1、第二章物质的状态 习题 2.1 什么是理想气体？实际气体在什么条件下可用理想气体模型处理？ 2.2 为什么家用加湿器都是在冬天使用，而不在夏天使用？ 2.3 常温常压下，以气体形式存在的单质、以液体形式存在的金属和以液体形式存在的 非金属单质各有哪些？ 2.4 平均动能相同而密度不同的两种气体，温度是否相同？压力是否相同？为什么？ 2.5 同温同压下， N2 和 O2 分子的平均速度是否相同？平均动能是否相同？ 2.6 试验测得 683K、 100kPa 时气态单质磷的密度是 2.64g dm 3。求单质磷的分子量。 2.7 1868 年 Soret 用气体扩散法测定了臭氧的分子式。测定结果显
2、示，臭氧对氯气的扩散速度之比为 1.193。试推算臭氧的分子量和分子式。 2.8 常压 298K 时，一敞口烧瓶盛满某种气体，若通过加热使其中的气体逸出二分之一，则所需温度为多少？ 2.9 氟化氙的通式为 XeFx（ x 2、 4、 6），在 353K、 1.56 104Pa 时，实验测得某气态氟化氙的密度为 0.899g dm 3。 试确定该氟化氙 的分子式。 温度为 300K、压强为 3.01.01105Pa 时，某容器含，每升空气中水汽的质量。 （ 2） 323K、空气的相对湿度为 80时，每升空气中水汽的质量。 已知 303K 时，水的饱和蒸气压为 4.23 103Pa； 323K 时
3、，水的饱和蒸气压为 1.23 104Pa。 2.10 在 303K， 1.01 105Pa 时由排水集气法收集到氧气 1.00dm3。问有多少克氯酸钾按 下式分解 ？ 2KClO3 = 2KCl 3O2 已知 303K 时水的饱和蒸气压为 4.23 103Pa。 2.11 298K， 1.23 105Pa 气压下，在体积为 0.50dm3 的烧瓶中充满 NO 和 O2 气。下列反 应进行一段时间后，瓶内总压变为 8.3 104Pa，求生成 NO2 的质量。 2NO O2= 2NO2 2.12 一高压氧气钢瓶，容积为 45.0dm3，能承受压强为 3 107Pa，问在 298K 时最多可 装入多
4、少千克氧气而不致发生危险？ 2.13 将总压强为 101.3kPa 的氮气和水蒸气的混合物通入盛有足量 P2O5 干燥剂的玻璃瓶 中，放置一段时间后，瓶内压强恒定为 99.3kPa。 （ 1）求原气体混合物中各组分的物质的量分数； （ 2）若温度为 298K，实验后干燥剂增重 1.50g，求瓶的体积。（假设干燥剂的体积 可忽略且不吸附氮气） 2.14 水的“三相点”温度和压强各是多少？它与水的正常凝固点有何不同？ 2.15 国际单位制的热力学温标是以水的三相点为标准，而不用水的冰点或沸点，为什么？ 2.16 已知苯的临界点为 289C， 4.86Mpa，沸点为 80C；三相点为 5C， 2.8
5、4kPa。在三相点时液态苯的密度为 0.894g cm 3，固态苯的密度为 1.005g cm 3。根据上述数据试画出0 300C 范围内苯的相图（参照水的相图，坐标可不按比例制作）。 2.17 在下列各组物质中，哪一种最易溶于苯中？ H2， N2， CO2 CH4， C5H12， C31H64 NaCl， C2H5Cl， CCl4 2.18 由 C2H4 和过量 H2 组成的混合气体的总压为 6930Pa。使混合气体通过铂催化剂进行下列反应： C2H4(g) H2(g) = C2H6(g) 待完全反应后，在相同温度和体积下，压强降为 4530Pa。求原混合气体中 C2H4 的 物质的量分数。
6、 2.19 某反应要求缓慢加入乙醇（ C2H5OH），现采用将空气通过液体乙醇带入乙醇气体的方法进行。在 293K， 1.01 105Pa 时，为引入 2.3g 乙醇，求所需空气的体积。已知 293K 时乙醇的饱和蒸气压为 5866.2Pa。 2.20 计算下列几种市售试剂的物质的量浓度 （ 1） 浓盐酸， HCl 的质量分数为 37%，密度为 1.18g cm 3； （ 2） 浓硫酸， H2SO4 的质量分数为 98%，密度为 1.84 g cm 3； （ 3） 浓硝酸， HNO3 的质量分数为 69%，密度为 1.42 g cm 3； （ 4） 浓氨水， NH3 的质量分数为 28%，密度
