当前位置:文档之家› 物理化学核心教程 课后答案(下)

物理化学核心教程 课后答案(下)

物理化学核心教程 课后答案(下)
物理化学核心教程 课后答案(下)

第七章化学反应动力学

一.基本要求

1.掌握化学动力学中的一些基本概念,如速率的定义、反应级数、速率系数、基元反应、质量作用定律和反应机理等。

2.掌握具有简单级数反应的共同特点,特别是一级反应和a = b的二级反应的特点。学会利用实验数据判断反应的级数,能熟练地利用速率方程计算速率系数和半衰期等。

3.了解温度对反应速率的影响,掌握Arrhenius经验式的4种表达形式,学会运用Arrhenius经验式计算反应的活化能。

4.掌握典型的对峙、平行、连续和链反应等复杂反应的特点,学会用合理的近似方法(速控步法、稳态近似和平衡假设),从反应机理推导速率方程。学会从表观速率系数获得表观活化能与基元反应活化能之间的关系。

5.了解碰撞理论和过渡态理论的基本内容,会利用两个理论来计算一些简单反应的速率系数,掌握活化能与阈能之间的关系。了解碰撞理论和过渡态理论的优缺点。

6.了解催化反应中的一些基本概念,了解酶催化反应的特点和催化剂之所以能改变反应速率的本质。

7.了解光化学反应的基本定律、光化学平衡与热化学平衡的区别,了解光敏剂、量子产率和化学发光等光化反应的一些基本概念。

二.把握学习要点的建议

化学动力学的基本原理与热力学不同,它没有以定律的形式出现,而是表现为一种经验规律,反应的速率方程要靠实验来测定。又由于测定的实验条件限制,同一个反应用不同的方法测定,可能会得到不同的速率方程,所以使得反应速率方程有许多不同的形式,使动力学的处理变得比较复杂。反应级数是用幂函数型的动力学方程的指数和来表示的。由于动力学方程既有幂函数型,又有非幂函数型,所以对于幂函数型的动力学方程,反应级数可能有整数(包括正数、负数和零)、分数(包括正分数和负分数)或小数之分。对于非幂函数型的动力学方程,就无法用简单的数字来表现其级数。

对于初学者,要求能掌握具有简单级数的反应,主要是一级反应、a = b的二级反应和零级反应的动力学处理方法及其特点。

动力学的一般处理方法是:对照反应的计量方程,(1)先写出起始(t = 0)和某一时刻(t = t)时,反应物和生成物的浓度;(2)写出速率方程的微分形式;(3)对速率方程进行不定积分,找出反应物(或生成物)的浓度与时间之间的线性关系;(4)对速率方程进行定积分,找出反应物(或生成物)浓度、时间与速率系数之间的定量关系。这样,就可以从实验测定的已知量求出未知量;(5)找出半衰期与反应物浓度之间的关系;(6)总结该反应的特点。主要掌握零级反应、一级反应和a = b的二级反应的特点。

确定反应级数的方法通常有4种,即积分法、微分法、半衰期法和改变反应物的比例的方法。但微分法由于需要多次作图,所以适合于在科学研究中使用。而改变反应物比例的方法是建筑在前面方法的基础上,仅仅是利用准级数的特点把两个未知级数分别进行确定而已。所以,通常用得最多的是积分法(也称为尝试法),适合于确定整级数的反应,其次是半衰期法,适合于确定除一级反应以外的其他级数反应。确定反应级数归根结底是要熟练掌握具有简单级数反应的特点,如速率系数的单位、浓度与时间的线性关系、半衰期的特点等,只要发现有一个特点符合某反应级数,就可以确定其反应级数。

基元反应一定具有简单的反应级数,从基元反应的反应式就可知道其反应级数。基元反应通常是一级或二级,少数是三级,基元反应不可能是零级、分数级数或负级数。从基元反应的反应方程式,根据质量作用定律,就可以写出它的速率方程。值得注意的是具有简单级数的反应不一定是基元反应,这一点不能混淆。

典型的复杂反应是由两个或两个以上的基元反应组成的,所以速率系数不止一个,用一个定积分式无法确定两个速率系数,要从复杂反应的特点,找出两个速率系数之间的关系,才能分别计算两个速率系数的值。

Arrhenius经验式表明了温度对反应速率影响的程度,使用该公式时的温度区间不能太大,因为只有在温度温度区间不太大时,才能像Arrhenius那样把活化能看作为与温度无关的常数。Arrhenius经验式有若干种表达形式,各有各的用途。从微分式,很容易看出在速率系数随温度的变化率中,活化能的大小所起的作用,升高相同的温度,

活化能高的反应其速率系数增加的比例就多。从不定积分式,可以看出ln k与1

T

之间

的线性关系,从直线的斜率可以求出反应的活化能,这是科研中常用的求活化能的方法,因为作图的过程就是求活化能平均值的过程。从Arrhenius公式的定积分式,可以根据两个温度下的速率系数求反应的活化能,这样显然要比作图法简单,但可能引入的误差也大。利用定积分式,还可以在已知活化能时,从一个温度下的速率系数,计算另一个温度下的速率系数,所以这个公式在做习题或考试时用得较多。从Arrhenius 公式的指数式,可以一目了然地看出在指数项上的活化能和温度对速率系数的影响。基元反应的活化能有明确的物理意义,是指活化分子的平均能量与反应物分子平均能量的差值,可以利用图形看清楚正、逆反应活化能的含义和吸热反应与放热反应的区别。而复杂反应的活化能仅是基元反应活化能的数学组合,组合的方式由表观速率系数与基元反应速率系数之间的关系决定,没有明确的物理意义。

在处理复杂反应时,要掌握几种近似的处理方法,常用的近似法有速控步法、稳态近似和平衡假设三种,其中以稳态近似最为重要。速控步近似法主要用于连续反应,平衡假设只适用于快平衡后面是慢反应的复杂反应,而稳态近似方法对于有活泼中间产物生成的复杂反应基本都适用。

从爆炸反应,一方面了解发生爆炸有不同的机理,如支链爆炸和热爆炸等,但更

重要的是要了解引起爆炸的各种原因,要关心日常生活中常见的爆炸事故,如煤矿的瓦斯爆炸、化纤厂的纤维尘爆炸、面粉厂的粉尘爆炸等,并记住今后如何设法防止爆炸的发生。

速率理论只适用于基元反应。对于碰撞频率等计算公式的推导不必花太多时间,而重点要放在理论是以什么作为模型?推导中引进了什么假定?计算速率系数的公式中各项的物理意义等,这样才能领会速率理论的优点及不足之处。在碰撞理论、过渡态理论和单分子反应三种理论中,对于过渡态理论应该了解得更多一点,而单分子理论只是有所了解即可。

催化反应和光化学反应是两个内容丰富的大课题,基础课中不可能讲得很深入,主要了解催化反应和光化学反应的基本概念和特点,了解它们的最新科研成果和应用,以拓宽知识面和提高学习兴趣。

三.思考题参考答案

1.有如下几个化学反应计量式,分别写出用参与反应的各种物质表示的速率表示式。设反应都是基元反应,根据质量作用定律写出反应的速率方程。

(1)A B C +=

(2)2A B 2C +=

(3)A 2B C 2D +=+

(4)22Cl M Cl M +=+

答:化学反应速率的定义式为B B 1d d c r t

ν=,用参与反应的任意一种物质表示的速率,都应该有相同的结果。基元反应的速率与各反应物浓度的幂乘积成正比,其中各浓度项的方次即为反应方程中各种物质的计量系数,这就是质量作用定律,质量作用定律只适用于基元反应。所以

(1)1d[A]d[B]d[C]d d d r t t t

=-

=-= 11[A] [B]r k = (2)21d[A]d[B]1d[C]2 d d 2 d r t t t =-=-= 222[A] [B]r k =

(3)3d[A]1d[B]d[C]1d[D]d 2 d d 2 d r t t t t

=-=-== 233[A] [B]r k = (4)241d[Cl]d[M]d[Cl ]d[M]2 d d d d r t t t t

=-=-== 244[Cl] [M]r k = 2.某化学反应的计量方程为A B C +=,能认为这是二级反应吗?

答:不能。反应级数应该从实验中求出。化学反应的计量方程只表示参与反应的各个物质的数量之间的关系,不代表反应机理,无法从计量方程获得反应的级数。若注明该反应是基元反应,则可以运用质量作用定律,确定它是双分子反应,通常也就是二级反应。

基元反应的反应分子数在绝大部分的情况下就等于反应的级数。但是,也有例外,同是双分子反应,在不同的反应条件下,大部分表现为二级,但也有可能表现为一级。

3.化学反应的计量方程为3AB A 3B =+,这样的反应是否可能为基元反应?

答:不可能。根据微观可逆性原理,正、逆反应必须遵循相同的反应途径。至今已知基元反应最多只有三分子反应,现在逆反应有四个分子,所以逆反应不可能是基元反应,则正反应也不可能是基元反应。

4.零级反应是否是基元反应? 答:一定不是。因为不可能有零分子反应。通常是由于在总的反应机理中,反应的速率控制步骤与反应物的浓度无关,所以对反应物呈现零级反应的特点。零级反应一般出现在表面催化反应或酶催化反应中。在表面催化反应中,反应物通常总是过量的,速控步是被吸附在表面上的分子发生反应,所以反应速率与反应物的浓度无关。例如,3NH (g)在金属钨表面上的分解反应,通常对反应物3NH (g)呈零级的特征。

5.某一反应进行完全所需时间是有限的,且等于

0c k (0c 为反应物起始浓度),则该反应是几级反应?

答:已知0c t k

=,即0c kt =,当反应进行完全时,0x c kt ==,这是零级反应的特征,所以该反应为零级反应。

6.具有简单级数的反应是否一定是基元反应?

答:不一定。基元反应一定具有简单反应级数,但具有简单级数的反应不一定是基元反应。例如,反应22H (g)I (g)2HI(g)+=,实验测得这是个二级反应,具有简单的反应级数,速率方程为22[H ] [I ]r k =。但它是个总包反应,反应机理由若干步基元反应组成。

7.对一级、二级(a = b )和三级(a = b = c )反应,当反应物消耗50%,75% 和87.5%所需时间13478t t t ∶∶之比各为何值?

