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物化考试试题范围
第二章热力学第一定律-即时练习
一、单选题:
1.对于理想气体的热力学能有下述四种理解:
(1)状态一定,热力学能也一定
(2)对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的
(3)对应于某一状态,热力学能只有一个数值,不可能有两个或两个以上的数值
(4)状态改变时,热力学能一定跟着改变
其中都正确的是:
()
A.
(1),
(2);
B.(3),(4);
C.
(2),(4);
D.
(1),(3)。
答案:
D.热力学能是状态的单值函数,其绝对值无法测量。
2.有一高压钢筒,打开活塞后气体喷出筒外,当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞,此时筒内温度将:
()
A.不变
B.升高
C.降低
D.无法判定
答案:
C.气体膨胀对外作功,热力学能下降。
,标准压力下的水,经下列两个不同过程变成373K,标准压力下的水气,
(1)等温、等压可逆蒸发
(2)真空蒸发
这两个过程中功和热的关系为:
(ΔU=Q+W):
()
A.W1
B.W1 C.W1=W2Q1=Q2 D.W1>W2Q1 答案: A.过程 (1)中,系统要对外作功,相变所吸的热较多。 4.在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱,将冰箱门打开,并接通电源使其工作,过一段时间之后,室内的平均气温将如何变化() A.升高 B.降低 C.不变 D.不一定 答案: A.对冰箱作的电功全转化为热了。 5.凡是在孤立系统中进行的变化,其ΔU和ΔH的值一定是: () A.ΔU>0,ΔH>0 B.ΔU=0,ΔH=0 C.ΔU<0,ΔH<0 D.ΔU=0,ΔH不确定 答案: D.热力学能是能量的一种,符合能量守衡定律,在孤立系统中热力学能保持不变。 而焓虽然有能量单位,但它不是能量,不符合能量守衡定律。 例如,在绝热钢瓶里发生一个放热的气相反应,ΔH可能回大于零。 6.某理想气体的γ=Cp/CV=,则该气体为几原子分子() A.单原子分子 B.双原子分子 C.三原子分子 D.四原子分子 答案: B.=7/5,CV=(5/2)RCp=(7/5)R,这是双原子分子的特征。 7.当以5molH2气与4molCl2气混合,最后生成2molHCl气。 若以下式为基本单元,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)则反应进度ξ应是: () A.1mol B.2mol C.4mol D.5mol 答案: A.反应进度ξ=Δn/ν=2mol/2=1mol 8.欲测定有机物燃烧热Qp,一般使反应在氧弹中进行,实测得热效应为QV,公式Qp=QV+ΔnRT中的Δn为: () A.生成物与反应物总物质的量之差 B.生成物与反应物中气相物质的量之差 C.生成物与反应物中凝聚相物质的量之差 D.生成物与反应物的总热容差 答案: B.ΔnRT一项来源于Δ(pV)一项,若假定气体是理想气体,在温度不变时Δ(pV)就等于ΔnRT 9.下述说法,何者正确() A.水的标准摩尔生成焓即是氧气的标准摩尔燃烧焓 B.水蒸气的标准摩尔生成焓即是氧气的标准摩尔燃烧焓 C.水的标准摩尔生成焓即是氢气的标准摩尔燃烧焓 D.水蒸气的标准摩尔生成焓即是氢气的标准摩尔燃烧焓 答案: C.根据标准摩尔燃烧焓的定义,只有(C)是正确的。 因为氧气是助燃剂,没有标准摩尔燃烧焓,氢气的燃烧产物是液体水,而不是水蒸气。 时,石墨的标准摩尔生成焓ΔfH: () A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.不能确定 答案: C.根据标准摩尔生成焓定义,规定稳定单质的标准摩尔生成焓为零。 碳的稳定单质制定为石墨。 第三章热力学第二定律-例题分析 1.1mol单原子分子理想气体,始态为273K,p,分别经下列可逆变化,其Gibbs自由能的变化值各为多少 (A)恒温下压力加倍(B)恒压下体积加倍(C)恒容下压力加倍 假定在273K,p$下,该气体的摩尔熵为100J·K-1·mol-1。 