工科化學與實驗(金繼紅)第1章+思考題與習題答案

1、 / 14第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)思考題答案1、物質(zhì)的氣、液、固三種狀態(tài)各具有哪些特性?分孑同作用才前司心壬注我大家大無切定而棧有直定缽根氣體很大無國定形狀無審定體積2、什么是理想氣體？理想氣體能否通過壓縮變成液體？1)理想氣體：在各種溫度、壓強的條件下，其狀態(tài)皆服從方程pV=nRT的氣體稱理想氣體(idealgas),是理論上假想的一種將實際氣體分子本身體積和分子間相互作用力性質(zhì)加以簡化的氣體。人們把假想的，在任何情況下都嚴格遵守氣體三定律的氣體稱為理想氣體。就是說：一切實際氣體并不嚴格遵循這些定律，只有在溫度較高，壓強不大時，偏離才不顯著。所以一般可認為溫度大于500K或者壓強不高于1.01X

2、105帕時的氣體為理想氣體。2)理想氣體壓縮成液體：不可以，理想氣體的相圖上沒有相變過程，理想氣體分子大小為0,而且之間沒有作用力，這個模型太簡單了，所以無論靠得多近也不會成為凝聚體，理想氣體本身就是不存在的。考慮了分子相互作用的氣體模型才能發(fā)生相變，像范德瓦爾斯氣體就可以發(fā)生相變。3、范德華方程對理想氣體做了哪兩項校正？1）在pVm=RT方程式中，Vm是1mol氣體分子自由活動的空間。理想氣體因為分子本身沒有體積，則就等于容器的體積。對于真實氣體來說，因為要考慮分子本身的體積，所以1mol氣體分子自由活動的空間已不是Vm,而要從Vm中減一個與氣體分子本身體積有關(guān)的修正項b。對1mol氣體而言

3、：Vm,idVmb實驗表明，從數(shù)量級上看b的值粗略等于該氣體物質(zhì)的液體的摩爾體積。2）在pVm=RT方程中p是指分子間無引力時，氣體分子碰撞容器壁所產(chǎn)生的壓力。但由于分子間引力的存在，真實氣體所產(chǎn)生的壓力要比無引力時小。若真實氣體表現(xiàn)出來的壓力為aap,換算為沒有引力時（作為理想氣體）的壓力應該為pO范德華把項稱為分子內(nèi)VmVm壓，它反映分子間引力對氣體壓力所產(chǎn)生的影響。aVJp真實二p理想式中a為一比例系數(shù)，它與真實氣體分子間的引力大小有關(guān)。經(jīng)過兩項修正，真實氣體可看作理想氣體加以處理。用Vm-b代替理想氣體狀態(tài)方程中的aVm,以p工代替方程中的p,即得到范德華方程式:Vmpa/V：（Vmb

4、）RT或pn2a/V2（Vnb）nRT以上即為著名的范德華方程。方程式中的a,b是氣體的特性參量，稱為范德華參量（常數(shù)）。它們分別與氣體分子之間引力的大小及氣體分子本身的體積大小有關(guān)。范德華認為，a和b的值不隨溫度而變。一般來說，對于較易液化的氣體，如Cl2,SQ等，a的值較大，說明這些氣體分子間的吸引力較強；而對于如H2,He等不易液化的氣體，a的值很小，說明分子間的引力很弱。4、什么叫沸點？什么液體的飽和蒸氣壓？溫度對液體飽和蒸汽壓有什么影響？外壓對液體沸點有什么影響？1）沸點：沸騰是在一定溫度下液體內(nèi)部和表面同時發(fā)生的劇烈汽化現(xiàn)象。液體沸騰時候的溫度被稱為沸點，即液體的飽和蒸氣壓與外界壓

5、強相等時的溫度。不同液體的沸點是不同的，所謂沸點是針對不同的液態(tài)物質(zhì)沸騰時的溫度。沸點隨外界壓力變化而改變，壓力低，沸點也低。液體濃度越高，沸點越高。2）飽和蒸汽壓：當液體汽化的速率與其產(chǎn)生的氣體液化的速率相同時的氣壓。3）液體的飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系可用克勞修斯-克拉佩龍方程式表示：*dpHm*dTTVmdlnP_?H汽dT=RT在溫度較小的變化范圍內(nèi)，H汽可視為常數(shù)，對上式積分得:B T R汽H- p n0204060S0100120144160102004）外壓對液體沸點的關(guān)系沸點是液體的飽和蒸氣壓與外界壓強相等時的溫度。沸點隨外界壓力變化而改變，壓力低，沸點也低。PV=nRT,因為壓力

