物理化学核心教程第二版答案第六章

第 一 章 气 体

物理化学核心教程（第二版）参考答案

第 一 章 气 体

一、思考题

1. 答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。

2. 答：不一定相等。根据理想气体状态方程，物质的量相同，则温度才会相等。 3. 答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。

（2）两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。

4. 答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。

5. 答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体

第 一 章 气 体

物理化学核心教程（第二版）参考答案

第 一 章 气 体

一、思考题

1. 答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。

2. 答：不一定相等。根据理想气体状态方程，物质的量相同，则温度才会相等。 3. 答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。

（2）两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。

4. 答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。

5. 答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体

3第一章 气体 一．基本要求

1．了解低压下气体的几个经验定律；

2．掌握理想气体的微观模型，能熟练使用理想气体的状态方程；

3．掌握理想气体混合物组成的几种表示方法，注意Dalton分压定律和Amagat分体积定律的使用前提；

4．了解真实气体p?Vm图的一般形状，了解临界状态的特点及超临界流体的应用；

5．了解van der Waals气体方程中两个修正项的意义，并能作简单计算。 二．把握学习要点的建议

本章是为今后用到气体时作铺垫的，几个经验定律在先行课中已有介绍，这里仅是复习一下而已。重要的是要理解理想气体的微观模型，掌握理想气体的状态方程。因为了解了理想气体的微观模型，就可以知道在什么情况下，可以把实际气体作为理想气体处理而不致带来太大的误差。通过例题和习题，能熟练地使用理想气体的状态方程，掌握p,V,T和物质的量n几个物理量之间的运算。物理量的运算既要进行数字运算，也要进行单位运算，一开始就要规范解题方法，为今后能准确、规范地解物理化学习题打下基础。

掌握Dalton分压定律和Amagat分体积定律的使用前提，以免今后在不符合这种前提下使用而导致计算错误。

在教师使用与“物理化学核心教程”配套的多媒体讲课软件讲课时，要认真听讲，

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第九节 电动势测定的应用

一、判断化学反应方向方法： 将反应设计为电池 按Nernst方程求E E>0 正向 E<0 逆向 例 Fe能否将Fe3+还原为Fe2+ ? 反应 Fe + 2Fe3+ 3Fe2+ 电池

负 Fe –2e Fe2+ 正 2Fe3+ +2e 2Fe2+

–= –0.4402 V +=0.7710 VE =1.2112 V

电动势

RT E E ln Qa 2F

因E 很大，E>0,正向进行(若E 不太大，还应考虑Qa)

二、求化学反应的平衡常数方法：将反应设计为电池，根据电池电动势E 与电池反应 的关系求Ka。用此法还可求出难溶盐的活度积。

ΔrGm zE F RTlnK a

RT E lnK a zF

例 计算298 K时，反应：Ce4++ Fe2+ Fe3+ + Ce3+的标 准平衡常数。 解： 设计电池 Pt|Fe2+ (a=1), Fe3+ (a=1)‖Ce4+ (a=1), Ce3+ (a=1)|Pt Ce4 /Ce3 1.61V Fe 3 /Fe 2 0.771V

ln K a

zFE 1 96500 (1.61 0.771)

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第九节 电动势测定的应用

一、判断化学反应方向方法： 将反应设计为电池 按Nernst方程求E E>0 正向 E<0 逆向 例 Fe能否将Fe3+还原为Fe2+ ? 反应 Fe + 2Fe3+ 3Fe2+ 电池

负 Fe –2e Fe2+ 正 2Fe3+ +2e 2Fe2+

–= –0.4402 V +=0.7710 VE =1.2112 V

电动势

RT E E ln Qa 2F

因E 很大，E>0,正向进行(若E 不太大，还应考虑Qa)

二、求化学反应的平衡常数方法：将反应设计为电池，根据电池电动势E 与电池反应 的关系求Ka。用此法还可求出难溶盐的活度积。

ΔrGm zE F RTlnK a

RT E lnK a zF

例 计算298 K时，反应：Ce4++ Fe2+ Fe3+ + Ce3+的标 准平衡常数。 解： 设计电池 Pt|Fe2+ (a=1), Fe3+ (a=1)‖Ce4+ (a=1), Ce3+ (a=1)|Pt Ce4 /Ce3 1.61V Fe 3 /Fe 2 0.771V

ln K a

zFE 1 96500 (1.61 0.771)

