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物理化学核心教程课后习题答案课后习题答案 第一章 气体 一．根本要求 1．理解低压下气体的几个经历定律；2．掌握理想气体的微观模型，能纯熟使用理想气体的状态方程；3．掌握理想气体混合物组成的几种表示方法，注意分压定律和分体积定律的使用前提；4．理解真实气体图的一般形状，理解临界状态的特点及超临界流体的应用；5．理解s气体方程中两个修正项的意义，并能作简单计算 二．把握学习要点的建议 本章是为今后用到气体时作铺垫的，几个经历定律在先行课中已有介绍，这里仅是复习一下而已重要的是要理解理想气体的微观模型，掌握理想气体的状态方程因为理解了理想气体的微观模型，就可以知道在什么情况下，可以把实际气体作为理想气体处理而不致带来太大的误差通过例题和习题，能纯熟地使用理想气体的状态方程，掌握和物质的量几个物理量之间的运算物理量的运算既要进展数字运算，也要进展单位运算，一开始就要标准解题方法，为今后能准确、标准地解物理化学习题打下根底 掌握Dalton分压定律和Amagat分体积定律的使用前提，以免今后在不符合这种前提下使用而导致计算错误 在教师使用与“物理化学核心教程〞配套的多媒体讲课软件讲课时，要认真听讲，注意在Power Point动画中真实气体的图，掌握实际气体在什么条件下才能液化，临界点是什么含义等，为以后学习相平衡打下根底。

三．考虑题参考答案 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，使球的壁变软，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，假设物质的量一样，那么温度才会相等 3． 两个容积一样的玻璃球内充满氮气，两球中间用一根玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开当左边球的温度为273 K，右边球的温度为293 K时，汞滴处在中间达成平衡试问： (1) 假设将左边球的温度升高10 K，中间汞滴向哪边挪动？ (2) 假设将两个球的温度同时都升高10 K，中间汞滴向哪边挪动？ 答：〔1〕左边球的温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边挪动 〔2〕两个球的温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边挪动因为左边球的起始温度低，升高10 K所占的比例比右边的大，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〕左边的比右边的大 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，就会使软木塞崩出假设软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸防止的方法是，在灌开水时不要灌得太快，且要将保温瓶灌满 5．当某个纯的物质的气、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，纯物质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？t分体积定律的使用前提是什么？ 答：这两个定律原那么上只适用于理想气体分压定律要在混合气体的温度和体积不变的前提下，某个组分的分压等于在该温度和体积下单独存在时的压力分体积定律要在混合气体的温度和总压不变的前提下，某个组分的分体积等于在该温度和压力下单独存在时所占有的体积 7．有一种气体的状态方程为 〔b为大于零的常数〕，试分析这种气体与理想气体有何不同？将这种气体进展真空膨胀，气体的温度会不会下降？ 答：将气体的状态方程改写为 ，与理想气体的状态方程相比，这个状态方程只校正了体积项，未校正压力项。

说明这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的互相作用力仍可以忽略不计所以，将这种气体进展真空膨胀时，气体的温度不会下降，这一点与理想气体一样 8．如何定义气体的临界温度和临界压力？ 答：在真实气体的图上，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在临界温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化 9．van der Waals气体的内压力与体积成反比，这样说是否正确？ 答：不正确根据van der Waals气体的方程式，，其中被称为是内压力，而是常数，所以内压力应该与气体体积的平方成反比 10．当各种物质都处于临界点时，它们有哪些共同特性？ 答：在临界点时，物质的气-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，称为超流体高于临界点温度时，无论用多大压力都无法使气体液化，这时的气体就是超临界流体 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和假设在容器中再参加一定量的理想气体C，问和的变化为 ( ) (A) 和都变大 (B) 和都变小 (C) 不变，变小 (D) 变小，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、容积都恒定的容器中，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和，容器中的总压为试判断以下公式中哪个是正确的？ ( ) (A) (B) (C) (D) 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之间的关系不匹配 3． 氢气的临界温度和临界压力分别为有一氢气钢瓶，在298 K时瓶内压力为，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101.325 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101.325 kPa 〔C〕小于101.325 kPa 〔D〕等于101.325 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 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〕这时分子之间的间隔 很大，体积很大，分子间的作用力和分子自身所占的体积都可以忽略不计 6．在298 K时，地面上有一个直径为1 m的充了空气的球，其中压力为100 kPa将球带至高空，温度降为253 K，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：〔C〕升高过程中，球内气体的物质的量没有改变，利用理想气体的状态方程，可以计算在高空中球内的压力 7．使真实气体液化的必要条件是 〔 〕 〔A〕压力大于 〔B〕温度低于 〔C〕体积等于 〔D〕同时升高温度和压力 答：〔B〕。

是能使气体液化的最高温度，假设高于临界温度，无论加多大压力都无法使气体液化 8．在一个恒温、容积为2 的真空容器中，依次充入温度一样、始态为100 kPa，2 的〔g〕和200 kPa，1的，设两者形成理想气体混合物，那么容器中的总压力为 〔 〕 〔A〕100 kPa 〔B〕150 kPa 〔C〕200 kPa 〔D〕300 kPa 答：〔C〕等温条件下，200 kPa，1气体等于100 kPa，2气体，总压为=100 kPa+100 kPa=200 kPa 9．在298 K时，往容积都等于并预先抽空的容器A、B中，分别灌入100 g和200 g水，当到达平衡时，两容器中的压力分别为和，两者的关系为 〔 〕 〔A〕 〔B〕 〔C〕= 〔D〕无法确定 答：〔C〕饱和蒸气压是物质的特性，只与温度有关。

在这样的容器中，水不可能全部蒸发为气体，在气-液两相共存时，只要温度一样，它们的饱和蒸气压也应该相等 10．在273 K，101.325 kPa时，的蒸气可以近似看作为理想气体的摩尔质量为154的，那么在该条件下，气体的密度为 〔 〕 〔A〕 〔B〕 〔C〕 〔D〕 答：〔A〕通常将273 K，101.325 kPa称为标准状态，在该状态下，1 mol 任意物质的气体的体积等于根据密度的定义， 11．在某体积恒定的容器中，装有一定量温度为300 K的气体，如今保持压力不变，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〕保持V，p不变，， 12．实际气体的压力〔p〕和体积〔V〕与理想相比，分别会发生的偏向为〔 〕 〔A〕p，V都发生正偏向 〔B〕p，V都发生负偏向 〔C〕p正偏向，V负偏向 〔D〕p负偏向，V正偏向 答：〔B〕。

由于实际气体的分子间有互相作用力，所以实际的压力要比理想气体的小由于实际气体分子自身的体积不能忽略，所以能运用的体积比理想气体的小 五．习题解析 1．在两个容积均为V的烧瓶中装有氮气，烧瓶之间有细管相通，细管的体积可以忽略不计假设将两烧瓶均浸入373 K的开水中，测得气体压力为60 kPa假设一只烧瓶浸在273 K的冰水中，另外一只仍然浸在373 K的开水中，到达平衡后，求这时气体的压力设气体可以视为理想气体 解：因为两个容器是相通的，所以压力一样设在开始时的温度和压力分别为，后来的压力为，273 。