6、越高，在其它條件不變的情況下，溫度越高。當其氣壓要升高到飽和蒸汽壓時，需要更高的溫度才可以得到沸騰狀態(tài)，即外壓升高，沸點也越高。5、溶液濃度的常用表示方法有哪幾種？如果工作環(huán)境溫度變化較大，應采用哪一種濃度表示方法為好？1）B的物質(zhì)的量濃度CbB的物質(zhì)的量濃度，單位為molL-1。nB物質(zhì)B的物質(zhì)的量，單位為mol。V一混合物的體積，單位為L。2）溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度bBnB-mAbB溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，單位為molKgnB溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，單位為mol。mA溶劑的質(zhì)量，單位為kg。3）溶質(zhì)B的摩爾分數(shù)2bnBB的物質(zhì)的量，SI單位為mol;n-混合物總的物質(zhì)的量，SI單位為molBSI單位

7、為1。兩組分的溶液系統(tǒng)：溶質(zhì)B的量分數(shù)：BnBnAAb溶劑A的量分數(shù):AaAb任何一個多組分系統(tǒng)，則質(zhì)量濃度的值不因溫度變化而變化，而體積濃度的值隨溫度的變化而相應變化。如果工作環(huán)境溫度變化較大，采用質(zhì)量摩爾濃度表示方法為好。6、兩只各裝有1kg水的燒杯，一只溶有0.01mol蔗糖，另一只溶有0.01molNaCl,按同樣速度降溫冷卻，則哪個先結(jié)冰？因為NaCl完全解離，相當于溶質(zhì)的濃度增大，所以凝固點降低更多，故按同樣速度降溫冷卻，蔗糖先達到結(jié)冰的凝固點。7、為什么人體輸液用一定濃度的生理鹽水或葡萄糖溶液？因為人體內(nèi)的細胞要在生理鹽水和一定濃度的葡萄糖溶液中才能保持正常形態(tài)，因為他們的濃度是

8、臨床規(guī)定中符合人體情況的等滲溶液，否則會因為在濃度過高或低的情況下，發(fā)生高滲或低滲的情況，導致人體內(nèi)的細胞因滲透壓的變化而失水皺縮導致血栓，或者吸水破裂導致溶血。因此輸液時使用一定濃度的生理鹽水或葡萄糖溶液是為了使身體的滲透壓維持穩(wěn)定狀態(tài)。8、在兩只燒杯中分別裝入等體積的純水和飽和的糖水，將兩只燒杯放在一個鐘罩中，一段時間后，會發(fā)生什么現(xiàn)象？糖水的液面上升，純水的液面下降，因為兩者的表面飽和蒸汽壓（水）有區(qū)別。糖水的飽和蒸汽壓比較 由于蒸汽水分子在作 使糖水和純水的飽和溶液的飽和蒸汽壓比純?nèi)軇┑停芤簼舛仍酱?，蒸汽壓下降的越多。低，純水的飽和蒸汽壓相對較高，但是在一個鐘罩中，總的氣壓一定。不停

9、息的無規(guī)則運動，可看做是純水中的水分子運動到糖水的杯子里，蒸汽壓等于總氣壓，最后糖水的體積變大，純水體積減少。9、膠體和溶液有哪些相似和不同，膠體有哪些特殊性質(zhì)?分散系分散相粒子百密叱特性具溶液111113生理掛水擰能通過掂泄和半透膜，丁酹快,超顯微鏡下不I她屋陞分散系溶脫1IDOnm溶股拈力學不耦定體系：料子均能透過濾喉，不能透過半逶幅擴散下切顯微置卜可見黑液強白度、核酸水溶液熱力學稔足體系：粒（均能透過濾衽,不能透過半透膜，擴歆慢，越顯哦優(yōu)卜川兒溶液膠體微粒直徑（膠體）+3HC1復分解法：如碘化銀膠體的制備：AgNO3+KI=AgI（膠體）+KNC312、晶體與非晶體的區(qū)別晶體：內(nèi)部微粒（

