南京大学物理化学第五版课后习题及答案

所需积分/C币:15 2012-11-20 13:19:05 9.56MB PDF

答案南京大学物理化学第五版课后习题及答案
内容简介 本书是根据南京大学傅献彩、沈文霞、姚天扬侯文华编的《物理化学》(第5版)而编写的一本 学习辅导用书。全书共14章,包括气体、热力学第一定律、热力学第二定律、多组分系统热力学及其 在溶液中的应用、相平衡、化学平衡、统计热力学基础、电解质溶液、可逆电池的电动势及其应用 电解与极化作用、化学动力学基础(一)化学动力学基础(二)表面物理化学与胶体分散系统和大 分子溶液 为了便于读者抓住重点和难点,巩固所学到的知识,提高解题能力,本书中每一章都由基本公 式、习题解答、自测题、自测题参考答案等四部分组成。 本书可作为化学化工类专业学生学习物理化学课程和备考研究生入学考试的参考教材,也可 供高等学校物理化学课程教师参考。 物理化学是化学化工类专业的重要基础课,也是相关专业研究生入学考试的必 考科目。通过解题,可以加深对念的理解和对公式的灵活运用,同时可提高学生独 立分析问题、解决问题的能力。 由高等教育出版社出版、南京大学傅献彩等编的《物理化学》自1961年初版以 来,是一本被许多院校普遍釆用的经典教村。我们曾编写了与《物理化学》(第4版)相 配套的题解—《物理化学习题详解》。为了帮助同学们学习物理化学课程及备考研 究生入学考试,我们编写了这夲题解。本书对《物理化学》(第5版)的全部习题做了解 答。为了便于读者抓住重点和难点,巩固所学知识,提高解题能力,每一章都列有基本 公式,还选编了一部分自测题,并附有参考答茉。 本书与《物理化学》第5版)采用的符号和单位基本保持一致。 由于编者水平有限,书中难免存在不当甚至错误之处,敬请各位同仁和读者不吝 賜教与指正。 编者 2007年5月于武汉 第一章气体………………………………………………………(1) 基本公式 ●●命·■昏,t●看D會命命■冒咖tp曾·如要自會即命即中鲁看■鲁會 习题详解………………………………………………………………(2) 自测题 ●●自咖自●·鲁聊曾曾●自 (14) 自测题参考答案 ●·看口看■▲鲁看自备自卡·●单看■▲■·啬晶●命画■晶■D■自血●●·■鲁自·聊■■血▲啬凸自·●单。4命▲ (15) 第二章热力学第一定律· 章■●●b·咖鲁·●●●·D■D看D●D●鲁咖●晋4P量●●● (18) 基本公式 (18) 习题详解 (19) 自测题 咖@值dbD看b看●@b■鱼息●看曲卧d●b血b血b色鲁 鲁晋■●bb會b●●●髓血bb自bb日鲁鲁画b■。血曲■ (35) 自测题参考答案 (37) 第二章热力学第二定律 (40) 基本公式 (40) 习题详解 营甲詈冒申會申命◆争即冒甲即看■音·◆◆■ ·鲁鲁·曾旱即·即◆申曹 …………(41) 自测题 (56) 岿测题参考答案 (57) 第四章多组分系统热力学及其在溶液中的应用 …(61) 基本公式… q·争■pp·p·命@。■即也個b·●看中 ………………(61) 习题详解 (61) 自测题……………………………………………………………………(72) 自测题参考答案……………………………(74) 第五章相平衡 鲁◆■即看 中『冒■·咖即●·兽■P■●●鲁甲P ……………(76) 基本公式 …(76) 习题详解 鲁·鲁■D昏■昏●■·邙b■D鲁鲁·■■郾·喜·啬自自血●鲁自■命■●■ …………………°(76) 自测题…………………………(92) 自测题参考答案 (93) 第六章化学平衡 (96) 基本公式…… (96) 习题详解 晕■■■■·■■申卡4咖最命■晶●p喝●●·也电 ……·(97) 自测题 ……(117) 自测题参考答案 …………………(118) 第七章统计热力学基础 即qP■qP■D即b曾罪● (121) 基本公式 鲁昏昏■·晷鲁鲁鲁會鲁曹◆◆·◆帽ψ●普●郾Db噜自ψD個D昏 (121) 习题详解 ………(123) 自测题 142) 白测题参考答案 ●鲁■●晋阝·晋p曾自4●曲b4b自●自●D■■■自占●自dp单■·■晶备■ …………(143) 2 物理化学辅导与习题详解 第八章电解质溶液 …(146) 基本公式 …(146) 习题详解…… (147) 自测题“…(162) 自测题参考答案……………………………………………(163) 第九章可逆电池的电动势及其应用 (166) 基本公式 …(166) 习题详解 ■■·■ψ自·鲁·會■音自■·自·◆鲁昏·咖·會■晋自自咖D啁自·自自·■■自·自自●备自自申會●■自·幽聊■■自自即即ψ晋鲁 (166) 自测题 ●鲁會●■曾·■ …ss(189) 自测题参考答案 唱●■·● (190) 第十章电解与极化作用… (194) 基本公式 ………(194) 习题详解 (194) 自测题 BP··D·“『·····『看·········◆日·山····自“·西自·‘·B4·命···p (205) 自测题参考答案 ■·ψp章命·會督■·●·自pψ咖自费语·鲁 (207) 第十一章化学动力学基础(一) (209) 基本公式 (209) 习题详解 日音D自身聊··自······单···甲自·自日q,··白····日·一甲曾即鲁甲即●。