答:对一级反应,因为半衰期与反应物的起始浓度无关,是一个常数,所以该比值为

123478123t t t =∶∶∶∶

对于其他级数(如n 级)的反应,其定积分式的通式为

()111111n n kt n a a x --??-=??--????

对二级反应,2n =,当反应物消耗50%时,

12x a =,1t t =;消耗75%时,34x a =,34t t =;消耗87.5%时,78

x a =,78t t =;分别代入定积分的通式,再相比得 123478137t t t =∶∶∶

∶ 同理,对三级反应,用相同的方法,可得

123471521t t t =∶∶∶∶

8.用Arrhenius 公式的定积分式,当用ln k 对1/T 作图时,所得直线发生弯折,可能是什么原因?

答:Arrhenius 公式一般只适用于反应速率对温度呈指数关系的一类反应,Arrhenius 假定活化能是与温度无关的常数,所以用ln k 对1/T 作图,应该得到一根直线。现在直线发生弯折,可能有如下三种原因:

(1) 温度区间太大,a E 不再与温度T 无关,使线性关系发生变化。

(2) 反应是一个总包反应,由若干个基元反应组成,各基元反应的活化能差别较大。在不同的温度区间内,占主导地位的反应不同,使直线发生弯折。

(3) 温度的变化导致反应机理的改变,使表观活化能也改变。 9.已知平行反应1,a,1A B k E ????→和2,a,2A C k E ????→,

且a,2a,1E E >,为提高B 的产量,应采取什么措施?

答:措施之一:选择合适的催化剂,只减小活化能a,1E ,加快生成B 的速率系数;措施之二:提高反应温度,使1k 的增加量大于2k 的增加量,使B 的含量提高。

10.为什么有的反应在温度升高时,其速率反而下降?

答:这种现象叫做反应具有负的温度系数。这种反应不多,一般与NO 的氧化反应有关。在这种反应的机理中,有一个放热显著的快反应,一个速控步。若在快速反应中放的热,比在速控步中吸的热还要多,则使整个表观活化能为负值,所以温度升高,速率反而下降。

11.在气相复合反应中,为什么有的仅仅是双分子反应,而有的却要第三物种M 参加?如: 2A → A 2 2Cl + M → Cl 2 + M

答:在原子或原子团复合时会形成化学键,就会释放能量。这能量若以光能放出,或可以分散到若干个其他键上,就不需要第三物种M 参与;如果形成的分子只有一个或两个化学键,就需要一个第三物种M 把释放的能量带走,否则,这个能量会转化为键的振动能,有可能导致生成的分子解离。

12.试尽可能完全地总结一下一级反应的特点。

答:(1)ln()a x t - 呈线性关系。

(2)速率系数 k 的单位仅是[时间]-1。

(3)半衰期在定温下有定值,121

ln 2t k =,与反应物的起始浓度无关。 (4)所有的分数衰期(如13t ,15t ,1t 等)在定温下有定值,与反应物的起始浓度无关。

(5)反应物转化1/2,3/4和7/8所需时间的比值12347123t t t =∶∶∶∶。

(6)对于同一反应,在相同的反应条件下,当时间间隔相等时,c 与c 0的比值不变。因为一级反应的定积分式为1ln

a k t a x =-,相当于01ln c k t c =,将它写成指数形式为 10

k t c e c -= 当实验的时间间隔相等时,即t 的值相同,所以

0c c 也有定值。 13.碰撞理论和过渡态理论是否对所有反应都适用?

答:不,化学反应速率理论通常只适用于基元反应。基元反应是一步完成的反应,这两个速率理论是要描述这一步化学反应的过程,根据反应的各种物理和化学性质,引进一些假设,推导出定量计算宏观反应速率系数的公式。

14.碰撞理论中的阈能c E 的物理意义是什么?与Arrhenius 活化能a E 在数值上有何关系?

答:碰撞理论中的阈能c E 是指,碰撞粒子的相对平动能在连心线上的分量必须大于这个c E 的值,碰撞才是有效的,所以c E 也称为临界能。阈能与Arrhenius 活化能a E 在数值上的关系为c a 12

E E RT =-。碰撞理论中的阈能c E 要依赖实验活化能才能得到,所以碰撞理论还是半经验的。

15.过渡态理论中的活化焓 r m H ≠

? 与Arrenius 活化能a E 有什么不同?

答:在温度不太高时,可以忽略两者的差别,不会引起太大的误差。但是两者确实是

有差别的。(1)两者的物理意义不同,r m H ≠

? 是指反应物生成活化络合物时的标准摩尔焓

变,a E 是指活化分子的平均能量与反应物分子平均能量的差值。

(2)两者在数值上也不完全相等,对凝聚相反应,两者差一个RT ;对气相反应,差nRT ,n 是气相反应物的计量系数之和。即

r m a E H RT ≠=?+ (凝聚相反应)

r m a E H nRT ≠

=?+ (有气相参与的反应)

16. 光化学初级反应的速率为什么通常等于吸收光速率,而与反应物的浓度无关? 答: 因为在光化学初级反应中,一个光子活化一个反应物分子。而反应物一般是过量的,所以吸收光子的速率(即单位时间、单位体积中吸收光子的物质的量),就等于初级反应的速率,初级反应速率对反应物浓度呈零级反应。如

A P h ν+??→ a d [P ]d I t

= 17.已知HI 在光的作用下,分解为H 2和I 2的机理如下,试说出该反应的量子产率。 该反应的机理为: HI + hν → H + I

H + HI → H 2 + I

I + I + M → I 2 + M

答: 量子产率应该等于1。因为碘化氢吸收了一个光子,生成了一个氢分子(或一个碘分子)。但该反应的量子效率应该等于2,因为吸收了一个光子,消耗了两个碘化氢分子。

18.现在已有科学家成功地用水光解制备氢气和氧气。为什么阳光照在水面上看不到有丝毫氢气和氧气生成?

答: 因为水不能直接吸收太阳光的能量,要由合适的光敏剂进行能量的传递。光化学反应的发生要靠光敏剂吸收一定波长的光使自己活化,然后将能量传给反应物,使它发生化学反应。例如氢气光解时的汞蒸气和光合作用中的叶绿素都是光敏剂。

水光解的光敏剂在实验室规模已试制成功,如能大规模合成,而且又很便宜的话,就可以利用太阳能从水中制取氢气作燃料了。

19.催化剂为什么能加快反应速率?

答: 这个问题的问法不够全面。催化剂不一定只是加快反应速率,也可能降低反应速率,所以应该说,催化剂为什么可以改变反应速率。

改变反应速率的本质是改变反应历程,若使各基元步骤活化能组成的总表观活化能降低的话,就是正催化剂,可以加快反应速率。如果使总表观活化能升高,就是负催化剂,可以降低反应速率。凡是有催化剂参与的反应,就不再是基元反应了。

20.合成氨反应在一定温度和压力下,平衡转化率为25%。现在加入一种高效催化剂后,反应速率增加了20倍,问平衡转化率提高了多少?

答: 只要其他条件保持不变,平衡转化率仍然是25%。因为催化剂只能同时增加正、逆反应的速率,使系统缩短到达平衡的时间,而不能改变平衡的组成。同样,一个热力学

认为不可能进行的反应,任何催化剂都不能使它进行。催化剂不能改变r m G ? 和K

的数值。 四.概念题参考答案

1.某化学反应的方程式为2A P →,则在动力学中表明该反应为 ( )

(A )二级反应 (B )基元反应

(C )双分子反应 (D )无确切意义

答:(D)。只给出了化学反应的计量方程,这是无法确定反应级数的。反应级数要用实验来确定。如果说该反应是基元反应,则根据质量作用定律,可以确定该反应为二级反应,也是双分子反应。

2.某化学反应的计量方程为A 2B C D k +??

→+,实验测定得到其速率系数为3110.25(mol dm )s k ---=??,则该反应的级数为 ( )

(A )零级反应 (B )一级反应

(C )二级反应 (D )三级反应

答:(C)。从化学反应的计量方程是无法确定反应的级数的,除非说明计量方程是基元反应。但是从速率系数的单位就可以确定这是一个二级反应,因为它符合二级反应的特征。

3.有某化学反应,已知反应物的转化分数59y =时所需的时间,是13

y =所需时间的

2倍,则该反应是 ( )

(A )32

级反应 (B )二级反应 (C )一级反应 (D )零级反应

答:(C)。13591t t =∶∶2,分数衰期之间呈倍数的关系,符合一级反应的特点,所以是一级反应。也可以采用尝试法,设反应为一级,将已知数据代入一级反应的定积分式 1313111113ln ln ln 112

t k y k k ===-- 2

59511191313ln ln ln 2ln 1422

t k k k k ??==== ?-?? 1351t t =∶∶2,所以假设是正确的,反应的级数为一级。

4.当某反应物的初始浓度为0.04 mol ·dm -3时,反应的半衰期为360 s ,初始浓度 为0.024 mol ·dm -3时,半衰期为 600 s ,则此反应为 ( )

(A) 零级反应 (B) 1.5 级反应

(C) 二级反应 (D) 一级反应

答:(C)。这反应符合起始物浓度相等的二级反应的特点,半衰期与起始物的浓度成反比。

5.有一个放射性元素,其质量等于8 g ,已知它的半衰期1210 d t =,则经过40 d 后,其剩余质量等于 ( )

(A )4 g (B )2 g

(C )1 g (D )0.5 g

答:(D)。半衰期为10 d ,那40 d 相当于过了4个半衰期,即

8 g 4 g 2 g 1 g 0.5 g →→→→

6.对于反应A C D k ??

→+,如果A 的起始浓度减小一半,其半衰期也缩短一半,则反应的级数为 ( )

(A) 一级 (B) 二级

(C) 零级 (D) 1.5 级 答:(C)。零级反应的半衰期与反应物的起始浓度成正比。

7.某基元反应,在等容的条件下反应,当反应进度为1mol 时,吸热50 kJ 。则该反应的实验活化能a E 值的大小范围是

( ) (A )1a 50 kJ mol E -≥?