10、原子、離子或分子）在空間按一定規(guī)律做周期性重復排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。如石英、云母、食鹽、明磯等。非晶體：內(nèi)部原子或分子的排列呈現(xiàn)雜亂無章的分布狀態(tài)的固體物質(zhì)。如玻璃、橡膠、松香、瀝青等。晶體與非晶體的主要區(qū)別晶體非晶體性質(zhì)自范性（本質(zhì)區(qū)別）有無各向異性有無固定熔沸點有無能否發(fā)生X射線衍射（最科學的區(qū)分方法）能不能（能發(fā)生散射）內(nèi)能小而最穩(wěn)定大III不穩(wěn)7E1）外形晶體都具有規(guī)則的幾何形狀，而非晶體沒有一定的幾何外形。晶體自范性的本質(zhì)：晶體中粒子微觀空間里是呈現(xiàn)周期性的有序排列的。晶體內(nèi)部質(zhì)點排列有序，外形規(guī)則。例如。在氯化鈉晶體內(nèi)部，無論任何方向上C和Na+都是相間排列的，如圖1,代表Na離子，

11、。代表Cl離子，其外形是非常規(guī)則的立方形，從鹽場生產(chǎn)的粗大鹽粒到實驗室用的基準氯化鈉微粒，無論大小都是立方形的。圖1NaCl晶體結(jié)構(gòu)非晶體內(nèi)部質(zhì)點排列雜亂無章，外形不規(guī)則。例如玻璃內(nèi)部各種離子雜亂無章地堆積在一起，外形沒有一定之規(guī)，人們可以在生產(chǎn)中任意改變其外部形貌。眾多構(gòu)造繁雜外形精美的玻璃藝術(shù)品，正是利用玻璃外形可以任意改變的性能而加工制成的。一些蠟像藝術(shù)品也是因為石蠟屬于非晶體而得來。2）各向異性晶體的各種物理性質(zhì)，在各個方向上都是不同的，即各向異性；非晶體則顯各向同性。由于晶體內(nèi)部質(zhì)點排列有序，在不同的方向上質(zhì)點的排列密度往往不同，因此在不同的方向上晶體對光、電、磁、熱的傳導速率和強度

12、往往具有較大差異，這種差異被稱之為各向異性。例如，石墨和藍寶石是常見的晶體，其中石墨的結(jié)構(gòu)呈層狀，在與層垂直方向的導電率為與層平行方向上導電率的1/10000;藍寶石在不同方向上的硬度是不同的。對于非晶體而言，從微觀角度講，質(zhì)點的排列雜亂無序，從宏觀統(tǒng)計的角度看，在所有方向上質(zhì)點的排列密度均相同，對光、電、磁、熱的傳導速率和強度也都相同，所以是各向同性的。例如玻璃在破碎時，其碎片的形狀是完全任意的。需要注意的是，并非所有晶體都具備各向異性，當晶體內(nèi)部的質(zhì)點在各個方向上排列相同時，它就是各向同性的，如氯化鈉、氯化鉀、氯化葩等晶體都是各向同性的。3）熔點晶體必須到達熔點時才能熔解，而非晶體在熔解的

13、過程中，沒有明確的熔點，隨著溫度升高，物質(zhì)首先變軟，然后逐漸由稠變稀。晶體在熔化時，溫度不變，晶體有確定的熔點和凝固點，同一種晶體物質(zhì)的凝固點跟它的熔點相同，不同的晶體，具有各不相同的熔點和凝固點。例如在常壓下，當冰的溫度達到熔點（273.15K）時，冰必定開始熔化，同樣當氯化鈉的溫度達到熔點（1074K）時，也必定開始熔化。而當加熱石蠟、瀝青、玻璃、塑料等無定形固體時，你只能觀察到它們逐漸軟化，最后變成也就是說它們根本了易流動的液體，但你永遠無法知道它們是在哪一確切溫度開始熔化的,就沒有固定的熔點。表晶體和非晶體融化和凝固的比較晶體非晶體物質(zhì)舉例海波、冰、石英、食鹽、水晶、明磯、各種金屬松香

14、、玻璃、蜂蠟、瀝青熔點和凝固點同一晶體的熔點和凝固點相同非晶體無固定的熔點和凝固占八、熔化過程吸收熱量.溫度小艾吸收熱量，溫度升高凝固過程放出熱量，溫度小笠放出熱量，溫度降低熔化條件溫度達到熔點，繼續(xù)吸熱吸收熱量凝固條件溫度達到凝固點，繼續(xù)放熱放出熱量融化曲線源度匕“時間加IJ1溫度/工X.a時間Zmiu凝固曲線溫度/%一II湍度/七用時間Zm.n“時間Anin13、晶體分幾個晶系？有什么特征？根據(jù)晶胞參數(shù)的特征，將晶體分為七大晶系。晶系右R菲點得品看布枝胃點陶HMTrictinio藺單三居六力曾單六方a-s-b-c.工手口才里料IrniM1inif商單更希菱方對EbuMdfj街重茅方展心堂科

