物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后习题答案(3)

（1）n(H2)?m(H2)w(H2)?100g6.4 g???3.20 mol ?1M(H2)M(H2)2.0 g?mol同理有：n(CO)?67.8 g?2.42 mol

28 g?mol?1n(N2)?10.7 g?0.38 mol ?128 g?mol14.0 g??144 ?gmol n(CO)2? 0.32 mo l n(CH4)?1.1 g?0.07 mol ?116 g?moln总??nB

?(3.20?2.42?0.38?0.32?0.07)mol?6.39 mol

x(CO)?n(CO)2.42 mol??0.379 n总6.39 mol同理有：x(H2)?0.500，x(N2)?0.059，x(CO2)?0.050 ，x(CH4)?0.011 （2）因为 pV?n总RT

V?n总RT p6.39 mol?8.314 J?mol?1?K?1?670 K?234.2 dm3 ?152 kPa ??m100 g??0.427 ?g?3d m3V234.2 dm （3）根据Dalton分压定律 pB?pxB，所以 p(H2)?x(H2)p?0.5?152 kPa?76.0 kPa 同理 p(CO?)57.6， kp(N2)?8.97 kPa， p(CO2)?7.60 kPa

p(CH4)?1.67 kPa

8．在288 K时，容积为20 dm3的氧气钢瓶上压力表的读数为10.13 MPa，

氧气被使用一段时间以后，压力表的读数降为2.55 MPa，试计算使用掉的氧气的质量。设近似可以使用理想气体的状态方程。已知M(O2)?32 g?mol-1。

解： 在氧气被使用前，钢瓶中含氧气的质量m1为

m1?nM?p1V?M RT10.13?106 Pa?20?10?3 m3 ??32 g?mol?1?2.71 kg ?1?18.314 J?mol?K?288 K氧气被使用后，钢瓶中剩余氧气的质量m2为 m2?p2V?M RT2.55?106 Pa?20?10?3 m3 ??32 g?mol?1?0.68 kg ?1?18.314 J?mol?K?288 K则使用掉的氧气的质量为

m?m1?m2?(2.71?0.68) kg?2.03 kg 使用掉的氧气的质量也可以从压力下降来计算 m??pV?M RT(10.13?2.55)?106 Pa?20?10?3 m3?1?32 g?mol ? ?1?18.314 J?mol?K?288 K ?2.03 kg9．由氯乙烯（C2H3Cl），氯化氢（HCl）和乙烯（C2H4）构成的理想气体混合物，各组分的摩尔分数分别为x(C2H3Cl)?0.89，x(HCl)?0.09和

x(C2H4)?0.02。在恒定温度和压力为101.325 kPa的条件下，用水淋洗混合气以

去除氯化氢，但是留下的水气分压为2.666 kPa。试计算洗涤后的混合气中氯乙烯和乙烯的分压。

解：将氯化氢去除以后，在留下的混合气中，氯乙烯和乙烯所具有的压力为 p?(101.3?252.666?) kPa 89根据在原来混合物中，氯乙烯和乙烯所占的摩尔分数，分别来计算它们的分压，

即

0.89

0.89?0.020.89 ?98.659 k?Pa?96. 49 kPa0.910.02 p(C2H4)?98.659 kPa??2.17 kPa

0.91p(C2H3Cl)?p?)p?p(2CH或 p(C2H4?3 Cl) ?(98.65?996.49?) kPa 210．在273 K和40.53 MPa时，测得氮气的摩尔体积为7.03?10?5 m3?mol?1，试用理想气体状态方程计算其摩尔体积，并说明为何实验值和计算值两个数据有差异。

解： Vm?RT p8.314 J?mol?1?K?1?273 K?53?1 ? ?5.60?10 m?mol640.53?10 Pa因为压力高，N2(g)已经偏离理想气体的行为。

11．有1 mol N2(g)，在273 K时的体积为70.3 cm3，试计算其压力（实验测定值为40.5 MPa），并说明如下两种计算结果为何有差异。 （1）用理想气体状态方程

（2）用van der Waals方程。已知van der Waals常数 a?0.1368 Pa?m6?mol?2，

b?0.386?10?4 m3?mol?1。

nRT1 mol?8.314 J?mol?1?K?1?273 K?解：（1） p? V70.3?10?6 m36?10P?a ?32.332.3 MPa（2） p?RTa?2 Vm?bVm?680.13 Pa ??62?(70.?310)?8.31?4273? ???6?.6)10?(70.?3386 ?43.9?10 P?a43. 9 MPa从计算结果可知，因为压力很高，气体已偏离理想气体的行为，用van der Waals方程计算误差更小一些。

12．在一个容积为0.5.m3的钢瓶内，放有16 kg温度为500 K的CH4(g)，试计算容器内的压力。 （1）用理想气体状态方程

（2）由van der Waals方程。已知CH4(g)的van der Waals常数

a?0.228 Pa?m6?mol?2，

b?0.427?10?4 m3?mol?1，CH4(g)的摩尔质量M(CH4)?16.0 g?mol?1。

解： （1） n(CH)4? p?nRT Vm16 kg??1 000 mol?1M16.0? gmol1 000 mol?8.314 J?mol?1?K?1?500 K ??8.314 MPa

0.5 m32nRTan?2 （2） p?V?nbV?1 000?8.314?5000.228?(1 000)2???? Pa ??42(0.5)?0.50?1 000?0.427?10??8.18 MPa

第二章 热力学第一定律

一．基本要求

1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。

2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中的Q, W, ?U和?H的值。

3．了解为什么要定义焓，记住公式?U?QV, ?H?Qp的适用条件。 4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中，

?U, ?H, W, Q的计算。

5．掌握等压热Qp与等容热QV之间的关系，掌握使用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算化学反应的摩尔焓变，掌握?rUm与?rHm之间的关系。 6．了解Hess定律的含义和应用，学会用Kirchhoff定律计算不同温度下

的反应摩尔焓变。

二．把握学习要点的建议

学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一些基本概念。这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做习题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。

例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变化的过程联系在一起。譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，降到地上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，“雨”是一个与过程联系的名词。在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的名词，如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外，其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种形式变为另一种形式。同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热）

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