华南理工大学2001-05年物理化学二真题与解答.doc

华南理工大学2000年攻读硕士学位研究生入学考试物理化学试题（适用专业：应化类含制糖工程，化工类，未注明的为两类共用题） 1苯的正常沸点为353K，摩尔汽化焓为30.77kJmol-1，现将353K，标准压力下的1摩尔液态苯向真空等温蒸发为同温同压的苯蒸汽（设为理想气体）。A计算该过程苯吸收的热量和做的功；B求过程的 G和S；C求环境的熵变；D可以使用何中判据判断过程的性质。（12分） 2已知288.15K时纯水的饱和蒸汽压为1705Pa，现将mol NaOH溶解在4.559mol水中，测得该溶液的饱和蒸汽压596.5Pa，求：A. 溶液中水的活度；B. 在纯水中和在溶液中，水的化学势的差值。 （应化类做, 分） 3有关金刚石和石墨在298K时的热力学数据如下表所示：金刚石石墨DcHm/(kJmol-1)-395.3-393.4Sm/(JK-1mol-1)2.435.69密度/kgdm-33.5132.260求：A. 298K时，由石墨转化为金刚石的DrGm；B. 298时，由石墨转化为金刚石的最小压力。（分） DG=DG1+DG2+DG3=0 假设(V金-V石)与p无关，得： (V金-V石)( p - p) = -DG2 4对MnO-FeO二组分系统，已知MnO和FeO的熔点分别为1785和1370；在1430时，含有40和70FeO（质量）两固溶体间发生转熔变化，与其平衡的液相组成为85FeO；在1200，两个固溶体的组成为36FeO和74FeO。A. A. 试绘制出该系统的相图；B. B. 指出个区域和三相线对应的相态和自由度；C. C. 当一含74FeO的二相组分系统，由1650缓慢冷至1100时，作出冷却曲线，简述其相态的变化。D. D. 当一含74FeO的二相组分系统，由1650缓慢冷至无限接近1430，试分析此时各相的组成和质量。假设系统的总质量为1kg。 （12分） 5298K时，电池 Hg(1)HgCl2(s) | HCl(a) | Cl2(g，p ) | Pt 的电动势及它的温度系数分别为1.092V和9.427X10-4VK-1。A. 写出电极反应及电池反应。B. 求电池反应的DrGm、DrSm、DrHm及Qr，m 。C. 比较该反应在可逆电池中及在通常反应条件（298K，p下热反应）下进行时的热效应。 （14分） 6293K时，苯的表面张力为28.9X10-3Nm-1，密度为 879kgm-3，苯的正常沸点为354.5K，汽化热为33.9kJmol-1(可视为常数)。求293K时半径为10-6m的苯的雾滴（球形）的饱和蒸汽压。（10分） 7已知H2分子的摩尔质量M、转动特征温度、振动特征温度分别为2.010-3 kgmol-1、85.4K、6100K。在温度298.15K时，试分别计算：A运动在m3立方体盒子的分子平动配分函数。 B分子的转动配分函数。 C分子的振动配分函数qv0。 D处于第一振动激发态与振动基态的粒子数之比(化工类不做此小题)。已知k=1.381X10-23JK-1， h=6.62610-34Js， L=6.022X1023mol-1。(10分) 8反应A = B的速率常数和平衡常数K(无量纲)与温度的关系如下： k-1 lg(k-1/s-1)= -4000/(T/K)+8.0 lg K =2000/(T/K) -4.0计算：A正、逆反应的级数；B反应的内能变DrU及正、逆反应的活化能；C若cA，0=0.5moldm-3， cB，0=0，计算400K时反应10s后各组分的浓度。（12分） 9将0.010dm3， 0.02moldm-3的AgNO3溶液，缓慢地加入到0.1dm3，0.005 moldm-3的KCl溶液中，可得到AgCl溶胶。 A写出胶团结构的表示式； B指出胶体粒子电泳的方向； C若加入NaNO3、Ca(NO3)2、 Fe(NO3)3使溶胶聚沉，何者的聚沉能力最强。 （10分） 10. 关于用电导率法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数的实验,请回答如下问题： A. 说明实验原理； B. 画出实验装置草图； C. 实验中需注意那些问题。（化工类做，10分） 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9916Jmol-1，Cp,m(l)=126.8JK-1mol-1，Cp,m(s)=122.6JK-1mol-1。