物理化学课后习题答案.doc

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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。若在容器中再加入一定量的理想气体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。试判断下列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 已知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)。这时分子之间的距离很大,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,若高于临界温度,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,依次充入温度相同、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,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,当达到平衡时,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,只要温度相同,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。已知的摩尔质量为154的,则在该条件下,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,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)。保持V,p不变,12实际气体的压力(p)和体积(V)与理想相比,分别会发生的偏差为( ) (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)。由于实际气体的分子间有相互作用力,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。四概念题参考答案1对于理想气体的热力学能,有下述四种理解: (1) 状态一定,热力学能也一定 (2) 对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的 (3) 对应于某一状态,热力学能只有一个数值,不可能有两个或两个以上的数值 (4) 状态改变时,热力学能一定跟着改变,其中都正确的是: ( )(A) (1),(2) (B) (3),(4) (C) (2),(4) (D) (1),(3) 答:(D)。热力学能是状态的单值函数,其绝对值无法测量。2有一高压钢筒,打开活塞后气体喷出筒外,当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞,此时筒内温度将 ( )(A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定 答:(C)。压缩空气冲出钢筒时,筒内的气体对冲出的气体做功。由于冲出的速度很快,筒内气体来不及从环境吸热,相当于是个绝热过程,所以筒内气体的温度会下降。3有一真空钢筒,将阀门打开时,大气(视为理想气体)冲入瓶内,此时瓶内气体的温度将 ( )(A) 不变 (B) 升高 (C) 降低 (D) 无法判定 答:(B)。空气冲入钢筒时,外面的气体对冲入钢筒的气体做功。由于冲入的速度很快,筒内的气体来不及向环境放热,相当于是个绝热过程,所以筒内气体的温度会升高。4将1 mol 373 K,标准压力下的水,分别经历:(1) 等温、等压可逆蒸发,(2) 真空蒸发,变成373 K,标准压力下的水气。这两种过程的功和热的关系为 ( ) (A) W 1 Q 2 (B) W 1 W 2 Q 1 W 2 Q 1 Q 2 答:(A)。过程(1)中,系统要对外做功,W 10,而过程(2)是真空蒸发,W 2=0,所以W 1 Q 2。5在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱,将冰箱门打开,并接通电源使冰箱工作。过一段时间之后,室内的平均气温将 ( )(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定 答:(A)。对冰箱做的电功,全转化为热释放在房间内。6 凡是在孤立系统中进行的过程,其U和H的值一定是 ( ) (A) U 0 ,H 0 (B) U = 0 ,H = 0 (C) U 0 ,H 0,=0 (B) 0,0 (D) 0答:(C)。理想气体等温膨胀,体积增加,熵增加,但要从环境吸热,故环境的熵减少。