题目
[题目]-|||-一份水蒸气试样在100℃时压强为40.0kP a,在恒容条件下,将它冷却到-|||-50.0℃,假定不发生凝聚,它的压力将是多少?如在50℃时,平衡蒸气压是-|||-12.3kPa,试判断水蒸气试样是否发生凝聚?

题目解答
答案

解析
本题考查理想气体状态方程的应用以及根据蒸气压判断物质状态。解题思路是先根据恒容条件下理想气体状态方程的变形求出冷却后的压强,再将该压强与$50^{\circ}C$时的平衡蒸气压比较,判断水蒸气是否发生凝聚。
步骤一:根据理想气体状态方程求出冷却后的压强
理想气体状态方程为$pV = nRT$,其中$p$为压强,$V$为体积,$n$为物质的量,$R$为摩尔气体常量,$T$为热力学温度。
在恒容条件下,$V$和$n$不变,$R$为常量,则$\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}$。
已知$p_1 = 40.0kPa$,$T_1=(100 + 273.15)K = 373.15K$,$T_2=(50 + 273.15)K = 323.15K$,将这些值代入$\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}$可得:
$p_2=\frac{p_1T_2}{T_1}=\frac{40.0kPa\times323.15K}{373.15K}\approx34.6kPa$
步骤二:判断水蒸气试样是否发生凝聚
已知$50^{\circ}C$时平衡蒸气压$p_{平}=12.3kPa$,而计算得到的$50^{\circ}C$时水蒸气的压强$p_2 = 34.6kPa$。
因为$p_2>p_{平}$,即水蒸气的实际压强大于该温度下的平衡蒸气压,所以水蒸气试样会发生凝聚。