物理化学(上)模拟试卷一.doc

物理化学(上)模拟试卷一一、选择题 (共10题 20分)1、一恒压反应体系，若产物与反应物的 DCp0，则此反应：(A)吸热；(B)放热； (C)无热效应；(D)吸放热不能肯定。2、将某理想气体从温度T1加热到T2。若此变化为非恒压过程，则其焓变H应为何值?：(A) H0； (B) HCp(T2T1)；(C) H不存在； (D) H等于其它值。3、恒温恒压条件下，某化学反应若在电池中可逆进行时吸热，据此可以判断下列热力学量中何者一定大于零？ (A) U； (B) H； (C) S ； (D) G。4、已知在373 K时液体A的饱和蒸气压为66 662 Pa，液体B的饱和蒸气压为1.01 325105 Pa，设A和B构成理想液体混合物，则当A在溶液中的物质的量分数为0.5 时，气相中A的物质的量分数应为：(A) 0.200；(B) 0.300；(C) 0.397；(D) 0.603。5、非理想气体进行绝热自由膨胀时，下述答案中哪一个错误? (A) Q=0；(B) W=0；(C) U=0；(D) H=0 。6、对于下列的四种表述中正确的是：(A) 因为H=Qp，所以只有等压过程才有H；(B) 因为H=Qp，所以Qp也具有状态焓数的性质；(C) 公式H=Qp只适用于封闭体系；(D) 对于封闭体系经历一个不作其它功的等压过程，其热量只决定于体系的始态和终态。7、今有298 K、p$的N2气和323 K、p$的N2气各一瓶，问哪瓶N2气的化学势大? (A)() ()；(B) ()_ 0，G _ 0，假设Cp与温度无关。 参考答案一、选择题 ( 共10题 20分 )1. (D) 2. (B) 3. (C) 4. (C) 5. (D)6. (D) 7. (A) 8. (A) 9. (A） 10. (D)二、填空题 ( 共 5题 10分 )11. 答 a/ p* (1702 Pa42 Pa)/ 1702 Pa=0.9253 x(H2O)= a/ x= 0.9948 12. 答 (1) 大； (2) 等于 13. 答 5/2R，7/2R14. 答 一定大于；因为H=U+pV；一定大于；因为H=U+ (n)RT，而为正。15. 答 ， 0，G = nRTln(p2/p1) 0 则 T1+ T2 2(T1T2)1/2 所以S 0 二三证明：若一气体状态方程满足pVm = RT+bp时，则该气体的内能仅是温度的函数。 装 订 线 内 不 要 答 题四、绘图题（共10分）已知Hg-TL二组分体系的数据如下物质HgTL2Hg5E1(含TL18%)E2(含TL41%）TL溶点-39+15-60+0.4303（E1、E2均为低共熔点，Hg原子量200.59，TL的原子量为204.383）绘制t/-w%相图，并标出各区域、各线、各交点的相数，自由度数。得分评卷人复核人五、计算题（共40分）1、（10分）某一化学反应若在等温等压下(298.15K,p)进行，放热40.0 kJ，若使该反应通过可逆电池来完成，则吸热4.0kJ。 计算该反应的rSm 当该反应自发进行时(即不做电功时)，求环境的熵变和总熵变； 计算体系可能做的最大功为多少？（10分）2、（10分）已知1000K时，AB双原子分子的振动配分函数q0,V = 1.25，(q0,V 为振动基态能量规定为零的配分函数)。(1) 求振动特征温度？(2) 求处于振动基态能级上的分布分数 N0/N = ？3、（10分）合成氨循环气压机第二缸内混合气组成如下（体积分数/） N2 H2 NH3 CH4,Ar等 CO2 19.31 58.30 9.87 12.52 10-6 压力是 13.61106Pa，温度是 43，问： (1) 在此条件下能否生成氨基甲酸胺。已知反应 CO2 (g) + 2NH3 (g) = NH2COONH4 (s) 在此温度下的标准平衡常数 K = 6.82 。 (2) 为避免氨基甲酸胺的生成，混合气中 CO2的物质的量分数不应超过什么值？4、（10分）在单斜硫与斜方硫的晶态转变点附近，它们的蒸气压公式分为斜方硫：lg(p/p)=5267/T + 11.866，单斜硫：lg(p/p)=5082/T + 11.364，试计算：硫的晶态转变温度；转变点时的晶型转变热。