01章思考题参考答案

第一章思考题

1、维持温度不变，将压力相同、体积不同的气体混合，混合后保持压力不变，总体积与各

组分体积之间是什么关系？

答：总体积是各组分体积之和

混合前：pV1=n1RT, pV2=n2RT, …, pV k=n k RT

混合后：pV总=n总RT=(n1+n2+…+n k)RT=n1RT+n2RT+…+n k RT=pV1+pV2+…+pV k=p(V1+V2+…+V k) ∴V总=V1+V2+…+V k

2、根据什么选择R的取值与单位？R有哪几种单位？

答：根据理想气体状态方程pV=nRT，其中单位n为mol、T单位为K，R的取值与单位则由p、V的单位来确定。R的常用取值与单位见书第10页，有8.31 kPa·dm3·mol-1·K-1, 0.0831 bar·dm3·mol-1·K-1, 0.0821 atm·dm3·mol-1·K-1, 62.4 mmHg·dm3·mol-1·K-1, 8.31 J·mol-1·K-1, 1.99 cal·dm3·mol-1·K-1等。其中最常用的R值取8.31，相应的单位为kPa·dm3·mol-1·K-1或J·mol-1·K-1。

3、在一个密闭容器中含有1mol H2和2mol O2，哪种气体的分压力大？

答：p1V=n1RT, p2V=n2RT

∴

在定容、恒温的条件下，分压的大小与分子的种类和分子量无关，只与分子的数量有关，所以1 mol H2与2 mol O2相比，氧气的分压更大。

4、“在沸点以上的液体不能存在”这句话对么？

答：不对。温度超过沸点的液体叫做“过热液体”，液体沸腾时，液体的内部必须有许多小气泡使液体在其周围气化，即小气泡起着“气化核”的作用，在纯净液体内小气泡不容易形成，因此容易出现过热现象。

另一方面，沸点与外界压力有关。只有临界温度以上时，无论如何加压都不能使气体液化。而临界温度以下的沸点，可以通过加压使气体液化。比如，在一个大气压和105℃时（高于水的正常沸点100℃）的水蒸气，通过加压到一定程度，可以使水蒸气液化。

5、什么是临界温度？它和液体的正常沸点有何区别？

答：①临界温度，使物质由气体变为液体的最高温度。每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样加多大的压力都不能使气体液化，这个温度就是临界温度。

②液体的蒸汽压随着温度的升高而增大，当温度升高到蒸气压等于外界压力时，液体就沸腾了，这个温度就是液体的沸点。而液体的正常沸点是外界压力为101.33kPa（1atm）时液体的沸点。

如表1-3所示，对于永久气体，不存在正常沸点Tb，其临界温度Tc低于室温；对于可凝聚气体，Tb低于室温而Tc高于室温；而对于常温常压下的液体，其Tb和Tc都高于室温。

6、在什么条件下，理想气体状态方程可以用于液体蒸汽压的计算？

答：当液体的蒸汽可以看作理想气体时，即压力不很高、温度不很低的情况下，可以使用理想气体状态方程来计算。

而处于与液体共存条件下的气体，或者在改变温度或压力时气体发生凝聚时，不能用气体状态方程来计算液体的蒸汽压（参见习题5）。

7、在一定温度下，饱和蒸汽压与体积有什么关系？为什么？

答：对于处于气液平衡状态下的饱和蒸汽压与体积（气体或液体或气液总体积）没有关系，饱和蒸汽压只与温度和蒸发焓有关；对于只有气体存在的饱和蒸汽，在维持温度不变的情况下，当体积增加时压力会降低，可用气体状态方程来估算；当体积减小时（等于施加外压），饱和蒸汽的一部分会凝聚，使得n变小，但压力不会改变（参见习题5中饱和水蒸气在不同条件下的变化情况）。

8、外压小于1×102kPa时，沸腾现象是否存在？举例说明。

答：液体在外压为1×102kPa时的沸点为正常沸点。对于常温常压下为液体的物质，均有正常沸点。在低于1×102kPa标准压力下，仍有沸腾现象，但沸点会相应地降低, 比如在高山上由于气压低于1×102kPa，水不到100℃就沸腾了；对于那些在1×102kPa标准压力下为气体、在保持压力不变通过降温不能成为液体的物质，在等于或低于1×102kPa时就不会有沸腾现象存在。如CO2气体，在1个大气压下降温到78.5℃时开始变为固体。

9、“水在0℃以下和100℃以上都不能以液态存在”的说法对吗？

答：不对。高纯水在缓慢降温时能在0℃甚至-40℃以下以过冷水的形式存在。在给水施加高压时其凝固点也会降低，因此会出现0℃以下的液态水。在加压时水的沸点也会升高，故100℃以上的液态水也是可以存在的。

10、冰和水共存的体系，受热时温度是否变化？为什么？

答：不变。在冰水共存时，体系吸收的热用于冰的融化，而不使体系的温度升高，吸收的热量多少由摩尔熔化热来决定。直到冰全部溶化后，水温随着吸热而升高。在冰水共存时，冰的融化（吸热）和水的凝固（放热）维持平衡，保持冰点的温度恒定。