ΔH和ΔS的值计算。 如果是等温过程,则 如果是个变温过程,则 解: (A) (B)恒压下体积加倍, T2=2T1,ΔG=ΔH-Δ(TS) 因为 所以 (C)恒容下压力加倍,T2=2T1 所以 思路: Gibbs自由能的变化值可以通过ΔH和ΔS的值计算。 如果是等温过程,则 如果是个变温过程,则 解: (A) (B)恒压下体积加倍, T2=2T1,ΔG=ΔH-Δ(TS) 因为 所以 (C)恒容下压力加倍,T2=2T1 所以 2.请计算1mol苯的过冷液体在-5℃,p$下凝固的ΔS和ΔG。 已知-5℃时,固态苯和液态苯的饱和蒸气压分别为和kPa;-5℃及p$时,苯的摩尔熔化焓为kJ·mol-1。 思路: 对于不可逆相变,必须设计一个始终态相同的可逆过程,才能计算其ΔS和ΔG 解: 设系统经5步可逆过程完成该变化,保持温度都为-5℃, 总的△G的变化值是五步变化值的和, 但是,因为 (2)和(4)是等温、等压的可逆相变过程,所以 因为液体和固体的可压缩性较小,摩尔体积相差不大,可近似认为△G1与△G5可以相消, 所以 思路: 对于不可逆相变,必须设计一个始终态相同的可逆过程,才能计算其ΔS和ΔG 解: 设系统经5步可逆过程完成该变化,保持温度都为-5℃, 总的△G的变化值是五步变化值的和, 但是,因为 (2)和(4)是等温、等压的可逆相变过程,所以 因为液体和固体的可压缩性较小,摩尔体积相差不大,可近似认为△G1与△G5可以相消, 所以 3.苯的正常沸点为353K,摩尔汽化焓是ΔvapHm=·mol-1。 今在353K,,p$下,将1mol液态苯向真空等温汽化为同温同压的苯蒸气(设为理想气体)。 (1)计算该过程中苯吸收的热量Q和作的功W (2)求苯的摩尔汽化Gibbs自由能ΔvapGm和摩尔汽化熵ΔvapSm (3)求环境的熵变 (4)使用哪种判据,可以判别上述过程可逆与否并判别之。 思路: 真空蒸发,系统对外不做膨胀功,热交换等于热力学能的变化值。 在相变点温度和压力下,进行不可逆相变,由于始终态与可逆相变相同,所以状态函数的变量也与可逆相变相同。 对于系统的不可逆热效应,对于环境可以认为是可逆的。 解: (1)真空汽化W=0 (2)设液态苯在同温、同压下可逆蒸发为气,这时, (3)系统的不可逆热效应,对环境来说可以看作是可逆的 (4)用熵判据来判断过程的可逆性 所以,苯的真空蒸发为不可逆过程。 思路: 真空蒸发,系统对外不做膨胀功,热交换等于热力学能的变化值。 在相变点温度和压力下,进行不可逆相变,由于始终态与可逆相变相同,所以状态函数的变量也与可逆相变相同。 对于系统的不可逆热效应,对于环境可以认为是可逆的。 解: (1)真空汽化W=0 (2)设液态苯在同温、同压下可逆蒸发为气,这时, (3)系统的不可逆热效应,对环境来说可以看作是可逆的 (4)用熵判据来判断过程的可逆性 所以,苯的真空蒸发为不可逆过程。 单原子理想气体,始态 ,沿 (a为常数)的可逆途径,压缩至终态压力为400kPa。 计算该过程的 和△S。 思路: 的途径实际是告诉我们 ,这相当于说 一样,没有什么特别的地方。 从这个已知条件可以从 计算出V2的值。 对于理想气体只要是 变化的物理过程,不论具体变化途径如何,都可以使用公式 , 计算(若是等温过程,则 )。 解题时应该把容易计算的先求出来,然后再由这些结果去计算较难求的变量。 这题的难点是在求W。 因为沿的是 的途径,则 ,在求积分 时稍有麻烦,要作适当的数学变换再积分。 解: 根据理想气体的状态方程式和已知条件 因为 , ,代入上式,a是常数,可以提到积分号外边,得 △S要分两步计算,先等压可逆,后等温可逆 计算△S时容易出现的错误是把公式记错了,把 记成 。 因为第2步是等温可逆过程, , , , 第三章热力学第二定律-即时练习 一、单选题: 1.理想气体在等温条件下反抗恒定外压膨胀,该变化过程中系统的熵变及环境的熵变应为: () A.>0,=0 B.<0,=0 C.>0,<0 D.<0,>0 答案: C.理想气体等温膨胀,体积增加,熵增加,但要从环境吸热,故环境熵减少。 2.在绝热条件下,用大于气缸内的压力迅速推动活塞压缩气体,此过程的熵变: () A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.