2在绝热条件下,用大于气缸内的压力迅速推动活塞压缩气体,气体的熵变:( ) (A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能确定 答:(A)。封闭系统的绝热不可逆过程,熵增加,这就是熵增加原理。因为气体的体积虽然变小了,但是它的温度升高了,总的熵一定是增加的。3和在绝热钢瓶中反应生成水的过程( ) (A) H = 0 (B) U = 0 (C) S = 0 (D) G = 0 答:(B)。因为钢瓶是恒容的,并与外界无功和热的交换,所以能量守衡,U = 0。4在273.15 K和101 325 Pa条件下,水凝结为冰,系统的下列热力学量中,何者一定为零? ( )(A) U (B) H (C) S (D) G 答:(D)。等温、等压、不作非膨胀功的可逆相变,Gibbs自由能等于零。5一定量的理想气体向真空作绝热膨胀,体积从变到,则熵变的计算公式为 ( )(A) (B)(C) (D)无法计算答:(B)。虽然真空绝热膨胀是一个不可逆过程,但是理想气体的温度不变,可以设计一个始、终态相同的等温可逆膨胀过程,用(B)式来计算熵变。6在对和的混合气体进行绝热可逆压缩,系统的热力学函数变化值在下列结论中正确的是: ( )(A) U = 0 (B) A = 0 (C) S = 0 (D) G = 0 答:(C)。绝热可逆过程是恒熵过程,由于QR= 0,所以S = 0。7 1 mol 单原子分子理想气体,温度由T1变到T2时,等压可逆过程,系统的熵变为,等容可逆过程,系统的熵变为,两着之比等于:( )(A) (B) (C) (D) 答:(D)。等压、变温可逆过程,等容、变温可逆过程,。现在温度区间相同,单原子分子理想气体的,所以,相当于摩尔等压热容与摩尔等容热容之比。8纯的在 373 K,的条件下,可逆汽化为同温同压的,热力学函数的变量为 U1,H1和 G1;现把纯的(温度、压力同上),放在373 K 的恒温真空箱中,控制体积,使系统终态的蒸气压也为,这时热力学函数变量为U2,H2和 G2。这两组热力学函数的关系为: ( ) (A) U1 U2, H1 H2, G1 G2 (B) U1 U2, H1 H2, G1 H2, G1= G2 答:(C)。系统的始态与终态都相同,所有热力学状态函数的变量也都相同,与变化途径无关。9 298 K时,1 mol 理想气体等温可逆膨胀,压力从1 000 kPa变到100 kPa,系统的Gibbs自由能的变化值为 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(D)。理想气体等温可逆膨胀,10对于不做非膨胀功的隔离系统,熵判据为: ( ) (A) (B) (C) (D)答:(D)。在不做非膨胀功时,保持系统的U,V不变,即膨胀功等于零,这就是一个隔离系统。11甲苯在时的正常沸点为110,现在将1 mol甲苯放入与110的热源接触的真空容器中,控制容器的容积,使甲苯迅速气化为同温、同压的蒸气。如下描述该过程的热力学变量正确的是 ( )(A) (B)(C) (D)答:(D)。甲苯的始、终态与等温、等压可逆蒸发的始终态完全相同,所以状态函数的变化量也相同。对于等温、等压可逆相变,。12 某实际气体的状态方程为,其中为大于零的常数,该气体经等温可逆膨胀后,其热力学能将 ( ) (A) 不变 (B) 增大 (C) 减少 (D) 不能确定 答:(A)。可以将该实际气体的状态方程改写为,与理想气体的状态方程相比,只对体积项进行了校正,说明该实际气体分子本身所占的体积不能忽略,但对压力项没有进行校正,说明该气体分子之间的相互作用可以忽略,这一点与理想气体相同,所以在膨胀时,不需克服分子间的引力,所以在等温膨胀时,热力学能保持不变。这种气体作绝热真空膨胀时,温度也不会改变。13在封闭系统中,若某过程的,应满足的条件是( ) (A)等温、可逆过程 (B)等容、可逆过程 (C)等温、等压、可逆过程 (D)等温、等容、可逆过程答:(A)。在等温、可逆过程中,Helmholtz自由能的变化值就等于对环境做的最大功,包括膨胀功和非膨胀功,这就是将Helmholtz自由能称为功函的原因。在定义Helmholtz自由能时,只引入了等温的条件。14 热力学第三定律也可以表示为 ( ) (A) 在0 K时,任何晶体的熵等于零 (B) 在0 K时,任何完整晶体的熵等于零 (C) 在0 时,任何晶体的熵等于零 (D)在0 时,任何完整晶体的熵等于零 答:(B)。完整晶体通常只有一种排列方式,根据描述熵的本质的Boltzmann公式,可得到,在0 K时,完整晶体的,则熵等于零。15纯在标准压力和正常沸点时,等温、等压可逆汽化,则( ) (A) vapU$=vapH$,vapA$=vapG$,vapS$ 0 (B) vapU$vapH$,vapA$ 0 (C) vapU$vapH$,vapA$vapG$,vapS$ 0 (D) vapU$vapH$,vapA$vapG$,vapS$ 0。