7、为 0.90 g cm 3。 2.21 303K 时，丙酮 （ C3H6O）的饱和蒸气压是 37330Pa，当 6g 某非挥发性有机物溶于 120g丙酮时，丙酮的饱和蒸气压下降至 35570Pa。试求此有机物的相对分子质量。 2.22 尿素（ CON2H4）溶液可用作防冻液，欲使水的冰点下降 10K，问应在 5kg 水中溶解多少千克尿素？已知水的凝固点下降常数 Kf 1.86K mol 1 kg。 2.23 298K 时，含 5.0g 聚苯乙烯的 1dm3 苯溶液的渗透压为 1013Pa。求该聚苯乙烯的相对分子质量。 2.24 人体血液的凝固点为 0.56，求 36.5时人体血液的渗透压。已知
8、水的凝固点下降常数 Kf 1.86K mol 1 kg。 2.25 一密闭容器放有一杯纯水和一杯蔗糖水溶液，问经过足够长的时间会有什么现象发生？ 2.26 已知金 (Au)的晶胞属面心立方，晶胞边长为 0.409nm，试求： （ 1） 金的原子半径； （ 2） 晶胞体积； （ 3） 一个晶胞中金的原子个数； （ 4） 金的密度。 2.27 下面说法是否正确，为什么？ （ 1） 凡有规则外形的固体都是晶体； （ 2） 晶体一定具有各向异性； （ 3） 晶胞就是晶格； （ 4） 每个面心立方晶胞中有 14 个质点。 2.28 已知石墨为层状结构，每个碳原子与同一个平面的三个碳原子相连，相互间的键
9、角均为 120。试画出石墨的一个晶胞结构图，每个石墨晶胞中含有几个碳原子？ 习题解答 2.1 凡是在任何温度和压力下都严格遵守理想气体状态方程的气体即为理想气体 在压力不太大、温度不太低的情况下，实际气体可视为理想气体 2.2 冬天天气干燥，空气中水蒸气含量低于相应温度下水蒸气的饱和蒸汽压，故可采用加湿器调节室内湿度；而在夏天，空气中水蒸气含量与相应温度下水蒸气的饱和蒸汽压相差不多，采用加湿器会使得空气中水汽过饱和，从而凝结成水，起不到加湿效果。 2.3 常温常压下，以气体形式存在的单质：氢气、氮气、氧气、臭氧、氟、氯 气、惰性气体；以液体形式存在的金属：汞；以液体形式存在的非金属：溴 2.4
10、 温度相同，因为 kTum 23)(21 22 ；但压力不一定相同，由 RTMP ，已知 不同，但 M 未知，故压力是否相等是不可判定的。 2.5 平均速度不同，平均动能相同 2.6 由公式 PRTM 得， 1 5 01 0 0 6 8 33 1 4.864.2 M gmol- 2.7 由公式1M2M21 得 8.499.70)193.1 1()( 2Cl2Cl22 MMgmol-，分子式为 O3 2.8 本题可理解为 T 温度时体积为 298K 时体积的 2 倍，根据 PV=nRT 得 VT ，此时温度即 T=2982=596K 2.9 由公式 PRTM 得， 1 6 96.15 3 5 3
11、3 1 4.88 9 9.0 M gmol-,又 219131169x ，所以分子式为 XeF2 2.10 由公式 RTMmPV 得： gmTP TPm 1 6 06 4 04 0 03 0 01001.10.3 1001.1 55212 211 ，此质量为瓶中氧气所剩质量，所以放出的氧气质量为： 640-160=480g 2.11 （ 1） 303K 时空气中水汽分压为 OH2P4.23 103 100%=4.23 103Pa g0 3 0 2.0183 0 33 1 4.8 1011023.4 33 MRTPVm （ 2） 323K 时空气中水汽分压为 OH2P1.23 104 80%=9
12、.84 103Pa g0 6 6 0.0183 2 33 1 4.8 1011084.9 33 MRTPVm 2.12 P(O2)=10.1104-0.423104=9.7104(Pa) 由理想气体状态方程得： m o l0385.0303314.8 1000.1107.9)O()O( 3422 RT Vpn由反应式： 2KClO3 3O2 分解的 KClO3 的质量为： 0.038532122.6 3.15g 2.13 反应前后总的物质的量的改变值为 35412 1050.02 9 83 1 4.8 1023.1103.8)( RT VPPn 0.0081mol 2NO O2= 2NO2 n
13、 92 1 所以生成的 NO2 的质量 m= 74.09210081.0 g 2.14 已知 P 3 107Pa，由理气状态方程得 437 1074.12 9 83 1 4.8 0.32100.45103 RTP V Mm g=17.4kg 因此瓶内装入的氧气只要不超过 17.4kg 就不会发生危险 2.15 (1)混合气体中的水蒸气最后全部被干燥剂吸收，则混合气体中氮气的分压为p(N2)=99.3kPa；混合气体中水蒸气的分压为 p(H2O)=101.3-99.3=2.0kPa 由公式 pi=xip(总 )得： x(N2)= 98.03.101 3.99)( 2 pNp，故 x(H2O)=
