物理化学核心教程参考答案

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第 一 章气 体

物理化学核心教程（第二版）参考答案

第一章气体一、思考题1.如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？

答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。2.在两个密封、绝

热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？

答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。3.两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相

通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273 K，右球的温度为293 K时，汞滴处在中间达成平衡。试问：

（1）若将左球温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动？

（2）若两球温度同时都升高10 K,中间汞滴向哪边移动？

答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。（2）两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，

升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。4.在大气压力下，将沸腾

的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象？

答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软

木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。5.当某个纯物质的气、液两相处于

平衡时，不断升高平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化？

答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升

高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体

的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。6.Dalton分压定律的适用条件是什么？Amagat分体积定律的使用前提是什么？

答：实际气体混合物（压力不太高）和理想气体混合物。与混合气体有相同温度和相同压力下才能使用，原则是适用理想气体混合物。7.

有一种气体的状态方程为

，试分析这种气体与理想气体有何不同？将这种气体进行真空膨胀，气体pVm?RT?bp（b为大于零的常数）

的温度会不会下降？

答：将气体的状态方程改写为p（Vm-b）=RT，与理想气体的状态方程相比，只校正了体积项，未校正压力项。说明这种气体分子自身的体

积不能忽略，而分子之间的相互作用力可以忽略不计。所以，将这种气体进行真空膨胀时，温度不会下降。8.如何定义气体的临界温度和临界压力？

答：在真实气体的p—Vm图上，当气-液两相共存的线段缩成一个点时，称这点为临界点。这时的温度为临界温度，这时的压力为临界压力。

临界压力是指在该临界温度时能使气体液化的最低压力。9.van der Waals气体的内压与体积成反比，这一说法是否正确？

答：不正确。内压力与气体摩尔体积的平方成反比。10.当各种物质处于处于临界点时，它们有哪些共同特性？

答：这时气-液界面消失，液体和气体的摩尔体积相等，成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体，称为超流体。二、概念题 题号 选项 题号 选项 1 C 9 C 2 A 10 A 3 B 11 D 4 D 12 B 5 C 6 B 7 B 8 C 1.在温度、容积恒定的容器中，含有A和B两种理想气体，这时A的分压和分体积分别是

pA和VA。若在容器中再加入一定量的理想气体C，

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第 一 章气 体

问

。 pA和VA的变化为（）

（A）

pA和VA都变大（B）pA和VA都变小

（C）这种情况符合Dalton分压定律，而不符合Amagat分体积定律。2.在温度T、pA不变，VA变小（D）pA变小，VA不变答：

（C）

容积V都恒定的容器中，含有A和B两种理想气体，它们的物质的量、分压和分体积分别为nA，pA，VA和nB，pB，VB容器中的总压为p。试判断下列公式中哪个是正确的（）。

（A）

pAV?nART（B）

pVB?(nA?nB)RT

（C）

（A）只有（A）符合Dalton分压定律。3.已知氢气的临界温度和临界压力分pAVA?nART（D）pBVB?nBRT答：

别为

TC?33.3 K ,pC?1.297?106 Pa。有一氢气钢瓶，在298 K时瓶内压力为98.0?106 Pa，这时氢气的状态为

（）。

（A）液态（B）气态（C）气-液两相平衡（D）无法确定答：（B）仍处在气态区。4.在一个绝热的真空容器中，灌满373 K和压力为101.325 kPa

的纯水，不留一点空隙，这时水的饱和蒸汽压为（）。

（A）等于零（B）大于101.325 kPa

（C）小于101.325 kPa（D）等于101.325 kPa答：（D）饱和蒸汽压是物质的本性，与是否有空间无关。5.真实气体在如下哪个条件下，可以

近似作为理想气体处理（）。

（A）高温、高压（B）低温、低压

（C）高温、低压（D）低温、高压答：（C）这时分子间距离很大，分子间的作用力可以忽略不计。6.在298K时，地面上有一个直径为1m的

充了空气的球，其压力为100kPa，将球带至高空，温度降为253K，球的直径胀大到3m，此时球内的压力为（）。

（A）33.3 kPa（B）9.43 kPa（C）3.14 kPa（D）28.3 kPa答：（B）

p2?p1D12T22D2T1?100?253?12298?32?3.14kPa。7.真实

气体液化的必要条件是（）。（A）压力大于

（B）TC是能使气体液pC（B）温度低于TC（C）体积等于Vm,C（D）同时升高温度和压力答：

化的最高温度，温度再高无论加多大压力都无法使气体液化。8.在一个恒温，容积为2dm3的真空容器中，依次充入温度相同、始态为100 kPa，2 dm3的N2（g）和200 kPa，1 dm3的Ar（g），设两者形成理想气体混合物，则容器中的总压力为（）。（A）100 kPa（B）150 kPa（C）200 kPa（D）

