工科大学化学复习考试必备

大学化学复习考试必备

《工科大学化学》习题解答

0章 绪论

一、理想气体状态方程式的应用

1．有一真空系统，容积为10.0L，25℃时的压力为1.33×10-3Pa，问容器中余气有多少摩？

解：PV=nRT

n = PV / RT

= 1.33×10-3Pa·10.0×10-3m3 / 8.314Pa·m3·mol-1·K-1·（25+273.15）K

= 5.37×10-9 (mol)

答：容器中余气约有5.37×10-9 mol

2．在一容器中装有混合气，恒温下，经实验测得其压力为86.66kPa，现从容器中抽出一定量的气体，在100kPa压力下其体积为1.52ml，此时容器中气体的压力减小到80kPa，求该容器的体积。

解：设该容器体积V0 ml，抽出的气体为n1 mol，剩n2 mol

由PV = nRT得n = PV/RT

则 n0 = n1+ n2 且V2 = V0

PV0/RT = P1V1/RT + P2V2/RT

PV0 = P1V1 + P2V0

则 V0 = P1V1 / (P-P2)

≈ 22.8 ml

答：该容器的体积约为22.8 ml

7．680K时，2.96g氯化汞在1.00L的真空容器中蒸发，测得容器中蒸气的压力为60.795kpa，求氯化汞蒸气的相对分子质量和分子式。

解：设氯化汞分子式为HgClx则：

m(HgClx)=2.96g n(HgClx) = m(HgClx) / M(HgClx)

V = 1L = 1dm3 = 10-3m3 P=60.795kPa T=680K

由理想气体状态方程得：

PV = nRT

PV = m/M RT

M(HgClx) = m(HgClx)RT / PV

= 2.96g×8.314Pa·m3·mol-1·K-1×680K / 60.795kPa×100-3m3

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= 275.3 g/mol

由表查得M(Hg) = 200.6g/mol

x = 275.3 g/mol – 200.6 g/mol / 35.5g/mol

=2

∴ 氯化汞蒸气相对分子式为HgCl2，相对分子质量为275.3。

二、分压定律

3．一盛有N2的容量在25℃时，测得其压力为2.0×10-3kPa。然后再通入一定量的O2于容器中，测得容器中气体的压力为0.1kPa。求容器中N2和O2的摩尔分数。

解：根据混合气体的分压定律

摩尔分数xi = ni/n总 = Pi/P总 = Vi / V总，已知PN2=2.0×10-3kPa，又 PO2 = P总－PN2 = 9.80×10-2kPa

∴xN2 = PN2 / P总 = 2.0×10-3kPa / 0.1kPa = 0.02

∴ xO2 = PO2 / P总 = 9.80×10-2kPa / 0.1kPa = 0.98

答：容器中N2和O2的摩尔分数分别为0.02和0.98。

5．已知混合气体中N2、O2、Ar的体积分数分别为78%、21%、1%，试求：273.15K、100kPa压力下，混合气体中各气体的分压。

解：由Pi = Vi / V总×P总，得

P(N2) = 100kPa×0. 78 = 78kPa

P(O2) = 100kPa×0. 21 = 21kPa

P(Ar) = 100kPa×0. 01 = 1kPa

答：混合气体中N2、O2、Ar的分压分别为78kPa、21kPa、1kPa。

4．用排水集气法在20℃和100kPa下收集到氢气200ml。计算该温度和压力下干燥氢气的体积。[20℃时P(H2O) = 2.338kPa]

解：设排水集气法收集到的氢气体积为V1（V1=200ml），压力为P1；其中干燥氢气的体积为V2，压力为P2 （P2=100kPa）

由题意可知，T = 20℃恒定，则有：P1V1 = P2V2

又知道20℃时，P(H2O) = 2.338kPa

∴ P1 = P总-P(H2O) = 100kPa – 2.338kPa = 97.662kPa

∴V2 = P1V1/P2

= 97.662kPa×200ml/100kPa

=195.324 ml

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答：在20℃和100kPa压力下干燥氢气的体积是195.324ml