14、1-0.98=0.02 (2)根据题意，混合气体中水蒸气的质量等于干燥剂增加的质量，则水蒸气中水的物质的量为 0833.01850.1 mol 由理想气体状态方程得到瓶的体积为 V(瓶 )=V(H2O)=1 0 2.0100.2 2 9 33 1 4.80 8 3 3.0)OH( )OH( 322 p RTn m3 2.16 水的“三相点”温度和压强各是多少？它与水的正常凝固点有何不同？ 在水的“三相点”时，温度为 273.0098K、压强为 0.61kPa 三相点是对纯水而言的，是单组分体系，是指水在它的蒸汽压（ 0.61kPa）下的凝固点；水的正常凝固点是指被空气饱和了的水在 101.3k
15、Pa 条件下结冰的温度。 2.17 水的三相点是一固定常数，不随任何条件的改变而改变；而水的冰点或沸点随外界条件（如压力）的改变而改变的。 2.18 2.19 组物质最易溶于苯： 1、相似相溶原理 2、液态较气态、固态更溶于液态 2.20 反应前后温度与体积不变，由理想气体状态方程可得 Pn C2H4(g) H2(g) = C2H6(g) n 1 -1 p(C2H4) 4530-6930=-2400Pa p(C2H4)=2400Pa 可得 x(C2H4)= 346.0693024002.21 理想气体状态方程 nRTPV ， 2.3g 乙醇气体所占的体积为 0 20 7.02.5 86 6 2
16、 933 14.846 3.2 pn R TV (m3) 在 0.0207 m3 气体中，空气的会压为 p(空 )=1.013105-5866=9.54104(Pa) 通入 1.013105Pa 的空气的体积为 V(空 )= 020.010013.1 02 0 7.01054.9 54 m3 5 80 289 300t/ C02 .8 41 0 .1486P /k P a。2.22 (1)HCl= 33 dmm o l125.36 %371018.1 (2)H2SO4= 33 dmm o l1898 %981084.1 (3)HNO3= 33 dmm o l1563 %691042.1 (4)
17、NH3= 33 dmm o l1517 %281090.0 2.23 由 AAxpp 得丙酮的物质的量分数为 x(丙酮 )= 9529.03733035570 pp设非挥发性有机物的摩尔质量为 M 由 x(丙酮 )= 9529.065812058120M得 M=58.2 1molg 2.24 由公式 bKt ff 得方程 10=1.86560m 解得 m=5580(g)=5.58(kg) 2.25 cRT 得 298314.8105013.13 M41022.10 1 3.1 2 9 83 1 4.85 M (gmol 1) 2.26 由公式 bKt ff 得 30.086.1 )56.0(0
18、 ffKtb1kgmol 对于稀溶液， cb 则 77 195 55.30 91031 4.830.0 3 bR Tc R T Pa 2.27 纯水杯的水全部转移入蔗糖溶液杯中 2.28 (1)面心立方晶胞的一个正方形面上，处于对角线上的三个质点相互接触，所以对角线的长为 4r(r 为质点半径 )。 所以 r= 145.0409.0241 (nm) (2) )(m1084.6)( n m1084.64 0 9.0 329323 V (3)一个晶胞中八个顶点处各有一个质点、六个面上各一个质点，因此独立的金原子数为： 4316818 (4) 3329323mkg101.191084.6 10100
19、2.60.1974 Vm 2.29 （ 1）错 (2) 错 (3) 错 (4) 错 2.30 一个晶胞中有四个碳原子 第三章化学热力学初步 习题 3.1 什么类型的化学反应 QP 等于 QV？什么类型的化学反应 QP 大于 QV？什么类型的化 学反应 QP 小于 QV？ 3.2 在 373K 时，水的蒸发热为 40.58 kJ mol 1。计算在 373K ， 1.013 105Pa 下， 1mol 水气化过程的 U 和 S(假定水蒸气为理想气体，液态水的体积可忽略不计 )。 3.3 反应 H2(g) I2(g) =2HI(g)的 rHm是否等于 HI(g)的标准生成焓 fHm?为什么？ 3.