●ψ甲甲。◆吾冒●晋『q即■ (210) 自测题 ψq鲁冒p會■●國■@●■會看鲁曲b4自鲁血▲血■●曲●4曲鲁鲁血 ………(234) 自测题参考答案… (236) 第十二章化学动力学基础(二) 239) 基本公式…………………………………………………………………(239) 习题详解 甲看·自自↓喜幽p啁 (239) 自测题 (255) 自测题参考答案 (257) 第十三章表面物理化学 ●■·●●喜血■D音●;喜舀自■最 ………………(259) 基本公式 ……………(259) 习题详解……………………………………(260) 自测题 …(269) 自测题参考答案 ……………………(271) 第十四章胶体分散系统和大分子溶液……………………(274) 基本公式 (274) 习题详解 冒即暈 (274) 自测题 (283) 自测题参考答案………… …………(284) 第一章气体 基本公式 1.气体分子运动理论基本方程 P 2.气体平均平动能与温度的关系 E kt. E 尺T 3. Maxwell速率分布公式 4 2kT 2k d 4.分子速率的三个统计平均值 最概然速率 平均速率 8kT va=Nπm 根均方速率 T 三种速率之比 vmvn:=1:1.128:l.224 5.气体分子平动能的分布 三维空间 N=2(x)“xp(-EdE 二维空间 dNe 1 E exp kr dE 能量为E1→>CO的分子占总分子的分数 N E PIET 6.气体分子在重力场中的分布( Boltzmann公式) p= poexp 7.分子的平均自由程 〔n是单位体积分子数) 8.互碰频率 同种气体分子互碰频率 物理化学辅导与习题洋解 z=27yt(n是单位体积分于数 两种气体分子互碰频率 BRT z=丌aλ,BAnB T 分子与器壁互碰频率 2MRT 9.理想气体状态方程 R V= RT 10. Dalton分压定律 B力,p Amagat分体积定律 VgB=nsR/p,V=∑vng(只适用于理想气体) 11. van der waals方程 5)=RT van der waals常数与临界常数的关系 Vm.c 36, Tc 27R6 Pc :76 7R272 RT R 64力 8pe PeV 对比状态方程 p2/(3 式中,r=p/p,B=Vm/Vm,,z=T/T。 12.压缩因子 Z Rtrt 习题详解 1.(1)在0℃及101.325kPa下,纯干空气的密度为1.293kg·m3,试求空气的表观摩尔质 量;(2)在室温下,某氮气钢瓶内的压力为538kPa,若放出压力为100kPa的氮气160dm3,钢瓶内 的压力降为132kPa,试估计钢瓶的体积。设气体近似作为理想气体处理 解(1)很定空气为理想气体,设其表观摩尔质量为M,则 PV = nRT RT RT M M=RT 1.293 101.325×102×8.3145×273,15kg·mo!- 28.98×10-3kg g·mol- (2)设钢瓶的体积为v,则 放出氮气前 力1V=n1RT 放出氦氮气后 P2V=n2RT 第一章气体 两式相减 (p1-p2)V=(n1-n2)RT 钢瓶的体积 nBRT p1-夕2 n1-n2是放出氮气的物质的量,则 100×103Pa×]60×10 R D≤(n2y-n2)R「100×103×160×10-3 (538—132)×103 39.41×1 pim pz 2.两个体积相同的烧瓶中间用玻管相通,通人0、7mol氮气后,使整个系统密封。开始时,两瓶 的温度相同,都是300K,压力为50kPa,今若将一个烧瓶浸人400K的油浴内,另一个烧瓶的温度 保持不变,试分别计算两瓶中氮气的物质的量和温度为400K的烧瓶中气体的压力。 