2章《气体》习题及全解答-07-9-8

习 题

1．为什么湿空气比干燥的空气密度小？

答：根据阿佛加德罗定律：在同温同压下，相同体积的气体含有的气体分子数相同。即，同温同压下，同体积气体的气体物质的量相同。由于潮湿空气中含有分子量较氮气和氧气分子量小的水分子，则同体积的潮湿空气的质量比干燥空气的质量小，所以潮湿空气的密度比干燥空气的低。

2．在标准状况下, 多少摩尔的AsH3气体占有0.00400升的体积? 此时, 该气 体的密度是多少?

解：根据阿佛加德罗定律可知，在0℃和101.3 kPa条件下，22.414升任何气体含有的气体分子数都为6.02×1023个（即，1mol）。则在标准状况下, 0.00400升AsH3气体的物质的量为：

0.00400?0.000178mol。

22.414 标准状况下，该气体的密度为：

ρ =

3．由0.538mol He(g)、0.315molNe(g)、和0.103molAr(g)组成的混合气体在 25℃时体积为7.00L, 试计算 (1)各气体的分压, (2) 混合气体的总压力。 解：根据理想气体状态方程和Dalton分压定律：Pi?m0.000178mol?77.92g/mol??3.47g/L V0.00400LniRT VnHeRT0.538mol?8.314kPa?L?mol?1?K?1?298K??190.4kPa PHe?V7.00LnNeRT0.315mol?8.314kPa?L?mol?1?K?1?298KPNe???111.5kPa

V7.00LnArRT0.103mol?8.314kPa?L?mol?1?K?1?298KPAr???36.5kPa

V7.00LP(总)=P(He) + P(Ne) + P(Ar) = 190.4 +111.5 + 36.5 = 338.4 kPa

4．在76米的水下, 压力为849.1 kPa, 要使潜水员使用的潜水气中氧气的分 压保持为21.3 kPa (这是氧气在压力101.3 kPa的空气中的分压), 潜水气中氧气的摩尔分数是多少?

解：解：根据理想气体状态方程和Dalton分压定律：Pi?xi?P总

1

则， xi?

pi21.3kPa??0.025 p总849.1kPa5． 现有1.00mol CCl4 , 体积为28.0L, 温度为40℃, 分别计算： (1) 服从理想气体方程时， (2) 不服从理想气体方程时( a = 20.4×10-1×Pa·m6·mol-2, b = 0.1383 L·mol-1)该气体的压力？

解：（1）根据理想气体状态方程：

nRT1.00mol?8.314kPa?L?mol?1?K?1?313KP???92.94kPa

V28.0L（2）已知，a = 20.4×10-1×Pa·m6·mol-2=20.4×10-1×Pa·(103L)2·mol-2,

b = 0.1383 L·mol-1

?n2?根据范德华实际气体状态方程： ??p?aV2??(V?nb)?nRT 得，

??nRTan21.00mol?8.314L?kPa?mol?1?K?1?313Kp?? ?

V?nbV228.0L?1.00mol?0.1383L?mol?1220.4?10?1?Pa?(103L)2?mol?2?(1.0mol)?2(28.0L)

=93.4 kPa －2.6 kPa =90.8 kPa

6．试解释在以下两种情况下，分子间的作用力对气体性质的影响是增加了还是减弱了，(1)等温下压缩气体, (2)等压下升高气体的温度。

答：（1）等温压缩气体时，分子的平均动能不变，但气体分子间的距离缩小。由于分子间的作用力随分子间距离的缩小而增加，因此，等温压缩气体时，分子间的作用力对气体性质的影响将增加。（2）等压下升高气体的温度时，虽然分子的平均动能增加，但气体体积增大，分子间的距离也增加。由于分子间的作用力随分子间距离的增加而缩小，因此，等压下升高气体的温度时，分子间的作用力对气体性质的影响将减小。