300 kPa答：（C）等温条件下，200 kPa，1 dm3气体等于100 kPa，2 dm3气体，总压为

p?pA?pB=100 kPa+100 kPa=200 kPa。9.在298

pA和pB，则两者的关系

K时，往容积相等的A、B两个抽空容器中分别灌入100g和200g水，当达到平衡时，两容器中的水蒸汽压力分别为

为（）。（A）

pApB（C）pA=pB（D）无法确定答：（C）饱和蒸汽压是物质的特性，只与温度有关。10.在273 K，

?3。（单位为g?dm）（A）g?mol?1的CCl（l）的蒸气可以近似看作为理想气体，则气体的密度为（）

4

101.325 kPa时，摩尔质量为154

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6.87（B）4.52（C）3.70（D）3.44答：（A）

??m154 g??6.87 g?dm?311.某体积恒定的容器中装有一定量温度为

3V22.4 dm300 K的气体，现在保持压力不变，要将气体赶出1/6，需要将容器加热到的温度为（）。（A）350 K（B）250 K（C）300 K（D）360 K答：（D）

V，p不变，

n2?56n1,T2?T1?360 K12.实际气体的压力（p）和体积（V）与理想气体相比，分别会发生的偏差为（）。 65（A）p、V都发生正偏差（B）p、V都发生负偏差

（C）p正偏差，V负偏差（D）p负偏差，V正偏差答：（B）内压力和可压缩性的存在。三、习题

1.在两个容积均为V的烧杯中装有氮气，烧瓶之间有细管相通，细管的体积可以忽略不计。若将两烧杯均浸入373 K的开水中，测得气体压

力为60 kPa。若一只烧瓶浸在273 K的冰水中，另外一只仍然浸在373 K的开水中，达到平衡后，求这时气体的压力。设气体可以视为理想气体。

解：

n?n1?n2根据理想气体状态方程

p12Vp2Vp2V??RT1RT1RT2化简得：

2p111?p2(?) T1T1T2p2?2p1?T2273?2?60 kPa??50.7 kPa

T2?T1273?373dm3的贮气瓶中，使贮气瓶压力在300 K时为100 kPa，这时原来

2.将温度为300 K，压力为1800 kPa的钢瓶中的氮气，放入体积为20

钢瓶中的压力降为1600 kPa（假设温度未变）。试求原钢瓶的体积。仍假设气体可作为理想气体处理。解：放入贮气瓶中的气体物质的量为

p3V3100 kPa?20?10?3 m3??0.80 mol设钢瓶的体积为nn?RT8.314 J?mol?1?K?1?300 KV，原有气体为

n1，剩余气体为

p1Vp2V?RTRTn2pV?n1RT1p2V?n2RTn1?n2?nn?n1?n2?nRT0.80 mol?8.314 J?mol?1?K?1?300 KV???9.98 dm3

p1?p2(1800?1600) kPa3.用电解水的方法制备氢气时，氢气总是被水蒸气饱和，现在用降温的方法去除部分水蒸气。现将在298 K条件下制得的饱和了水气的氢气

