华南理工物理化学二含答案.docx
- 文档编号:27560342
- 上传时间:2023-07-02
- 格式:DOCX
- 页数:8
- 大小:31.67KB
华南理工物理化学二含答案.docx
《华南理工物理化学二含答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《华南理工物理化学二含答案.docx(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
华南理工物理化学二含答案
华南理工物理化学
(二)2001(含答案)
华南理工大学
2001年攻读硕士学位研究生入学考试试卷
(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)
科目名称:
物理化学(含物理化学实验)
适用专业:
化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程
1.C6H6在100kPa时的熔点为5℃,摩尔熔化焓为9916J·mol-1,Cp,m(l)=126.8J·K-1·mol-1,Cp,m(s)=122.6J·K-1·mol-1。
求100kPa、–5℃下1mol过冷C6H6凝固成固态C6H6的Q、△U、△H、△S、△A、△G,假设凝固过程的体积功可以忽略不计。
(12分)
解:
涉及过程如下:
∆H=∆H1+∆H2+∆H3=Cp,m(l)(T'-T)+∆H2+Cp,m(s)(T-T')
=9916J·mol-1+(122.6-126.8)×(268-278)J·mol-1
=9958J·mol-1
恒压Q=∆H=9958J·mol-1
∆U=∆H-∆pV≈∆H=9958J·mol-1
∆S=∆S1+∆S2+∆S3=Cp,m(l)ln(T'/T)+∆H2/T'+Cp,m(s)ln(T/T')
=∆H2/T'+[Cp,m(s)-Cp,m(s)]ln(T/T')
=9916J·mol-1/278K+(122.6-126.8)ln(268/278)J·K-1·mol-1
=35.8J·K-1·mol-1
∆G≈∆A=∆H-T∆S=9958J·mol-1-268K×35.8J·K-1·mol-1=363.6J·mol-1
2.卫生部规定汞蒸气在1m3空气中的最高允许含量为0.01mg。
已知汞在20℃的饱和蒸气压为0.160Pa,摩尔蒸气发焓为60.7kJ·mol-1(设为常数)。
若在30℃时汞蒸气在空气中达到饱和,问此时空气中汞的含量是最高允许含量的多少倍?
汞蒸气看作理想气体,汞的摩尔质量为200.6g·mol-1。
(10分)
解:
本题主要利用克-克方程进行计算。
30℃时汞蒸气压为
p'=pexp[∆vapH(T'-T)/RTT']
=0.160Pa×exp[60700×(303.15-293.15)/(8.315×293.15×303.15)]
=0.3638Pa
此时空气中汞含量是最高允许含量的倍数为
(pV/RT)M/0.01×10-3g=[0.3638×1/(8.315×303.15)]×200.6/10-5=2895
3.钙和镁能形成一种稳定化合物。
该系统的热分析数据如下
质量百分数wCa/%
0
10
19
46
55
65
79
90
100
冷却曲线出现折点时T/K
-
883
-
973
-
923
-
998
-
冷却曲线的水平线T/K
924
787
787
787
994
739
739
739
1116
(1) 画出相图(草图)并分析各相区的相态和自由度。
(2) 写出化合物的分子式,已知相对原子量:
Ca,40;Mg,24。
(3) 将含钙35%的混合物1kg熔化后,放置冷却到787K前最多能获稳定化合物多少?
(12分)
解:
(1)相图如下。
单相区F=2,两相区F=1,三相线F=0。
(2)化合物C含Ca55%,可知其分子式为
Ca:
Mg=(55/40):
(45/24)=11/15
即为Ca11Mg15。
(3)根据杠杠规则,设能得到化合物为W,则
(1kg-W)×(35-19)=W×(55-35)
得
W=0.444kg
4.在25℃时,下列电池
Zn(s)|ZnCl2(b=0.005mol·kg-1)|Hg2Cl2(s)|Hg
(1)
的电动势E=1.227V。
(1) 写出电极反应和电池反应。
(2)求25%时该ZnCl2水溶液的离子强度I,离子平均活度系数γ±和活度a。
已知德拜-许克尔极限公式中常数A=0.509kg1/2·mol-1/2。
(3)计算电池的标准电动势Eθ。
(4) 求电池反应的∆rGθ。
(13分)
解:
此题与霍瑞贞主编的《物理化学学习与解题指导》258页15题基本相同,但书上计算活度部分是错误的!
