大学物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后参考答案第1章(3)

2020-03-27 05:36

(1)n(H2)?m(H2)M(H2)?w(H2)?100gM(H2)?6.4 g2.0 g?mol?1?3.20 mol

同理有:n(CO)?67.8 g28 g?mol10.7 g?1?2.42 mol

n(N2)?28 g?mol?1?0.38 mol

n(CO?)2??144 ?gmol1.1 g14.0 g 0.32 mo l n(CH4)?n总?16 g?mol?1?0.07 mol

?nB

?(3.20?2.42?0.38?0.32?0.07)mol?6.39 mol

x(CO)?n(CO)n总?2.42 mol6.39 mol?0.379

同理有:x(H2)?0.500,x(N2)?0.059,x(CO2)?0.050 ,x(CH4)?0.011 (2)因为 pV?n总RT

V?n总RTp

?1 ?6.39 mol?8.314 J?mol152 kPamV??K?1?670 K?234.2 dm

3 ???0.427 ?g234.2 dm3100 g?3d m (3)根据Dalton分压定律 pB?pxB,所以 p(H2)?x(H2)p?0.5?152 kPa?76.0 kPa 同理 p(CO?)57.6, kp(N2)?8.97 kPa, p(CO2)?7.60 kPa

p(CH4)?1.67 kPa

8.在288 K时,容积为20 dm3的氧气钢瓶上压力表的读数为10.13 MPa,

氧气被使用一段时间以后,压力表的读数降为2.55 MPa,试计算使用掉的氧气的质量。设近似可以使用理想气体的状态方程。已知M(O2)?32 g?mol-1。

解: 在氧气被使用前,钢瓶中含氧气的质量m1为

m1?nM? ?p1VRT?M6

?3310.13?10 Pa?20?10 m8.314 J?mol?1?K?1?288 K?32 g?mol?1?2.71 kg

氧气被使用后,钢瓶中剩余氧气的质量m2为 m2? ?p2VRT?M6

?332.55?10 Pa?20?10 m8.314 J?mol?1?K?1?288 K?32 g?mol?1?0.68 kg

则使用掉的氧气的质量为

m?m1?m2?(2.71?0.68) kg?2.03 kg 使用掉的氧气的质量也可以从压力下降来计算 m? ??pVRT?M

6?33(10.13?2.55)?10 Pa?20?10 m8.314 J?mol?1?K?1?288 K?32 g?mol

?1 ?2.03 kg9.由氯乙烯(C2H3Cl),氯化氢(HCl)和乙烯(C2H4)构成的理想气体混合物,各组分的摩尔分数分别为x(C2H3Cl)?0.89,x(HCl)?0.09和

x(C2H4)?0.02。在恒定温度和压力为101.325 kPa的条件下,用水淋洗混合气以

去除氯化氢,但是留下的水气分压为2.666 kPa。试计算洗涤后的混合气中氯乙烯和乙烯的分压。

解:将氯化氢去除以后,在留下的混合气中,氯乙烯和乙烯所具有的压力为 p?(101.3?252.666?) kPa9 8根据在原来混合物中,氯乙烯和乙烯所占的摩尔分数,分别来计算它们的分压,

p(C2H3Cl)?p?0.890.89?0.02

?96. 49 kPa ?98.659 k?Pa

0.890.910.02p(C2H4)?98.659 kPa??2.17 kPa0.91

或 p(C2H4? Cl))p?p(2CH3 ?(98.65?996.49?) kPa 210.在273 K和40.53 MPa时,测得氮气的摩尔体积为7.03?10?5 m3?mol?1,试用理想气体状态方程计算其摩尔体积,并说明为何实验值和计算值两个数据有差异。

解: Vm?RTp

?1?1 ?8.314 J?mol?K6?273 K40.53?10 Pa?5.60?10 m?mol?53?1

因为压力高,N2(g)已经偏离理想气体的行为。

11.有1 mol N2(g),在273 K时的体积为70.3 cm3,试计算其压力(实验测定值为40.5 MPa),并说明如下两种计算结果为何有差异。 (1)用理想气体状态方程

(2)用van der Waals方程。已知van der Waals常数 a?0.1368 Pa?m6?mol?2,

b?0.386?10 m?mol?43?1。

?1解:(1) p?nRTV?1 mol?8.314 J?mol70.3?10?K3?1?273 K?6 m

6?10P?a ?32.332.3 MPa(2) p?RTVm?b??aVm2

273?6 ???(70.?3

8.31?438?.6)?10?680.13 ? Pa?62?(70.?310)

6 ?43.9?10 P?a43. 9 MPa从计算结果可知,因为压力很高,气体已偏离理想气体的行为,用van der Waals方程计算误差更小一些。

12.在一个容积为0.5.m3的钢瓶内,放有16 kg温度为500 K的CH4(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CH4(g)的van der Waals常数

a?0.228 Pa?m?mol?436?2,

?1b?0.427?10 m?mol,CH4(g)的摩尔质量M(CH4)?16.0 g?mol?1。

mM??1 000 mol16.0? gmol?1解: (1) n(CH?)4 p? ?nRTV16 kg

?11 000 mol?8.314 J?mol0.5 mnRTanV223?K?1?500 K?8.314 MPa

(2) p??V?nb

?? Pa ?2?1 000?8.314?5000.228?(1 000)????420.50?1 000?0.427?10(0.5)??8.18 MPa


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