解开始时,两个烧瓶内气体压力为p1,温度为T1浸入油浴后,一个烧瓶的温度为T2,另一个 温度仍为T1,但两烧瓶的压力仍是相等的,设为p2,两个烧瓶内氮气总的物质的量在加热前后保持 不变,所以 2p2y P2V R Ri 2p1T2 2×50×400 2=T1+T2 300+400)kPa=57.14kPa 设T1=300K的烧瓶中氮气的物质的量为n1,T2=400K的烧瓶中氮气的物质的量为n2,则 「n1+ no n1T2400 解得 21=0. 4 mol, n2=0.3 ol 400K的烧瓶中有0.30mol氮气,300K的烧瓶中有0.40mol氮气 3在293K和100kPa时,将He(g)充入体积为1dm3的气球内。当气球放飞后,上升至某一高度, 这时的压力为28kPa,温度为230K,试求这时气球的体积是原体积的多少倍。 解假定He(g)为理想气体。 充气后的体积 Vo=n(he)RTo/po 升空后的体积 Vi=n(he)RTi/p1 V:=zP=230×1 升空后的体积是原来体积的28倍。 4.有2.0dm3潮湿空气,压力为101.325kPa,其中水汽的分压为12.33kPa。设空气中O2(g) 和N2(g)的体积分数分别为0.21和0.79试求:(1)H2O(g)、O2(g)、N2(g)的分体积;(2)O2(g)、 N2(g)在湿空气中的分压力 解(1)水汽的分体积v(H2O)=Vx(H2O)=2.0dm3 12.33 0.243dr 101.325 空气的分体积W(空气)=V-V(H2O)=(2.0-0.243)dm3=1.757d O2(g)和N2(g)的体积分数即为O2(g)和N2(g)的摩尔分数,所以 V(O2)=V(空气)x(O2)=1.757dm3×0.21=0.369d v(N2)=V(空气)x(N2)=1.757dm3×0.79=1.388dm3 2)p(空气)=p-p(水汽)=(101.325-12.33)kPa=88.995kPa 物理化学辅导与习题详解 O2g)N2(g)在潮湿空气中的分压力 p(O2)=p(空气)(O2)=88.95kPa×0.21=18.689kP p(N2)=p(空气)x(N2)=88995kPa×0.79=70.306kPa 5.3.45gH2(g)放在10dm3的密闭容器中,从273K加热到373K需提供多少能量?H2(g)的 根均方速率是原来的多少倍?已知H2(g)的摩尔等容热容Cv,m=2.5R。 解E=nCv,m(42-T1) 3.45 2:016×2.5×8.3145×(373-273)J=356kJ 根均方速率 3RT t(373K 所以 373K (273K) 273K=1.17 373K时H2(g)的根均方速率是273K时的1.17倍 6.计算293K和373K时,H2(g)的平均速率、根均方速率和最概然速率 解293K时 平均速率 aRT 8×8.3145×293 =mM一3.14×2.016×10-3m·s1=1.75×103m·s-1 根均方速率 3RT3×8.3145×293 M 2.016×10 m·s-1=1.90×103m·s-1 最概然速率 aRT 8.3145×293 ·s-=1.55×103m·s M 2.016×10-8 同理可得373K时 n=1.98×103m·s1,t=2.15×103m·s U=1.75×103m 7.计算分子动能大于10kJ的分子在总分子中所占的比例 解假定分子只在一个平面上运动,分子动能大于E1的分子在总分子中所占的比例为 er。假定温度为298K,则动能大于10kJ的分子在总分子中所占的比例为 N10k==exp-1.38×1023×298/0 10×10 298K时,没有动能大于10kJ的分子 8.在一个容器中,假设开始时每一个分子的能量都是2.0×10-21J,由于相互碰撞,最后其能 量分布服从 Maxwell分布。试计算:(1)气体的温度;(2)能量为1.98×10-2J~2.02×10-2J之间 的分子在总分子中所占的分数(由于这个区间的间距很小,故用 Maxwell公式的微分式) 解(1)分子运动论认为分子的碰撞是完全弹性的,碰撞前后总动量不损失,在外界条件稳定 的情况下,气体的户和T都不随时间而改变所以气体的终止温度与起始温度是一样的。 E RT 2De2×(6.022×102×2.0×10 3R3 K=96.57K 8.314 dNE (2) =( 1.5 E Eexp dE 将x=3.14,k=1.38×1023J·K-1,T=96.57K,E=2.0×10-2J,dE=(2.02-1.98)×10-2代 人上式计算,得

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