04~05学期物化期末试卷AB答案.doc

福建农林大学考试试卷 （A）卷20042005学年第 一 学期课程名称：物 理 化 学 考试时间 2005-1-13 轻化、材料 专业 03 年级 班 学号 姓名 题号一二三四五六七八九十总得分得分评卷人复核人得分评卷人一、名词解释（每小题3分，共24分）可逆过程物质的标准态固溶体偏摩尔体积理想液态混和物标准摩尔生成吉布斯函数变 熵增加原理 可逆过程：在无限 接近平衡的条件 下进行变化 的过程称为可逆过程，当沿其逆过程进行时，物系和环境都可以 完全恢复。物质的标准态：在压强为P、温度为T的纯物质为物质的标准态。若为气体则还需具有理想气体性质。固溶体：以分子、原子或离子的形式分散的均匀固态混合物。偏摩尔体积：在温度、压强和其他组成一定的条件下，增加1molB物质对体系总体积的贡献。理想液态混和物：在全部浓度范围内各组分都符合拉乌尔定律的液态混合物。标准摩尔生成吉布斯函数变：在温度为T的标准态下，由最稳定态的单质生成1mol化合物B的过程的吉布斯函数变。熵增加原理：隔离系统的熵永不减少。或说，自发变化时，隔离系统的熵总是趋于增加的，当系统达到平衡时，熵值达最大。得分评卷人二、计算题二、某双原子分子的理想气体4mol，从始态p1=50kPa，V1=160dm3经绝热可逆压缩到末态压力p2=200kPa。求末态温度T2及过程的W，U，H。（12分）解：T1=P1V1/nR = 50 kPa * 160 dm3/(4 mol * 8.314 J/mol K) = 240.53K已知 CP,m = 3.5R.(4分)因为理想气体的内能、焓只是温度的函数，所以有U= nCV,m(T2 T1) =4mol * 2.5 * 8.314 J/mol K * (357.43 240.53)K = 9.72kJ 因为 Q = 0 W= 9.72Kj .(5分)H= nCP,m(T2 T1) =4mol * 3.5 * 8.314 J/mol K * (357.43 240.53)K = 13.608kJ.（3分）三、已知25时乙醇（C2H5OH，l）的cHm（C2H5OH，l）=-1366.8kJ/mol，求乙醇在25时fHm（C2H5OH，l）。附25时fHm（CO2，）=-393.51 kJ/mol，fHm（H2O，l）=-285.83 kJ/mol 。（6分）解： C2H5OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 3H2O(l)298.15K时 CHm(C2H5OH) = 2fHm(CO2(g) + 3fHm(H2O(l) -fHm (C2H5OH)fHm (C2H5OH) = 2 * (393.51) +3 * (-285.83) ( - 1366.8)kJ/mol = - 277.71 kJ/mol四、已知在100kPa下冰的熔点为0，比熔化热fush=333.3J/g 。过冷水和冰的质量定压热容（比定压热容）分别为cp=4.184J/gK和cp=2.000J/gK。求在100kPa及-10下1kg的过冷水凝固成冰时过程的Q，S及隔离系统的熵变Siso 。要求写出设计成的可逆途径的框图。（15分）T1 = 263.15K1Kg H2O(l)T1 = 263.15K1Kg H2O(s)T1 = 273.15K1Kg H2O(l)T1 = 273.15K1Kg H2O(s)H, S =?H1, S1 H2, S2 H3, S3 解： (3分) QP =H =H1+H2+H3 = m cP(l)(T2-T1) m fush + m cP(s)(T2-T1) =1000g * (-333.3) + (4.184 2.000) *10J/g = -311.46 kJ （4分） S=S1+S2+S3 = m cP(l)ln(273.15/263.15) m fush/273.15K+ m cP(s) ln(263.15/273.15) = -1.139 KJ/K （4分） S环 = -H/ T环= 311.460KJ/263.15K = 1.184KJ/K Siso =S +S环 = 45J/K （4分）五、化学反应如下：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）(1) 利用下表中各物质的Sm、fHm数据，求上述反应在25时的rSm和rGm。(2) 利用下表中各物质的fGm数据，计算上述反应在25时的rGm。