(B )1a 50 kJ mol E -?< (C )1a 50 kJ mol E -?=- (D )无法确定

答:(A )。根据基元反应活化能的示意图,活化能是活化分子的平均能量与反应物分子

的平均能量之差值。对于吸热反应,产物分子的平均能量高于反应物分子的平均能量,所以提供的活化能至少要等于产物所吸的热,一般总是大于这个数值。所以应该选(A )。而对于放热反应,活化能与所放的热量之间就没有什么关系,不好确定。

8.对于一般的化学反应,当温度升高时,下面说法正确的是 ( )

(A) 活化能明显降低 (B) 平衡常数一定变大

(C) 正、逆反应的速率系数成比例变化 (D) 反应到达平衡的时间变短

答:(D )。升高反应的温度,正、逆反应的速率系数都会变大,所以可以缩短到达平衡的时间。反应温度一般不会改变活化能的数值。平衡常数的数值是增大还是变小,要根据反应是吸热还是放热而定,题目没有给出。正、逆反应的活化能一般不可能相等,所以正、逆反应的速率系数不会成比例地变化。

9.某化学反应,温度升高1 K ,反应的速率系数增加1%。则该反应的活化能的数值约为 ( )

(A )2100RT

(B )210RT (C )2RT (D )20.01RT

答:(D )。根据Arrhenius 公式的微分式,

a 2d ln d E k T RT =,温度升高1 K ,反应的速率系数增加1%,相当于d ln 0.01d k T

=,所以2a 0.01E RT =。 10.有一个平行反应,①1a,1,A B E k ???→;②2a,2,A D E k ???→。已知反应①的活化能大

于反应②的活化能,即a,1a,2E E >,以下措施中哪一种不能改变获得产物B 和D 的比例?

( )

(A) 提高反应温度 (B) 延长反应时间

(C) 加入适当催化剂 (D) 降低反应温度

答:(B)。延长反应时间既不能改变反应速率系数,又不能改变反应的活化能,所以不能改变产物B 和D 的比例。提高反应温度,对活化能高的反应有利,即产物B 的比例会提高。反之,降低反应温度,对活化能低的反应有利,产物B 的比例会下降。加入适当催化剂,通常会加快主反应的速率,使主产物的比例提高。

11.有两个都是一级的平行反应,1a ,1,A B E k ???→,2a ,2,A C E

k ???→,设反应开始时,生成物的浓度都等于零。下列哪个结论是不正确的? ( )

(A) 12k k k =+总

(B) 12/[B]/[C]k k = (C) a,1a,2E E E =+总 (D) 1212

ln 2t k k =+ 答:(C)。级数相同的平行反应,其积分式和半衰期的表示式等,与同一级数的简单反应的相似,只是速率系数是两个平行反应速率系数的加和。如果反应开始时,没有生成物存在,则产物的浓度比就等于速率系数之比。但是,表观活化能不等于组成平行反应的两个基元反应的活化能之和,两个活化能之间的关系要从12k k k =+总的关系式导出(代入

Arrhenius 公式的指数式,进行整理即可)。

12.某总包反应的表观速率系数112422k k k k ??= ???,则表观活化能a E 与基元反应活化能之间的关系为 ( )

(A )()a a,2a,1a,41222

E E E E =+- (B )()a a,2a,1a,412E E E E =+- (C )a a,2a,1a,4E E E E =+- (D )1a,1a a,2a,42E E E E ??=? ? ???

答:(B)。将表观速率系数表示式的等式双方取对数,得

()2141ln ln 2ln ln ln 2ln 2

k k k k =++-- 将等式双方对温度T 求微分,由于纯数值不是温度的函数,在求微分时等于零,所以得 214d l n d l n 1d l n d l n d d 2d

d k k k k T T T T ??=+- ??? 在等式双方各乘以2RT ,得

2222214d l n d l n 1d l n d l n d d 2d d k k k k R T R T R T R T T T T T ??=+- ???

根据活化能的定义式,2a d ln d k E RT T

=,就得到表观活化能a E 与基元反应活化能之间的关系为()a a,2a,1a,412

E E E E =+-。 在表观速率系数中,速率系数的乘除关系,体现在表观活化能上是加减的关系,速率系数的指数,就是活化能的系数。速率系数的系数,在活化能的关系式中不会出现,因为在取对数时已经分离开了,在对温度微分时其值为零。

13.在简单碰撞理论中,有效碰撞的定义是 ( )

(A) 互撞分子的总的动能超过阈能E c

(B) 互撞分子的相对总的平动能超过阈能E c

(C) 互撞分子的相对平动能,在连心线上的分量超过阈能E c

(D) 互撞分子的内部动能超过阈能E c

答:(C)。根据简单的硬球碰撞模型,只有互撞分子的相对平动能,在连心线上的分量超过阈能E c 时,这时的碰撞才是有效的。

14.在300 K 时,某基元反应的阈能1c 83.68 kJ mol E -=?,则有效碰撞的分数值等于

( )

(A )143.71910

-? (B )156.1710-? (C )112.6910-? (D )15

2.6910-? 答:(D)。根据有效碰撞分数的定义式

c /c

exp E RT E q e RT

-??==- ??? 1583 680exp 2.69108.314300-??=-=? ????

所以在通常温度下,有效碰撞的分数是很小的,大部分的碰撞是无效的。

15.在碰撞理论中,校正因子P 小于1的主要原因是 ( )

(A) 反应体系是非理想的 (B) 空间的位阻效应

(C) 分子碰撞的激烈程度不够 (D) 分子间的作用力

答:(B)。有的分子碰撞的激烈程度单从能量角度考虑已经可以引发反应,但是由于空间的位阻效应,能量不能传递到要破裂的化学键上,或碰撞的部位不是能发生反应的惰性部位,所以反应仍不能发生,使校正因子P 小于1。

16.已知某液相双分子反应是基元反应,它的实验活化能为a E ,根据过渡态理论,a E 与该反应的活化焓r m H ≠

?之间的关系为 ( )

(A )a r m E H ≠=? (B )a r m E H RT ≠=?+

(C )a r m E H RT ≠=?- (D )a r m 2E H RT ≠=?+

答:(B)。对于液相反应,实验活化能与活化焓r m H ≠

?之间只差1个

RT 。在温度不高的情况下,通常可以认为a r m E H ≠≈?。

17.在过渡态理论的计算速率系数的公式中,因子B /k T h 对所有反应几乎都是一样的,所以被称为普适因子。在通常反应温度(设为500 K )时,其值约为 ( )

(A) 3110 s - (B) 1310 s

(C) 13110 s - (D) 310 s

答: (C) 将k B 和h 两个常量代入,当温度在500 K 左右时,进行计算

231131B 341.3810 J K 500K 110 s 6.6310 J s

k T h ----???==??? 所得结果约为13110 s -。当然温度不同,这个值也会有相应的变化。但是在不知k B 和h 两个

常量时,在不是特别高的反应温度下,普适因子用13110 s -不会引入太大的误差。

18.汽车尾气中的氮氧化物,在平流层中破坏奇数氧(3O 和O )的反应机理为 322

N O O N O O +??→+

22NO O NO O +??→+

在此机理中,NO 起的作用是 ( )

(A) 总反应的产物 (B) 总反应的反应物

(C) 催化剂 (D) 上述都不是

答:(C)。NO 参与了破坏奇数氧的反应,但反应前后本身没有变化,起了催化剂的作用。所以汽车和喷气式飞机的尾气中的氮氧化物,对臭氧层的破坏是十分严重的。

19.某一反应在一定条件下的平衡转化率为25.3%。保持反应的其他条件不变,加入某个高效催化剂,使反应速率明显加快,则平衡转化率的数值将 ( )

(A) 大于 25.3% (B) 小于 25.3%

(C) 等于 25.3% (D) 不确定

答:(C)。催化剂只改变反应的速率,缩短到达平衡的时间,但是它不能改变平衡的组成。

20.关于光化学反应,下列说法错误的是 ( )

(A) 在等温、等压下,可以进行r m 0G ?>的反应

(B) 反应的速率基本不受温度的影响,甚至有负温度系数现象

(C) 反应初级过程的量子效率等于1

(D) 光化学反应的平衡常数等于热化学反应的平衡常数

答:(D)。光化学反应的平衡常数一般与吸收光的强度有关,不可能等于热化学反应的平衡常数。

五.习题解析

1.在1 100 K 时,3NH (g)在金属钨丝上发生分解。实验测定,在不同的3NH (g)的初始压力0p 下所对应的半衰期12t ,获得下列数据

0/P a p 3.5×104 1.7×104 0.75×104

1/min t 7.6 3.7 1.7

试用计算的方法,计算该反应的级数和速率系数。

解: 根据实验数据,反应物3NH (g)的初始压力不断下降,相应的半衰期也不断下降,说明半衰期与反应物的起始浓度(或压力)成正比,这是零级反应的特征,所以基本可以确定是零级反应。用半衰期法来求反应的级数,根据半衰期法的计算公式

12

121,121,2n t a t a -??= ??? 即 ()

12,112,221ln /1ln(/)t t n a a =+

把实验数据分别代入,计算得 ()()12,112,2440,20,1ln /ln 7.6/3.7110ln(/)ln(1.710/3.510)t t n p p --=+=+≈??

同理,用后面两个实验数据计算,得

()l n 3.7/1.710ln(0.75/1.7)

n =+≈ 所以,该反应为零级反应。利用零级反应的积分式,计算速率系数。正规的计算方法应该是分别用3组实验数据,计算得3个速率系数,然后取平均值。这里只列出用第一组实验数据计算的结果,即

0100

22p a t k k == 4310012 3.510Pa 2.310 Pa min 227.6 min

p k t -?===??? 2.某人工放射性元素,能放出α粒子,其半衰期为15 min 。若该试样有80%被分解,计算所需的时间?

