物 经典 经典教材辅导用书化学系列 知识要点 测试题及解答 理化学辅导与习题详解 习题详解 高教版《物理化学》（第5版）（南京大学傅献彩） 器 金继红何明中编 华中科技大大烦社 http:/www.hustp.com
内容简介 本书是根据南京大学傅献彩、沈文霞、姚天扬、侯文华编的《物理化学》（第5版）而编写的一本 学习辅导用书。全书共14章，包括气体、热力学第一定律、热力学第二定律、多组分系统热力学及其 在溶液中的应用、相平衡、化学平衡、统计热力学基础、电解质溶液、可逆电池的电动势及其应用、 电解与极化作用、化学动力学基础（一）、化学动力学基础（二）、表面物理化学与胶体分散系统和大 分子溶液。 为了便于读者抓住重点和难点，巩固所学到的知识，提高解题能力，本书中每一章都由基本公 式、习题解答、自测题、自测题参考答案等四部分组成。 本书可作为化学化工类专业学生学习物理化学课程和备考研究生入学考试的参考教材，也可 供高等学校物理化学课程教师参考
前 言 物理化学是化学化工类专业的重要基础课，也是相关专业研究生入学考试的必 考科目。通过解题，可以加深对概念的理解和对公式的灵活运用，同时可提高学生独 立分析问题、解决问题的能力。 由高等教有出版社出版、南京大学傅献彩等编的《物理化学》自1961年初版以 来，是一本被许多院校普遍采用的经典教材。我们曾编写了与《物理化学》（第4版）相 配套的题解一《物理化学习题详解》。为了帮助同学们学习物理化学课程及备考研 究生入学考试，我们编写了这本题解。本书对《物理化学》（第5版）的全部习题做了解 答。为了便于读者抓住重点和难点，巩固所学知识，提高解题能力，每一章都列有基本 公式，还选编了一部分自测题，并附有参考答案。 本书与《物理化学》（第5版）采用的将号和单位基本保持一致。 由于编者水平有限，书中难免存在不当甚至错误之处，敬请各位同仁和读者不吝 赐教与指正。 编者 2007年5月于武汉
目 录 第一章气体.（们） 基本公式 习题详解 (2) 自测题.（们4） 自测题叁考答案 (15 第二章热力学第一定律. (18) 基本公式 (18) 习题详解.（们9） 自测题. (35) 自测题参考答案 (37 第三章热力学第二定律. (40) 基本公式 (40) 习题详解. (41) 自测题.。 (56) 自测题参考答案 (57) 第四章多组分系统热力学及其在溶液中的应用.(61 基本公式. (61) 习题详解.(61) 自测题. (72) 自测题参考答案 (74) 第五章相平衡 (76) 基本公式. (76) 习题详解.(76》 (92 自测题参考答案 (93) 第六章化学平衡 (96 基本公式.(96) 习题详解 (97 自测题.*.1**.4*t.t*8.40t(117) 自测题参考答案.(118) 第七章统计热力学基础.(121) 本公式.4*.(121) 习题详解 (123 自测题.(142) 自测题参考答案 (143)
·2+ 物理化学埔导与习题详解 第八章电解质溶液.（们46） 基本公式.(146） 习题详解 .(147) 自测题.(162) 自测题参考答案.(163) 第九章可逆电池的电动势及其应用. (166 基本公式.(166) 习题详解 (166) (189) 自测题参考答案. (190) 第十章电解与极化作用 (194》 基本公式.(194) 习题详解 (194) (205) 自测题参考答案. (207) 第十一章化学动力学基础（一）. (209) 基本公式. (209) 习题详解 (210) 自测夏.0.0.*.*.*.+. (234) 自测题参考答案. (236) 第十二章 化学动力学基础（二）. (239) 基本公式. (239) 习题详解 239 自测题. (255) 自测题参考答案. (257) 第十三章表面物理化学. (259) (259) 习题详解 (260 自测题. (269) 自测题参考答案. (271) 第十四章胶体分散系统和大分子溶液. (274) (274) 习题详解 (274) (283) 自测题参考答案.(284)
