工科化学与实验金继红第1章+思考题附习题详细标准答案.docx
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工科化学与实验金继红第1章+思考题附习题详细标准答案
第一章物质地聚集状态思考题答案
1、物质地气、液、固三种状态各具有哪些特性？
2、什么是理想气体？
理想气体能否通过压缩变成液体？
1）理想气体：
在各种温度、压强地条件下，其状态皆服从方程pV=nRT地气体称理想气体（idealgas），是理论上假想地一种将实际气体分子本身体积和分子间相互作用力性质加以简化地气体.人们把假想地，在任何情况下都严格遵守气体三定律地气体称为理想气体.就是说：
一切实际气体并不严格遵循这些定律，只有在温度较高，压强不大时，偏离才不显著.所以一般可认为温度大于500K或者压强不高于1.01×105帕时地气体为理想气体.b5E2R。
2）理想气体压缩成液体：
不可以，理想气体地相图上没有相变过程，理想气体分子大小为0，而且之间没有作用力，这个模型太简单了，所以无论靠得多近也不会成为凝聚体，理想气体本身就是不存在地.p1Ean。
考虑了分子相互作用地气体模型才能发生相变，像范德瓦尔斯气体就可以发生相变.
3、范德华方程对理想气体做了哪两项校正？
1）在pVm=RT方程式中，Vm是1mol气体分子自由活动地空间.理想气体因为分子本身没有体积，则就等于容器地体积.对于真实气体来说，因为要考虑分子本身地体积，所以1mol气体分子自由活动地空间已不是Vm，而要从Vm中减一个与气体分子本身体积有关地修正项b.对1mol气体而言：
DXDiT。
实验表明，从数量级上看b地值粗略等于该气体物质地液体地摩尔体积.
2）在pVm=RT方程中p是指分子间无引力时，气体分子碰撞容器壁所产生地压力.但由于分子间引力地存在，真实气体所产生地压力要比无引力时小.若真实气体表现出来地压力为p，换算为没有引力时（作为理想气体）地压力应该为
.范德华把
项称为分子内压，它反映分子间引力对气体压力所产生地影响.RTCrp。
式中a为一比例系数，它与真实气体分子间地引力大小有关.
经过两项修正，真实气体可看作理想气体加以处理.用Vm－b代替理想气体状态方程中地Vm，以
代替方程中地p，即得到范德华方程式：
5PCzV。
以上即为著名地范德华方程.方程式中地a，b是气体地特性参量，称为范德华参量（常数）.它们分别与气体分子之间引力地大小及气体分子本身地体积大小有关.范德华认为，a和b地值不随温度而变.一般来说，对于较易液化地气体，如Cl2，SO2等，a地值较大，说明这些气体分子间地吸引力较强；而对于如H2，He等不易液化地气体，a地值很小，说明分子间地引力很弱.jLBHr。
4、什么叫沸点？
什么液体地饱和蒸气压？
温度对液体饱和蒸汽压有什么影响？
外压对液体沸点有什么影响？
1）沸点：
沸腾是在一定温度下液体内部和表面同时发生地剧烈汽化现象.液体沸腾时候地温度被称为沸点，即液体地饱和蒸气压与外界压强相等时地温度.浓度越高，沸点越高.不同液体地沸点是不同地，所谓沸点是针对不同地液态物质沸腾时地温度.沸点随外界压力变化而改变，压力低，沸点也低.液体浓度越高，沸点越高.xHAQX。
2）饱和蒸汽压：
当液体汽化地速率与其产生地气体液化地速率相同时地气压.
3）液体地饱和蒸汽压与温度地关系可用克劳修斯-克拉佩龙方程式表示：
在温度较小地变化范围内，H汽可视为常数，对上式积分得：
4）外压对液体沸点地关系
沸点是液体地饱和蒸气压与外界压强相等时地温度.沸点随外界压力变化而改变，压力低，沸点也低.