解:放射性元素的蜕变,符合一级反应的特征。对于一级反应,已知半衰期的数值,就能得到速率系数的值,因为一级反应的半衰期是与反应物浓度无关的常数。然后再根据一级反应的定积分式,计算分解80%所需的时间。

112ln 2ln 2 =0.046 min 15 min

k t -== 试样被分解80%,即转化分数0.80y =,代入一级反应的定积分式,得所需时间为 111ln 1t k y

=- 111ln 35.0 min 0.046min 10.80

-=?=- 3.已知物质A 的分解反应是一级反应。在一定温度下,当A 的起始浓度为30.1 mol dm

-?时,分解20%的A 需时50min 。试计算

(1) 该反应的速率系数k 。

(2) 该反应的半衰期12t 。

(3) 当A 的起始浓度为3

0.02 mol dm -?时,分解20%的A 所需的时间。 解:(1) 因为是一级反应,已知在50min 内A 的分解分数,可利用一级反应的定积分式,计算速率系数k 。即

11 ln 1k t y

=- 3111ln 4.4610min 50min 10.2

--==?- (2)一级反应的半衰期与反应物的起始浓度无关,只要知道速率系数的值,就能计算一级反应的半衰期,即

1231ln 2ln 2 155.4 min 4.4610 min

t k --===? (3) 对于一级反应,在达到各种转化分数时,所需的时间与半衰期一样,都与反应物的起始浓度无关。所以,只要转化分数相同,所需的时间也就相同。现在A 的分解分数都是20%,所以(3)的答案与已知的条件相同,也是50min 。

4.某抗菌素A 注入人体后,在血液中呈现简单的级数反应。如果在人体中注射0.5 g 该抗菌素,然后在不同时刻t ,测定A 在血液中的浓度A c (以 mg/100cm 3表示),得到下面的数据:

/h t 4 8 12 16

3A /(m g /100c m

)c 0.480 0.326 0.222 0.151 (1) 确定反应的级数。

(2) 计算反应的速率系数。

(3) 求A 的半衰期。

(4) 若要使血液中抗菌素浓度不低于0.370mg/100cm 3,计算需要注射第二针的时间。

解:(1)有多种方法可以确定该反应的级数。

方法1.因为测定时间的间隔相同, 4 h t =。利用一级反应的定积分式0ln c kt c =,则0 exp()c kt c

=。在时间间隔相同时,等式右边是常数,则看等式左边c 0/c 的值,是否也基本相同。将实验数据代入c 0/c 计算式进行计算,得

00.4800.3260.222=== 1.470.3260.2220.151c c ≈ 等式左边c 0/c 也基本是一常数,所以可以确定该反应为一级。

方法2. 利用尝试法,假设反应是一级,将c A 与t 的值代入一级反应的积分式,用每两组实验数据计算一个速率系数值,看是否基本为一常数,

10.480ln 4 h 0.0967 h 0.326

k k -=?=

10.326 ln 4 h 0.0961 h 0.222

k k -=?= 10.222 ln 4 h 0.0963 h 0.151

k k -=?= 计算得到的速率系数值基本为一常数,所以原来的假设是正确的,该反应为一级反应。 也可以用1ln

t a x - 作图,也就是用A

1ln t c 作图,若得到一条直线,说明是一级反应。

(2) 将(1)中得到的几个速率系数,取一个平均值,得 10.0964 h k -=。

(3) 利用一级反应的半衰期公式 121ln 2ln 27.19 h 0.0964 h t k

-=== (4) 方法1。利用一级反应的积分式,以在4 h 时测试的浓度为起始浓度,不低于0.37mg/100cm 3的浓度为终态浓度,计算从4 h 起到这个浓度所需的时间,

1ln a t k a x

=

- 110.480l n 2.70 h 0.0964 h 0.370-=?= 所以,注射第二针的时间约是:

(2.7 4.0) h 6.

t =+= 方法2。利用实验数据和已经得到的速率系数值,先计算抗菌素的初始浓度

1ln

a k t a x =- 13l n 0.0964 h 4.0 h

0.480(m g /100c m )a -=? 解得抗菌素的初始浓度30.706(mg/100cm )a =,则注射第二针的时间约为

11110.706l n l n 6.70 h 0.0964 h 0.370

a t k a x -===- 5.在大气中,CO 2的含量较少,但可鉴定出放射性同位素14C 的含量。一旦CO 2被光合作用“固定”,从大气中拿走14C ,作为植物的组成后,新的14C 又不再加入,那么植物中14C 的放射量会以5770年为半衰期的一级过程减少。现从一棵古代松树的木髓中取样,测定得到的14C 含量是大气中CO 2的14C 含量的54.9%,试计算该古松树的树龄。

解:放射性同位素的蜕变是一级反应。设在大气中,CO 2的

14C 含量为c 0,古松树中14C 的含量为c 。根据已知的14C 的半衰期,利用一级反应的特点,计算出速率系数的值

411ln 20.693 1.2010 a 5 770 a

k t --===? 再利用一级反应的定积分式,计算14C 的量剩下54.9%所需的时间

11 ln 1t k y =

- 4111ln 4 997 a 1.2010a 0.549

--==? 这就是该古松树的树龄,为4 997 年。

6.某有机化合物A ,在酸催化下发生水解反应,在323 K ,pH =5的溶液中进行时,其半衰期为69.3 min ,在pH =4的溶液中进行时,其半衰期为6.93 min ,且知在两个pH 值的各自条件下,半衰期12t 均与A 的初始浓度无关。设反应的速率方程为

+d[A][A][H ]d k t αβ-

= 试计算 (1) α和β的值。

(2) 在 323 K 时,反应的速率系数 k 。

(3) 323 K 时,在pH =3的水溶液中,A 水解 80%所需的时间。 解:根据已知条件,半衰期1t 均与A 的初始浓度无关,这是一级反应的特征,所以对反应物A 是一级反应,即 1α=。

因为酸是催化剂,反应前后其浓度不变,可并入速率系数项,即

+'

'd [A ][A ][H ][A ][A ] d r k k k t

αβα=-=== 根据一级反应的特点有 '12

ln 2k t =,代入在不同酸浓度下的半衰期数值,两式相比,得 '121'212(2) 6.930.1(1)69.3

t k k t === ① 因为'[H ]k k β+=,所以在不同pH 的溶液中,有

'511'422[H ](10)(0.1)[H ](10)

k k k k βββββ+-+-=== ②

将①与②两个公式相比较,得β =1。

(2)根据一级反应的特征,

'11ln 20.6930.01min 69.3min

k t -=== '1

530.01min 10mol dm H k k ---+==?????

3111000 (mol dm )min ---=??

(3) 根据一级反应的定积分公式

'1111ln ln 11H t k y y k +==--????

3111ln 1.61min (100010)min 10.8--=

=?- 7.在298 K 时,乙酸乙酯与NaOH 溶液发生皂化作用,已知反应的速率系数为

3116.36(mol dm )min ---??。

若起始时,乙酸乙酯与NaOH 溶液的浓度均为30.02 mol dm -?,试求在10 min 以后,乙酸乙酯的水解分数。

解:从速率系数的单位可以看出,这是一个二级反应,又知道反应物的起始浓度相等,所以可利用a b =的二级反应的速率方程的定积分式,计算乙酸乙酯的水解分数。速率方程的定积分式为

21y k ta y

=- 31136.36(m o l d m )m i n 10m i n 0.02

m o l d m ----=????? 解得 0.56y =

在10 min 以后,乙酸乙酯的水解分数为0.56。

8.在298 K 时,用旋光仪测定蔗糖在酸催化剂的作用下的水解速率。溶液的旋光度与蔗糖的浓度成一定的线性关系,根据旋光度的变化就等于在监测蔗糖浓度的变化。由于蔗糖的转化产物果糖和葡萄糖的旋光度不同,一个是左旋的,另一个是右旋的,使得蔗糖在水解过程中总的旋光度一直在改变。在不同时间所测得的旋光度t α列于下表:

试计算该反应的速率系数k 的值。

解:假设蔗糖在水中的水解反应是一级反应,用0αα∞-代表蔗糖的起始浓度,t αα∞-代表任一时刻t 时蔗糖的浓度,代入一级反应的定积分式。如果代入不同时刻的实验数据,所得的速率系数基本为一常数,则说明假设是正确的,该反应是一级反应,将所得速率系数求平均值,就得到要求的k 值。一级反应的定积分式可以表示为

1

1ln ln t a k t a x t αααα∞∞

-==-- 将实验数据分别代入,计算速率系数值

111 6.60( 1.98)l n 0.0051m i n 10m i n 6.17( 1.98)

k ---==-- 121 6.60( 1.98)ln 0.0050min 20min 5.79( 1.98)

k ---==-- 131 6.60( 1.98)ln 0.0052min 40min 5.00( 1.98)

k ---==-- 同理,可以求出其他速率系数的值,得平均值为10.0051min k -=。 该题也可以用作图法,以1ln t t αα∞

- 作图,会得到一条直线,直线的斜率就是要求的速率系数的平均值。

用与浓度成线性关系的物理量的差值之比,代替浓度之比,这是动力学中常用的方法。

9.酯的皂化作用通常都是二级反应。在298 K 时,当碱与酯的浓度均相等,NaOH 和

乙酸甲酯皂化作用的速率系数为2k ,NaOH 和乙酸乙酯皂化作用的速率系数为'2k ,两者的

关系为'222.8k k =。假定实验条件都相同,当乙酸甲酯的转化分数为0.90时,计算乙酸乙

酯的转化分数。

解:相同的实验条件,表示是在同一反应温度下,所有反应物的起始浓度相同,反应的时间也相同。利用起始物浓度相同的二级反应速率方程的定积分式,代入已知的数据,将两个积分式相比,消去相同项,根据两者速率系数之间的关系和乙酸甲酯的转化分数0.90y =,就能得到乙酸乙酯的转化分数'y 的值。

211y k at y =- '

'2'11y k a t y

=- 将两式相比,消去相同的起始浓度和反应时间,得:

