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物理化学
1
中南大学物理化学(上册)考试卷03
一、单选题(每题2分,共24分)
1.1mol理想气体,从始态(p,V,T)出发,分别进行⑴恒温可逆膨胀和⑵绝热可逆膨胀
过程,若两过程所达到的末态体积相同,则两过程体积功的关系是()
(A)|W⑴|=|W⑵|(B)|W⑴|>|W⑵|(C)|W⑴|<|W⑵|(D)无法确定
2.在T和pΘ下,C(石墨)+O2(g)===CO2(g)的反应热为△rHmΘ(T)。
下列说法中不正确的是
()
(A)△rHmΘ(T)是CO2(g)在温度T下的标准生成焓(B)△rHmΘ(T)=△rUmΘ(T)
(C)△rHmΘ(T)是C(石墨)在温度T下的标准燃烧焓(D)△rHmΘ(T)>△rUmΘ(T)
3.在确定的T、p下,无论用什么手段进行一个A+B===C的反应,若反应的△rHm>0,
则该反应的反应热()
(A)大于零(B)小于零(C)视反应手段而定(D)等于零
4.某单组分体系的Vm(l)>Vm(s),当体系的压力升高时,其熔点将()
(A)升高(B)降低(C)不变(D)不确定
5.使用热力学判据△GT,p,W’=0<0判别某过程方向时,下标p所表示的是()
(A)体系中每一组分的分压(B)体系的总压(C)外压(D)标压pΘ
6.下列针对偏摩尔量的描述,不正确的是()
(A)偏摩尔量是体系某种容量性质的一种偏微分
(B)偏摩尔量是体系的强度性质,状态函数
(C)体系的偏摩尔量可正、可负、亦可为零
(D)体系中某组分的偏摩尔Gibbs自由能就是该组分的化学势
7.恒温恒压下由纯组分形成理想溶液,下列各量中为零的是()
(A)ΔmixG(B)ΔmixS(C)ΔmixH(D)ΔmixA
8.关于溶液中某组分的活度及活度系数,不正确的是()
(A)活度相当于是校正浓度,但无量纲
(B)活度及活度系数的大小与参考态的选择有关
(C)理想溶液中各组分的活度系数皆为1
(D)活度及活度系数的大小与标准态的选择有关
2
9.化学反应等温式△rGm=△rGmΘ+RTlnJa,当选取不同标准态时,反应的△rGmΘ将改变,
该反应的△rGm和Ja将()
(A)都随之改变(B)都不改变
(C)Ja变,△rGm不变(D)Ja不变,△rGm变
10.在等温等压下,当反应的△rGmΘ=5kJ·mol-1时,该反应能否()
(A)能正向自发进行(B)能逆向自发进行
(C)不能判断(D)不能进行
11.通常条件下的二组分体系中,最多共存的相有()
(A)3相(B)4相(C)5相(D)6相
12.CuSO4与水可生成CuSO4·H2O,CuSO4·3H2O和CuSO4·5H2O三种水合物,在一定压力
下与CuSO4水溶液和冰共存的含水盐有()
(A)3种(B)2种(C)1种(D)0种
二、填空题(每空1分,共16分)
1.某理想气体一从始态出发,分别进行绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀,若两过程所达到
的末态压力相同,则末态温度T可逆T不可逆,而体系的焓变ΔH可逆ΔH不可逆。
(填>,<或=号)
2.在383K、pΘ下,1mol的过热水蒸气凝聚成液态水,体系的熵变ΔS体系0,环境的
熵变ΔS环境0。
(填>,<或=号)
3.含不挥发溶质的稀溶液,其沸点较纯溶剂的沸点;其凝固点较纯溶剂的凝固点
_____。
4.溶液中某组分在其参考态下的活度为;活度系数为。
5.一定温度下,对于给定反应,Kp=Ky=Kn=Kc的条件是__和。
6.将NH4HS(s)和任意量的NH3(g)、H2S(g)混合。
当体系达到平衡时,此体系的独立组分数
C=__,相数Φ=__,自由度f=_。
7.某反应体系中有C(s)、H2O(g)、CO(g)、CO2(g)、H2(g)共5种物质,在1200K下体系达
到平衡。
则此体系的独立组分数C=,条件自由度f*=,相数Φ=。
三、(本题20分)将1molO2由298.15K,pΘ的压强下经恒温可逆压缩增至压强为607950Pa
的末态,试求W、Q、ΔU、ΔH、ΔA、ΔG、ΔS体、ΔS环及ΔS隔。
如改为恒外压607950Pa压
缩至同一末态,上述各热力学量又为多少?