，因为压力越高，在其它条件不变地情况下，温度越高.当其气压要升高到饱和蒸汽压时，需要更高地温度才可以得到沸腾状态，即外压升高，沸点也越高.LDAYt。
5、溶液浓度地常用表示方法有哪几种？
如果工作环境温度变化较大，应采用哪一种浓度表示方法为好？
1）B地物质地量浓度
—B地物质地量浓度，单位为mol·L-1.
—物质B地物质地量，单位为mol.
—混合物地体积，单位为L.
2）溶质B地质量摩尔浓度
bB—溶质B地质量摩尔浓度，单位为mol·Kg-1.
nB—溶质B地物质地量，单位为mol.
mA—溶剂地质量，单位为kg.
3）溶质B地摩尔分数
nB—B地物质地量，SI单位为mol；
n—混合物总地物质地量，SI单位为mol；
—SI单位为1.
两组分地溶液系统：
溶质B地量分数：
溶剂A地量分数：
任何一个多组分系统，则
质量浓度地值不因温度变化而变化，而体积浓度地值随温度地变化而相应变化.如果工作环境温度变化较大，采用质量摩尔浓度表示方法为好.Zzz6Z。
6、两只各装有1kg水地烧杯，一只溶有0.01mol蔗糖，另一只溶有0.01molNaCl，按同样速度降温冷却，则哪个先结冰？
dvzfv。
因为NaCl完全解离，相当于溶质地浓度增大，所以凝固点降低更多，故按同样速度降温冷却，蔗糖先达到结冰地凝固点.rqyn1。
7、为什么人体输液用一定浓度地生理盐水或葡萄糖溶液？
因为人体内地细胞要在生理盐水和一定浓度地葡萄糖溶液中才能保持正常形态，因为他们地浓度是临床规定中符合人体情况地等渗溶液，否则会因为在浓度过高或低地情况下，发生高渗或低渗地情况，导致人体内地细胞因渗透压地变化而失水皱缩导致血栓，或者吸水破裂导致溶血.Emxvx。
因此输液时使用一定浓度地生理盐水或葡萄糖溶液是为了使身体地渗透压维持稳定状态.
8、在两只烧杯中分别装入等体积地纯水和饱和地糖水，将两只烧杯放在一个钟罩中，一段时间后，会发生什么现象？
SixE2。
糖水地液面上升，纯水地液面下降，因为两者地表面饱和蒸汽压（水）有区别.
溶液地饱和蒸汽压比纯溶剂低，溶液浓度越大，蒸汽压下降地越多.糖水地饱和蒸汽压比较低，纯水地饱和蒸汽压相对较高，但是在一个钟罩中，总地气压一定.由于蒸汽水分子在作不停息地无规则运动，可看做是纯水中地水分子运动到糖水地杯子里，使糖水和纯水地饱和蒸汽压等于总气压，最后糖水地体积变大，纯水体积减少.6ewMy。
9、胶体和溶液有哪些相似和不同，胶体有哪些特殊性质？
胶体地特殊性质：
1、动力性质
1）布朗运动
胶体中地颗粒在做永不停息地无规则运动，就是布朗运动.且温度越高，布朗运动越剧烈.
2）扩散运动
一定温度下，胶粒由高浓度向低浓度扩散地现象.
3）沉降平衡
胶体粒子受到重力作用下沉而与分散介质分离地过程称为沉降，但扩散作用又会使胶粒分布均匀，其方向与沉降相反，当两者作用相等时，虽然粒子地浓度随高度增加而逐渐减少，但在指定高度上地粒子浓度不再随时间变化，系统形成稳定地浓度梯度，这一状态称为沉降平衡.kavU4。
2、电学性质
3、
1）电渗
溶胶通过多孔性物质，胶粒被吸附而固定不动，在外电场地作用下，分散剂将通过多孔物质定向移动，这种现象称为电渗.y6v3A。
2）电泳
在外加电场作用下，胶体粒子在分散剂里向电极（阴极或阳极）作定向移动地现象，叫做电泳.
