物理化学习题册2012重新修订版(答案).pdf

物物物物理理理理化化化化学学学学教教教教研研研研室室室室编编编编印印印印 班班班班 级级级级 学学学学 号号号号 姓姓姓姓 名名名名 2012 年孟春 目目目目录录录录 第一章热力学第一定律 1 一 例题 1 二 习题 3 一 选择题 3 二 填空题 6 三 计算题 8 第二章热力学第二定律 11 一 例题 11 二 习题 13 一 选择题 13 二 填空题 17 三 计算题 18 第三章化学平衡 23 一 例题 23 二 习题 25 一 选择题 25 二 填空题 29 三 计算题 30 第四章相平衡 33 一 例题 33 二 习题 35 一 选择题 35 二 填空题 39 三 计算题 40 第五章电化学 43 一 例题 43 二 习题 44 一 选择题 44 二 填空题 48 三 计算题 49 第六章化学动力学 52 一 例题 52 二 习题 54 一 选择题 54 二 填空题 58 三 计算题 59 第七章表面现象 62 一 例题 62 二 习题 64 一 选择题 64 二 填空题 68 三 计算题 68 第八章胶体分散体系 71 一 例题 71 二 习题 72 一 选择题 72 二 填空题 76 三 计算题 76 物理化学公式 78 物理化学试题样卷 94 1 第第一一章章热热力力学学第第一一定定律律 一一 例题例题 1 1 mol 单原子分子理想气体由 273 K 200 kPa 变到 323 K 100 kPa 可经以下两个途 径 1 先恒压加热 再恒温可逆膨胀 2 先恒温可逆膨胀 再恒压加热 计算两条途径的 Q W U 和 H 计算结果说明什么 解 1 因为体系是理想气体 因此只需要分别对温度积 分即可计算出 U 和 H 而 Q 和 W 是途径依赖的 为便于计算 将题设描述的过程在热力学坐标系中表示出来 如右图所示 这样有利于思考解题方法 检查错误 U n 273 K 323 K 3R 2dT 1 mol 1 5 8 314 J K mol 323 K 273 K 623 55 J H n 273 K 323 K 5R 2dT 1 mol 2 5 8 314 J K mol 323 K 273 K 1039 25 J Qp Hp n 273K 323 K 5R 2 dT 1039 25 J QT W nRT ln pi pf 1 mol 8 314 J K mol 323 K ln2 1861 40 J Q Qp QT 1039 25 J 1861 40 J 2900 64 J W U Q 623 55 J 2900 64 J 2277 09 J 2 由于 U 和 H 是状态函数 所以 U 和 H 的数值和题 1 完全相同 无需计算 QT W nRT ln pi pf 1 mol 8 314 J K mol 273 K ln2 1573 25 J Qp Hp n 273 K 323 K 5R 2dT 1039 25 J Q QT Qp 1573 25 J 1039 25 J 2612 50 J W U Q 623 55 J 2612 50 J 1988 95 J 1 和 2 中 Q W 不相同 说明了 Q 和 W 的途径依赖性 Q 和 W 不是状态函数 2 将 1 20 g 人造奶油放入量热计的反应器中测定人造奶油的发热量 反应器浸放在 1400 mL 水中 充以过量氧气 反应完成后测得水温升高了 5 16 K 已知量热计的热容量为 1882 8 J K 反应式为 C57H108O6 s 81O2 g 57CO2 g 54H2O l 请计算 1 2 5 00 g 人造奶油的发热量 2 人体内氧化 恒压 情况下的反应热 H 解 1 QV 1882 8 J K 5 16 K 1 20 g 5 00 g 40480 2 J 2 Qp QV RT n 40480 2 J 8 314 J K mol 310 K 5 00 57 12 108 6 16 mol 57 81 40828 5 J 3 1 mol 双原子分子理想气体 经等压过程从 300 K 10 dm 膨胀到 20 dm 然后再经等温压缩使体积复原 求整个过程中的 U 和 H 解 p i 10 dm3 300 K pi 20 dm3 Tf Tf 600 K U n 300 K 600 K 5R 2dT 1 mol 2 5 8 314 J K mol 600 K 300 K 6235 5 J H n 300 K 600 K 7R 2dT 1 mol 3 5 8 314 J K mol 600 K 300 K 8729 7 J 4 1 mol 单原子理想气体 从 200 kPa 