第一章气体

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第一章气体

一、思考题

1. 如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？

答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。

2. 在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？

答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。

3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273 K，右球的温度为293 K时，汞滴处在中间达成平衡。试问：

（1）若将左球温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动？

（2）若两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动？

答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。

（2）两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。

4. 在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅

第 一 章 气 体

物理化学核心教程（第二版）参考答案

第 一 章 气 体

一、 思考题

1. 如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？

答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气

体热胀冷缩的原理。

2. 在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？

答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。

3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273 K，右球的温度为293 K时，汞滴处在中间达成平衡。试问：

（1）若将左球温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动？ （2）若两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动？ 答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。

（2）两球温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10 K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。 4. 在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保

第六章 统计热力学基础

内容提要：

1、 系集最终构型：

其中“n*”代表最可几分布的粒子数目

2.玻耳兹曼关系式：

S?klnt总?klntm

玻耳兹曼分布定律： ni*gie???igie???i?? ???iNgieQ

i

lnt总?lntm?ln?ign!ni*i*i?其中，令 Q ? g e???i?ii

为粒子的配分函数。玻耳兹曼分布定律描述了微观粒子能量分布中最可几的分布方式。

3、 系集的热力学性质：

（1）热力学能U：

（2）焓H：

U?NkT2(?lnQ)N,V?T 1

（3）熵S：

（4）功函A：

（5）Gibbs函数G：

（6）其他热力学函数：

4、粒子配分函数的计算

（1）粒子配分函数的析因子性质

粒子的配分函数可写为：

2

??lnQ?H?U?pV?NkT2???NkT??T?N,VS?klntm?NklnQ?lnQ?NkT()N,V?NkN?TA??NkTlnQ?NkTNG??NkTlnQN?2lnQ?lnQ??U?CV???Nk?Nk?2?lnT??

第七章 化学反应动力

一．基本要求

1．掌握化学动力学中的一些基本概念，如速率的定义、反应级数、速率系数、基元反应、质量作用定律和反应机理等。

2．掌握具有简单级数反应的共同特点，特别是一级反应和a = b的二级反应的特点。学会利用实验数据判断反应的级数，能熟练地利用速率方程计算速率系数和半衰期等。

3．了解温度对反应速率的影响，掌握Arrhenius经验式的4种表达形式，学会运用Arrhenius经验式计算反应的活化能。

4．掌握典型的对峙、平行、连续和链反应等复杂反应的特点，学会用合理的近似方法（速控步法、稳态近似和平衡假设），从反应机理推导速率方程。学会从表观速率系数获得表观活化能与基元反应活化能之间的关系。

5．了解碰撞理论和过渡态理论的基本内容，会利用两个理论来计算一些简单反应的速率系数，掌握活化能与阈能之间的关系。了解碰撞理论和过渡态理论的优缺点。

6．了解催化反应中的一些基本概念，了解酶催化反应的特点和催化剂之所以能改变反应速率的本质。

7．了解光化学反应的基本定律、光化学平衡与热化学平衡的区别，了解光敏剂、量子产率和化学发光等光化反应的一些基本概念。

二．把握学习要点的建议

化学动力学的基本原理与热力学不同，它没有以定律的形

第一章 气体

一．基本要求

1．了解低压下气体的几个经验定律；

2．掌握理想气体的微观模型，能熟练使用理想气体的状态方程；

3．掌握理想气体混合物组成的几种表示方法，注意Dalton分压定律和Amagat分体积定律的使用前提；

4．了解真实气体p?Vm图的一般形状，了解临界状态的特点及超临界流体的应用；

5．了解van der Waals气体方程中两个修正项的意义，并能作简单计算。 二．把握学习要点的建议

本章是为今后用到气体时作铺垫的，几个经验定律在先行课中已有介绍，这里仅是复习一下而已。重要的是要理解理想气体的微观模型，掌握理想气体的状态方程。因为了解了理想气体的微观模型，就可以知道在什么情况下，可以把实际气体作为理想气体处理而不致带来太大的误差。通过例题和习题，能熟练地使用理想气体的状态方程，掌握p,V,T和物质的量n几个物理量之间的运算。物理量的运算既要进行数字运算，也要进行单位运算，一开始就要规范解题方法，为今后能准确、规范地解物理化学习题打下基础。

掌握Dalton分压定律和Amagat分体积定律的使用前提，以免今后在不符合这种前提下使用而导致计算错误。

在教师使用与“物理化学核心教程”配套的多媒体讲课软件讲课时，要认真听讲，注