20、4 乙烯加氢反应和丙烯加氢反应的热效应几乎相等，为什么？ 3.5 金刚石和石墨的燃烧热是否相等？为什么？ 3.6 试估计单质碘升华过程焓变和熵变的正负号。 3.7 已知下列数据 (1) 2Zn(s) O2(g)= 2ZnO(s) rHm(1) 696.0 kJ mol 1 (2)S(斜方 ) O2(g) = SO2(g) rHm(2) 296.9 kJ mol 1 (3) 2SO2(g) O2(g)= 2SO3(g)rHm(3) 196.6 kJ mol 1 (4) ZnSO4(s)= ZnO(s) SO3(g)rHm(4) 235.4 kJ mol 1 求 ZnSO4(s)的标准生成热。 3
21、.8 已知 CS2(1)在 101.3kPa 和沸点温度 (319.3K)时气化吸热 352J g 1。求 1molCS2(1)在 沸点温度时气化过程的 U、 H、 S。 3.9 水煤气是将水蒸气通过红热的碳发生下列反应而制得 C(s) H2O(g) = CO(g) H2(g) CO(g) H2O(g) = CO2(g) H2(g) 将反应后的混合气体冷至室温即得水煤气，其中含有 CO、 H2 及少量 CO2（水汽可 忽略不计）。若 C 有 95%转化为 CO， 5%转化为 CO2，则 1dm3 此种水煤气燃烧产生 的热量是多少（假设燃烧产物都是气体）？ 已知 CO(g) CO2(g) H2O
22、(g) fHm（ kJ mol 1）： 110.5 393.5 241.8 3.10 计算下列反应的中和热 HCl(aq) NH3(aq) = NH4Cl(aq) 3.11 阿波罗登月火箭用联氨 N2H4(1)作燃料，用 N2O4(g)作氧化剂，燃烧产物为 N2(g)和 H2O(1)。若反应在 300K， 101.3kPa 下进行，试计算燃烧 1.0kg 联氨所需 N2O4(g)的 体积，反应共放出多少热量 ? 已知 N2H4(l) N2O4(g) H2O(g) fHm（ kJ mol 1）： 50.6 9.16 285.8 3.12 已知下列键能数据 键 N N N Cl N H Cl Cl
23、 Cl H H H E(kJ mol 1)： 945 201 389 243 431 436 (1)求反应 2NH3(g) 3Cl2(g)= N2(g) 6HCl(g) 的 rHm； (2) 由标准生成热判断 NCl3(g)和 NH3(g)相对稳定性高低。 3.13 假设空气中含有百万分之一的 H2S 和百万分之一的 H2，根据下列反应判断，通常 条件下纯银能否和 H2S 作用生成 Ag2S? 2Ag(s) H2S(g) = Ag2S(s) H2(g) 4Ag(s) O2(g) = 2Ag2O(s) 4Ag(s) 2H2S(g) O2(g) = 2Ag2S(s) 2H2O(g) 3.14 通过
24、计算说明，常温常压下固体 Na2O 和固体 HgO 的热稳定性高低。 3.15 反应 A(g) B(s) = C(g)的 rHm 42.98kJ mol 1，设 A、 C 均为理想气体。 298K，标准状况下，反应经过某一过程做了最大非体积功，并防热 2.98kJ mol 1。 试求体系在此过程中的 Q、 W、 rUm、 rHm、 rSm、 rGm。 3.16 炼铁高炉尾气中含有大量的 SO3，对环境造成极大污染。人们设想用生石灰 CaO 吸收 SO3 生成 CaSO4 的方法消除其污染。已知下列数据 CaSO4(s) CaO(s) SO3(g) fHm / kJ mol 1 1433 635
25、.1 395.7 Sm / J mol 1 K 1 107.0 39.7 256.6 通过计算说明这一设想能否实现。 3.17 由键焓能否直接求算 HF(g)、 HCl(g)、 H2O(l)和 CH4(g)的标准生成焓？如能计算， 请与附录中的数据进行比较。 3.18 高炉炼铁是用焦炭将 Fe2O3 还原为单质铁。试通过热力学计算说明还原剂主要是 CO 而非焦炭。相关反应为 2Fe2O3(s) 3C(s) = 4Fe(s) 3CO2(g) Fe2O3(s) 3CO(g) = 2Fe(s) 3CO2(g) 3.19 通过热力学计算说明为什么人们用氟化氢气体刻蚀玻璃，而不选用氯化氢气体。 相关反应