物理化学课后答案

第一章 气体的pVT 关系 1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下: 1 1T T p V p V V T V V ???? ????-=??? ????= κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系? 解:对于理想气体,pV=nRT 111 )/(11-=?=?=??? ????=??? ????= T T V V p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=?=?=???? ????-=???? ????- =p p V V p nRT V p p nRT V p V V T T T κ 1—2 气柜内有121.6kPa 、27℃的氯乙烯(C 2H 3Cl )气体300m 3 ,若以每小时90kg 的流量输往使用车间,试问贮存的气体能用多少小时? 解:设氯乙烯为理想气体,气柜内氯乙烯的物质的量为 mol RT pV n 623.1461815 .300314.8300 106.1213=???== 每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为 13 3153.144145 .621090109032-?=?=?=h mol M v Cl H C n/v=(14618.623÷1441。153)=10.144小时 1-3 0℃、101.325kPa 的条件常称为气体的标准状况。试求甲烷在标准状况下的密度。 解:33 714.015 .273314.81016101325444 --?=???=?=?=m kg M RT p M V n CH CH CH ρ 1—4 一抽成真空的球形容器,质量为25.0000g 。充以4℃水之后,总质量为125.0000g 。若改用充以25℃、13。33kPa 的某碳氢化合物气体,则总质量为25。0163g 。试估算该气体的摩尔质量。 解:先求容器的容积33 ) (0000.1001 0000.100000 .250000.1252 cm cm V l O H == -= ρ n=m/M=pV/RT mol g pV RTm M ?=?-??== -31.3010 13330) 0000.250163.25(15.298314.84 1-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接,泡内密封着标准状况条件下的空气.若将其中一个球加热到100℃,另一个球则维持0℃,忽略连接管中气体体积,试求该容器内空气的压力。 解:方法一:在题目所给出的条件下,气体的量不变。并且设玻璃泡的体积不随温度而变化,则始态为 )/(2,2,1i i i i RT V p n n n =+= 终态(f )时 ??? ? ??+=???? ??+ =+=f f f f f f f f f f T T T T R V p T V T V R p n n n ,2,1,1,2,2,1,2,1

2006年下册物化试题和答案

与( )两个条件。 物理化学(下) 一、填空题(每空1分,共25分) 1.某反应的△r H οm 与T 的关系为 △r H οm /(J ?mol -1 )=83.145 T /K -0.83145 则此反应的d1n K O /d T =( )。 2.已知T =1000 K 时反应: (1)21C (石墨)+21CO 2(g ) CO(g)的K ο1=1.318; (2)2C(石墨)+O 2(g ) 2CO(g)的K ο2=22 .37 ×1040。 则T =1000 K ,反应(3)CO(g)+21O 2(g ) CO 2(g )的K ο 3=( )。 3. 已知25℃时Ag 2SO 4饱和水溶液的电导率κ(Ag 2SO 4)=0.7598 S ?m -1,所用水的电导率κ(H 2O )=1.6×10-4 S ?m -1,无限稀释离子摩尔电导率Λ∞m (Ag +), Λ∞m (21SO - 24)分别为61.92×10-4 S ?m 2?mol -1与79.8×10-4s ?m 2?mol -1。在此问题 下,Ag 2SO 4的容度积K sp =( ) 4.若原电池Ag(s)|AgCl(s)|HCl(a )|Cl 2(g,p )|Pt(s)的电池反应写成以下两种反应 式 Ag(s)+21Cl 2(g) AgCl(s) (1) Δr G m (1),E (1) 2Ag(s)+Cl 2(g) 2AgCl(s) (2) Δr G m (2), E (2) 则Δr G m (1)( )Δr G m (2), E (1)( )E (2)。 5. 25℃下,电池Pt|H 2 (g ,O p )|HCl(a )|AgCl(s)|Ag (s)|的电池电动势E =0.258 V , 已知{Cl -|AgCl (s)| Ag (s)}=0.2221 V ,则HCl 的a =(0.2473),HCl 的离 子平均活度a ±=( )。

物理化学第五版下册习题答案

第七章 电化学 7、1 用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20A,经过15min 后,问:(1)在阴极上能析出多少质量的Cu?(2)在的27℃,100kPa 下阳极上能析出多少体积的的Cl 2(g)? 解:电极反应为:阴极:Cu 2+ + 2e - → Cu 阳极: 2Cl - -2e - → Cl 2(g) 则:z= 2 根据:Q = nzF =It ()22015Cu 9.32610mol 296500 It n zF -?= ==?? 因此:m (Cu)=n (Cu)× M (Cu)= 9、326×10-2×63、546 =5、927g 又因为:n (Cu)= n (Cl 2) pV (Cl 2)= n (Cl 2)RT 因此:3223Cl 0.093268.314300Cl 2.326dm 10010 n RT V p ??===?()() 7、2 用Pb(s)电极电解PbNO 3溶液。已知溶液浓度为1g 水中含有PbNO 3 1、66×10-2g 。通电一定时间后,测得与电解池串联的银库仑计中有0、1658g 的银沉积。阳极区的溶液质量为62、50g,其中含有PbNO 31、151g,计算Pb 2+的迁移数。 解法1:解该类问题主要依据电极区的物料守恒(溶液就是电中性的)。显然阳极区溶液中Pb 2+的总量的改变如下: n 电解后(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 迁移(12 Pb 2+) 则:n 迁移(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 电解后(12 Pb 2+) n 电解(1 2Pb 2+)= n 电解(Ag ) = ()()3Ag 0.1658 1.53710mol Ag 107.9 m M -==? 223162.501.1511.6610(Pb ) 6.15010mol 12331.22 n -+--??==??解前()电 2311.151(Pb ) 6.95010mol 12331.22 n +-==??解后电 n 迁移(12 Pb 2+)=6、150×10-3+1、537×10-3-6、950×10-3=7、358×10-4mol () 242321Pb 7.358102Pb 0.4791 1.53710(Pb )2n t n +-+-+?==?移解()=迁电

物理化学课后习题及答案(天津大学)第五版

第七章电化学 7.1用铂电极电解溶液。通过的电流为20 A,经过15 min后,问:(1)在阴极上能析出多少质量的?(2) 在的27 ?C,100 kPa下的? 解:电极反应为 电极反应的反应进度为 因此: 7.2在电路中串联着两个电量计,一为氢电量计,另一为银电量计。当电路中 通电1 h后,在氢电量计中收集到19 ?C、99.19 kPa的;在银电量 计中沉积。用两个电量计的数据计算电路中通过的电流为多少。 解:两个电量计的阴极反应分别为 电量计中电极反应的反应进度为 对银电量计 对氢电量计

7.3用银电极电解溶液。通电一定时间后,测知在阴极上析出的 ,并知阴极区溶液中的总量减少了。求溶液中的和。 解:解该类问题主要依据电极区的物料守恒(溶液是电中性的)。显然阴极区溶液中的总量的改变等于阴极析出银的量与从阳极迁移来的银的量 之差: 7.4用银电极电解水溶液。电解前每溶液中含。阳极溶解下来的银与溶液中的反应生成,其反应可表示 为 总反应为 通电一定时间后,测得银电量计中沉积了,并测知阳极区溶液重 ,其中含。试计算溶液中的和。 解:先计算是方便的。注意到电解前后阳极区中水的量不变,量的改变为

该量由两部分组成(1)与阳极溶解的生成,(2)从阴极迁移到阳极 7.5用铜电极电解水溶液。电解前每溶液中含 。通电一定时间后,测得银电量计中析出,并测知阳极区溶 液重,其中含。试计算溶液中的和。 解:同7.4。电解前后量的改变 从铜电极溶解的的量为 从阳极区迁移出去的的量为 因此, 7.6在一个细管中,于的溶液的上面放入 的溶液,使它们之间有一个明显的界面。令的电流直上而下通过该管,界面不断向下移动,并且一直是很清晰的。以后,

物理化学课后习题答案

四.概念题参考答案 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A p 和A V 。若在容器中再加入一定量的理想气体C ,问A p 和A V 的 变化为 ( ) (A) A p 和A V 都变大 (B) A p 和A V 都变小 (C) A p 不变,A V 变小 (D) A p 变小,A V 不变 答:(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 、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A A A ,,n p V 和B B B ,,n p V ,容器中的总压为p 。试 判断下列公式中哪个是正确的 ( ) (A) A A p V n RT = (B) B A B ()pV n n RT =+ (C) A A A p V n RT = (D) B B B p V n RT = 答:(A)。题目所给的等温、等容的条件是Dalton 分压定律的适用条件,所 以只有(A)的计算式是正确的。其余的,,,n p V T 之间的关系不匹配。 3. 已知氢气的临界温度和临界压力分别为633.3 K , 1.29710 Pa C C T p ==?。 有一氢气钢瓶,在298 K 时瓶内压力为698.010 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。因为温度和压力都高于临界值,所以是处在超临界 区域,这时仍为气相,或称为超临界流体。在这样高的温度下,无论加多大压力, 都不能使氢气液化。 4.在一个绝热的真空容器中,灌满373 K 和压力为 kPa 的纯水,不留一点 空隙,这时水的饱和蒸汽压 ( ) (A )等于零 (B )大于 kPa (C )小于 kPa (D )等于 kPa 答:(D )。饱和蒸气压是物质的本性,与是否留有空间无关,只要温度定了, 其饱和蒸气压就有定值,查化学数据表就能得到,与水所处的环境没有关系。

物化复习题及部分答案

一、判断题(正确打“√”,错误打“×”) 1、处于临界状态的物质气液不分,这时Vm(g)=Vm(l)。对 2、在正常沸点时,液相苯和气相苯的化学势相等。对 3、绝热过程都是等熵过程。错 4、等温等压下的聚合反应若能自发进行,则一定是放热反应。对 5、气体的标准态是在标准压力下具有理想气体性质的纯气体。对 6、液体水在等温等压下可逆变为水蒸气,因温度不变,所以U也不变。错 7、当△H=Qp时,Qp就是状态函数。错 8、P1V1r =P2V2r只适用于理想气体可逆过程。错 9、绝热恒容过程,系统的△H=0。错 10、拉乌尔定律对理想液态混合物中任一组分都适用。对 11、理想气体分子之间无相互作用力,分子本身不占有体积。对 12、在正常沸点时,液相苯和气相苯的摩尔自由能相等。对 13、绝热过程是等温过程。错 19、功可全部转化为热,但热不能全部转化功。错