通入283 K、压力恒定为128.5 kPa的冷凝器中，试计算：冷凝前后混合气体中水气的摩尔分数。已知在298 K和283 K时，水的饱和蒸汽压分别

为3.167 kPa和1.227 kPa。混合气体近似作为理想气体。解：水气所占的摩尔分数近似等于水气压力与冷凝操作的总压之比在冷凝器进口处，T=298

K

x(H2O,g)=p(H2O)3.167 kPa??0.025p128.5 kPa在冷凝器出口处，T=283

K

x(H2O,g)=p(H2O)1.227 kPa??0.009

p128.5 kPa可见这样处理以后，含水量下降了很多。

4.某气柜内贮存氯乙烯CH2=CHCl（g）300

3m3，压力为122 kPa，温度为300 K。求气柜内氯乙烯气体的密度和质量。若提用其中的100m，

相当于氯乙烯的物质的量为多少？已知其摩尔质量为62.5

g?mol-1，设气体为理想气体。解：

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?=mpV ,m?nM, n?VRT代入，得：

Mp62.5?10?3 kg?mol?1?122?103 Pa?=??3.06 kg?m-3?3.06 g?dm?3

?1?1RT8.314 J?mol?K?300 Km???V?3.06 kg?m-3?300 m3?918 kg

111918 kgn?n（总）=n?n(总)???4896 mol

?3?133362.5?10 kg?mol5.有氮气和甲烷（均为气体）的气体混合物100 g，已知含氮气的质量分数为0.31。在420 K和一定压力下，混合气体的体积为9.95

dm3。

求混合气体的总压力和各组分的分压。假定混合气体遵守Dalton分压定律。已知氮气和甲烷的摩尔质量分别为28

g?mol?1和

16

g?mol?1。解：n?N2??m0.31?100 g??1.11 mol

?1M28 g?moln(CH4)?(1?0.31)?100 g?4.31 mol

16 g?mol?1nRT(1.11+4.31) mol?8.314 J?mol?1?K?1?420 Kp???1902 kPa

V9.95?10?3 m3p(N2)?n(N2)1.11?p??1902 kPa=389.5 kPa

n(N2)?n(CH4)1.11?4.31p(CH4)?(1902?389.5) kPa=1512.5 kPa

6.在300 K时，某一容器中含有H2（g）和N2（g）两种气体的混合物，压力为152 kPa，温度为。将N2（g）分离后，只留下H2（g），保

持温度不变，压力降为50.7 kPa，气体质量减少14 g。试计算：

（1）容器的体积；

（2）容器中H2（g）的质量；

（3）容器中最初的气体混合物中，H2（g）和

N2（g）的摩尔分数解：（1）

p?N2??p?p(H2)?(152?50.7) kPa=101.3 kPam?N2?14 gn?N2????0.5 molM?N2?28 g?mol?1n(N2)RT0.5 mol?8.314 J?mol?1?K?1?300KV???12.3 dm3p(N2)101.3 kPa（

2

）

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p?N2??101.3 kPap?H2??50.7 kPa在T，V不变的情况下

n(H2)p(H2)50.7 kPa???0.5n(N2)p(N2)101.3 kPan(H2)?0.5 n(N2)?0.5?0.5 mol=0.25 molm(H2)?n(H2)M(H2)?0.25 mol?2.0 g?mol?1?0.5 gx(N2)?（3）

n(N2)0.5 mol??0.67x(H2)?1?0.67?0.33

n(H2)?n(N2)(0.5+0.25) mol7.设某水煤气中各组分的质量分数分别为：

w(H2)?0.064，w(CO)?0.678，w(N2)?0.107，

w(CO2)?0.140，w(CH4)?0.011。试计算：

（1）混合气中各气体的摩尔分数；

（2）当混合气在670 K和152 kPa时的密度；

（3）各气体在上述条件下的分压。

解：设水煤气的总质量为100g，则各物质的质量分数乘以总质量即为各物质的质量，所以：（1）

n(H2)?m(H2)6.4 g??3.20 mol?1M(H2)2.0 g?mol67.8 g?2.42 mol28 g?mol?1同理有：

n(CO)?n(N2)?10.7 g?0.38 mol28 g?mol?1n(CO2)?=

14.0 g1.1 g?0.32 moln(CH)??0.07 mol则有：n（总）4?1?144 g?mol16 g?moln(总)??nB?(3.20?2.42?0.38?0.32?0.07)mol=6.39 moln(CO)2.42 mol??0.379n(总)6.39 mol同理有：

x(CO)=x(H2)?0.500，x(N2)?0.059，

x(CO2)?0.050，x(CH4)?0.011

（2）因为

pV?n(总)RTn(总)RT6.39 mol?8.314 J?mol?1?K?1?670 KV???234.2 dm3p152 kPa??m100 g?3??0.427 g?dm（3）根据Dalton分压定律pB?pxB，所以

3V234.2 dm第 5 页 共 90 页2022-04-05（余训爽）