不能确定 答案: A.封闭系统绝热不可逆过程,熵增加。 和O2在绝热钢瓶中生成水的过程: () A.ΔH=0 B.ΔU=0 C.ΔS=0 D.ΔG=0 答案: B.因为钢瓶恒容,并与外界无功和热的交换,所以能量守衡,ΔU=0。 4.在和101325Pa条件下,水凝结为冰,判断系统的下列热力学量中何者一定为零() A.ΔU B.ΔH C.ΔS D.ΔG 答案: D.等温、等压、不作非膨胀功的可逆相变,Gibbs自由能不变。 5.在N2和O2混合气体的绝热可逆压缩过程中,系统的热力学函数变化值在下列结论中正确的是: () A.ΔU=0 B.ΔA=0 C.ΔS=0 D.ΔG=0 答案: C.绝热可逆过程是衡熵过程,QR=0故ΔS=0。 6.单原子分子理想气体的CV,m=(3/2)R,温度由T1变到T2时,等压过程系统的熵变ΔSp与等容过程熵变ΔSV之比是: () A.1: 1 B.2: 1 C.3: 5 D.5: 3 答案: D.相当于摩尔等压热容与摩尔等容热容之比。 ×10-3kg水在373K,101325Pa的条件下汽化为同温同压的水蒸气,热力学函数变量为ΔU1,ΔH1和ΔG1;现把1×10-3kg的H2O(温度、压力同上)放在恒373K的真空箱中,控制体积,使系统终态蒸气压也为101325Pa,这时热力学函数变量为ΔU2,ΔH2和ΔG2。 问这两组热力学函数的关系为: () A.ΔU1>ΔU2,ΔH1>ΔH2,ΔG1>ΔG2 B.ΔU1<ΔU2,ΔH1<ΔH2,ΔG1<ΔG2 C.ΔU1=ΔU2,ΔH1=ΔH2,ΔG1=ΔG2 D.ΔU1=ΔU2,ΔH1>ΔH2,ΔG1=ΔG2 答案: C.系统始态与终态都相同,所有热力学状态函数的变量也都相同,与变化途径无关。 时,1mol理想气体等温可膨胀,压力从1000kPa变到100kPa,系统Gibbs自由能变化为多少() A.kJ B.kJ C.kJ D.kJ 答案: D.等于Vdp积分 9.对于不做非膨胀功的隔离系统,熵判据为: () A.(dS)T,U≥0 B.(dS)p,U≥0 C.(dS)U,p≥0 D.(dS)U,V≥0 答案: D.隔离系统的U,V不变 10.某气体的状态方程为pVm=RT+αp,其中α为大于零的常数,该气体经恒温膨胀,其热力学能: () A.不变 B.增大 C.减少 D.不能确定 答案: A.状态方程中无压力校正项,说明该气体膨胀时,不需克服分子间引力,所以恒温膨胀时,热力学能不变。 第四章多组分系统-即时练习 一、单选题: 物质和3molB物质在等温、等压下,混合形成理想液态混合物,该系统中A和B的偏摩尔体积分别为×10-5m3×mol-1,×10-5m3×mol-1,则混合物的总体积为: () A.×10-5m3 B.×10-5m3 C.×10-4m3 D.×10-5m3 答案: C.运用偏摩尔量的集合公式。 2.已知373K时,液体A的饱和蒸气压为,液体B的饱和蒸气压为。 设A和B形成理想液态混合物,当A在溶液中的摩尔分数为时,在气相中A的摩尔分数为: () A.1 B.1/2 C.2/3 D.1/3 答案: C.用Roult定律算出总蒸气压,再把A的蒸气压除以总蒸气压 ,标准压力下,苯和甲苯形成理想液态混合物。 第一份混合物体积为2dm3,苯的摩尔分数为,苯的化学势为μ1,第二份混合物的体积为1dm3,苯的摩尔分数为,化学势为μ2,则: () A.μ1>μ2 B.μ1<μ2 C.μ1=μ2 D.不确定 答案: B.化学势是偏摩尔Gibbs自由能,是强度性质,与混合物的总体积无关,而与混合物的浓度有关。 第一份的浓度低于第二份的浓度,故化学势小。 4.在温度T时,纯液体A的饱和蒸气压为,化学势为,并且已知在大气压力下的凝固点为,当A中溶入少量与A不形成固态溶液的溶质而形成为稀溶液时,上述三物理量分别为,和,则() A.,, B.,, C.,, D.,, 答案: D.纯液体A的饱和蒸气压和化学势比稀溶液中的大,加入溶质后,稀溶液的凝固点会下降。 5.在298K时,A和B两种气体单独在某一溶剂中溶解,遵守Henry定律,Henry常数分别为kA和kB,且知kA>kB,则当A和B压力(平衡时的)相同时,在一定量的该溶剂中所溶解的关系为: () A.A的量大于B的量 B.A的量小于B的量 C.A的量等于B的量 D.A的量与B的量无法比较 答案: B.