答案三、证明题（共10分）2分2分2分2分2分四、绘图题（共10分） TL2Hg5含TL2%=为稳定化合物 （6分）1Hg（g）+l f*=1 2Cs+l f*=1 3TL（g）+l f*=1 4Cs+l f*=1（4分） 五、计算题（共40分）2、（10分）(1) q0,V = 1/1-exp(-v/T) = 1/1-exp(-v/1000) = 1.25exp(-v/1000) = 1-1/1.25 = 0.20 所以 v = 1609K 5分(2) N0/N = g0exp(-0/kT)/q0,V = g0exp(-0/kT)/exp(-0/kT)q0, = 1/q0,V = 1/1.25 = 0.80 5分3、（10分）(1) 依题给数据计算Qp，即 Qp= 1/p$/p$2 = 4240 (5分) 因为 Qp K ，所以氨基甲酸胺不能生成 (2) 欲使氨基甲酸胺不能生成，应满足下式： Qp= 1/x(CO2)p/p$x(NH3)p/p$2 J K (5分) 将有关数据代入上式，解得x(CO2) 6.2410-6 4、（10分）3分2分1分三得分评卷人四、解答题（每小题10分，共50分）1、在273K，1000 kPa时， 10.0dm3单原子理想气体（1）经过绝热可逆膨胀到终态压力100 kPa；（2）在恒外压100 kPa下绝热膨胀到终态压力100 kPa。分别计算两个过程的终态温度、W、U、H、S。2、室温下，液体A与液体B能形成理想溶液。现有一A、B混合物的蒸气相，其中A的摩尔分数为0.4 ，把它放在一个带活塞的汽缸内，在室温下将汽缸缓慢压缩。已知纯A与纯B的饱和蒸气压分别为40.0 kPa和120.0 kPa，求（1）当液体开始出现时，汽缸内气体的总压；（2）当气体全部液化后，再开始汽化时气体的组成。3、CO2(g)与H2S(g)在高温的反应为CO2(g) + H2S(g) = COS(g) + H2O(g) ，在610K时将0.1 mol CO2(g)加入体积为2.5 dm3的空瓶中，然后再充入H2S(g)使总压为1000 kPa。达平衡后取样分析，其中H2O(g)的摩尔分数为0.02 。设该反应的rHm = 2.74105J/mol且不随温度变化，视气体为理想气体。分别求610K和620K时该反应的标准平衡常数 。4、在标准压力下蒸馏时，乙醇乙酸乙酯系统有如下数据（x表示液相中的摩尔分数；y表示气相中的摩尔分数）：x乙醇y乙醇温度/x乙醇y乙醇温度/0077.150.5630.50772.00.0250.07076.700.7100.60072.80.1000.16475.00.8330.73574.20.2400.29572.60.9420.88076.40.3600.39871.80.9820.96577.70.4620.46271.61.0001.00078.3请根据以上数据在右框画出该系统的T-x图，并回答下列问题：对x乙醇=0.80的溶液，（1）进行蒸馏，最初馏出物的组成为？（2）普通蒸馏到最后一滴时，余液组成为？（3）在带有活塞的密闭容器中平衡蒸发到最后一滴时，余液组成为？5、合成氨的反应可表示为 N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g)，在298K和各气体均处于标准压力时该反应的rHm = 92.22 kJ/mol，rGm =32.90 kJ/mol。已知：Cp,m(N2) =28.58 + 3.7610-3T (JK-1mol-1) ；Cp,m(H2) =27.28 + 3.2610-3T (JK-1mol-1) ；Cp,m(NH3) =29.75 +25.110-3T (JK-1mol-1) ，请表示出rGm与温度的函数关系，并计算1000K时该反应的rGm 和K。答案三、解答题（每题10分，共50分）1、每一问的T2、W、U、H、S五个量各1分解：n=PV/(RT)=4.41mol (1) = Cp,m/ CV,m=5/3 由绝热可逆过程方程式P1V1=P2V2 ，代入数据得V2=39.8 dm3 T2= P2V2/(nR)=108.6K W=U= nCV,m(T2- T1)= 9.04kJ H=U+(PV)= 9.04103+(10539.810-3-10610.010-3) (J) = 15.06 kJ S=0 (2)绝热：W= nCV,m(T2- T1)等外压：W= P2(V2-V1)= P2(nRT2/P2- nRT1/P1)两式相等，代入数据，解得T2=175K W=U = nCV,m(T2- T1)= 5.39kJV2=nRT2/P2=64.16 dm3H=U+(PV)= 5.39103+(10564.1610-3-10610.010-3) (J) =8.97 kJ S=nRln(V2/V1)+nCV,mln(T2/T1)= 43.7 J/K2、解：（1）P总=PA+PB= PA*xA+PB*xB =40.0 xA+120.0(1-xA)=120.0-80.0 xA (kPa) 3分yA= PA/P总= PA*xA/ P总 1分 