物理化學(xué)核心教程第二版（沈文霞版）課后習(xí)題答案

第一章氣體一.基本要求

1.了解低壓下氣體的幾個經(jīng)驗定律；

2.掌握理想氣體的微觀模型，能熟練使用理想氣體的狀態(tài)方程；

3.掌握理想氣體混合物組成的幾種表示方法，注意Dalton分壓定律

和Amagat分體積定律的使用前提；

4.了解真實氣體pVm圖的一般形狀，了解臨界狀態(tài)的特點及超臨界

流體的應(yīng)用；

5.了解vanderWaal氣體方程中兩個修正項的意義，并能作簡單計算。

二.把握學(xué)習(xí)要點的建議

本章是為今后用到氣體時作鋪墊的，幾個經(jīng)驗定律在先行課中已有介

紹，這里僅是復(fù)習(xí)一下而已。重要的是要理解理想氣體的微觀模型，掌握

理想氣體的狀態(tài)方程。因為了解了理想氣體的微觀模型，就可以知道在什

么情況下，可以把實際氣體作為理想氣體處理而不致帶來太大的誤差。通

過例題和習(xí)題，能熟練地使用理想氣體的狀態(tài)方程，掌握P,V,T和物質(zhì)的

量n幾個物理量之間的運算。物理量的運算既要進行數(shù)字運算，也要進行

單位運算，一開始就要規(guī)范解題方法，為今后能準確、規(guī)范地解物理化學(xué)