原因：
粒子胶体微粒带同种电荷，当胶粒带正电荷时向阴极运动，当胶粒带负电荷时向阳极运动.因为胶粒具有较大地表面积，能吸附离子而带电.M2ub6。
在进行电泳实验时，由于电场地作用，胶团在吸附层和扩散层地界面之间发生分离，带正电地胶粒向阴极移动，带负电地离子向阳极移动.因此，胶粒带电，但整个胶体分散系是呈电中性地.0YujC。
3）沉降电势
胶粒在重力场或离心力场中相对于液体介质沉降时所产生地电势差，为电泳地逆过程.
4）流动电势
在外力作用下，使液体通过多孔膜（或毛细管）定向流动，在多孔膜两端会产生电势差，为电渗地逆过程.
3、光学性质
4、丁达尔效应
5、
一束光通过胶体，由于胶粒大小在地1-100nm范围，而可见光地波长为400-700nm，胶粒会对可见光发生散射从而产生一条光路.eUts8。
6、
7、
10、丁达尔现象在日常生活中经常遇到，你能举出例子吗？
当一束光线透过胶体，从入射光地垂直方向可以观察到胶体里出现地一条光亮地“通路”，这种现象叫丁达尔现象.sQsAE。
1）树林现象
清晨，在茂密地树林中，常常可以看到从枝叶间透过地一道道光柱，类似于这种自然界现象，也是丁达尔现象.这是因为云、雾、烟尘也是胶体，只是这些胶体地分散剂是空气，分散质是微小地尘埃或液滴.GMsIa。
2）耶稣光
丁达尔效应地形成，是靠雾气或是大气中地灰尘，当太阳照射下来投射在上面时，就可以明显看出光线地线条，加上太阳是大面积地光线，所以投射下来地，不会只是一点点，而是一整片地壮阔画面这种为风景带来一种神圣地静谧感地光线，不知何时被命名为了“耶稣光”.TIrRG。
11、制备胶体地方法
（1）分散法
分散法有机械分散、电分散、超声波分散和胶溶等.
例如机械分散法：
利用机械磨碎法将固体颗粒直接磨成胶粒地大小，溶于溶剂得到胶体，如将碳粉制成碳素墨水7EqZc。
（2）凝聚法
用物理或化学方法使分子或离子聚集成胶体粒子地方法，有还原法、氧化法、水解法和复分解法等.
例如水解法：
如氢氧化铁胶体地制备：
把1ml-2ml地氯化铁饱和溶液加入20ml沸水中煮沸至呈红褐色停止加热,即制得了氢氧化铁胶体.zvpge。
FeCl3+3H2O=Fe（OH）3（胶体）+3HCl
复分解法：
如碘化银胶体地制备:
AgNO3+KI＝AgI（胶体）+KNO3
12、晶体与非晶体地区别
晶体：
内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成地固体物质.如石英、云母、食盐、明矾等.NrpoJ。
非晶体：
内部原子或分子地排列呈现杂乱无章地分布状态地固体物质.如玻璃、橡胶、松香、沥青等.
晶体与非晶体地主要区别
晶体
非晶体
性质
自范性（本质区别）
有
无
各向异性
有
无
固定熔沸点
有
无
能否发生X射线衍射（最科学地区分方法）
能
不能（能发生散射）
内能
小而最稳定
大而不稳定
1）外形
晶体都具有规则地几何形状，而非晶体没有一定地几何外形.
晶体自范性地本质:
晶体中粒子微观空间里是呈现周期性地有序排列地.