22、凡自发过程都要对外做功。错 24、理想液态混合物中各组分的分子间相互作用力完全相等。对 28、体系温度越高,其热能越大。错 29、1mol液态水在等温等压下可逆变为冰,过程的△G为零。对 30、绝热过程是等温过程。错 35、体系某状态函数变化决不会影响其它状态函数。错 37、恒温恒压下化学反应的熵变 T G H S ?- ? = ?。错 52、纯组分的偏摩尔量等于其摩尔量。对 53、纯物质的化学势即为其摩尔吉布斯函数。对 54、物质总是从其化学势高的相向化学势低的相迁移,这一过程将持续至物质迁移达平衡时为止,此时系统中每个组分在其所处的相中的化学势相等。对 55、在高、低温热源间工作的所有可逆热机,其热机效率必然相等,与工作物质及其变化的类型无关。对 56、任意可逆循环的热温商之和为零。对 57、同分异构体,对称性越高,熵值越小。对 58、在恒温、恒容的条件下,增加反应物的量,无论是单独增加一种还是同时增

关于物理化学课后习题答案

关于物理化学课后习题 答案 文件排版存档编号:[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

第一章两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结,泡内密封着标准状态下的空气。若将其中的一个球加热到 100 C,另一个球则维持 0 C,忽略连接细管中气体体积,试求该容器内空气的压力。 解:由题给条件知,(1)系统物质总量恒定;(2)两球中压力维持相同。 标准状态: 因此, 如图所示,一带隔板的容器中,两侧分别有同温、不同压的H2与N2,P(H2)=20kpa,P(N2)=10kpa,二者均可视为理想气体。 H2 3dm3 P(H2) T N2 1dm3 P(N2) T (1) 两种气体混合后的压力; (2)计算混合气体中H2和N2的分压力; (3)计算混合气体中H2和N2的分体积。 第二章 1mol水蒸气(H2O,g)在100℃,下全部凝结成液态水,求过程的功。假 设:相对水蒸气的体积,液态水的体积可以忽略不计。 1mol某理想气体与27℃,的始态下,先受某恒定外压恒温压缩至平衡态, 在恒容升温至℃,。求过程的W,Q, ΔU, ΔH。已知气体的体积Cv,m=*mol-1 *K-1。 容积为 m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板,其两侧分别为0 C,4 mol的Ar(g)及150 C,2 mol的Cu(s)。现将隔板撤掉,整个系统达到热平衡,求末态温度

t及过程的。已知:Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容分别为 及,且假设均不随温度而变。 解:图示如下 假设:绝热壁与铜块紧密接触,且铜块的体积随温度的变化可忽略不计 则该过程可看作恒容过程,因此 假设气体可看作理想气体,,则 冰(H2O,S)在100kpa下的熔点为0℃,此条件下的摩尔熔化焓 ΔfusHm=*mol-1 *K-1。已知在-10~0℃范围内过冷水(H2O,l)和冰的摩尔定压热容分别为Cpm(H2O,l)=*mol-1 *K-1和Cpm(H2O,S)=*mol-1 *K-1。求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。 O, l)在100 C的摩尔蒸发焓。水和水蒸气已知水(H 2 在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cpm(H2O,l)=*mol-1 *K-1和Cpm (H2O,g)=*mol-1 *K-1。求在25C时水的摩尔蒸发焓。 应用附录中有关物资的热化学数据,计算 25 C时反应 的标准摩尔反应焓,要求:(1)应用25 C的标准摩尔生成焓数据;

2005年上册物化试题和答案

在平衡气相中的组成y B ( )它在液相中的组成x B 。 物理化学(上) 试卷1 一、填空(共19分,每空1分) 1.理想气体,在恒温下,摩尔体积随压力的变化率:(?V m /?p )T =( )。 2. 在临界状态下,任何真实气体在宏观上的特征是( )。 3.封闭系统下列三个不同类型过程的△H 皆为零:( )。 4.系统内部及系统与环境之间,在( )过程,称为可过程。 5.在25℃的标准状态下C 2H 6(g)的 O ?m c H -O ?m c U = ( ) kJ 。 6.在一定温度的标准状态下,O ?m c H (C,石墨) =O ?m f H ( )。 7.任一不可逆循环过程的热温商的总和,可表示为; 不可逆???? ??T Q δ( ) 0。 8.经过任一不可逆循环过程,系统的熵变△S =0;环境的熵变△S 环( )。 9.由热力学基本方程或麦克斯韦关系式可知:S p T ???? ???=( )。 10.范德华气体在恒温下,体积由V m (1)变为V m (2)。此过程的△S m 的计算为 △S m =( ),此过程的摩尔亥姆霍兹函数变为 △A m =( )。 11.任一化学反应的 p T S ???? ????m r =0,p T H ???? ????m r =0的条件是( )。 12.在温度T 的理想稀溶液中,若已知溶质B 的质量摩尔浓度为b B ,则B 的化学势 μ b ,B =( );若溶质的浓度用物质的量的浓度C B 来表示,B 的化学势μc,B =( ) 13.在恒温恒压下,一切相变化必然是朝着化学势( )的方向自动的进行。

二、选择填空(每空1分,共27分) 1.某真实气体的压缩因子Z <1,则表示该气体( )。 选择填入:(a )易被压缩;(b )难被压缩;(c )易液化;(d )难液化。 2.在25℃的标准状态下,反应 C 2H 6(g )+3.5O 2 → 2CO 2(g )+3H 2O (1) 此反应过程的△H m ( ); △U m ( ); Q ( );W ( )。 选择填入:(a )>0;(b )<0;(c )=0;(d )无法确定。 3. 有系统如下: 隔板及容器皆绝热,V =V 1+V 2, 恒定A 为双原子理想气体,B 为单原子 理想气体。除去隔板并达到平衡,此过程的△H (A)( );△H (B)( ); △U ( );△H ( )。 · 选择坡入:(a )>0;(b )=0:(c )<0;(d )无法确定。 4.在一般温度、压力下的真实气体,经恒温膨胀过程,其T p U ???? ????m ( )。 选择填入:(a )>0;(b )=0;(c )<0;(d )无法确定。 5.在封闭系统内发生任何绝热过程的△S ( )。 选择填入:(a )一定是大于零;(b )一定是小于零;(c )一定是等于零; (d) 可能是大于零也可能是等于零。 6. 物质的量一定的双原子理想气体,经节流膨胀后,系统的压力明显下降, 体积变大。此过程的△U ( );△H ( );△S ( );△G ( );△A ( )。 选择填入:(a )>0;(b )=0;(c )<0;(d )不能确定。 7.加压的液态氨NH 3 (1)通过节流阀而迅速蒸发为气态氨NH 3(g ),则此过程 的 △U ( );△H ( ); △S ( )。 选择填入:(a )>0;(b )=0;(c )<0;(d )不能确定。 第2页(共4页)

物理化学第五版下册习题答案

第七章 电化学 7.1 用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20A ,经过15min 后,问:(1)在阴极上能析出多少质量的Cu?(2)在的27℃,100kPa 下阳极上能析出多少体积的的Cl 2(g )? 解:电极反应为:阴极:Cu 2+ + 2e - → Cu 阳极: 2Cl - -2e - → Cl 2(g ) 则:z= 2 根据:Q = nzF =It ()22015 Cu 9.32610mol 296500 It n zF -?= ==?? 因此:m (Cu )=n (Cu )× M (Cu )= 9.326×10-2×63.546 =5.927g 又因为:n (Cu )= n (Cl 2) pV (Cl 2)= n (Cl 2)RT 因此:3 223 Cl 0.093268.314300Cl 2.326dm 10010 n RT V p ??===?()() 7.2 用Pb (s )电极电解PbNO 3溶液。已知溶液浓度为1g 水中含有PbNO 3 1.66×10-2g 。通电一定时间后,测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区的溶液质量为62.50g ,其中含有PbNO 31.151g ,计算Pb 2+的迁移数。 解法1:解该类问题主要依据电极区的物料守恒(溶液是电中性的)。显然阳极区溶液中Pb 2+的总量的改变如下: n 电解后(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 迁移(1 2Pb 2+) 则:n 迁移(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 电解后(1 2 Pb 2+) n 电解(12 Pb 2+)= n 电解(Ag ) = ()()3Ag 0.1658 1.53710mol Ag 107.9 m M -==? 2 23162.501.1511.6610(Pb ) 6.15010mol 1 2331.22 n -+--??==??解前()电 2311.151(Pb ) 6.95010mol 1 2331.22 n +-==??解后电 n 迁移(1 2 Pb 2+)=6.150×10-3+1.537×10-3-6.950×10-3=7.358×10-4mol () 242321Pb 7.358102Pb 0.4791 1.53710 (Pb )2 n t n + -+ -+?==?移解()=迁电

物理化学第五版课后习题答案

第七章 电化学 7-1.用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20 A ,经过15 min 后,问:(1)在阴极上能析出多少质量的Cu ? (2) 在阳阴极上能析出多少体积的27℃, 100 kPa 下的Cl 2(g )? 解:(1) m Cu = 201560635462.F ???=5.527 g n Cu =201560 2F ??=0.09328 mol (2) 2Cl n =2015602F ??=0.09328 mol 2Cl V =00932830015 100 .R .??=2.328 dm 3 7-2.用Pb (s )电极电解Pb (NO 3) 2溶液,已知溶液浓度为1g 水中含有Pb (NO 3) 21.66×10-2g 。通电一段时间,测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区溶液质量为62.50g ,其中含有Pb (NO 3) 21.151g ,计算Pb 2+的迁移数。 解: M [Pb (NO 3) 2]=331.2098 考虑Pb 2+:n 迁=n 前-n 后+n e =262501151166103312098(..)..--??-11513312098..+01658 21078682 ..? =3.0748×10-3-3.4751×10-3+7.6853×10-4 =3.6823×10-4 mol t +(Pb 2+ )=4 4 36823107685310..--??=0.4791 考虑3NO -: n 迁=n 后-n 前 =1151 3312098 ..-262501151166103312098(..)..--??=4.0030×10-3 mol t -(3 NO -)=4 4 40030107658310..--??=0.5209 7-3.用银电极电解AgNO 3溶液。通电一段时间后,阴极上有0.078 g 的Ag 析出,阳极区溶液溶液质量为23.376g ,其中含AgNO 3 0.236 g 。已知通电前溶液浓度为1kg 水中溶有7.39g 的AgNO 3。求Ag +和3NO -的迁移数。 解: 考虑Ag +: n 迁=n 前-n 后+n e =3233760236739101698731(..)..--??-023********..+00781078682 .. =1.007×10- 3-1.3893×10- 3+7.231×10- 4