第一章气 体 基本公式 1.气体分子运动理论基本方程 pW=是mNu2 2.气体平均平动能与温度的关系 E=马kT,Em=3R7 3.Maxwell速率分布公式 -最”-器别 4.分子速率的三个统计平均值 最概然速率 &√网 平均速率 =√要 根均方速率 -√要 三种辣密之比 m:.:u=1:1.128:1.224 5.气体分子平动能的分布 三维空间 “ew-导)n版 二维空间 -京w-导别 能量为E,→0∞的分子占总分子的分数 =m-别 6.气体分子在重力场中的分布(Boltzmann公式) p=pexp-g】 7.分子的平均自由程 1= 1 (是单位体积分子数 8.互碰频率 同种气体分子互碰频率
·2· 物理化学辅导与习题详解 =2rd√昭n是单位体积分子数) 两种气体分子互碰频率 说√ 分子与器壁互碰频率 9.理想气体状态方程 AV =nRT,pV =RT 10.Dalton分压定律 的=p,p=∑p阳 Amagat分体积定律 V。=sRT/p,V=∑V(只适用于理想气体) l1.van der Waals方程 p+员V。-b)=R灯 van der Waals常数与临界常数的关系 V=3动，T.=27:A=270 -梁6=受受=号 对比状态方程 (x+是)(3B-1D=8r 式中，x=p/p,=Vn/Wme,=T/Te 12.压缩因子 2=0-导 习题详解 1.(1)在0℃及101.325kPa下，纯干空气的密度为1.293kg·m3,试求空气的表观摩尔质 量：(2)在室温下，某氮气锅瓶内的压力为538kPa,若放出压力为100kPa的氮气160dm3,钢瓶内 的压力降为132kPa,试估计钢瓶的体积。设气体近似作为理想气体处理。 解()假定空气为理想气体，设其表观摩尔质量为M,则 pV=nRT=覆RT,p=RT=&RT M=号T=(10.32g10×8.3145×273.15kg·mol- 1.293 =28.98×10-3kg·mol- (2)设钢瓶的体积为V,则 放出氮气前 PiV=mRT 放出氮气后 PaV =nRT
第一章气体 ·3 两式相减 (PI-Pi)V=(m-m:)RT 钢瓶的体积 V=-)R7 p一p2 1一2是放出氨气的物质的量，则 4-=100×10Pa60X10 2.两个体积相同的烧瓶中间用玻管相通，通人0.7ol氮气后，使整个系统密封，开始时，两瓶 的温度相同，都是300K,压力为50kPa,今若将一个烧瓶没人400K的油浴内，另一个烧瓶的温度 保持不变，试分别计算两瓶中氨气的物质的盘和温度为400K的烧瓶中气体的压力， 解开始时，两个烧瓶内气体压力为1，温度为T1。浸入油浴后，一个烧瓶的温度为T2,另一个 温度仍为T,但两烧瓶的压力仍是相等的，设为2，两个烧瓶内氮气总的物质的量在加热前后保持 不变，所以 -器-然+x p4=720z=(200x09）kPa=5.14kP 设T,=300K的烧瓶中氨气的物质的量为1，T2=400K的烧瓶中氨气的物质的量为2，则 [m1+h2=0.7mol 1品-是-8 解得 u1=0.4m0l,i2=0.3mol 400K的烧瓶中有0.30mol氮气，300K的烧瓶中有0.40mol氮气。 3.在293K和100kPa时，将He(g)充人体积为1dm'的气球内.当气球放飞后，上升至某一高度， 这时的压力为28kPa,温度为230K,试求这时气球的体积是原体积的多少倍 解假定He(g)为理想气体。 充气后的体积 V。=n(He)RTa/pg 升空后的体积 Vi=n(He)RT1/pI 长-=×器=28 升空后的体积是原来体积的2.8倍。 4.有2.0dm2潮湿空气，压力为101.325kPa,其中水汽的分压为12.33kPa。设空气中02(g) 和N(g)的体积分数分别为0.21和0.79，试求：(1)H,0(g),O,(g)N,(g)的分体积(2)O,(g) N:(g)在潮湿空气中的分压力。 解(1)水汽的分体积V(H,0)=Vx(H,0)=2.0dm3×0:325=0.243dm 空气的分体积V(空气)=V-V(H,0)=(2.0-0.243)dm3=1.757dm3 0:(g)和N:(g)的体积分数即为O,(g)和N,(g)的摩尔分数，所以 V(02)=V(空气)x(02)=1.757dm3×0.21=0.369dm V(N2)=V(空气)x(N2)=1.757dm3×0.79=1.388dm (2)p(空气)=p-p(水汽)=(101.325-12.33)kPa=88.995kPa