15、3二%口二C二丫壬？丁四聲1止石；筒單日方杵主士/口=3=、體心四方正文簡單工交amb*g,ci-f-I90”底口正立立宮Cubi9簡單立方體心正交a=fi-c,fl-3=hf=P0*體心立於面心F交由心-7H7上方六方第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)習題答案、選擇題BA B A DB、計算題1.計算273.15K,100KPa時甲烷氣體（視作理想氣體）的密度。解：理想氣體公式pV=nRT=?則pM=?=?nrt?100000?X16?33貝叱而a*?弓x273.15?=705?3=口705?32.某地空氣中含N2、O2和CO2的體積分數(shù)分別為0.78、0.21和0.01,求N2、O2和CO2的摩爾分數(shù)和

16、空氣的平均摩爾質(zhì)量。（空氣可視為理想氣體）解：對于理想氣體，摩爾分數(shù)等于體積分數(shù)，所以N2、O2和CO2的摩爾分數(shù)分別為0.78、0.21和0.01。平均摩爾質(zhì)量?7?2) ?(? +?口？2) ?% ?) +?7?2)?(?)+?(?!)+?(?=?)?(?)+?)?(?)+?)?=(0.78X28+0.21X32+0.01X44)g/mol=29g/mol3.某氣體（可視作理想氣體）在202.650kPa和27c時，密度為2.61kg?m-3,求它的摩爾質(zhì)量。解：對于理想氣體pV=nRT=?貝(pM=?=?貝(JM=?2.61*8.314*300.1=0032k?-?=32?4.1molN

17、2和3molH2混合，在25c時體積為0.4m3,求混合氣體的總壓力和各組分的分壓力。解：對于理想氣體pV=nRT,則p總=RT=8.314?；?；?-1X298.15K=24788?v總.一?今N2分壓力p?2=x?2p=?鼠p總=0.25X24788?=6197?2?2H2分壓力p?2=x?2p=?7?+?rp總=0.75X24788?=18591?邕?邕5.合成氨原料氣中氫氣和氮氣的體積比是3:1,原料氣的總壓力為1.52X107Pa。求：（1）氫氣和氮氣的分壓力；（2）若原料氣中還有氣體雜質(zhì)4%（體積分數(shù)），原料氣總壓力不變，則氫氣和氮氣的分壓力各是多少解：（1）假設(shè)氣體均為理想氣體，

18、則p?2=x?p總=?丹?p總=0.75X1.52X107?1.14X107?2?2則p?=3.8X106?（2）若原料氣中還有其他氣體雜質(zhì)4%,貝Up?2=x?2p=+善p總=0.75X（1-4%）X1.52X107?1.0944X?殳+?2+?？107?則p?3=0.25X（1-4%）X1.52X107?3.648X106?6.將10gZn力口入至ij100cm3鹽酸中，產(chǎn)生的氫氣在20c及101.325KPa下收集，體積為2.00dm3,。問氣體干燥后體積多少？已知20C時水的飽和蒸汽壓是2.33KPa。解:勾氣分壓為二P(H2)-一戶(水)=。01325-2.3引力=.99.00kPa

19、劃之)=RTr干)fi(H2)R7p(H2)RT?9.00 xIO3Pax2.00 x10-3m395；|(-Jm3RTP101325x10Pa.在1dm3的容器中放入0.13molPCl5氣體，在250c時有80%的PCl5氣體按下式分解：PCl5(g尸PCl3(g)+Cl2(g)。計算混合氣體的總壓力。解：設(shè)反應過程中所有的氣體均為理想氣體。貝U250C時，n(PCl5)=0.13molX0.2=0.026mo(PCl3)=n(PCl2)=0.13molx0.8=0.104n總RTmol.(0.026+0.104+0.104)molX8.314?,?1x(27315+250)KB1X10-