物化自测概念题全部试题及答案

§1.2概念题 1.2.1填空题 1.温度为400 K ,体积为2m 3的容器中装有2 mol 的理想气体A 和8 mol 的理想气体B 。该混合气体中B 的分压力: P B =( 13.303 )kPa 。 2.在300 K ,100 kPa 下,某理想气体的密度ρ=80.827 5×10-3 kg ?m -3。则该气体的摩尔质量:M =( 2.016 kg ?mol -1 )。 3. 恒温100℃,在一个带有活塞的气缸中装有3.5 mol 的水蒸气H 2O(g),在平衡条件下,缓慢的压缩到压力p =( 101.325 )kPa 时,才可能有水滴H 2O(1)出现。 4. 理想气体,在恒温下,摩尔体积随压力的变化率:(/)m T V p ??=( /m V p - )。 5.一定量的德华气体,在恒容条件下,压力随温度的变化率: (/)V p T ??=( /()nR V nb - )。 6. 理想气体在微观上的特征是:( 分子见无作用力,分子本身不占体积 )。 7. 在临界状态下,任何真实气体在宏观上的特征是( 气相、液相不分 )。 8. 在n ,T 一定的条件下,任何种类的气体,当压力趋近于零时:0 ()=lim p pV →( nRT )。 1.2.2 单项选择填空题 1.在温度恒定为25℃,体积恒定为25 dm 3的容器中,含有0.65 mol 的理想气体A , 0.35 mol 的理想气体B 。 若向容器中再加人0.4 mol 的理想气体D , 则B 的分压力B p ( c ),分体积* B V ( b )。 选择填入:(a)变大;(b)变小;(c)不变;(d)无法确定。 2.由A(g)和B(g)形成的理想气体混合系统,总压p =p A +p B ,体积V =*A V +*B V ,n =n A +n B 下列各式中,只有式( c )是正确的。 选择填入:(a)*B B B p V n RT = ;(b)*A pV nRT = ;(c)B B p V n RT =;(d)*A A A p V n RT =。 3.(1)在一定的T ,p 下(假设高于波义耳温度T B ): V m (真实气体)( a )V m (理想气体) (2)在n ,T ,V 皆为定值的条件下 P (德华气体)( c )p (理想气体) (3)在临界状态下,德华气体的压缩因子 c Z ( c )1 选择填入:(a)>;(b)=;(c)<;(d)不能确定。 4. 已知A(g)和B(g)的临界温度之间的关系为:c c (A)(B)T T >;临界压力之间的关系为:c c (A)(B)p p <。则A ,B 气体的德华常数a 和b 之间的关系必然是:a (A)( a )a (B);b (A)( a )b (B)。 选择填入:(a)>;(b)<;(c)=;(d)不能确定。 5. 在一个密闭的容器中放有足够多的某纯液态物质,在相当大的温度围皆存在气(g)、液(l)两相平衡。当温度逐渐升高时液体的饱和蒸气压*p 变大,饱和液体的摩尔体积V m (1) ( b );饱和蒸气的摩尔体积V m (g)( a );m m m =(g)(l)V V V ?-( a )。 选择填入:(a)变小;(b)变大;(c)不变;(d)无一定变化规律。 6. 在T =-50℃,V =40 dm 3的钢瓶纯H 2的压力p =12.16 × 106 Pa 。此时钢瓶H 2的相态必然是( a )。 选择填入:(a)气态;(b)液态;(c)固态;(d)无法确定。 7. 在温度恒定为373.15 K ,体积为2 .0 dm 3的容器中含有0.035 mol 的水蒸气H 2O(g)。若向上述容器中再加人0. 025 mol 的水H 2O(1)。则容器中的H 2O 必然是(b)。 选择填入:(a)液态;(b)气态;(c)气-液两相平衡;(d)无法确定其相态。 8.当真实气体的温度T 与其波义耳温度T B 为: (1)B T T <时,m 0 {()/}lim T p pV p →??( b ),

物理化学类课后习题答案大全

【物理化学类课后习题答案大全】 ▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆【物理化学类课后习题答案大全】 ▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆ 《大学物理》完整习题答案 https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=217&fromuid=1000 程守洙、江之永主编《普通物理学》(第五版)详细解答及辅导 https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=3&fromuid=1000 《生物化学》复习资料大全(3套试卷及答案+各章习题集) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=258&fromuid=1000 《化工原理答案》课后习题答案(高教出版社,王志魁主编,第三版)https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=195&fromuid=1000 《传热学》课后习题答案(第四版) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=200&fromuid=1000 《高分子化学》课后习题答案(第四版,潘祖仁主编) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=236&fromuid=1000 《物理学》习题分析与解答(马文蔚主编,清华大学,第五版) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=50&fromuid=1000 《有机化学》课后答案(第二版,高教版,徐寿昌主编) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=3830&fromuid=1000 《有机化学》习题答案(汪小兰主编) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=69&fromuid=1000 《分析化学》课后习题答案(第五版,高教版) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=122&fromuid=1000 《物理化学》习题解答(天津大学, 第四版,106张) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=2647&fromuid=1000 《大学基础物理学》课后答案(共16个单元) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=25&fromuid=1000 《物理化学》习题答案与课件集合(南大) https://www.doczj.com/doc/8810943701.html,/viewthread.php?tid=205&fromuid=1000

物化实验习题与答案.docx

实验一燃烧热的测定 1.根据热化学的定义,关于燃烧热的定义下列说法正确的是(C) ( A)物质氧化时的反应热 ( B)物质完全氧化时的反应热 (C)1mol 物质完全氧化时的反应热 (D) 1mol 物质完全还原时的反应热 2.氧弹式量热计的基本原理是(A) ( A)能量守恒定律 ( B)质量作用定律 ( C)基希基希霍夫定律 ( D)以上定律都适用 3.氧弹式量热计是一种( D) ( A)绝热式量热计 ( B)热导式量热计 ( C)热流式量热计 ( D)环境恒温式量热计 4.在用氧弹式量热计测定苯甲酸燃烧热的实验中不正确的操作是(D) ( A)在氧弹充入氧气后必须检查气密性 ( B)量热桶内的水要迅速搅拌,以加速传热 ( C)测水当量和有机物燃烧热时,一切条件应完全一样 ( D)时间安排要紧凑,主期时间越短越好,以减少体系与周围介质发生的热交换 5.在测定萘的燃烧热实验中,先用苯甲酸对氧弹量热计进行标定,其目的是(A)( A)确定量热计的水当量 ( B)测定苯甲酸的燃烧热 ( C)减少萘燃烧时与环境的热交换 ( D)确定萘燃烧时温度的增加值 6.用氧弹式量热计测定萘的燃烧热,实验直接测量结果符号表示为(C)( A)Q ( B)Q P ( C)Q V ( D)△H 7.燃烧热测定实验中,温差的修正可用哪种方法进行(B) ( A)溶解度曲线 ( B)奔特公式 ( C)吸热——放热曲线 ( D)标准曲线 8.给氧弹充氧气时,正确的操作方法是减压阀出口压力指示表指针应指在(B)( A)小于 (B)— 2 MPa (C)3Mpa— 4MPa ( D) 5 MPa ( A)9.氧弹量热计中用水作为物质燃烧时燃烧热的传热介质,将水装在容器内正确的操作是( A)3升水装在内筒

物理化学课后(下册)部分习题答案

第十一章化学动力学 1. 反应为一级气相反应,320 oC时。问在320 oC加热90 min的分解分数为若干? 解:根据一级反应速率方程的积分式 答:的分解分数为11.2% 2. 某一级反应的半衰期为10 min。求1h后剩余A的分数。 解:同上题, 答:还剩余A 1.56%。 3.某一级反应,反应进行10 min后,反应物反应掉30%。问反应掉50%需多少时间? 解:根据一级反应速率方程的积分式 答:反应掉50%需时19.4 min。 4. 25 oC时,酸催化蔗糖转化反应 的动力学数据如下(蔗糖的初始浓度c0为1.0023 mol·dm-3,时刻t的浓度为c) 0 30 60 90 130 180 0 0.1001 0.1946 0.2770 0.3726 0.4676 解:数据标为 0 30 60 90 130 180 1.0023 0.9022 0.8077 0.7253 0.6297 0.5347 0 -0.1052 -0.2159 -0.3235 -0.4648 -0.6283

拟合公式 蔗糖转化95%需时 5. N -氯代乙酰苯胺异构化为乙酰对氯苯胺 为一级反应。反应进程由加KI溶液,并用标准硫代硫酸钠溶液滴定游离碘来测定。KI只与 A反应。数据如下: 0 1 2 3 4 6 8 49.3 35.6 25.75 18.5 14.0 7.3 4.6 解:反应方程如下 根据反应式,N -氯代乙酰苯胺的物质的量应为所消耗硫代硫酸钠的物质的量的二分之一, 0 1 2 3 4 6 8

4.930 3.560 2.575 1.850 1.400 0.730 0.460 0 -0.3256 -0.6495 -0.9802 -1.2589 -1.9100 -2.3719 。 6.对于一级反应,使证明转化率达到87.5%所需时间为转化率达到50%所需时间的3倍。对 于二级反应又应为多少? 解:转化率定义为,对于一级反应, 对于二级反应, 7.偶氮甲烷分解反应 为一级反应。287 oC时,一密闭容器中初始压力为21.332 kPa,1000 s后总压为 22.732 kPa,求。 解:设在t时刻的分压为p, 1000 s后,对密闭容器中的 气相反应,可以用分压表示组成:

物化课后答案(1)