求100kPa、5下1 mol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) 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60.7kJmol-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200.6gmol-1。(10分)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/%010194655657990100冷却曲线出现折点时T/K883-973-923-998-冷却曲线的水平线T/K9247877877879947397397391116(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)4. 在25时，下列电池Zn(s) | ZnCl2(b=0.005molkg-1) | Hg2Cl2(s) | Hg(1) 的电动势E1.227V。(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g 和活度a 。已知德 拜许克尔极限公式中常数A0.509kg1/2mol-1/2。(3) 计算电池的标准电动势Eq。(4) 求电池反应的DrGq。(13分)5. HI的摩尔质量M127.910-3kgmol-1，振动特征温度Qv3200K，转动特征温度 Qr9.0K：已知k1.3811023JK-1，h6.62610-34Js，L6.0221023mol-1。(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) (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)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1.12dm3kg-1和1.46dm3kg-1，假设吸附服从Langmuir等温方程。(1) (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1.55104m2kg-1，计算在分子层覆盖下吸附的正丁烷 分子的截面积。已知L6.0221023mol-1。(10分)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/K300310k1/s-13.5010-37.0010-3k2/(spq)-17.0010-71.4010-6(1) (1) 计算上述可逆反应在300K时的平衡常数Kp和Kq。(2) (2) 分别计算正向反应与逆向反应的活化能E1和E2。(3) (3) 计算可逆反应的反应焓DH。(4) (4) 在300K时，若反应容器中开始时只有A，其初始压力p0为pq，问系统总压p, 达到1.5pq时所需时间为多少？(可适当近似)(13分)。解：(1) Kp=k1/k2=3.50103s1/7.00107(spq)-12000 pq KqKp /pq =2000(2) E1=RTTln(k1/k1)/( TT)= 8.315300310ln(7.00/3.50)/(310300)Jmol1 53.6k Jmol1 E2=RTTln(k2/k2)/( TT)= 8.315300310ln(1.40106/7.00107)/(310300)Jmol1 53.6k Jmol1 (3) DH= E1E2 0(4) A(g) = B(g) + C(g)t=0 pq p= pqt=t pA pq -pA pq -pA p= 2pq -pA 即pA2pq p速率方程-dpA /dt = k1 pAk2 (pq -pA)2 k1 pA ( pqk2V(l)。试求：(1) (1) 25水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数DfGmq。(2) (2) 25水的饱和蒸气压。(10分)解：(1) 反应(a)(b)为H2O(l) = H2O(g)DGmq=DGmq(a)DGmq(b) = -RTlnKaq +RTlnKbq = DfGmq(H2O,g)- DfGmq(H2O,l)整理得：DfGmq(H2O,g)= DfGmq(H2O,g)+RTln(Kbq /Kaq) = 237.13 kJmol1+8.3150.29815kJmol1ln6.948104/(2.2105) = 228.57 kJmol1 (2) 把水的蒸发过程当作一个反应即 H2O(l) = H2O(g) p/pq平衡(饱和)时 Kq = p/pq = exp(-DGmq/RT) =exp(228570-237130)/(8.315298.15)=0.03166所以饱和蒸气压 p0.03166 pq =3.166kPa本题亦可用其他方法求解。