7．用加热氯酸钾（KClO3）的方法制备氧气，氧气用排水集气法收集，在26℃，102 kPa压力下收集到的气体体积为0.250L, 计算(1) 收集到多少摩尔氧气？ (2)有多少克KClO3发生分解。(已知26℃时水的蒸气压为3.33 kPa) 解：（1） P)?P总?PH2O= 102kPa－3.33kPa = 98.67 kPa O2(kPa

V (L) = 0.250 L, T (K) = 26℃ + 273 = 299 K

根据理想气体状态方程，得

2

nO2?PO2?VRT?98.67kPa?0.250L?0.00992 mol

8.314kPa?L?mol?1?K?1?299K （2）设分解的氯酸钾（KClO3）的质量为x。根据加热氯酸钾（KClO3）的方法制备氧气的反应方程式，

加热 2KCl3O??2KC(l(s)??s)?3O2(g)

0.00992mol?2?122.5g?mol?1?0.81g 则， x?3

8．已知O2的密度在标准状态下是1.43 g·L-1，计算O2在17℃和207 kPa时的密度。

解： 根据式(2-7) 密度 ρ =

PM RT 则，标准状态下氧气的摩尔质量为：

MO21.43g?L?1?8.314kPa?L?mol?1?K?1?273K???32.0g?mol?1

P101.325kPa?RT在17℃和207 kPa时O2的密度为

207kpa?32.0g?mol?1?1?2.75g?Lρ（O2）= ?

RT8.314kPa?L?mol-1?K-1?290K

9． 某烃类气体在 27℃及 100 kPa下为 10.0 L，完全燃烧后将生成物分离，并恢复到 27℃及 100 kPa，得到 20.0 L CO2 和 14.44 g H2O ，通过计算确定此烃类的分子式。

解：根据理想气体状态方程，得

PMO2n烃?P?VRT?100kPa?10.0L?0.401 mol

8.314kPa?L?mol?1?K?1?300K100kPa?20.0L?0.802 mol ?1?18.314kPa?L?mol?K?300K燃烧生成的二氧化碳的物质的量为

nCO2?P?VRT?生成的水的物质的量为：14.44g/18g·mol-1 = 0.802 mol 设该烃的分子式为CxHy。其燃烧反应如下：

yyCxHy?(x?)O2?燃烧???xCO2?H2O

42 根据计量关系得，x = 0.802/0.401 = 2, y = 0.802×2/0.401 = 4 即，该烃类的分子式为：C2H4

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10．30℃时，在10.0 L容器中，O2、N2 和 CO2混合气体的总压力为93.3kPa，其中O2 的分压为 26.7 kPa，CO2的质量为5.00 g。计算 CO2 和 N2 的分压，及O2的摩尔分数。

解：混合气体中二氧化碳的物质的量为：5.00g/44.0 g·mol-1 =0.114mol。 根据Dalton分压定律, 二氧化碳的分压为

PCO2?nCO2RTV0.114mol?8.314kPa?L?mol?1?K?1?303K??28.7kPa

10.0L根据Dalton分压定律，P(总) = P(CO2) + P(O2) + P(N2), 所以，

P(N2) = P(总)－P(CO2)－P(O2) = 93.3kPa－28.7kPa－26.7 kPa = 37.9kPa

xO2?

PO2P总?26.7?0.286 93.3 11．在室温常压条件下，将 4.0 L N2和 2.0 L H2充入一个 8.0 L的容器，混合均匀，则混和气体中N2和H2 的分体积分别是多少。

解：根据理想气体状态方程：

P?nRTPV?n? VRT4P2P, nH2?, 则混合气体中氮气和氧气的RTRT所以，同温同压下，nN2?摩尔分数分别为： x(N2)=4/6, x(H2) =2/6

根据分体积定律，V(N2) = x(N2)×V(总) = (4/6)×8 = 5.3 L

V(H2) = x(H2)×V(总) = (2/6)×8 = 2.7 L

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