3
四、(本题6分)请根据下列各反应的热效应值,计算在298.15K下,AgCl(s)的恒压标准生
成热△fHmΘ[AgCl(s),298.15K]和恒容标准生成热△fUmΘ[AgCl(s),298.15K]。
⑴Ag2O(s)+2HCl(g)===2AgCl(s)+H2O(l)△rHmΘ[298.15K]⑴=-324.9kJ·mol-1
⑵2Ag(s)+0.5O2(g)===Ag2O(s)△rHmΘ[298.15K]⑵=-30.57kJ·mol-1
⑶0.5H2(g)+0.5Cl2(g)===HCl(g)△rHmΘ[298.15K]⑶=-92.31kJ·mol-1
⑷H2(g)+0.5O2(g)===H2O(l)△rHmΘ[298.15K]⑷=-285.84kJ·mol-1
五、(本题12分)液体A和液体B形成理想溶液。
在343.15K时,由1mol的A和2mol的
B所形成的溶液的蒸汽压为50.663kPa,若在该溶液中再加入3mol的A,则溶液的蒸汽压为
70.928kPa。
求:
(1)343.15K时,纯液体A和纯液体B的饱和蒸汽压pA*及pB*;
(2)对第一种溶液,平衡气相中A,B的摩尔分数yA和yB。
六、(本题10分fD_|WN_Q__)乙醇气相脱水可制备乙烯,其反应为:
C2H5OH(g)=C2H4(g)+H2O(g),已
知如下数据:
C2H5OH(g)C2H4(g)H2O(g)
△fHm
Θ(298K)/kJ·mol-1-235.352.28-241.8
Sm
Θ(298K)/J·K-1·mol-1282219.5188.7
4
求298K下反应的△rGm
Θ、Kp
Θ及Kp。
七、(本题12分)NaCl—H2O二元系相图如图所示,其中化合物组成为NaCl·2H2O。
(1)请写出(Ⅰ)~(Ⅵ)相区内的稳定相,并写出图中两条水平线所对应的三相平衡反应及名
称;
(2)在冰-水平衡系中加入固态NaCl做制冷剂,可获得最低温度多少度?
(3)将1kg质量分数28%NaCl水溶液(M点)由433K冷到264K,最多能析出纯NaCl多少?
240
260
280
300
320
340
360
380
400
H2O102030405060708090NaCl
(Ⅰ)
NaCl(%wt)
T/K
252
420
440
(Ⅴ)
M(28%NaCl,433K)
(Ⅲ)
(Ⅱ)(Ⅳ)
(Ⅵ)
264K
HE(22.3)
D
P(27)
G(62)
F
5
答案03
一、单选题(每题2分,共24分)
1.(B)2.(D)3.(C)4.(A)5.(B)6.(A)
7.(C)8.(D)9.(C)10.(C)11.(B)12.(C)
二、填空题(每空1分,共16分)
1.<,<;2.<,>;3.高;__低_;4.1,1;
5.__Δνg=0理想气体;6.2,2,2;7.3,2,2。
三、(本题20分)解:
(1)将O2视为理想气体,因是恒温可逆压缩,(1分)
故ΔU=ΔH=0(2分)
2
1
rln
p
Q=−W=nRTp
4441J-4.44kJ
607950
=1×8.314×298.15×ln101325=−=(2分)
ΔS体=Qr/T=(-4441)÷298.15=-14.9J·K-1(1分)
ΔG=ΔH-TΔS体=-Qr=4.44kJ(1分)
ΔA=ΔU-TΔS体=-Qr=4.44kJ(1分)
ΔS环=-Qr/T=4441÷298.15=14.9J·K-1(1分)
ΔS隔=ΔS体+ΔS外=0(1分)
(2)因恒外压压缩,则(1分)
12394J12.394kJ
101325
1
607950
6079508.314298.151
21
=−=−
⎟⎠
⎞
⎜⎝=×
×
⎛
−
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
=−=Δ=×−
p
RT
p
QWpVpRT外
(2分)
ΔS环=-Q/T=12394÷298.15=41.57J·K-1(1分)
ΔS隔=ΔS体+ΔS环=(-14.9)+41.57=26.67J(1分)
ΔG,ΔA,ΔU,ΔH及ΔS体均与