·4· 物理化学辅导与习题详解 O2(g)、N2(g)在潮湿空气中的分压力 p(02)=p(空气)x(02)=88.995kPa×0.21=18.689kPa p(N2)=p(空气)x(N,)=88.995kPaX0.79=70.306kPa 5.3.45gH2(g)放在10dm3的密闭容器中，从273K加热到373K,需提供多少能量？Hz(g)的 根均方速率是原来的多少倍？已知H,(g)的摩尔等容热容Cv,。=2.5R。 解E=nCT:-T)=[2品×25×8.3145×373-273)]J=356k灯 根均方速率 √受 所以 373K时H(g)的根均方速率是273K时的1.17倍 6.计算293K和373K时，Hz(g)的平均速率、根均方速率和最概然速率， 解293K时 平均速率 /8RT 8×8.3145X293 =√7-√311x2.016×10ms1=1.75×103m.s 根均方速率 最概然速率 √要-要 m·81=1.55×103m·81 同理可得373K时 =1.98×10m·s-1,4=2.15×103m·81，a=1.75X103ms1 7.计算分子动能大于10kJ的分子在总分子中所占的比例。 解假定分子只在一个平面上运动，分子动能大于，的分子在总分子中所占的比例为 =e.假定温度为298K,则动能大于10k灯的分子在总分子中所占的比例为 4==ew知-38X10×2=0 10×103 298K时，没有动能大于10kJ的分子. 8.在一个容器中，假设开始时每一个分子的能量都是2.0×10~1J,由于相互碰撞，最后其能 量分布服从Maxwel1分布。试计算：(1)气体的温度：(2)能量为1.9810-1J~2.02×10-24J之间 的分子在总分子中所占的分数（由于这个区间的间距很小，故用Maxwell公式的微分式）。 解(1)分子运动论认为分子的碰撞是完全弹性的，碰撞前后总动量不损失，在外界条件稳定 的情况下，气体的和T都不随时间而改变，所以气体的终止温度与起始温度是一样的。 Em=L店=之RT T=号货-号×02X10是0X10）K-96.57K 8.3145 (2) -2()广e(-导别a证 将r=3.14,k=1.38×10-aJ·K-1,T=96.57K,E=2.0×10-1J,dE=(2.02-1.98)×10-1J代 人上式计算，得
第一章气体 。5 =9.25×10- 9.根据速率分布公式，计算分子速事在最概然速率以及大于最概然速率1.1倍（即d。 0.1)的分子在总分子中所占的分数（由于这个区间的间距很小，可用微分式）。 解速率在→v十dv间的分子占总分子数的比例为 兴贵“n器 是装然速率=√受-01代人上式得 袋-贵"w]x1√要- =0.083 10.在293K和100kPa时，N,(g)分子的有效直径约为0.3nm,试求：(1)N,(g)分子的平均自 由程：(2)每一个分子与其他分子的碰撞频率，(3)在1.0m3的体积内，分子的互碰频率. 解(1)平均自由程 1= √2rnd 单位体积分子数 09x10）m=2.472x10*m 1 1=7分[72xwx2t2X1x0.3x10-y]n=1o1.2m 1 (2)一个分子与其他分子的碰撞额率 g==反√g =√2×[3.14×0.3×10-y×2.472×10√X 14X28 28] =4.65×10°s-1 (3)同种分子的互碰频率 -2drV隔 =5.75×104s1 11.一个容积为0.5m3的钢瓶内，放有16kg温度为500K的CH(g),试计算容器内的压力。 (1)用理想气体状态方程；(2)由van der Waals方程.已知CH,(g)的常数a=0.228Pa·m5·mol2 b=0.427×10-4m3·mol-1,M(CH)=16.0g·mol-1. (1)用理想气体状态方程计算 p==(100×8345X500)Pa=8.31×10Pm 0.5 (2)由van der Waals方程计算