26、如下： SiO2(石英 ) 4HF(g) =SiF4(g) 2H2O(l) SiO2(石英 ) 4HCl(g) =SiCl4(g) 2H2O(l) 3.20 根据热力学计算说明，常温下石墨和金刚石的相对有序程度高低。已知 Sm (石 墨 ) 5.740J mol 1 K 1， fHm (金刚石 ) 1.897kJ mol 1， fGm (金刚 石 ) 2.900kJ mol 1。 3.21 NO 和 CO 是汽车尾气的主要污染物，人们设想利用下列反应消除其污染： 2CO(g) 2NO(g) = 2CO2(g) N2(g) 试通过热力学计算说明这种设想的可能性。 3.22 白云石的主要成分是 C
27、aCO3 MgCO3，欲使 MgCO3 分解而 CaCO3 不分解，加热温 度应控制在什么范围？ 3.23 如 3.18 题所示，高炉炼铁是用焦炭将 Fe2O3 还原为单质铁。试通过热力学计算说明， 采用同样的方法能否用焦炭将铝土矿还原为金属铝？相关反应为 2Al2O3(s) 3C(s) = 4Al(s) 3CO2(g) Al2O3(s) 3CO(g) =2Al(s) 3CO2(g) 3.24 臭化肥 NH4HCO3 在常温下极易分解，从而限制了它的使用。通过热力学计算说明， 在实际应用中能否通过控制温度来阻止 NH4HCO3 的分解？ 3.25 比较下列各组物质熵值的大小 (1) 1molO
28、2(298K， 1 105 Pa) 1molO2(303K， 1 105Pa) (2) 1molH2O(s， 273K， 10 105 Pa) 1molH2O(l， 273K， 10 105Pa) (3) 1gH2(298K， 1 105Pa) 1molH2(298K， 1 105Pa) (4) n molC2H4(298K， 1 105 Pa) 2mol (CH2) n (298K， 1 105Pa) (5) 1molNa(s， 298K， 1 105Pa) 1molMg(s， 298K， 1 105Pa) 3.26 试判断下列过程熵变的正负号 (1) 溶解少量食盐于水中； (2) 水蒸气和
29、炽热的碳反应生成 CO 和 H2； (3) 冰熔化变为水； (4) 石灰水吸收 CO2； (5) 石灰石高温分解。 习题解答 3.1 当反应物中气体的物质的量比生成物中气体的量小时， Vp QQ ；反之则 Vp QQ ；当反应物与生成物气体的物质的量相等时，或反应物与生成物全是固体或液体时， Vp QQ 。 3.2 由公式 VpUpVUH )( 液体水的体积不计，水蒸气为理想气体，则 nRTVp 373314.840580RTHU 37479(J) 蒸发过程是在 373K、 1atm 下进行的，故该过程为可逆过程，可采用 TQS p 进行计算 )Km o lJ(8.1 0 83 7 34 0
30、5 8 0 11 S 3.3 不相等。 mrH 是进行一摩尔反应的反应热，它与反应式的书写有关；而 mfH 是指某温度下，由处于标准态的各种元素最稳定的单质生成标准状态下 1mol 该纯物质的反应热，它与反应式的书写无关。对本题 mrH =2 mfH 3.4 3.5 不相等 C 的同素异形体中，石墨最为稳定，即 0 mfH ；金刚石 0 mfH ；而石墨与金刚石燃烧的产物完全相同，因此可得两者的燃烧热不同。 3.6 焓变为；熵变亦为。 3.7 Zn(s)+S(s)+2O2(g)=ZnSO4(s)可由 )4()3(21)2()1(21 得到 因此 ZnSO4(s) 标准生成热 fHm= 21 rHm(1)+ rHm(2)+ 21 rHm(3)- rHm(4)= 2 0.696 (-296.9)+ 4.235)6.196(21 =-978.6 kJ mol 1 3.8 41068.27635 2 H J 9.833.3 1 9 1068.2 4 THS J K 1 44 1041.23.319314.811068.2 nR THU J mol 1