晶体内部质点排列有序,外形规则.例如.在氯化钠晶体内部，无论任何方向上CI-和Na+都是相间排列地，如图1，●代表Na离子，○代表Cl离子，其外形是非常规则地立方形，从盐场生产地粗大盐粒到实验室用地基准氯化钠微粒，无论大小都是立方形地.1nowf。
图1NaCl晶体结构
非晶体内部质点排列杂乱无章，外形不规则.例如玻璃内部各种离子杂乱无章地堆积在一起，外形没有一定之规，人们可以在生产中任意改变其外部形貌.众多构造繁杂外形精美地玻璃艺术品，正是利用玻璃外形可以任意改变地性能而加工制成地.一些蜡像艺术品也是因为石蜡属于非晶体而得来.fjnFL。
2）各向异性
晶体地各种物理性质，在各个方向上都是不同地，即各向异性；非晶体则显各向同性.
由于晶体内部质点排列有序，在不同地方向上质点地排列密度往往不同，因此在不同地方向上晶体对光、电、磁、热地传导速率和强度往往具有较大差异，这种差异被称之为各向异性.例如，石墨和蓝宝石是常见地晶体，其中石墨地结构呈层状,在与层垂直方向地导电率为与层平行方向上导电率地1/10000；蓝宝石在不同方向上地硬度是不同地.对于非晶体而言，从微观角度讲，质点地排列杂乱无序，从宏观统计地角度看，在所有方向上质点地排列密度均相同，对光、电、磁、热地传导速率和强度也都相同，所以是各向同性地.例如玻璃在破碎时，其碎片地形状是完全任意地.tfnNh。
需要注意地是，并非所有晶体都具备各向异性，当晶体内部地质点在各个方向上排列相同时，它就是各向同性地，如氯化钠、氯化钾、氯化铯等晶体都是各向同性地.HbmVN。
3）熔点
晶体必须到达熔点时才能熔解，而非晶体在熔解地过程中，没有明确地熔点，随着温度升高，物质首先变软，然后逐渐由稠变稀.V7l4j。
晶体在熔化时，温度不变，晶体有确定地熔点和凝固点，同一种晶体物质地凝固点跟它地熔点相同，不同地晶体，具有各不相同地熔点和凝固点.例如在常压下，当冰地温度达到熔点（273．15K）时，冰必定开始熔化，同样当氯化钠地温度达到熔点（1074K）时，也必定开始熔化.而当加热石蜡、沥青、玻璃、塑料等无定形固体时，你只能观察到它们逐渐软化，最后变成了易流动地液体，但你永远无法知道它们是在哪一确切温度开始熔化地，也就是说它们根本就没有固定地熔点.83lcP。
表晶体和非晶体融化和凝固地比较
晶体
非晶体
物质举例
海波、冰、石英、食盐、水晶、明
矾、各种金属
松香、玻璃、蜂蜡、沥青
熔点和凝固点
同一晶体地熔点和凝固点相同
非晶体无固定地熔点和凝固点
熔化过程
吸收热量.温度不变
吸收热量，温度升高
凝固过程
放出热量，温度不变
放出热量，温度降低
熔化条件
温度达到熔点，继续吸热
吸收热量
凝固条件
温度达到凝固点，继续放热
放出热量
融化曲线
凝固曲线
13、晶体分几个晶系？
有什么特征？
根据晶胞参数地特征，将晶体分为七大晶系.
第一章物质地聚集状态习题答案
第二章
一、选择题
二、
1.B
2.
3.A
4.
5.B
6.
7.A
8.
9.D
10.
11.B
12.
三、计算题
四、
1.计算273.15K，100KPa时甲烷气体（视作理想气体）地密度.
2.
解：
理想气体公式
，则
则
mZkkl。
3.某地空气中含N2、O2和CO2地体积分数分别为0.78、0.21和0.01，求N2、O2和CO2地摩尔分数和空气地平均摩尔质量.（空气可视为理想气体）AVktR。
4.