6．在300.15K时将0.2mol H2，0.022kgCO2、0.004kgO2等气体装入到3.0L的容器中，试求混合气体的总压力和各气体的分体积。

解：由式n = m/M

可得 n(CO2) = 0.022×103 g/ 44g·mol-1 = 0.5mol

n(O2) = 0.004×103g / 32g·mol-1 = 0.125mol

已知 n(H2)=0.2mol

∴n(总) = n(H2) + n(CO2) + n(O2) = 0.2mol + 0.5mol+0.125mol=0.825mol

由式PV=nRT 得 P总 = n总RT/V

∴P总 = 0.825mol×8.314kPa·L·mol-1×K-1×300.15K/3L

=686.25 kPa

由式V = nRT/P

∴ V(H2) = 0.2mol×8.314kPa·L·mol-1·K-1×300.15K/686.25kPa=0.73L

V(CO2) = 0.5mol×8.314kPa·L·mol-1·K-1×300.15K/686.25kPa=1.82L

V(O2) = 0.125mol×8.314kPa·L·mol-1·K-1×300.15K/686.25kPa=0.45L

三、气体反应

8．将N2与H2以1∶3的比例装入密封容器，在温度为637K，1418.55kPa条件下反应平衡时，测得氨的体积分数为9%，试计算平衡时各气体的分压。

解：由混合气体的组成摩尔分数表示法，且反应恒温恒压条件下进行

xi = Vi / V总 = Pi / P总

P(NH3) = P总×Vi/V总 = 1418.55kPa×9% = 127.670kPa

由混合气体分压定律

P（N2+H2）=P总-PNH3=1418.55kPa-127.670kPa=1290.880kPa

由N2与H2反应生成氨的反应方程式：N2 + 3H2 = 2NH3

N2与H2反应前体积比为1∶3

∴反应后N2与H2体积比仍为1∶3

则 P(N2) = P（N2+H2）×1/4 = 322.72kPa

P(H2) = P（N2+H2）×3/4 = 968.16kPa

答：平衡时N2的分压为322.72kPa， H2的分压为968.16kPa。NH3的分压为127.67 kPa。

9．6mol O2和8mol SO2在一容器中按下列反应式进行反应：2SO2+O2=2SO3，测得反应后剩余的SO2量为加入量的20%，求：

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（1）反应后SO2、O2和SO3的物质的量

（2）反应后混合气体的总压力和各气体的分压（设反应前后容器体积，温度不变，反应前混合气体的总压为100kpa）

解：（1）根据反应式：2SO2 + O2 = 2SO3

反应前：8mol 6mol 0mol

变化量：6.4mol 3.2mol 6.4mol

反应后：1.6mol 2.8mol 6.4mol

∴ 反应后有n（SO2） =1.6mol n（O2）= 2.8mol n（SO3）= 6.4mol

（2）∵ 反应前后V、T一定 ∴ P前/P后 = n前/n后

∴P后 = P前n后/n前=100kPa×10.8mol/14mol=771.1kPa

由 xi = Pi/P总=ni/n总，得出：Pi = P总ni/n总

∴ P(SO2) = 1.6mol/10.8mol×77.1kPa=11.4kPa

P(O2) = 2.8mol/10.8mol×77.1kPa=20.0kPa

P(SO3) = P后－P(SO2) = 45.7kPa

答：反应后SO2、O2和SO3的物质的量分别为1.6mol、2.8mol和6.4mol，反应后混合气体的总压力为771.1kPa，SO2、O2和SO3的分压分别为11.4kPa、

20.0kPa和45.7kPa。

四、气体扩散

10．在1m长的透明玻璃管两端分别同时放置浓氨水和浓盐酸，试计算在玻璃管离盐酸端多长的距离，首先出现NH4Cl白色烟雾。

解：设首先出现NH4Cl白色烟雾的位置离浓氨水的距离为LNH3，离浓盐酸的距离为LHCl。

VB VA 已知M（HCl）= 36.5 M（NH3） = 17.0

∴

VNH3

VHCl 1.465 ∵ 扩散距离之比等于扩散速率之比

∴ LNH3/LHCl=1.465/1

又 LNH3 + LHCl = 1m

LNH3 = 1.465LHCl

LHCl = 1m/(1+1.465)≈0.406m

答： 距盐酸端约0.406m处首先出现白色烟雾。

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