2,=3,f=C+2-=12、指出如下各系统的组分数、相数和自由度各为多少?(1) NH4Cl(s)在抽空容器中,部分分解为NH3(g),HCl(g)达平衡;(2) NH4Cl(s)在含有一定量NH3(g)的容器中,部分分解为NH3(g),HCl(g)达平衡;(3) NH4HS(s)与任意量的N
2、H3(g)和H2S(g)混合,达分解平衡。(4) 在900K时,C(s)与CO(g),CO2(g),O2(g)达平衡。解: NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g) (1) S=3,R=1,R/=1,C=S-R-R/=1,=2,f=C+2-=1(2) S=3,R=1,R/=0,C=S-R-R/=2,=2,f=C+2-=2(3) S=3,R=1,R/=0,C=S-R-R/=2,=2,f=C+2-=2(4) S=4,R=2,R/=0,C=S-R-R/=2,=2,f=C+1-=13、在制水煤气的过程中,有五种物质:C(s),CO(g),CO2(g),O2(g)和H2O(g)建立如下三个平衡,试求
3、该系统的独立组分数。C(s) + H2O(g) = H2(g) + CO(g) (1)CO2(g) + H2(g) = H2O(g) + CO(g) (2)CO2(g) + C(s) = 2CO(g) (3)解:S=5,R=2,R/=0,C=S-R-R/=3,=2,f=C+2-=34、已知,Na2CO3(s)和H2O(l)可以生成如下三种水合物:Na2CO3.H2O(s),Na2CO3.7H2O(s)和Na2CO3.10H2O(s),试求(1) 在大气压下,与水溶液和冰平衡共存的水合盐的最大值;(2) 在298K时,与水蒸气平衡共存的水合盐的最大值。解:(1) S=5,R=3,R/=0,C=S
4、-R-R/=2,f=C+2-=0,=4,n=2(2) S=5,R=3,R/=0,C=S-R-R/=2,f=C+2-=0,=4,n=35、在不同的温度下,测得Ag2O(s)分解时氧气的分压如下:T/K 401 417 443 463 486 p(O2)/kPa 10 20 51 101 203试问:(1) 分别于413K和423K时,在空气中加热银粉,是否有Ag2O(s)生成?(2) 如何才能使Ag2O(s)加热到443K时而不分解?解:(1) Ag2O(s)=2Ag(s)+ 1/2O(g)在空气中,p(O2)=101.32521%=21.28kPa在413K时,p(O2)大于其平衡分压,平衡向
5、左移动,故有Ag2O(s)生成;在423K时,p(O2) 小于其平衡分压,平衡向右移动,故无Ag2O(s)生成。(2)为了使Ag2O(s)加热到443K时不分解,必须增大p(O2)51kPa(即充氧)。6、通常在大气压力为101.3kPa时,水的沸点为373K,而在海拔很高的高原上,当大气压力降为66.9kPa时,这时水的沸点为多少?已知水的标准摩尔汽化焓为40.67kJ.mol-1,并设其与温度无关。解:由Clausius-Clapeyron方程式可知,dlnp/dT=vapHm/RT2 lnp1/p2=-vapHm/R(1/T1-1/T2),ln(101.3/66.9)= -40.6710
6、3/8.314(1/373-1/T2) (1/373-1/T2)= -8.314ln(101.3/66.9) /40.67103= -8.4810-5T2=361.6K7、某种溜冰鞋下面冰刀与冰的接触面为:长7.62cm,宽2.4510-3cm。若某运动员的体重为60kg。已知冰的摩尔熔化焓为6.01kJ.mol-1,冰的正常熔点为273K,冰和水的密度分别为920和1000kg.m-3。试求(1) 运动员施加于冰面的总压力;(2) 在该压力下冰的熔点。解:(1) p=F/S=mg/S=609.8/(7.6210-22.4510-5)=3.15108Pa(2)由Clapeyron方程式可知,d