开始时，气相组成yA=0.4即：0.4=40.0 xA/(120.0-80.0 xA) 解得xA=0.667 1分所以 P总=120.0-80.0 0.667=66.67(kPa) 1分（2）全部液化后，液相组成与原始组成一致，即xA=0.4PA = PA*xA=40.00.40=16.0 (kPa) 1分PB = PB*xB=120.00.60=72.0 (kPa) 1分yA= PA/P总=16.0/(16.0+72.0)=0.182 1分yB=0.818 1分3、解，初始H2S(g)的量=n总-n0(CO2)=PV/(RT)- n0(CO2)=0.393 mol 2分设生成H2O(g)物质的量为xCO2(g) + H2S(g) = COS(g) + H2O(g)开始时物质的量/mol 0.1 0.393平衡时物质的量/mol 0.1-x 0.393-x x x由于该反应=0，反应前后n总不变 n总=0.493 mol 2分H2O(g)的摩尔分数为0.02，即x=0.020.493=0.00986 (mol)该反应=0，K(610K）=Kn=x2/(0.1-x)( 0.393-x)=2.8210-3 3分由lnK(620K）/ K(610K）= (1/610K-1/620K)rHm/R代入数据后解得：K(620K）=6.7410-3 3分4、解：（作图略） 4分（1）最初馏出物的组成为x乙醇=0.69 2分（2）普通蒸馏到最后一滴时，余液为纯乙醇 2分（3）在带有活塞的密闭容器中平衡蒸发到最后一滴时，余液组成为x乙醇=0.88 2分5、Cp,m= 50.92 + 36.6610-3T (JK-1mol-1)由基尔霍夫定律，d Hm =Cp,m dT ，将Cp,m随温度变化的关系式代入上式作不定积分得Hm =H0-50.92T+18.3310-3T2(Jmol-1) 2分将T=298K时Hm =-92.22103 J/mol代入上式，求得H0=-78680 Jmol-1 所以Hm与温度的关系式为 Hm =-78680-50.92T+18.3310-3T2(Jmol-1) 2分 由吉-亥公式，d(Gm /T)=-( Hm /T2)dT将Hm与温度的关系式代入上式作不定积分得Gm /T = 78680/T+50.92l nT-18.3310-3T+I (JK-1mol-1) 2分即：Gm =78680+50.92T lnT -18.3310-3T2+IT (Jmol-1)将T=298K时Gm =32.90103 J/mol代入上式，求得I=131 JK-1mol-1所以Gm与温度的关系式Gm =78680+50.92T lnT -18.3310-3T2-131T (Jmol-1) 2分 将T=1000K代入，的Gm(1000K) =123.8 kJmol-1) 1分K=EXP(-Gm /RT)=3.4110-7 1分五四、计算题。（1小题6分，2、3小题各12分，共30分）1、在一定压力p和温度298.2 K的条件下，1molC2H5OH(l)完全燃烧时所做的功是多少？设体系中气体服从理想气体行为。2、101325Pa下将一盛有100、1mol的密闭玻璃球放在100dm3的容器中，整个容器放在100的恒温槽内。将玻璃小球击破，水即发生气化（设蒸气为理想气体），计算该过程的Q，W，DU，DH，DS，DA，和DG。已知100水的气化热为40.59 kJmol1。3、已知甲苯的摩尔质量为 9210-3 kgmol-1，沸点为383.15K，平均摩尔气化焓为 33.84kJmol-1；苯的摩尔质量为 7810-3 kgmol-1，沸点为353.15K，平均摩尔气化焓为 30.03kJmol-1。有一含苯 100g 和甲苯 200g 的理想液态混合物，在373.15K，101.325 kPa下达气液平衡。求 （1）373.15K 时苯和甲苯的饱和蒸气压； （2）平衡时液相和气相的组成； （3）由两组分物质形成该理想液态混合物时的混合焓和混合熵。 答案四、计算题：（1小题6分，2、3小题各12分，共30分）。1、（1分）解：反应方程这是等温、等压下的化学反应：（1分）（2分）2、解：首先判断水是否全部气化，在101325Pa下，1mol水全部气化应占体积：或在恒容下，1mol水全部气化后的压力：（2分）体积和压力均小于始态，表明能全部气化，末态压力应为31025.7Pa选择整个容器为系统，设计下过程理想气体恒温过程 DH2=0， DU2=0 DH= DH1+ DH2= DH1=40.59 kJ （2分） DU= DU1+ DU2= DU1= DH1D(pV)= DH1RT=37.47 kJ （2分）因对整个容器系统 DV=0，故W=0，Q= DU = 37.47 kJ （2分） DS= DS1+ DS2= DH1/T nRln(p2/p1) =118.60 JK1 （2分） DA= DU TDS=37.49kJ 118.60373.15 J = 6.771 kJ （1分） DG= DH TDS=40.59kJ 118.60373.15 J = 3.672 kJ （1分）（2分）六一、 、计算题：(共50分)1(10分) A(熔点651)和B(熔点419)的相图具有一个低共熔点，为368(42% A,质量百分数，下同)。