習(xí)題打下基礎(chǔ)。

掌握Dalton分壓定律和Amagat分體積定律的使用前提，以免今后在

不符合這種前提下使用而導(dǎo)致計算錯誤。

在教師使用與“物理化學(xué)核心教程”配套的多媒體講課軟件講課時，

要認真聽講，注意在PowerPoint動畫中真實氣體的pVm圖，掌握實際氣

體在什么條件下才能液化，臨界點是什么含義等，為以后學(xué)習(xí)相平衡打下

基礎(chǔ)。三.思考題參考答案

1.如何使一個尚未破裂而被打癟的乒乓球恢復(fù)原狀？采用了什么原

理？

答：將打癟的乒乓球浸泡在熱水中，使球的壁變軟，球中空氣受熱膨

脹，可使其恢復(fù)球狀。采用的是氣體熱脹冷縮的原理。

2.在兩個密封、絕熱、體積相等的容器中，裝有壓力相等的某種理

想氣體。試問，這兩容器中氣體的溫度是否相等？

答：不一定相等。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，若物質(zhì)的量相同，則溫度

才會相等。

3.兩個容積相同的玻璃球內(nèi)充滿氮氣，兩球中間用一根玻管相通，

管中間有一汞滴將兩邊的氣體分開。當左邊球的溫度為273K,右邊球的

溫度為293K時，汞滴處在中間達成平衡。試問：

（1）若將左邊球的溫度升高10K,中間汞滴向哪邊移動？（2）若將兩個

球的溫度同時都升高10K,中間汞滴向哪邊移動？

答：（1）左邊球的溫度升高，氣體體積膨脹，推動汞滴向右邊移動。

（2）兩個球的溫度同時都升高10K,汞滴仍向右邊移動。因為左邊球的

起始溫度低，升高10K所占的比例比右邊的大，283/273大于303/293,

所以膨脹的體積（或保持體積不變時增加的壓力）左邊的比右邊的大。

4.在大氣壓力下，將沸騰的開水迅速倒入保溫瓶中，達保溫瓶容積

的0.7左右，迅速蓋上軟木塞，防止保溫瓶漏氣，并迅速放開手。請估計

會發(fā)生什么現(xiàn)象？

答：軟木塞會崩出。這是因為保溫瓶中的剩余氣體被熱水加熱后膨脹,

當與迅速蒸發(fā)的水汽的壓力加在一起，大于外面壓力時，就會使軟木塞崩

出。如果軟木塞蓋得太緊，甚至?xí)贡仄勘ā７乐沟姆椒ㄊ?，在灌開

水時不要灌得太快，且要將保溫瓶灌滿。

5.當某個純的物質(zhì)的氣、液兩相處于平衡時，不斷升高平衡溫度，

這時處于平衡狀態(tài)的氣-液兩相的摩爾體積將如何變化？

答：升高平衡溫度，純物質(zhì)的飽和蒸汽壓也升高。但由于液體的可壓

縮性較小，熱膨脹仍占主要地位，所以液體的摩爾體積會隨著溫度的升高

而升高。而蒸汽易被壓縮，當飽和蒸汽壓變大時，氣體的摩爾體積會變小。

隨著平衡溫度的不斷升高，氣體與液體的摩爾體積逐漸接近。當氣體的摩

爾體積與液體的摩爾體積相等時，這時的溫度就是臨界溫度。

6.Dalton分壓定律的適用條件是什么？Amagat分體積定律的使用前

提是什

么？

答：這兩個定律原則上只適用于理想氣體。Dalton分壓定律要在混

合氣體的溫度和體積不變的前提下，某個組分的分壓等于在該溫度和體積

下單獨存在時的壓力。Amagat分體積定律要在混合氣體的溫度和總壓不

變的前提下，某個組分的分體積等于在該溫度和壓力下單獨存在時所占有

的體積。

7.有一種氣體的狀態(tài)方程為pVmRTbp（b為大于零的常數(shù)），試分析

這種氣體與理想氣體有何不同？將這種氣體進行真空膨脹，氣體的溫度會

不會下降？

答：將氣體的狀態(tài)方程改寫為P(Vmb)RT,與理想氣體的狀態(tài)方程相

比，這個狀態(tài)方程只校正了體積項，未校正壓力項。說明這種氣體分子自

身的體積不能忽略，而分子之間的相互作用力仍可以忽略不計。所以，將

這種氣體進行真空膨脹時，氣體的溫度不會下降，這一點與理想氣體相同。

8.如何定義氣體的臨界溫度和臨界壓力？

答：在真實氣體的pVm圖上，當氣-液兩相共存的線段縮成一個點時,

稱這點為臨界點。這時的溫度為臨界溫度，這時的壓力為臨界壓力。在臨

界溫度以上，無論加多大壓力都不能使氣體液化。

9.vanderWaal氣體的內(nèi)壓力與體積成反比，這樣說是否正確？

a答：不正確。根據(jù)vanderWaal氣體的方程式，p2VmbRT,其

Vm中

a被稱為是內(nèi)壓力，而a是常數(shù)，所以內(nèi)壓力應(yīng)該與氣體體積的平方

成反比。2VmlO.當各種物質(zhì)都處于臨界點時，它們有哪些共同特性？

答：在臨界點時，物質(zhì)的氣-液界面消失，液體和氣體的摩爾體積相

等，成為一種既不同于液相、又不同于氣相的特殊流體，稱為超流體。高

于臨界點溫度時，無論用多大壓力都無法使氣體液化，這時的氣體就是超

臨界流體。

四.概念題參考答案

1.在溫度、容積恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體，這時A

的分壓和分體積分別是pA和VAO若在容器中再加入一定量的理想氣體C,

問pA和VA的變化為()

(A)pA和VA都變大(B)pA和VA都變小(C)pA不變，VA變小(D)pA變

小，VA不變

答：(C)o這種情況符合Dalton分壓定律，而不符合Amagat分體積

定律。2.在溫度T、容積V都恒定的容器中，含有A和B兩種理想氣體,

它們的物質(zhì)的量、分壓和分體積分別為nA,pA,VA和nB,pB,VB,容器中的

總壓為P。試判斷下列公式中哪個是正確的？()

(A)pAVnART(B)pVB(nAnB)RT

(C)pAVAnART(D)pBVBnBRT

答：(A)o題目所給的等溫、等容的條件是Dalton分壓定律的適用條

件，所以只有(A)的計算式是正確的。其余的n,p,V,T之間的關(guān)系不匹配。

3.已知氫氣的臨界溫度和臨界壓力分別為TC33.3K,pCl.297106Pao

有一氫氣鋼瓶，在298K時瓶內(nèi)壓力為98.0106Pa,這時氫氣的狀態(tài)為()

(A)液態(tài)⑻氣態(tài)(C)氣-液兩相平衡(D)無法確定

答：(B)。仍處在氣態(tài)。因為溫度和壓力都高于臨界值，所以是處在

超臨界區(qū)域，這時仍為氣相，或稱為超臨界流體。在這樣高的溫度下，無

論加多大壓力，都不能使氫氣液化。

4.在一個絕熱的真空容器中，灌滿373K和壓力為101.325kPa的純

水，不留一點空隙，這時水的飽和蒸汽壓()

(A)等于零(B)大于101.325kPa(C)小于101.325kPa(D)等于

101.325kPa答：(D)。飽和蒸氣壓是物質(zhì)的本性，與是否留有空間無關(guān),

只要溫度定了，其飽和蒸氣壓就有定值，查化學(xué)數(shù)據(jù)表就能得到，與水所

處的環(huán)境沒有關(guān)系。

5.真實氣體在如下哪個條件下，可以近似作為理想氣體處理？()

(A)高溫、高壓(B)低溫、低壓(C)高溫、低壓(D)低溫、高壓

答：(C)。這時分子之間的距離很大，體積很大，分子間的作用力

和分子自身所占的體積都可以忽略不計。

6.在298K時，地面上有一個直徑為1m的充了空氣的球，其中壓力

為lOOkPa。將球帶至高空，溫度降為253K,球的直徑脹大到3m,此時球

內(nèi)的壓力為()

(A)33.3kPa(B)9.43kPa(C)3.14kPa(D)28.3kPa

答：(C)。升高過程中，球內(nèi)氣體的物質(zhì)的量沒有改變，利用理想

氣體的狀態(tài)方程，可以計算在高空中球內(nèi)的壓力。

nplVlpV22RTlRT2r253K13.14kPar23pVT100kPap2112V2T1298K7.使真

實氣體液化的必要條件是O

(A)壓力大于pC(B)溫度低于TC(C)體積等于Vm,C(D)同時升

高溫度和壓力

答：(B)。TC是能使氣體液化的最高溫度，若高于臨界溫度，無論

加多大壓力都無法使氣體液化。

8.在一個恒溫、容積為2dm3的真空容器中，依次充入溫度相同、始

態(tài)為lOOkPa,2dm3的N2(g)和200kPa,ldm3的Ar(g),設(shè)兩者形成理

想氣體混合物，則容器中的總壓力為()(A)lOOkPa(B)150kPa(C)

200kPa(D)30