根据Henry定律,当平衡压力相同时,Henry常数大的溶解量反而小。 6.在400K时,液体A的蒸气压为4×104Pa,液体B的蒸气压为6×104Pa,两者组成理想液态混合物,平衡时溶液中A的摩尔分数为,则气相中B的摩尔分数为: () A. B. C. D. 答案: B.用Roult定律算出总蒸气压,再把B的蒸气压除以总蒸气压 7.在50℃时,液体A的饱和蒸气压是液体B饱和蒸气压的3倍,A,B两液体形成理想液态混合物。 气液平衡时,在液相中A的摩尔分数为,则在气相中B的摩尔分数为: () A. B. C. D. 答案: B.用Roult定律算出总蒸气压,再把B的蒸气压除以总蒸气压 标准压力下,两瓶含萘的苯溶液,第一瓶为2dm3(溶有萘),第二瓶为1dm3(溶有mol萘),若以μ1和μ2分别表示两瓶中萘的化学势,则() A.μ1=10μ2 B.μ1=2μ2 C.μ1=(1/2)μ2 D.μ1=μ2 答案: D.化学势是偏摩尔Gibbs自由能,是强度性质,与混合物的总体积无关,而与混合物的浓度有关。 两份的浓度相同,故化学势相等。 9.两只烧杯各有1kg水,向A杯中加入蔗糖,向B杯内溶入,两只烧杯按同样速度冷却降温,则有: () A.A杯先结冰 B.B杯先结冰 C.两杯同时结冰 D.不能预测其结冰的先后次序 答案: A.稀溶液的依数性只与粒子数有关,而与粒子的性质无关。 B杯内溶入NaCl,NaCl解离,其粒子数几乎是A杯中的两倍,B杯的凝固点下降得多,所以A杯先结冰。 10.在恒温抽空的玻璃罩中,封入两杯液面相同的糖水(A杯)和纯水(B杯)。 经历若干时间后,两杯液面的高度将是: () A.A杯高于B杯 B.A杯等于B杯 C.A杯低于B杯 D.视温度而定 答案: A.纯水的饱和蒸气压大于糖水,纯水不断蒸发,蒸气在含糖水的A杯中不断凝聚,所以A杯液面高于B杯。 第五章相平衡-即时练习 一、单选题: (s)和任意量的NH3(g)及H2S(g)达平衡时,有: () A.C=2,P=2,f=2 B.C=1,P=2,f=1 C.C=2,P=3,f=2 D.C=3,P=2,f=3 答案: A.反应有三个物种,一个平衡条件,所以组分数为2,有2相共存,根据相律,自由度为2。 2.某系统存在C(s),H2O(g),CO(g),CO2(g)和H2(g)五种物质,相互建立了下述三个平衡 H2O(g)+C(s)H2(g)+CO(g) CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) CO2(g)+C(s)2CO(g) 则该系统的独立组分数C为: () A.C=3 B.C=2 C.C=1 D.C=4 答案: A.反应共有5个物种,2个独立的化学平衡,而无浓度限制条件,所以组分数为3。 3.在100kPa的压力下,I2在液态水和CCl4(l)中达到分配平衡(无固态碘存在),则该系统的条件自由度数为: () A.f*=1 B.f*=2 C.f*=0 D.f*=3 答案: B.共有3个物种,一个平衡条件,所以组分数为2。 有2相共存,已指定温度,根据相律,条件自由度为2。 (一个平衡条件能否成立,请再考虑) 4.与水可生成,和三种水合物,则在一定温度下与水蒸气平衡的含水盐最多为: () A.3种 B.2种 C.1种 D.不可能有共存的含水盐 答案: B.系统的组分数为2,已指定温度,根据相律,条件自由度为零时得最多可以共存的相数为3。 现在已指定有水蒸气存在,所以,可能有共存的含水盐只能有2种。 5.某一物质X,在三相点时的温度是20℃,压力是200kPa。 下列哪一种说法是不正确的: () A.在20℃以上X能以液体存在 B.在20℃以下X能以固体存在 C.在25℃,100kPa下,液体X是稳定的 D.在20℃时,液体X和固体X具有相同的蒸气压 答案: C.可以画一张单组分系统相图的草图,(C)所描述的条件只能落在气相区,所以这种说法是不正确的。 的临界温度是124K,如果想要液化N2,就必须: () A.在恒温下增加压力 B.在恒温下降低压力 C.在恒压下升高温度 D.在恒压下降低温度 答案: D.临界温度是指在这个温度之上,不能用加压的方法使气体液化,所以只有在临界温度时用降低温度的方法使之液化。 