(1)正极反应:
Hg2Cl2(s)+2e-=2Hg
(1)+2Cl-
负极反应:
Zn(s)=Zn2++2e-
电池反应:
Hg2Cl2(s)+Zn(s)=2Hg
(1)+ZnCl2
(2)b+=b,b-=2b,
I=(1/2)∑bBzB2=0.5×[b×4+2b×1]=3b=3×0.005mol·kg-1=0.015mol·kg-1
lgγ±=-Az+|z-|I1/2=-0.509×2×0.0151/2=-0.1247
γ±=0.750
a=a±3=b±3γ±3/bθ3=b+b-2γ±3/bθ3=(0.005)(2×0.005)2×0.7503
=2.11×10-7
(3) 根据Nernst方程
Eθ=E+(0.05916V/2)lga(ZnCl2)=1.227V+0.02958V×lg(2.11×10-7)=1.030V
(4) ∆rGθ=-zFEθ=-2×96500×1.021J=-197.1kJ
5.HI的摩尔质量M=127.9×10-3kg·mol-1,振动特征温度Θv=3200K,转动特征温度Θr=9.0K:
已知k=1.381×10-23J·K-1,h=6.626×10-34J·s,L=6.022×1023mol-1。
(1) 计算温度298.15K,100kPa时HI的平动、转动、振动配分函数qt、qr、qv0。
(2) 根据转动各能级的分布数,解释能级越高粒子分布数越小不一定正确。
(10分)
解:
(1)V=nRT/p=(1×8.315×298.15/100000)m3=0.02479m3
=3.471×1031
qr=T/Θrσ=298.15K/(9.0K×1)=33.13
=1.000
(2)根据玻尔玆曼分布,转动能级分布
nJ/N=gJexp(-J(J+1)Θr/T)/qr=(2J+1)exp(-J(J+1)Θr/T)/qr=gJfJ
由gJ=(2J+1)和fJ决定,随着J增大,gJ增大,fJ减少,因此有可能出现一个极大值,即能级越高粒子分布数越小不一定正确。
6.在273K时用钨粉末吸附正丁烷分子,压力为11kPa和23kPa时,对应的吸附体积(标准体积)分别为1.12dm3·kg-1和1.46dm3·kg-1,假设吸附服从Langmuir等温方程。
(1) 计算吸附系数b和饱和吸附体积V∞。
(2)若知钨粉末的比表面积为1.55×104m2·kg-1,计算在分子层覆盖下吸附的正丁烷分子的截面积。
已知L=6.022×1023mol-1。
(10分)
解:
(1)Langmuir等温方程V/V∞=bp/(1+bp),两种不同压力下的数据相比数得
V/V'=(1+1/bp')/(1+1/bp)
1.46/1.12=(1+1/11kPa/b)/(1+1/23kPa/b)
可得b=0.156kPa-1
所以
V∞=V(1+bp)/bp=1.12dm3·kg-1×(1+0.156×11)/(0.156×11)
=1.77dm3·kg-1
(2) 比表面A0=V∞LA/(0.0224m3·mol-1),可得截面积为
A=(0.0224m3·mol-1)A0/V∞L
=(0.0224m3·mol-1)×1.55×104m2·kg-1/(1.77×10-3m3·kg-1×6.022×1023mol-1)
=3.257×10-19m2
7.有下列反应
式中k1和k2分别是正向和逆向基元反应的速率常数,它们在不同温度时的数值如下:
温度/K
300
310
k1/s-1
3.50×10-3
7.00×10-3
k2/(s·pθ)-1
7.00×10-7
1.40×10-6
(1) 计算上述可逆反应在300K时的平衡常数Kp和Kθ。
(2) 分别计算正向反应与逆向反应的活化能E1和E2。
(3) 计算可逆反应的反应焓∆H。
(4) 在300K时,若反应容器中开始时只有A,其初始压力p0为pθ,问系统总压p',
达到1.5pθ时所需时间为多少?