(1) (1) 绘出该二组分系统的示意相图，标出各相区相态，及自由度。(2) (2) 分别指出80% A和30% A的系统从700冷却到300的过程的相变。(3) (3) 画出49% A的溶液的步冷曲线。2、(20分) 某抗菌素施于人体后在血液中的反应呈现一级反应。如在人体中注射0.5克某抗菌素，然后在不同时间测其在血液中的浓度，得到下列数据：t (h)481216CA (血液中药含量mg/100ml)0.480.310.240.15lncA-t的直线斜率为-0.0979, lncA,0=-0.14(1) (1) 求反应速率常数。(2) (2) 计算半衰期(3) 若使血液中某抗菌素浓度不低于0.37mg/100ml，问需几小时后注射第二针。3、(20分) 5mol过冷水在-5, 101.3kPa下凝结为冰，计算过程的G, 并判断过程在此条件下能否发生。已知水在0, 101.3kPa下凝固热Hm,凝=-6.009JK-1mol-1，水的平均热容为75.3 JK-1mol-1, 冰的平均热容为37.6 JK-1mol-1。答案1(10分)A(熔点651)和B(熔点419)的相图具有一个低共熔点，为368(42% A,质量百分数，下同)。(4) (4) 绘出该二组分系统的示意相图，标出各相区相态，及自由度。(5) (5) 分别指出80% A和30% A的系统从700冷却到300的过程的相变。(6) (6) 画出49% A的溶液的步冷曲线。B(s)+l20040060080020406080BAB%t ()lA(s)-lA(s)+B(s)单相区为2，两相区为1，三相线为02、(20分) 二、(20分) 某抗菌素施于人体后在血液中的反应呈现一级反应。如在人体中注射0.5克某抗菌素，然后在不同时间测其在血液中的浓度，得到下列数据：t (h)481216CA (血液中药含量mg/100ml)0.480.310.240.15lncA-t的直线斜率为-0.0979, lncA,0=-0.14(3) (3) 求反应速率常数。(4) (4) 计算半衰期(3) 若使血液中某抗菌素浓度不低于0.37mg/100ml，问需几小时后注射第二针。解： 设cA,0为抗菌素开始浓度(1)反应速率方程积分形式 lncA=-kt+lncA,0 斜率为-k=-0.0979 .k=0.0979h-1(2) =7.08h(3)t=0时，ln cA= ln cA,0=-0.14 t=1/k=1/0.0979ln(0.72/0.37)=6.8h约需6.8小时后注射第二针。3、(20分) 5mol过冷水在-5, 101.3kPa下凝结为冰，计算过程的G, 并判断过程在此条件下能否发生。已知水在0, 101.3kPa下凝固热Hm,凝=-6.009JK-1mol-1，水的平均热容为75.3 JK-1mol-1, 冰的平均热容为37.6 JK-1mol-1。G(2) H2O(l) H2O(s) n=5.00mol, n=5.00mol, t1= -5 t1= -5 p=101.3kPa p=101.325kPa G3G1 H2O(l) H2O(s)G3 n=5.00mol, n=5.00mol, t1= 0 t1=0 P=101.3kPa p=101.3kPa H=H1+H2+H3=1883-30045-940=-29102J，S1=nCp,m,水lnT1/T2=575.3ln273.2/268.2=6.93JK-1，S2=Hm,凝/T=5(-6009103)/273.2=-110.0 JK-1S3=nCp,m,冰lnT2/T1=537.6ln268.2/273.2=3.47JK-1，S=S1+S2+S3=6.95-110.0-3.47=-106.5 JK-1G=H-TS=-29102-268.2(-106.5)=-539 J0w=0,等温，等压，G 0，水可以自动结冰。七四、计算题。（1小题6分，2、3小题各12分，共30分）1、在一定压力p和温度298.2 K的条件下，1molC2H5OH(l)完全燃烧时所做的功是多少？设体系中气体服从理想气体行为。2、1013