11 2 dm 始态 经 pT 常数的可逆过程压缩到 400 kPa 终态 试求此过程 W U H 解 Ti 200 kPa 11 2 dm3 1 mol 8 314 J K mol 269 43 K Tf piTi pf 200 kPa 269 43 K 400 kPa 134 71 K pV nRT V nRT p nRT2 pT dV 2nRT dT C W pextdV pdV C T dV C T 2nRTdT C 2nRT Tf Ti 2 1 mol 8 314 J K mol 134 71 K 269 43 K 2240 J U n 269 43 K 134 71 K 3R 2dT 1 mol 1 5 8 314 J K mol 134 71 K 269 43 K 1680 J p V i f m 3 H n 269 43 K 134 71 K 5R 2dT 1 mol 2 5 8 314 J K mol 134 71 K 269 43 K 2800 J 二二 习题习题 一一 选择题选择题 1 其他功为零时 1 mol 理想气体在恒压下升温 1 K 体系对环境所作的体积功为 A RB R C 0D 无法计算 参考答案 B U Qp Wp Wp CVdT CpdT n CV m Cp m Tf Ti R 2 常温常压下 下列体系哪个处于热力学平衡态 A 金刚石B 干冰 C H2O g D H2O l 参考答案 D 3 某无其他功的封闭体系 rC o p m T p 0 且 rC o p m 0 则 A 恒压反应焓不随温度的变化而变化B rU o m不随温度的变化而变化 C rH o m随温度的升高而减小D rH o m T p 0 参考答案 D rC o p m T p 0 rC o p m Constant 0 rH o m T p rC o p m Constant 0 4 下列关于公式 U CVdT适用条件的最佳描述是 A 恒容过程B 恒容的 p V T 过程 C 组成不变的均相体系的恒容过程 D 无化学变化 无相变化且其它功为零的任意恒容过程及无化学变化 无相变化 其它功 为零且内能仅为温度函数体系的任意过程 4 参考答案 D 5 1 mol 纯水在 100 C 1 atm 下向真空蒸发成 100 C 1 atm 的水蒸汽 则该过程 A Q 0B Q H C Q UD 不能确定 参考答案 C 6 1 mol 理想气体从 1000 K 反抗恒定外压膨胀降温至 298 K 时 下列公式中正确的是 A W p dVB Q H C U H p VD U nCV mdT 参考答案 D 7 实际气体的节流膨胀过程中 A Q 0 H 0 p 0B Q 0 H 0 p 0 C Q 0 H 0 p 0D Q 0 H 0 p 0 参考答案 A 8 下列关于状态函数的说法中 哪一种不正确 A 状态函数是状态的单值函数B 状态函数的改变值只和始 终态有关 C 状态函数的绝对值都可以测定D 状态函数的组合仍然是状态函数 参考答案 C 9 已知反应 B A 和 B C 所对应的等压反应热分别为 H2和 H3 则反应 A C 的 反应热 H1 A H1 H2 H3B H1 H2 H3 C H1 H3 H2D H1 2 H2 H3 参考答案 C 10 凡是在孤立体系中进行的变化 其 U 和 H 的值一定是 A U 0 H 0B U 0 H 0 C U 0 H 0D U 0 H 不确定 参考答案 D 11 对于一定量的理想气体 非体积功为零时 下列过程不可能发生的是 5 A 恒温下的绝热膨胀B 恒压下的绝热膨胀 C 吸热而温度不变D 吸热同时体积又缩小 参考答案 B 12 当以 5 mol H2 g 与 4 mol Cl2 g 混合 最后生成 2 mol HCl g 若以下列反应式为 基本单元 H2 g Cl2 g 2HCl g 则反应进度 为 A 1 molB 2 mol C 4 molD 5 mol 参考答案 A 13 反应 C 石墨 1 2O2 g CO g rH o m 298 K 0 若将此反应放于一个恒 容绝热容器中进行 则体系 A T 0 U 0 H 0B T 0 U 0 H 0 C T 0 U 0 H 0D T 0 U 0 H 0 参考答案 B 14 一定量的理想气体 经如图所示的循环过程 A B 为等温过程 B C 为等压过程 C A 为绝热过 程 那么曲边梯形 ACca 的面积表示的功等于 A B C 的内能变化 B A B 的内能变化 C C A 的内能变化 D C B 的内能变化 参考答案 C D 15 标准压力下 C 石墨 O2 g CO2 g 的反应热为 rH o m 