(1)同。
(5分)
四、(本题6分)解:
AgCl(s)的生成反应为:
Ag(s)+0.5Cl2(g)===AgCl(s)(1分)
与题目所给反应的关系为:
生成反应=0.5×⑴+0.5×⑵+⑶-0.5×⑷(2分)
6
则△fHmΘ[AgCl(s),298.15K]=0.5×△rHmΘ[298.15K]⑴+0.5×△rHmΘ[298.15K]⑵
+△rHmΘ[298.15K]⑶-0.5×△rHmΘ[298.15K]⑷
=0.5×(-324.9)+0.5×(-30.57)+(-92.31)-0.5×(-285.84)
=-127.125kJ·mol-1(1分)
因为Σνg=-0.5(1分)
则△fUmΘ[AgCl(s),298.15K]=△fHmΘ[AgCl(s),298.15K]-RTΣνg
=(-127.125)+0.5×8.314×298.15×10-3
=-125.886kJ·mol-1(1分)
五、(本题12分)解:
(1)因为液体A和液体B形成理想溶液,所以有
pA=pA*xA=pA*(1-xB)pB=pB*xB(2分)
p=pA+pB
由1mol的A和2mol的B所形成的溶液中xB,1=2/3,(1分)
且p1=pA,1+pB,1=pA*(1-xB,1)+pB*xB1=50.663kPa(2分)
由4mol的A和2mol的B所形成的溶液中xB,2=1/3,(1分)
且p2=pA,2+pB,2=pA*(1-xB,2)+pB*xB,2=70.928kPa(2分)
将上两式联立求解得:
pA*=91.193kPa,pB*=30.398kPa(2分)
(2)对第一种溶液有
yA=pA,1/p1=91.193/3×50.663=0.6,yB=1-yA=0.4(2分)
六、(本题10分)解:
△rHm
Θ(298K)=Σνi△fHm
Θ(i,298K)
=△fHm
Θ[H2O(g),298K]+△fHm
Θ[C2H4(g),298K]-△fHm
Θ[C2H5OH(g),298K]
=45.78kJ·mol-1(2分)
△rSm
Θ(298K)=ΣνiSm
Θ(i,298K)
=Sm
Θ[H2O(g),298K]+Sm
Θ[C2H4(g),298K]-Sm
Θ[C2H5OH(g),298K]
=126.2J·K-1·mol-1(2分)
△rGm
Θ(298K)=△rHm
Θ(298K)--T△rSm
Θ(298K)
=8.17kJ·mol-1(2分)
7
因为△rGm
Θ=-RTlnKp
Θ,
所以Kp
Θ=exp[-△rGm
Θ/RT]
=exp[-8172.4/8.314×298.15]=0.03694(2分)
而Kp=Kp
Θ(pΘ)Σνi=Kp
Θ(pΘ)=3742.6Pa(2分)
七、(本题12分)解:
(1).①(每相0.5分,共3分)各相区的稳定相依序为:
(Ⅰ)—NaCl水溶液(溶液单相);(Ⅱ)—冰+NaCl水溶液(s1-l两相);
(Ⅲ)—冰+NaCl·2H2O(s)(s1-s2两相);(Ⅳ)—NaCl·2H2O(s)+NaCl水溶液(s2-l两相);
(Ⅴ)—NaCl(s)+NaCl水溶液(s3-l两相);(Ⅵ)—NaCl·2H2O(s)+NaCl(s)(s2-s3两相);
②(反应1分,名称1分,共4分)
水平线HED对应的三相平衡反应为共晶反应:
水平线PGF对应的三相平衡反应为包晶反应:
(2)此时就是向(I)区加入NaCl,则溶液中NaCl浓度提高,其组成-温度线将下降至共晶点,
所以可获得最低温度为252K(-21℃)。
(2分)
(3)按杠杆规则有
Wb·ba=Wc·ac,(1分)
而ba=28-27=1,ac=100-28=72,(1分)
又Wb+Wc=1
∴解得:
Wc=0.0137kg,即可得纯硅约13.7g(1分)
l(E)—←———→
冷)
热)
冰(H)+NaCl·2H2O(s)(D)
l(P)+NaCl(s)(F)—←———→
冷)
热)
NaCl·2H2O(s)(G)
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