物理化学课后习题答案.doc

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