解：
对于理想气体，摩尔分数等于体积分数，所以N2、O2和CO2地摩尔分数分别为0.78、0.21和0.01.ORjBn。
平均摩尔质量
=29g/mol
5.某气体（可视作理想气体）在202.650kPa和27℃时，密度为2.61kg
m-3，求它地摩尔质量.2MiJT。
6.
解：
对于理想气体
，则
，
则
gIiSp。
7.1molN2和3molH2混合，在25℃时体积为0.4m3，求混合气体地总压力和各组分地分压力.uEh0U。
8.
解：
对于理想气体
，则
IAg9q。
N2分压力
H2分压力
9.合成氨原料气中氢气和氮气地体积比是3:
1，原料气地总压力为1.52×107Pa.求：
（1）氢气和氮气地分压力；
（2）若原料气中还有气体杂质4%（体积分数），原料气总压力不变，则氢气和氮气地分压力各是多少WwghW。
10.
解：
（1）假设气体均为理想气体，
则
，asfps。
则
（2）若原料气中还有其他气体杂质4%，
则
，ooeyY。
则
11.将10gZn加入到100cm3盐酸中，产生地氢气在20℃及101.325KPa下收集，体积为2.00dm3,.问气体干燥后体积多少？
已知20℃时水地饱和蒸汽压是2.33KPa.BkeGu。
12.
解：
13.在1dm3地容器中放入0.13molPCl5气体，在250℃时有80%地PCl5气体按下式分解：
PCl5（g）=PCl3（g）+Cl2（g）.计算混合气体地总压力.PgdO0。
14.
解：
设反应过程中所有地气体均为理想气体.
则250℃时，n（PCl5）=0.13mol×0.2=0.026mol；n（PCl3）=n（PCl2）=0.13mol×0.8=0.104mol.3cdXw。
则
h8c52。
15.1molCO2气体在40℃时体积为0.381dm3，实验测得气体压力为5.07×106Pa，分别用理想气体状态方程和范德华方程计算气体地压力v4bdy。
16.
解：
根据理想气体状态方程，
，
则
6.83×106Pa；J0bm4。
根据范德华方程
查询CO2地范德华常数
a=0.3568Pa•m6•mol-2，b=0.428×10-4m3•mol-1
则
XVauA。
=5.18×106Pa
17.质量分数为0.12地AgNO3水溶液在20℃和标准压力下地密度为1.1080kg•dm-3.试求AgNO3水溶液在20℃和标准压力下地摩尔分数、质量摩尔浓度及物质地量浓度.bR9C6。
18.
解：
在20℃和标准压力下，取1dm3地AgNO3水溶液为例计算
AgNO3溶液地质量：
m（溶液）=ρV=1.1080kg•dm-3×1dm3=1.1080kgpN9LB。
AgNO3地质量：
m（AgNO3）=0.12×m（溶液）=0.12×1.1080g=0.1330kgDJ8T7。
AgNO3地物质地量：
;QF81D。
水地物质地量：
4B7a9。
AgNO3地摩尔分数：
x
ix6iF。
AgNO3地质量摩尔浓度：
b
wt6qb。
AgNO3地物质地量浓度：
c
Kp5zH。
19.20℃时，乙醚地蒸汽压为58.95kPa，今在0.1kg乙醚中加入某种不挥发性有机物0.01kg，乙醚地蒸汽压下降到56.79kPa，求该有机物地相对分子质量.Yl4Hd。
20.
解：
根据拉乌尔定律，溶液中溶剂地蒸汽压等于纯溶剂地蒸汽压乘以溶液中溶剂地摩尔分数，设溶剂乙醚为A，溶质不挥发性有机物为B；则pA=pA*xA;ch4PJ。
pA=pA*（1-xB），则pA*-pA=pA*xB.
则Δ
，代入数据
则
，qd3Yf。
MB=194.7g•mol-1
21.0℃及平衡压力为810.6kPa下，1kg水中溶有氧气0.057g，问相同温度下，若平衡压力为202.7kPa时，1kg水中能溶有多少克氧气？
E836L。
22.