在正常沸点等温、等压可逆汽化时,vapG$=0,液体等压变为气体时,要对环境做功,所以vapA$0,vapU$2 (B) m1 kB,则当A和B(平衡时)的压力相同时,在一定量的该溶剂中所溶解的A和B的量的关系为 ( ) (A) A 的量大于 B 的量 (B) A 的量小于 B 的量 (C) A 的量等于 B 的量 (D) A 的量与B的量无法比较答:(B)。根据Henry定律,当平衡压力相同时,Henry常数大的气体溶质,其溶解的量反而小。8在400 K时,液体A的蒸气压为,液体B 的蒸气压为,两者组成理想液态混合物。在达平衡的溶液中,A的摩尔分数为0.6,则气相中B的摩尔分数等于 ( ) (A) 0.60 (B) 0.50 (C) 0.40 (D) 0.30答:(B)。用Roult定律算出总蒸气压,再把B的蒸气压除以总蒸气压 9在50时,液体A的饱和蒸气压是液体B的饱和蒸气压的3倍,A和B两液体形成理想液态混合物。达气-液平衡时,在液相中A的摩尔分数为0.5,则在气相中B的摩尔分数为 ( ) (A) 0.15 (B) 0.25 (C) 0.5 (D) 0.65答:(B)。用Roult定律算出总蒸气压,再把B的蒸气压除以总蒸气压 10在298 K和标准压力下,有两瓶含萘的苯溶液。在第一瓶中有溶液,溶有0.5 mol萘,化学势为。在第二瓶中有溶液,溶有0.25 mol萘,化学势为。两个化学势大小的关系为 ( ) (A) (B) (C) (D) 答:(D)。 化学势是偏摩尔Gibbs自由能,是强度性质,与混合物的总体积无关,而与混合物的浓度有关。两份的浓度相同,故化学势相等。11在时,的化学势为,的化学势为,两者大小的关系为 ( )(A) (B) (C) (D) 无法比较答:(C)。已知,对于纯组分系统,则。因为,所以。在下,会自发变为。即在相同温度下,加压可以使熔化。12在两只烧杯中,各盛有1 kg。向A杯中加入0.01 mol蔗糖,向B杯中加入0.01 mol NaCl,溶解完毕后,两只烧杯按同样的速度冷却降温,则 ( ) (A) A杯先结冰 (B) B杯先结冰 (C) 两杯同时结冰 (D) 不能预测其结冰的次序 答:(A)。稀溶液的依数性只与粒子的数量有关,而与粒子的性质无关。B杯内溶入的是NaCl,NaCl在水中解离,其粒子数几乎是A杯中的两倍,B杯中溶液的凝固点下降得多,所以A杯先结冰。13在恒温的玻璃罩中,封入一杯糖水(A杯)和一杯纯水(B杯),使两杯的液面相同,将玻璃罩抽成真空。经历若干时间后,两杯液面的高度将是 ( ) (A) A 杯高于 B 杯 (B) A 杯等于 B 杯 (C) A 杯低于 B 杯 (D) 视温度而定 答:(A)。纯水的饱和蒸气压大于糖水,纯水不断蒸发,蒸气在含糖水的A 杯中不断凝聚,所以A 杯液面高于B 杯。14冬季建筑施工中,为了保证施工质量,常在浇注混凝土时加入少量盐类,其主要作用是? ( ) (A) 增加混凝土的强度 (B) 防止建筑物被腐蚀 (C) 降低混凝土的固化温度 (D) 吸收混凝土中的水份答:(C)。混凝土中加入少量盐类后,使凝固点下降,防止混凝土结冰而影响建筑物的强度。15盐碱地的农作物长势不良,甚至枯萎,其主要原因是 ( ) (A) 天气太热 (B) 很少下雨 (C) 肥料不足 (D) 水分从植物细胞向土壤倒流 答:(D)。 盐碱地中含盐量高,水在植物细胞中的化学势大于在盐碱地中的化学势,水分会从植物细胞向土壤渗透,使农作物长势不良。四概念题参考答案1在等温、等压且不做非膨胀功的条件下,当反应的时,该反应自发进行的方向为 ( ) (A) 正向自发进行 (B) 逆向自发进行 (C) 无法判断 (D) 反应不能进行答:(C)。 判断反应能否自发进行,要用等温、等压且不做非膨胀功的条件下的变化值,而不能用的值。除非该反应是在标准压力下进行,则,反应能逆向自发进行。或者是一个绝对值很大的负值,改变压力商也不可能改变的符号,则也小于零,这时可以估计反应能自发正向进行。2理想气体混合物在化学反应达平衡时,应该使用下列哪个关系式? ( ) (A) (B)(C) (D)答:(B)。根据理想气体化学势的表示式,对数项中用表示,在化学反应等温式中,对数项中是压力商,达平衡时,是平衡时的压力商,所以标准平衡常数是,相应的Gibbs自由能的变化值为。3理想气体反应的与温度T的关系为:。若要使反应的平衡常数大于1,则应控制的反应温度为 ( ) (A) 必须低于409.3 (B) 必须高于 (C) 必须低于 (D) 必须等于答:(C)。与标准平衡常数的关系式为,要使,则。从已知的关系式,解得。要使反应在标准压力下能自发正向进行,必须小于零,所以,根据已知的关系式,反应温度必须低于。4在973 K时,反应的标准平衡常数。若将如下各分压的理想气体混合在一起,在相同温度下,反应的方向将 ( ) (A) 向右进行 (B) 向左进行 (C) 处于平衡状态 (D) 无法判断答:(A)。有一个可以作为判据的化学反应等温式为如果若,则,反应可自发向右正向进行。这个反应的值为远小于的值,所以反应自发向
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