7.当Clausius-Clapeyron方程应用于凝聚相转变为蒸气时,则: () A.p必随T之升高而降低 B.p必不随T而变 C.p必随T之升高而变大 D.p随T之升高可变大或减少 答案: C.因为凝聚相转变为蒸气时总是吸热的,根据Clausius-Clapeyron方程,等式右方为正值,等式左方也必定为正值,所以)p随T之升高而变大。 8.对恒沸混合物的描述,下列各种叙述中哪一种是不正确的() A.与化合物一样,具有确定的组成 B.不具有确定的组成 C.平衡时,气相和液相的组成相同 D.其沸点随外压的改变而改变 答案: A.恒沸混合物不是化合物,其沸点和组成都会随着外压的改变而改变。 9.在通常情况下,对于二组分物系,能平衡共存的最多相数为: () A.1 B.2 C.3 D.4 答案: D.当自由度为零时,系统有最多相数。 现在组分数为2,当自由度为零时相数为4。 10.某一固体,在25℃和大气压力下升华,这意味着: () A.固体比液体密度大些 B.三相点的压力大于大气压力 C.固体比液体密度小些 D.三相点的压力小于大气压力 答案: B.画一单组分系统草图,当三相点的压力大于大气压力时,在25℃和大气压力下处于气相区,所以固体会升华。 第六章化学平衡-例题分析 1.工业上制水煤气的反应为: 设反应在673K时已达到平衡,试讨论下列因素对平衡的影响。 (1)增加碳的量 (2)提高反应温度 (3)增加系统总压(4)提高H2O(g)的分压 (5)增加N2(g)的分压 思路: 影响化学平衡的因素很多,但影响的程度不同。 温度可以影响标准平衡常数的值,而压力和惰性气体的存在不影响标准平衡常数的值,而只影响反应前后气体分子数不等的反应的平衡组成,减压和增加惰性气体对气体分子数增加的反应有利。 一般凝聚相不影响平衡。 解: (1)增加碳的量不影响平衡,碳是固体,复相反应中固体不影响平衡常数值。 (2)因为这是一个吸热反应, ,根据vanderHoff公式,升高温度可以使增大,有利于产物的生成。 (3)这是一个气体分子数增加的反应,增加系统总压,对正反应不利。 虽然平衡常数不变,但产物的含量会下降。 所以,在工业上制水煤气的反应一般在大气压力下进行。 (4)H2O(g)是反应物,增加反应物的含量会使平衡右移,虽然平衡常数值不变,但生成物的含量会提高。 (5)N2(g)没有参与反应,在该反应中是作为惰性气体。 增加N2(g)的压力,在总压不变的情况下就降低了反应系统中各物的分压,相当于起了降压的作用,所以使反应右移。 虽然平衡常数值未变,但产物的含量会提高。 所以制水煤气总是用空气将C(s)燃烧产生高温,N2(g)作为惰性气体混在反应系统中。 2. 的分解作用为 在523K和100kPa条件下反应达平衡,测得平衡混合物的密度为 ,试计算: (1) 的解离度 (2)在该反应条件下的标准平衡常数 (3)该反应的标准摩尔Gibbs自由能的变化值 已知: , , 。 思路: 求 的解离度有若干种方法。 首先应列出 在解离平衡时的量的关系,得到平衡时总的物质的量。 混合物的总质量应该等于起始时 的质量。 或算出混合物的平均摩尔质量,再根据理想气体的状态方程,就可计算得到解离度。 有了解离度的数值,根据平衡常数的定义和与 的关系,就可得到和 的值。 解: (1)设解离度为a 平衡时总的物质的量为 因为 根据理想气体状态方程,平衡时 , , 代入a的表示式,得 a的另一种求法是: 在平衡混合物中,平均摩尔质量为 代入的表示式,就可以求出a,结果是一样的。 (2)设 代入标准平衡常数的表示式,得 (3) 3.已知在298K时下列物质的 和: SO3 SO2 O2 0 设总压力为100kPa,反应前气体中含各物质的摩尔分数为 , ,其余为惰性气体,求反应 (1)在298K时的平衡常数 (2)若使 的转化率 ,计算应该控制的温度(设反应 ) 思路: 从热力学数据计算出298K时的 , 和 ,然后得到298K时的 和。 因为设反应 ,所以根据实验的组成计算温度T时的 ,根据(T)和298K时的 , 值,用公式 ,计算出所需的温度。 解: (1)因为 因为 (2)设所求的平衡温度为T,因
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