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第五章化学热力学基础

5-1从手册中查出常用试剂浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、浓氨水的密度和质量分数计算它们的（体积）物质的量浓度和质量摩尔浓度。

解：经查阅:p(HCl)=1.19g/mlw(HCl)=37.23% p(H2SO4)=1.83g/mlw(H2SO4)=98% p(HNO3)=1.42g/mlw(HNO3)=69.80% p(NH3.H2O)=0.9g/mlw(NH3.H2O)=26% 由公式c=pw/M可得：c(HCl)=12mol·L–1c(H2SO4)=18.3mol·L–1 c(HNO3)=15.7mol·L–1c(NH3.H2O)=13.8mol·L–1 设1㎏水中含溶质nmol,则由w=m/(m+1000)（m为溶质质量）可得： m(HCl)=16.2mol/㎏ m(H2SO4)=500mol/㎏ m(HNO3)=36.69mol/㎏ m(NH3.H2O)=20.67mol/㎏ 5-2从手册查出常温下的饱和水蒸气压，计算当时相对湿度为40%时，水蒸气压多大。 解：在298K下，P（饱和水蒸气压）=3.167Kpa，P（不饱和）/P（饱和）=40%， 则P（不饱和）/P（饱和）=40%×P（饱和）=0.4×3.167=1.2668Kpa 答：水蒸气压为1.2668Kpa. 5-3化学实验中经常用蒸馏水冲洗已用自来水洗净的烧杯。设洗净烧杯内残留“水”为1mL,试计算，用30mL蒸馏水洗1次和2次，烧杯中残留的“自来水的浓度”分别多大？ 解：再用自来水洗之后，烧杯中自来水为1ml之后，加入30ml蒸馏水，一共为31ml水，自来水占1/31，倒掉后又倒1ml，故自来水浓度为1/31。 若第一次加入的蒸馏水倒掉之后，1ml中含1/31ml的自来水； 再加入30ml蒸馏水，一共为31ml水，自来水占1/312=1/963 所以倒掉后自来水占1/312=1/963 5-4计算15℃,97kPa下15g氯气的体积。

5-520℃，97kPa下0.842g某气体的体积为0.400L，求气体的摩尔质量。 解：由理想气体状态方程：p×v=n×R×T，n=m/M，得p×v=m/M×R×T M=mpT/pv=0.842×8.314×293/97×103×0.4=52.8g/mol 该气体的摩尔质量为：52.8g/mol。

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5-6测得2.96g氯化在407℃的1L容积的真空系统里完全蒸发到的压力为60kPa，求氯化汞蒸气的摩尔质量和化学式。

解：(1)设氯化汞蒸汽的摩尔质量为M，则由n=m/M,p×v=n×R×T 得M=m×R×T/p×v=2.96×8.314×680/60=278.9g/mol (2)设氯化汞的化学式为HgCln,则 200.6+35.5n=278.9 解得n=2

答：氯化汞的摩尔质量是278.9g/mol,化学式是HgCl2

5-7在1000℃和97kPa下测得硫蒸气的密度为0.5977gL-1,求蒸气的摩尔质量和化学式。 解：（1）设硫蒸气的体积为1L，则由p×v=n×R×T得 M=m×R×T/p×v=0.5977×8.314×1273/97×1=65g/mol (2)设硫蒸气的化学式为Sn，则32n=65解得n=2 所以硫蒸气的摩尔质量是65g/mol化学式是S2. 5-8在25℃时将相同压力的5.0L氮气和15L氧气压缩到一个10.0L的真空容器中，测得混合气体的总压为150kPa，（1）求两种气体的初始压力；（2）求混合气体中氮和氧的分压；（3）将温度上升到210℃，容器的总压。 解：方法1：1）假设压缩两种气体的总压力为P,分压为P1、P2，则由玻意耳定律得:P1V1=P2V2 P=P2V2/V1=75kPa P1=75×5/(5+15)=18.75kPa P2=75×15(5+15)=56025kPa （2）假设混合气体的分压分别为P3、P4,则有: P3=150×5/(5+15)=18.75kPa P4=150×15(5+15)=112.5kPa （3）假设210℃时，容器的总压为P5，则由盖吕莎克定律得：P/T=P5/T5 P5=P×T5/T=243kPa

方法2：（1）两种气体的初始压力为p，则由p1v1=p1v1得 p(VN2+VO2)=p混V混 则p=p混×v混/(vN2+vO2) =150×10/(5+15) =75Kp

（2）同温同压下,n(N2):n(O2)=V(N2):V(O2)=1:3 P(O2)=P×X(O2)=1/4×150kPa=37.5kPa

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P(N2)=P×X(N2)=3/4×150kPa=122.5kPa

(3)P2V2=nRT2①

PV=nRT②两式相比,得P2/P=T2/T 150kPa/P=298K/483KP=243kPa

5-9在25℃，1.47MPa下把氨气通入容积为1.00刚性壁密闭容器中，在350℃下用催化剂使部分氨分解为氮气和氢气，测得总压为5MPa，求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压。

解:P1V1=n（NH3）RT1→n（NH3）=0.5933mol P2V2=n（混）RT→n（混）=0.9653mol 设有2xmol的NH3在1123K下分解,则有xmolN2和3xmolH2生成,则nNH3-2x+x+3x=n总 x=0.186mol X(NH3)=(nNH3-2x)/n总=0.229mol X(N2)=X/n总=0.193mol X(H2)=3x/n总=0.578mol P(NH3)=P×X(NH3)=1.146MPa P(N2)=P×X(N2)=1.965MPa P(H2)=P×X(H2)=2.89MPa NH3的解离度=(n(NH3)-2x)/n(NH3)=0.627％。 5-10某乙烯和足量的氢气的混合气体的总压为6930Pa，在铂催化剂催化下发生如下反应： C2H4(g)+H2(g)＝C2H6(g)反应结束时温度降至原温度后测得总压为4530Pa。求原混合气体中乙烯的摩尔分数。 解：由等温变化得：P1V1/n1=P2V2/n2 原混合气体中乙烯的摩尔分数为Ni；设气体总体积为1 6930*1/n=4530*1/（1-Ni）n 得=0.346 答：原混合气体中乙烯的摩尔分数为0.34

5—11以下哪些关系式是正确的（p、V、n表示混合气体的总压、总体积和总物质的量）?说明理由。

pVB=nBRTpBV=nBRTpBVB=nRTpV=nRT 答:PVB=nBRT错误

PBV=nBRT正确,它表示B物质的分压力 PBVB=nRT错误

PV=nRT正确,它就是气体的状态方程.