20、3?3-=1.02X16?.1molCO2氣體在40C時體積為0.381dm3,實驗測得氣體壓力為5.07X106Pa,分別用理想氣體狀態(tài)方程和范德華方程計算氣體的壓力解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，pV=nRT,MrtnRT1?x8.314?313.15?.貝Up=丁=0.381X1-3?3=6.83x1Pa；a根據(jù)氾德華萬程(P+慈)(V?-b)=RT,查詢CO2的范德華常數(shù)a=0.3568Pa?m6?mol-2,b=0.428x104m3?mol-1則p =RTaV?-b?8.314?-1 X 313.15?(0.381 x 1-3 -0.428 x 104 )?3 ?0.3658 Pa?m

21、6 ?(0.381 x 1(3 ?3?2=5.18x6(Pa.質(zhì)量分數(shù)為0.12的AgNO3水溶液在20c和標準壓力下的密度為1.1080kg?dm-3。試求AgNO3水溶液在20c和標準壓力下的摩爾分數(shù)、質(zhì)量摩爾濃度及物質(zhì)的量濃度。解：在20c和標準壓力下，取1dm3的AgNO3水溶液為例計算AgNO3溶液的質(zhì)量:m(溶液尸pV=1.1080kg?dri3x1d3=1.1080kgAgNO3的質(zhì)量：m(AgNO3)=0.12Xm(溶液)=0.12x1.1080g=0.1330kgAgNO3的物質(zhì)的量n(AgNOs)=m(AgNO3)=133g=07828?Cgr-3HJI”、HJ里.ncgi

22、Y。3)M(AgNO3)169.9g?;.日/cc八m(?2?)1.108kgx0.88水的物質(zhì)的重：n(?=曬茴=/g?=54.17?n(AgNO3)0.7828?AgN。3的摩小多數(shù)：x(AgNO3)=n(AgNO3)+?(?)=0.7828?+54.17?=?0.0142AgNO3的質(zhì)量摩爾濃度：b(AgNO3)=鬻：)=送篙W=0.8028?m(?2?)1.1080kgx0.88n(AgNO3)0.7828?3AgNO3的物質(zhì)的量儂度：c(AgNO3)=?=1dm3=0.7828?-320c時，乙醛的蒸汽壓為58.95kPa,今在0.1kg乙醛中加入某種不揮發(fā)性有機物0.01kg,乙醛

23、的蒸汽壓下降到56.79kPa,求該有機物的相對分子質(zhì)量。解：根據(jù)拉烏爾定律，溶液中溶劑的蒸汽壓等于純?nèi)軇┑恼羝麎撼艘匀芤褐腥軇┑哪柗謹?shù)，設(shè)溶劑乙醍為A,溶質(zhì)不揮發(fā)性有機物為B；則PA=PA*XA；PA=PA（1-XB）,貝UPA-pA=PAXB。0.01 ?/?x310?.01 ?/?則綠=?際短=？?會短,，代入數(shù)據(jù)則(58.95-56.79)Xkpa=58.95kPaXMB=194.7g?mol-10c及平衡壓力為810.6kPa下，1kg水中溶有氧氣0.057g,問相同溫度下，若平衡壓力為202.7kPa時，1kg水中能溶有多少克氧氣？解：由Henry定律知，在一定溫度和平衡狀態(tài)下，

24、氣體在液體中的溶解度(質(zhì)量摩爾濃度)和該氣體的平衡分壓成正比。則P(O2)=k?X(O2)。壓力為810.6kPa時,x(O2)=n(O2)/(n(H2O)+n(O2)=0.057g/(32g?mol-1)/(1000g/18g?mol-1+0.057g/(32g?mol-1)=3.21x10k=p(O2)/b(O2)=810.6kPa/3.21-5=2.53x17kPa；壓力為202.7kPa時，x(O2)=p(O2)/kn(O2)x(O2)xn(H2O)=(p(O2)/k)xn(H2O)=(202.7kPa/2.537kPa)x(1000g/18g?mol-1)=4.44X寸mol貝Um(O2)=4.44X-f032g=0.014g。101.3kPa時，水的沸點為100C,求0.09kg的水與0.002kg的蔗糖(Mr=342)形成的溶液在101.3kPa時的沸點。已知水的沸點升高常數(shù)kb=0.513K?kg?mol-1。解：由沸點升高公式可以ATb=kbmB,mB=nB/mA=(0.002kg/342g?mol-1)/0.09kg=6.502m0l?kg-1；ATb=6.50 x10mol?kg-1x0.513K?kg?mO1=0.03K,則溶液的沸點為100.0