第六章相平衡 6.1指出下列平衡系统中的组分数C,相数P及自由度F。 (1)I2(s)与其蒸气成平衡; (2)CaCO3(s)与其分解产物CaO(s)和CO2(g)成平衡; (3)NH4HS(s)放入一抽空的容器中,并与其分解产物NH3(g)和H2S(g)成平衡; (4)取任意量的NH3(g)和H2S(g)与NH4HS(s)成平衡。 (5)I2作为溶质在两不互溶液体H2O和CCl4中达到分配平衡(凝聚系统)。 解:(1)C = 1, P = 2, F = C–P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1. (2)C = 3 – 1 = 2, P = 3, F = C–P + 2 = 2 – 3 + 2 = 1. (3)C = 3 – 1 – 1 = 1, P = 2, F = C–P + 2 = 1 – 2 + 2 = 1. (4)C = 3 – 1 = 2, P = 2, F = C–P + 2 = 2 – 2 + 2 = 2. (5)C = 3, P = 2, F = C–P + 1 = 3 – 2 + 1 = 2. 6.2已知液体甲苯(A)和液体苯(B)在90 C时的饱和蒸气压分别为= 和。两者可形成理想液态混合物。今有系

统组成为的甲苯-苯混合物5 mol ,在90 C 下成气-液两相平衡, 若气相组成为 求: (1) 平衡时液相组成 及系统的压力p 。 (2) 平衡时气、液两相的物质的量 解:(1)对于理想液态混合物,每个组分服从Raoult 定律,因此 (2)系统代表点 ,根据杠杆原理 6.3 单组分系统的相图示意如右图。 试用相律分析途中各点、线、面的相 平衡关系及自由度。

物理化学第五版课后习题答案

第十章 界面现象 10-1 请回答下列问题: (1) 常见的亚稳定状态有哪些?为什么产生亚稳态?如何防止亚稳态的产生? (2) 在一个封闭的钟罩,有大小不等的两个球形液滴,问长时间放置后,会出现什么现象? (3) 下雨时,液滴落在水面上形成一个大气泡,试说明气泡的形状和理由? (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么? (5) 在一定温度、压力下,为什么物理吸附都是放热过程? 答: (1) 常见的亚稳态有:过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成,要想防止这些亚稳状态的产生,只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后,大液滴会越来越大,小液滴会越来越小,最终大液滴将小液滴“吃掉”, 根据开尔文公式,对于半径大于零的小液滴而言,半径愈小,相对应的饱和蒸汽压愈大,反之亦然,所以当大液滴蒸发达到饱和时,小液滴仍未达到饱和,继续蒸发,所以液滴会愈来愈小,而蒸汽会在大液滴上凝结,最终出现“大的愈大,小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形,因为雨滴在降落的过程中,可以看作是恒温恒压过程,为了达到稳定状态而存在,小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低,而此时只有通过减小表面积达到,球形的表面积最小,所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为德华力,而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的,所以ΔG <0,而ΔS <0,由ΔG =ΔH -T ΔS ,得 ΔH <0,即反应为放热反应。 10-2 在293.15K 及101.325kPa 下,把半径为1×10-3m 的汞滴分散成半径为1×10-9m 的汞滴,试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少?已知293.15K 时汞的表面力为0.4865 N ·m -1。 解: 3143r π=N ×3243r π N =3132 r r ΔG =2 1 A A dA γ? =γ(A 2-A 1)=4πγ·( N 22 r -21 r )=4πγ·(3 12 r r -21r )

冶物化课后习题答案

P188 下 册 1.试计算高炉中炉气的2CO 为16%的区域内。总压为126656.25Pa 时,石灰石的分解温度和沸腾温度。 32CaO CaO CO =+ 0170577144.19G T ?=- 28908 lg 7.53CO P T =- + ① 开始分解2'16%126656.20.1620265CO P P Pa =?=?=总 2 2'20265 0.2101325 CO CO P P P θ ∴= = = 1082.5T K = ② 沸腾时:2' CO P P =总 2 2' 1.25CO CO P P P θ == 1198.4T K = 2.根据氧势图, 求23Fe O 分解在大气中分解的开始温度和沸腾温度,并与23Fe O 分解压的热力学计算值进行比较。 2 2' 0.21O O P P P θ = = 2' 0.21101325O P Pa =? 连接“O ”与2'0.687 10O P -=点,T=1380℃ 沸腾20110O P == T=1460℃ 计算:2334264Fe O Fe O O =+ 0586770340.20G T ?=- 230645.5 lg 17.77O P T =- + 开始分解:T 开=1338℃ 沸腾:T 沸=1451℃ 3.把4510kg -?的碳酸钙放在体积为31.510-?3m 真空容器内,加热到800℃,问有多少kg 的碳酸钙未能分解而残留下来。 32CaO CaO CO =+ 0170577144.19G T ?=-

T=800℃(1073K )28908 lg 7.53CO P T =- + 20.169CO P = 2'0.169101.32517124CO P Pa Pa ∴=?= 按理想气体处理,分解的2CO 量 PV nRT =3 17124 1.5100.002888.3141073 PV n mol RT -???===? 则分解的3CaO 摩尔数为0.00288n mol = 100/0.002880.288m g mol mol g =?= 3330.5100.288100.21210m kg ---?=?-?=? 5. 用空气/水汽=3(体以比)的混合气体去燃烧固体碳。试计算总压为51.0132510?Pa, 温度为1127℃时煤气的组成。(提示:初始态中(/)O H n n ??初=(1+20.213)/2) 设碳过剩下,平衡气相中气体为2222CO CO H H O N ++++ 独立反应:22C CO CO += 2 2 1CO CO P K P = 01169008177.19G T ?=- 222()CO H CO H O g +=+ 222 2CO H O H CO P P K P P = 2 3449329.83G T ?=- 927℃(1200K ):1169008177.191200 ln 3.778.3141200 K -+?= =? 143.41K = 23449329.831200 ln 0.138.3141200K -+?==? 2 1.14K = 又空气与水汽的体积比为3,101.325P Pa =总,T=927℃ (/)O H n n ??初=(1+20.213)/2=2.26/2 ① 分压总和方程:22221CO CO H H O N p p p p p ++++= ② 平衡常数方程:2 21CO CO P K P =22 1/CO CO P P K ?= 2222CO H O H CO P P K P P = 22222 1221H O H O CO H CO CO CO P P P K P P P K K P ?=??=

物化习题答案

第一篇化学热力学 第一章热力学基本定律. 1-1 0.1kg C6H6(l)在,沸点353.35K下蒸发,已知(C6H6) =30.80 kJ mol-1。试计算此过程Q,W,ΔU和ΔH值。 解:等温等压相变。n/mol =100/78 , ΔH = Q = n = 39.5 kJ , W= - nRT = -3.77 kJ , ΔU =Q+W=35.7 kJ 1-2 设一礼堂的体积是1000m3,室温是290K,气压为p?,今欲将温度升至300K,需吸收热量多少?(若将空气视为理想气体,并已知其C p,m为29.29 J K-1·mol-1。) 解:理想气体等压升温(n变)。Q=nC p,m△T=(1000p?)/(8.314×290)×C p,m△T=1.2×107J 1-3 2 mol单原子理想气体,由600K,1.0MPa对抗恒外压绝热膨胀到。计算该过程的Q、W、ΔU和ΔH。(Cp ,m=2.5 R) 解:理想气体绝热不可逆膨胀Q=0 。ΔU=W ,即nC V,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1), 因V2= nRT2/ p2, V1= nRT1/ p1,求出T2=384K。 ΔU=W=nCV,m(T2-T1)=-5.39kJ ,ΔH=nC p,m(T2-T1)=-8.98 kJ 1-4 在298.15K,6×101.3kPa压力下,1 mol单原子理想气体进行绝热膨胀,最后压力为p?, 若为;(1)可逆膨胀(2)对抗恒外压膨胀,求上述二绝热膨胀过程的气体的最终温度;气体对外界所作的功;气体的热力学能变化及焓变。(已知C p,m=2.5 R)。 解:(1)绝热可逆膨胀:γ=5/3 , 过程方程p11-γT1γ= p21-γT2γ, T2=145.6 K , ΔU=W=nC V,m(T2-T1)=-1.9 kJ , ΔH=nC p,m(T2-T1)=-3.17kJ (2)对抗恒外压膨胀,利用ΔU=W ,即nC V,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1) ,求出T2=198.8K。同理,ΔU=W=-1.24kJ,ΔH=-2.07kJ。 1-5 1 mol水在100℃,p?下变成同温同压下的水蒸气(视水蒸气为理想气体),然后等温可 ?H m(H2O , 373.15K,p?)= 40.67kJ mol-1。逆膨胀到p?,计算全过程的ΔU,ΔH。已知g l 解:过程为等温等压可逆相变+理想气体等温可逆膨胀,对后一步ΔU,ΔH均为零。 ΔH=Hm= 40.67kJ ,ΔU=ΔH –Δ(pV) = 37.57kJ 1-6 某高压容器中含有未知气体,可能是氮气或氩气。在29K时取出一样品,从5dm3绝热可逆膨胀到6dm3,温度下降21K。能否判断容器中是何种气体?(若设单原子气体的C V,m=1.5R,双原子气体的C V,m=2.5R) 解:绝热可逆膨胀: T2=277 K , 过程方程T1V1γ-1= T2V2γ-1, 求出γ=7/5 , 容器中是N2. 1-7 1mol单原子理想气体(C V,m=1.5R ),温度为273K,体积为22.4dm3,经由A途径变化到温度为546K、体积仍为22.4dm3;再经由B途径变化到温度为546K、体积为44.8dm3;最后经由C途径使系统回到其初态。试求出:(1)各状态下的气体压力;(2)系统经由各途径时的Q,W,ΔU,ΔH值;(3)该循环过程的Q, W,ΔU,ΔH。 解:A途径: 等容升温,B途径等温膨胀,C途径等压降温。 (1) p1= , p2=2 , p3= (2) 理想气体: ΔU=nCV,mΔT, ΔH=nCp,mΔT . A途径, W=0, Q=ΔU ,所以Q,W,ΔU,ΔH分别等于3.40 kJ , 0 , 3.40 kJ , 5.67 kJ B途径,ΔU=ΔH=0,Q=-W,所以Q,W,ΔU,ΔH分别等于3.15 kJ , -3.15 kJ , 0 , 0 ;

相关主题
相关文档 最新文档