大学物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后参考答案第4章 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/11/1 7:18:47星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

杯中加入0.01 mol NaCl,溶解完毕后,两只烧杯按同样的速度冷却降温,则 ( )

(A) A杯先结冰 (B) B杯先结冰

(C) 两杯同时结冰 (D) 不能预测其结冰的次序

答:(A)。稀溶液的依数性只与粒子的数量有关,而与粒子的性质无关。B杯内溶入的是NaCl,NaCl在水中解离,其粒子数几乎是A杯中的两倍,B杯中溶液的凝固点下降得多,所以A杯先结冰。

13.在恒温的玻璃罩中,封入一杯糖水(A杯)和一杯纯水(B杯),使两杯的液面相同,将玻璃罩抽成真空。经历若干时间后,两杯液面的高度将是 ( )

(A) A 杯高于 B 杯 (B) A 杯等于 B 杯 (C) A 杯低于 B 杯 (D) 视温度而定

答:(A)。纯水的饱和蒸气压大于糖水,纯水不断蒸发,蒸气在含糖水的A 杯中不断凝聚,所以A 杯液面高于B 杯。

14.冬季建筑施工中,为了保证施工质量,常在浇注混凝土时加入少量盐类,其主要作用是? ( )

(A) 增加混凝土的强度 (B) 防止建筑物被腐蚀 (C) 降低混凝土的固化温度 (D) 吸收混凝土中的水份

答:(C)。混凝土中加入少量盐类后,使凝固点下降,防止混凝土结冰而影响建筑物的强度。

15.盐碱地的农作物长势不良,甚至枯萎,其主要原因是 ( )

(A) 天气太热 (B) 很少下雨 (C) 肥料不足 (D) 水分从植物细胞向土壤倒流

答:(D)。 盐碱地中含盐量高,水在植物细胞中的化学势大于在盐碱地中的化学势,水分会从植物细胞向土壤渗透,使农作物长势不良。 五.习题解析

1. 在298 K时,有一个H2SO4(B)的稀水溶液,其密度为1.060 3?103 kg?m?3,

H2SO4的质量分数wB?0.094 7。已知在该温度下,纯水的密度为997.1 kg?m?3。

试计算H2SO4的:① 质量摩尔浓度mB,② 物质的量浓度cB和③ 物质的量分数

xB。

解:① 质量摩尔浓度是指,在1 kg溶剂中含溶质的物质的量,查原子量表得H2SO4的摩尔质量MB?0.098 08 kg?mol?1。设溶液的质量为1.0 kg,

mB?nBm(A)?m(B)/MBm(A)

?1?0.0947?1.0 kg/0.098 08 kg?mol(1?0.0947)?1.0 kg?1.067mol?kg?1

② 物质的量浓度是指,在1 dm3 溶液中含溶质的物质的量,设溶液质量为1 kg

cB?nBV?m(B)/MBm(溶液)/?(溶液)

?1 ?0.094 7?1.0 kg/0.098 08 kg?mol1.0kg/1.060 3?10kg?m3?3

??3 ?1.02?4310?mol?m1.0?24 oldmm3 (3)设溶液质量为1.0 kg,xB?nBnB?nA

?1nB?0.094 7?1.0 kg/0.098 08 kg?mol?0.966 mol

?1nA?(1?0.094 7)?1.0 kg/0.018 kg?mol?50.29 mol

xB?nBnB?nA?0.966 mol(0.966?50.29)mol?0.018 8

2.将0.6 mol的乙醇(B)和0.4 mol的水(A)混合得乙醇的水溶液,溶液的密度为849.4 kg?m?3。已知溶液中乙醇的偏摩尔体积VB?57.5?10?6 m3?mol?1,试求溶液中水的偏摩尔体积VA。已知水和乙醇的摩尔质量分别为

MA?18 g?mol?1,MB?46 g?mol?1。

解:根据偏摩尔量的加和公式,有 V?nAVA? V?m? B (1) nVBB?m(A)?m(B)AnM?A?nMB?? (2)

上面两式应该相等,所以有

0.4 mol?VA?(0.6?57.5?10)m??63(18?0.4?46?0.6)?10kg849.4 kg?m??3?3

530?m解得 VA?1.61?8?1m ol13.在298 K时,有大量的甲苯(A)和苯(B)的液态混合物,其中苯的摩尔分数xB?0.20。如果将1 mol纯苯加入这混合物中,计算这个过程的?G。