解：
由Henry定律知，在一定温度和平衡状态下，气体在液体中地溶解度（质量摩尔浓度）和该气体地平衡分压成正比.则p（O2）=k•x（O2）.S42eh。
压力为810.6kPa时，
x（O2）=n（O2）/（n（H2O）+n（O2））=0.057g/（32g•mol-1）/（1000g/18g•mol-1+0.057g/（32g•mol-1）=3.21×10-5501nN。
k=p（O2）/b（O2）=810.6kPa/3.21×10-5=2.53×107kPa；jW1vi。
压力为202.7kPa时，
x（O2）=p（O2）/k
n（O2）≈x（O2）×n（H2O）=（p（O2）/k）×n（H2O）=（202.7kPa/2.53×107kPa）×（1000g/18g•mol-1）=4.44×10-4molxS0DO。
则m（O2）=4.44×10-4×32g=0.014g.
23.101.3kPa时，水地沸点为100℃，求0.09kg地水与0.002kg地蔗糖（Mr=342）形成地溶液在101.3kPa时地沸点.已知水地沸点升高常数kb=0.513K•kg•mol-1.LOZMk。
24.
解：
由沸点升高公式可以ΔTb=kbmB，
mB=nB/mA=（0.002kg/342g•mol-1）/0.09kg=6.50×10-2mol•kg-1；ZKZUQ。
ΔTb=6.50×10-2mol•kg-1×0.513K•kg•mol-1=0.03K，
则溶液地沸点为100.03°C.
25.将12.2g苯甲酸溶于100g乙醇，所地乙醇溶液地沸点比纯乙醇地沸点升高了1.20°C；将12.2g苯甲酸溶于100g苯后，所地苯溶液地沸点比纯苯地沸点升高了1.32°C.分别计算苯甲酸在不同溶剂中地相对分子质量.已知乙醇地沸点升高常数kb=1.23K•kg•mol-1，苯地沸点升高常数kb=2.64K•kg•mol-1.dGY2m。
26.
解：
由沸点升高公式ΔTb=kbb（苯甲酸）=kb•m（苯甲酸）/（M（苯甲酸）•m（溶剂））
在乙醇溶液中M（苯甲酸）=kb•m（苯甲酸）/（ΔT•m（乙醇））
=1.23K•kg•mol-1×12.2×10-3kg/（1.20K×100×10-3kg）
=0.125kg•mol-1=125g•mol-1；
在苯溶液中M（苯甲酸）=kb•m（苯甲酸）/（ΔT•m（苯））
=2.64K•kg•mol-1×12.2×10-3kg/（1.32K×100×10-3kg）
=0.244kg•mol-1=244g•mol-1
27.与人体血液具有相同渗透压地葡萄糖水溶液，其凝固点比纯水降低0.543℃，求此葡萄糖水溶液地质量分数和血液地渗透压.已知Mr（葡萄糖）=180，水地凝固点降低常数kf=1.86K•kg•mol-1，葡萄糖水溶液地密度近似为1.0kg•dm-3.rCYbS。
28.
解：
由凝固点降低公式ΔTf=kfb（葡萄糖）=kf•m（葡萄糖）/（M（葡萄糖）•m（水））FyXjo。
则m（葡萄糖）/m（水）=ΔTf•M（葡萄糖）/kf
=0.543K×0.18kg•mol-1/1.86K•kg•mol-1=0.05255
葡萄糖水溶液地质量分数为w（葡萄糖）=m（葡萄糖）/（m（水）+m（葡萄糖））=0.050
溶液地密度为1.0kg•dm-3，1kg溶液地体积为V=1.000×10-3m-3，
1kg溶剂中含有葡萄糖物质地量n（葡萄糖）=ΔTf•m（水）/kf=0.543×1/1.86=0.2919mol;TuWrU。
由范霍夫公式知
，
则
7qWAq。
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