5. ZnCO3(s) 的分解反应为: ZnCO3(s)ZnO(s) + CO2(g)ZnCO3(s)ZnO(s)CO2(g)mq(298K)/kJmol-1-731.52318.3394.36Sq(298K)/(Jmol-1K-1)82.443.64213.7cp,m/(Jmol-1K-1)79.7140.337.1试求：(1)在298K时，ZnCO3(s)分解反应的标准平衡常数Kq和DUmq；(2)在500K时，ZnCO3(s)的分解压力；(3)在298K，p(CO2)=1000Pa下，ZnCO3(s)能否分解。(14分)解：(1) DGmq=SvBmBq = (-318.3-394.36+731.52) kJmol-1= 18.86 kJmol-1 DSmq=SvBSBq = (43.64+213.782.4) Jmol-1K-1= 174.94 Jmol-1K-1DHmq= DGmq+T DSmq=(18.86+2980.17494) kJmol-1= 70.99 kJmol-1DUmq= DHmqSvBRT= (70.9918.315298103) kJmol-1 68.51 kJmol-1 Kqexp(-DGmq/RT) =exp-18860/(8.315298)4.948104(2) DvBcp,m,B=(40.3+37.1-79.71) Jmol-1K-1 = -2.31 Jmol-1K-1计算500K时DHmq(500K)= DHmq(298K)+ DvBcp,m,B(500-298)K=(70.99-2.310.202) kJmol-1 =70.52 kJmol-1DSmq(500K)= DSmq(298K)+ DvBcp,m,Bln(500K/298K)= 174.942.31ln(500/298) Jmol-1K-1= 173.74 Jmol-1K-1 DGmq(500K)= DHmq(500K)500KDSmq(500K)=(70.520.5173.74) kJmol-1 = 16.35 kJmol-1Kqexp(-DGmq/RT)=exp(-16350/8.315500)=0.01959ZnCO3(s)的分解压p=Kqpq=0.01959pq(3) 在298K，ZnCO3(s)的分解压p=Kqpq=4.948104pq49.48Pac(O3)所以dc(O3)/dt = 2 k1k2c(O3)2 /k-1c(O2) kc(O3)2c(O2)-1 式中k=2k2K(2) k=2k2K=2k2k1/ k-1 所以 E=RT2dlnk/dTRT2dlnk2/dTRT2dlnk1/dTRT2dlnk1/dTE2+E1E-1= E2+DH1E2= EDH1 = 119.2(247.4142.3) kJmol-1 = 14.1 kJmol-113. 有一Al(OH)3溶胶，在加入KCl使其最终浓度为80103 moldm-3 时恰能聚沉。加入K2C2O4浓度为0.4103 moldm-3 时恰能聚沉。(1) (1) Al(OH)3溶胶所带电荷是正还是负？(2) (2) 为使该溶胶聚沉，大约需要CaCl2 浓度为多少？(3) (3) 若Al(OH)3溶胶以NaOH作稳定剂，写出胶团结构式，并指明胶粒的电泳方向。(12分)解：(1) 根据负离子价数增大，聚沉值降低的实验结果可知该溶胶带正电。(2) 溶胶带正电，CaCl2 与KCl相比，Ca2+的价态比K高，起消弱聚沉作用，所以CaCl2 的聚沉浓度应该大于80103 moldm-3。(3) 胶核首先吸附OH，胶团结构如下，胶粒的运动方向为正极。 Al(OH)3m nOH(nx)Na+xxNa+ 2003年物理化学试卷(合化工原理一部分内容)化工类专业1. 1mol 水在100、101.325kPa下正常气化, 已知水的正常蒸发焓为40.64 kJmol-1，求此过程的Q、W、DU、DH、DS、DG。 (15分) 解：Q=DH=nDVapHm= 1mol40.64 kJmol-1= 40.64kJ (注：若题目未给出蒸发焓，可以不算出数值) DS= DH/T= 40.64kJ/373.15K= 108.9JK-1 （可逆相变过程）DG=0 W= -pV(g)-V(l) -pV(g) = -nRT= -1mol8.3145JK-1mol-1 373.15K=-3103JDU=Q+W= 40.64kJ-3103J = 37.54kJ2. 已知反应 2NaHCO3(s) Na2CO3(s