*解:设1 mol纯苯的Gibbs自由能为Gm,B,在液态混合物中1 mol苯的偏摩

尔Gibbs自由能为GB,所求的?G就是这1 mol苯,在加入混合物的前后,Gibbs自由能的差值,

? ?G?GB?G*m,???B??BRTlnx BB ?(8.314?298?ln0.20)J?mol?1??3.99 kJ?mol?1

4.在263 K和100 kPa下,有1 mol过冷水凝固成同温、同压的冰。请用化学势计算这过程的?G。已知在263 K 时,H2O(l)的饱和蒸气压

p(H2O,l)?287 Pa*,H2O(s)的饱和蒸气压p*(H2O,s)?259 Pa。

解:过冷水结冰是个不可逆过程,可以设计一个始、终态相同的可逆过程。在保持温度不变的情况下,分如下五步等温可逆变压过程进行:

(1)从100 kPa等温可逆降压至H2O(l)的饱和蒸气压; (2)在H2O(l)的饱和蒸气压下达成气-液两相平衡; (3)H2O(g)的等温可逆变压过程;

(4)在H2O(s)的饱和蒸气压下达成气-固两相平衡 (5)等温可逆升压至100 kPa。即

(1) H2O(l,100 ?kP??a)2?HO(?l,?2?87 Pa)????2HO(s,?25??9 P2a)(5)(2) HO(g,287 Pa)H O(s,100 kPa) 3)?? ?(??H2O(g,259? P)??a???(4)2第(1),(5)两步是凝聚相的等温可逆变压过程,由于凝聚相的可压缩性很小,

摩尔体积不大,受压力的影响很小,所以这两步的Gibbs 自由能的变化值可以忽略不计。(2),(4)两步是等温、等压可逆相变,Gibbs 自由能的变化值等于零。所以,总的Gibbs 自由能的变化值就等于第三步的Gibbs 自由能的变化值, ?G??G(3)????pspl**psVdp?RTlnm*pl*

??8.314?263?ln259 Pa??1?1 J?mol??224.46 J?mol?287 Pa?现在题目要求用化学势来计算,其实道理是一样的,计算更简单。因为纯组分的化学势就等于摩尔Gibbs 自由能,水蒸气化学势的标准态可以相消,所以

?G??G(3)??(H2O,g,259 Pa)??(H2O,g,287 Pa)

?RT?ln259 Pa?1??224.4?6 J mol287 Pa

5. 液体A与液体B可以形成理想的液态混合物。在343 K时,1 mol A和2 mol B所形成的混合物的蒸气压为50.663 kPa,若在溶液中再加入3 mol A,则溶液的蒸气压增加到70.928 kPa,试求:

**(1)A和B在343 K时的饱和蒸气压pA和pB。

(2)对于第一种混合物,在气相中A,B的摩尔分数yA和yB。 解: (1)液态混合物上的总蒸气压等于A和B的蒸气压的加和,

?? p?pAxA?pBxB

?? 50.663 kPa?pA??pB?1233 (1)

70.928 kPa?pA??23?pB??13 (2)

联立(1),(2)式,解得

pA?91.19 kPa** pB?30.40 kPa

(2) yA191.19 k?Pa?pApAxA3?0.6 ???pp50.663 kPa yB?1?yA?0.4

6.在293 K时,苯(1)的蒸气压是13.332 kPa,辛烷(2)的蒸气压为2.6664 kPa,

现将1 mol辛烷溶于4 mol苯中,形成理想的液态混合物。试计算: (1)系统的总蒸气压。 (2)系统的气相组成。

(3)将(2)中的气相完全冷凝至液相,再达到气液平衡时,气相的组成。

?解: (1)p?p1?p2?p1?x1?p2x2

??13.332???45?2.6664?1??kPa?11.199 kPa5?

(2)y1?p1p?13.332?0.8kPa11.199kPa?0.952 4

y2?1?y1?1?0.9524?0.047 6

(3)将上述气相完全冷凝至气-液平衡时,新液相的组成与上述气相的组成相同。

??y1 x2??y2 x1??p1??p2??p1x1??p2x2?p总??