(3) 25时，若始态CH4（g）和CO2（g）的分压均为150kPa，末态CO（g）和H2（g）的分压均为50kPa，求反应的rSm ，rGm 。（15分） (标准压力，25下)物质CH4CO2COH2fHm/ kJ/mol-74.81 -393.509-110.5250Sm/ J/molK186.264213.74197.674130.684fGm/ kJ/mol-50.72-394.359-137.1680解：（1）rHm = BfHm(B) = -247.269 kJ/molrSm = BSm(B) = （197.647*2 +130.684 * 2-186.264 -213.74）J/molK = 256.712 J/molKrGm = rHm TrSm = 170.703 kJ/mol （5分） (2) rGm = BfGm(B) = - 2*137.168 (- 50.72) (- 394.359) kJ/molCH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g） 298K,pCH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）1 50 KPa (始态) 50 KPa(终态)= 170.743 kJ/mol （5分）(3) 设计框图如右 Sm = Sm，1 + rSm+Sm，2= 2Rln150/100 + rSm+ 4Rln50/100=286.507 J/molK因为反应体系为理想气体，rHm = rHmrGm =rHm - TSm = 161.860 kJ/mol （5分）六、（13分） 60时甲醇的饱和蒸气压是83.4kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0kPa。二者可形成理想液态混合物。（1）若混合物的组成为二者的质量分数各50，求60时此混合物的液相组成、平衡蒸汽组成（以摩尔分数表示）。（2）画出甲醇乙醇系统的p-组成相图的大致形状，要求图中标有题给数据和（1）中的计算结果、各相区的平衡相态，说明各条线所代表的物理意义。解： 1） x 乙= n乙/(n乙 + n甲) = 50/46 (50/46 +50/32) = 0.410P乙 = p乙* x乙 = 19.27 KPaP甲 = p甲* x甲 =49.206 KPa（3分）y 乙= p乙/(p乙 + p甲) = 0.282y甲 = 1- y乙 = 0.718（3分） 2) （7分）83.4p/KPa47.0lg液相线L+g气相线 07180590乙醇甲醇七、（15分）工业上用乙苯脱氢制苯乙烯C6H5C2H5（g）= C6H5C2H3（g）+ H2（g）设该反应在900K下进行，K=1.51。分别计算下述三种情况下乙苯的平衡转化率。（1） 反应压力为常压100 kPa；（2） 抽真空使反应系统压力为10 kPa；（3） 反应压力为100 kPa，但反应初人为地使原料气中水蒸气与乙苯蒸气的物质的量的比为10：1。解： C6H5C2H5（g）= C6H5C2H3（g）+ H2（g）+ H2O(g)t= 0 1mol 0 0 0平衡时nB/mol 1- n = 1+平衡时pB K =1.51 = （3分）当P = 100KPa 时 =1.51 = 77.6% （4分）当P = 10KPa 时 =15.1 = 96.8% （4分）当 n(H2O) = 10mol n = (11 +)molK =1.51 = （4分） = 95.0% 福建农林大学考试试卷 （ B ）卷20042005学年第 一 学期课程名称： 物理化学 考试时间 2005-2- 轻化、材料 专业 03 年级 班 学号 姓名 题号一二三四五六七八九十总得分得分评卷人复核人得分评卷人一、名词解释（每小题3分，共24分）一、 名词解释：物理化学 物质的标准态 状态函数 标准摩尔生成焓 化学势 热力学第三定律 恒沸物 恒压摩尔热容物理化学：通过研究化学现象与物理现象之间的联系，探讨化学变化最普遍性一般规律的科学。物质的标准态：在压强为P、温度为T的纯物质为物质的标准态。若为气体则还需具有理想气体性质。状态函数：描述系统状态的所有物理量。标准摩尔生成焓：在温度为T的标准态下，由热力学最稳定态的单质化合生成1mol物质B的焓变。化学势：即偏摩尔吉布斯函数，在温度、压强和其他组成一定的条件下，增加1molB物质对体系摩尔吉布斯函数的贡献。