(可适当近似)(13分)。
解:
(1)Kp=k1/k2=3.50×10-3s-1/7.00×10-7(s·pθ)-1=2000pθ
Kθ=Kp/pθ=2000
(2)E1=RTT'ln(k1'/k1)/(T'-T')=[8.315×300×310×ln(7.00/3.50)/(310-300)]J·mol-1
=53.6kJ·mol-1
E2=RTT'ln(k2'/k2)/(T'-T')
=[8.315×300×310×ln(1.40×10-6/7.00×10-7)/(310-300)]J·mol-1
=53.6kJ·mol-1
(3)∆H=E1-E2=0
(4)A(g)=B(g)+C(g)
t=0pθp=pθ
t=t'pApθ-pApθ-pAp=2pθ-pA即pA=2pθ-p
速率方程
-dpA/dt=k1pA-k2(pθ-pA)2≈k1pA(∵pθk2< 积分得 t=ln(pA0/pA)/k1=ln[pθ/(2pθ-p)]/t=ln[pθ/(2pθ-1.5pθ)]/3.50×10-3s-1=198s 8.在浓度为10mol·m-3的20cm3AgNO3溶液中,缓慢滴加浓度为15mol·m-3的KBr溶液10cm3,以制备AgBr溶胶。 (1)写出AgBr溶胶的胶团结构表达式,指出电泳方向。 (2)在三个分别盛10cm3AgBr溶胶的烧杯中,各加入KNO3、K2SO4、K3PO4溶液使其聚沉,最少需加电解质的数量为: 1.0mol·m-3的KNO35.8cm3;0.01mol·m-3的K2SO4;8.8cm3;1.5×10-3mol·m-3的K3PO48.0cm3;计算各电解质的聚沉值以及它们的聚沉能力之比。 (3)293K时,在两极距离为35cm的电泳池中施加的电压为188V,通电40min15s,测得AgBr溶胶粒子移动了3.8cm。 问该溶胶的ξ电势为多大? 已知293K时分散介质的相对介电常数εr=80,粘度η=1.03×10-3Pa·s,真空介电常数ε0=8.854×10-12F·m-1。 (10分) 解: (1)AgNO3过量,为稳定剂,胶团结构为 [(AgBr)mnAg+·(n-x)NO3-]x+·xNO3- 胶粒带正电,电泳时向负极移动。 (2)KNO3的聚沉值: 1.0mol·dm-3×5.8cm3/(10+5.8)cm3=0.367mol·dm-3 K2SO4的聚沉值: 0.01mol·dm-3×8.8cm3/(10+8.8)cm3=4.68×10-3mol·dm-3 K3PO4的聚沉值;0.0015mol·dm-3×8.0cm3/(10+8.0)cm3=6.67×10-4mol·dm-3 聚沉能力之比KNO3: K2SO4: K3PO4 =(1/0.357): (1/4.48×10-3): (1/6.67×10-4)=1: 79.7: 535 (3)由公式u=εEζ/h=ε(V/l)ζ/h得 ζ=ulh/εV=ulh/εrε0V =(0.038m/2415s)×0.35m×1.03×10-3Pa·s/(80×8.854×10-12F·m-1×188V) =0.0426V 9.在室温下氨基甲酸铵很不稳定,易分解,且分解平衡压力小于大气压。 请你设计反应装置,测量这个反应的平衡常数,粗略画出实验装置草图,说明部件要求什么条件,如何测量压力,并推导平衡常数表达式。 NH2COONH4(s)=2NH3(g)+CO2(g)(10分) 解: 参考物理化学实验教材。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 华南理工 物理化学 答案
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)