7、p/dT=fusHm/TfusVm (p2-p1)= fusHm/fusVmln(T2/T1)(3.151011-1.013105)=6.01103/1810-3(1/1000-1/920)ln(T2/273)ln(T2/273)=(3.15108-1.013105)1810-3(1/1000-1/920)/(6.01103)ln(T2/273)= -0.08204,T2=251.5K8、已知在101.3kPa时,正已烷的正常沸点为342K,假定它符合Trouton规则,即vapHm/Tb88J.K-1.mol-1,试求298K时正已烷的蒸气压。解:由Clausius-Clapeyron方程式
8、可知,dlnp/dT=vapHm/RT2 lnp2/p1=-vapHm/R(1/T2-1/T1),ln(p2/101.3)=88342/8.314(1/298-1/342) ln(p2/101.3)=-88342/8.314(1/298-1/342)= -1.5628 p2=21.23kPa9、从实验测得乙烯的蒸气压与温度的关系为: lnp/Pa= -1921K/T+1.75lnT/K-1.92810-2T/K+12.26试求乙烯在正常沸点169.5K时的摩尔蒸发焓变。解:dlnp/dT=1921/T2+1.75/T-1.92810-2T=169.5K时,dlnp/dT=1921/169.52
9、+1.75/169.5-1.92810-2=0.0579由Clausius-Clapeyron方程式可知,dlnp/dT=vapHm/RT2vapHm = RT2 dlnp/dT =8.314169.520.0579=13830 J.mol-110、已知液态砷As(l)的蒸气压与温度的关系为:lnp/Pa= -5665K/T+20.30固态砷As(s)的蒸气压与温度的关系为:lnp/Pa= -15999K/T+29.76试求砷的三相点的温度和压力。解:三相点时,液态砷化学势=固态砷的化学势=气态砷的化学势,即:固态砷As(s)的蒸气压=液态砷As(l)的蒸气压-5665K/T+20.30= -
10、15999K/T+29.76,T=1092.4Klnp/Pa= -15999K/T+29.76= -15999/1092.4+29.76=15.11p=3619.1kPa11、在298K时,纯水的饱和蒸气压为3167.4Pa,若在外压为101.3kPa的空气中,求水的饱和蒸气压为多少?空气在水中的溶解的影响可略不计。解:lnpg/pg*=Vm(l)/RT(pe-pg*) lnpg/3167.4= 1810-3/1000/(8.314298)(101300-3167.4)=7.1310-4pg/3167.4=1.00713,pg=3169.7Pa12、在360K时,水(A)与异丁醇(B)部分互溶
11、,异丁醇在水相中的摩尔分数为xB=0.021。已知水相中的异丁醇符合Henry定律,Henry系数kx,B=1.58106Pa。试计算在与之平衡的气相中,水与异丁醇的分压。已知水的摩尔蒸发焓为40.66 kJ.mol-1,且不随温度而变化。设气体为理想气体。解:pB= kx,BxB=1.581060.021=3.318104Pa=33.18kPa由Clausius-Clapeyron方程式dlnp/dT=vapHm/RT2可知:lnp*A,1/p*A,2= -vapHm/R(1/T1-1/T2)ln101.325/lp*A,2= -40.66103/8.314(1/360-1/373)= -0
12、.473p*A,2/101.325=0.623,p*A,2=63.14kPapA=p*AxA=63.14(1-0.021)=61.81kPa13、根据所示碳的相图,回答如下问题:(1) 曲线OA,OB,OC分别代表什么意思?(2) 指出O点的含义;(3) 碳在常温、常压下的稳定状态是什么?(4) 在2000K时,增加压力,使石墨转变为金刚石是一个放热反应,试从相图判断两者的摩尔体积哪个大?(5) 试从相图上估计,在2000K时,将石墨转变为金刚石至少要加多大压力?解:(1) OA代表C(金)C(石);OB代表C(石)C(l);OC代表C(金)C(l);(2) O点代表C(金)C(石)C(l)三
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