热力学第三定律：在绝对0K时，纯物质的完美晶体的熵为0。恒沸物：有恒定沸点的液态混合物。恒压摩尔热容：在无相变、无化变、恒压的条件下，1 1molB物质温度升高1K所需吸收 的热。得分评卷人二、计算题PV231二、 （15分）2 mol某理想气体，Cp,m=7/2R，由始态100 kPa，50 dm3，先恒容加热使压力升高至200 kPa，再恒压冷却使体积缩小至25 dm3。求整个过程的W，Q，U和H。（要求画出过程变化，第三、五题同） 解: 因为是理想气体,且P1V1 = P2V2 T1 = T2 U = H = 0W = W13 + W32 = 0 P2(V2-V3) = P2(V2-V1) = 5000 JQ = - W = -5000 J(每答案3分, 框图3分)三、 （15分）蒸气锅炉中连续不断地注入20 水，将其加热并蒸发成180 、饱和蒸气压为1.003 Mpa的水蒸气。求每生产1kg水蒸气所需要的热量。 已知：水在100的摩尔蒸发焓vapHm(373.15 K)=40.668 kJ/mol，水的平均摩尔定压热容Cp,m(H2O,l) =75.32 J/molK，水蒸气的Cp,m(H2O,g) /J/molK =29.16+14.49*10-3(T/K)-2.022*10-6(T/K)2。解: 20 水1.003MPa100 水1.003MPa100 水蒸汽1.003MPa180 水蒸汽1.003MPaH1 H2 H3 因为 为恒压无其它功的过程,QP =H =H1 + H2 + H3H1 = nCP,m(l) * 80K = 334.8 KJH2 = nvapHm = 2260 KJH3 = = n(29.16(453-373) + 0.5 * 14.49 * 10-3(4532-3732) 1/3 * 2.022*10-6 (4533-3733) )J= 51.2 JQP =H = 2.746 KJ(每答案3分, 框图3分)四、 （12分）已知298.15 K,CO(g)和CH3OH(g)的fHm分别为-110.52 kJ/mol和-200.7 kJ/mol, CO(g), H2（g）,CH3OH(g)的Sm分别为197.67 J/molK, 130.68 J/molK及239.8 J/molK。求298.15 K时，下列反应的rGm及K。该反应的理论得率如何？有可行性吗？CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)rHm = BfHm(B) =( -200.7 +110.52) kJ/mol = - 90.18 kJ/mol (3分)rSm =BSm(B) =（239.8197.67-130.684*2）J/molK=-219.23 J/molK(3分)rGm = rHmTrSm=(-90180 +219.23 * 298.15)J/mol = -24.82 kJ/mol(2分)Ln K = -rGm/RT =10.01 K = 2.23 * 104. (2分)因为K较大，反应可以进行的较为完全，该反应具有可行性。 (2分)五、 （8分）已知298.15 K时液态水的标准摩尔生成吉布斯函数fGm(H2O,l)=-237.129 kJ/mol，水在298.15 K的饱和蒸气压p=3.1663 kPa。求298.15 K时水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数。H2 +1/2O2H2O(l)H2O(l) 3.1663KPaH2O(g) 100KPafGm(H2O,g) = ?fGm(H2O,l)G1G2解: 298.15 K 下由右上框图, 依状态函数法, 有fGm(H2O,g) =fGm(H2O,l) +G1 +G2式中, G1 = 0 (T,P一定, W = 0,可逆相变)G2 =H2 - TS2 = 0 T * nRln(100/3.1663) = 8.550KJ/mol 所以, fGm(H2O,g) = -237.129 kJ/mol + 8.550KJ/mol = -228.579 KJ/mol（计算过程5分，框图3分)六、 （15分，每答案1分）指出下列平衡系统中的组分数C，相数P及自由度数F。（1） I2（s）与其蒸气成平衡；（2） CaCO3(s)与其分解产物CaO(s)和CO2(g)成平衡；（3） NH4HS（s）放入一