下列说法错误的是 A rH o m就是 CO2的生成焓 fH o m B rH o m是石墨的燃烧焓 C rH o m rU o m D rH o m rU o m 参考答案 D 16 1 mol 单原子分子理想气体 从 273 K 202 65 kPa 经 pT 常数的可逆途径压缩到 405 3 kPa 的终态 该气体的 U 为 A 1702 JB 406 8 J C 406 8 JD 1702 J p V A BC bca 6 参考答案 D 17 下述说法哪一个错误 A 封闭体系的状态与其状态图上的点一一对应 B 封闭体系的状态即是其平衡态 C 封闭体系的任一变化与其状态图上的实线一一对应 D 封闭体系的任一可逆变化途径都可在其状态图上表示为实线 参考答案 C 18 计算 反应热效应 时 为了简化运算 常假定反应热效应与温度无关 其实质是 A 状态函数之值与历史无关B 物质的热容与状态无关 C 物质的热容与温度无关D 反应前后体系的热容不变 参考答案 D 19 将一瓷杯温水放入微波炉加热若干分钟后沸腾 以水为研究对象 该过程中 A W 0 Q 0 U 0B W 0 Q 0 U 0 C W 0 Q 0 U 0D W 0 Q 0 U 0 参考答案 C 20 如图 A B 和 A C 均为理想气体变化过程 若 B C 在同一条绝热线上 那么 UAB 与 UAC的关系是 A UAB UAC B UAB UAC C UAB UAC D 无法比较两者大小 参考答案 A 二二 填空题填空题 1 体系是 研究的对象 而是环境是 体系之外与体系有关联之部分 体系和环境之间的 相互作用包括三种 即 传热 作功和 化学相互作用 根据系统与环境之间相互 作用的不同将系统分为 封闭体系 开放体系 孤立体系三类 2 状态是 体系各种宏观性质之综合表现 状态函数的性质主要有以下几点 状态函数是状态的单值函数 状态函数的微小变化是全微分 状态函数的改变量只与始 终态有关 循环积分为零 V p C B A 7 状态函数的初等函数 和 差 积 商 均是状态函数 3 对任何宏观物质 其焓 H 定 内能 填 U 因为 H U nRT 4 在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱 将水箱的门打开 并接通电源使其工作 经 过一段时间后 室内的平均气温将上升 填 下降 或 保持不变 因为 电源作功 5 下面给出了理想气体状态方程的几种微分形式 指出它们各表示什么过程 1 dd m p VR T M 表示等压过程 2 dd m V pR T M 表示等容过程 3 dd0p VV p 表示等温过程 6 一定质量的理想气体在可逆绝热过程中密度随压力变化 请在p 图中绘制其变化示 意图 7 一定量的理想气体 从 a 态出发经 或 过程到达 b 态 acb 为等温线 则 两过程 中外界对系统传递的热量 Q1 0 Q2 0 8 在一个容积为 5 L 的绝热密闭容器内发生一化学反应 反应达终态时 容器体积保持不 变但压力增大了 2026 5 kPa 则系统反应前后的 H 10132 5 J 9 1 mol 的某理想气体的 CV m 1 5 R 当该气体由 p1V1T1的始态经一绝热过程后系统终态 p2V2乘积与始态 p1V1之差为 1 kJ 则此过程的 W 1 5 kJ H 2 5 kJ 10 一定量的理想气体分别由初态a经 过程ab和由初 态 a 经 过程 a cb 到达相同的终态 b 如 p T 图 所示 则两个过程中气体从外界吸收的热量 Q1 Q2 的关系为 Q1 0 Q2 0 Q1 Q2 填 或 p a c b p V a T b a c p O 8 三三 计算题计算题 1 已知苯的正常沸点 80 C 下的蒸发热为 30 853 kJ mol 试求 100 C 1 atm 下将 1 mol 液 态苯蒸发成同温 同压下气态苯过程中所吸收的热 液态苯和气态苯的平均恒压摩尔热 容分别为 135 1 81 76 J K mol 参考答案 根据 Kirchhoff 定律 vapH o m 100 C vapH o m 80 C 353K 373K vapC o p mdT 30 853 81 76 135 1 100 80 10 kJ mol 29 79 kJ mol 2 某建筑室内面积为 1000 m 1 夏天用大型空调设备将室温从 30 C 降低为 25 C 时 问有多少热被抽到室外的空气中 2 冬天室内起始温度为 5 C 若要将室温升高到 25 C 空调需要提供多少热量 参考答案 1 当室内空气降温时室内压力降低 室外空气在压差的作用下进入室内 而恢复室内压力 pi Vi Ti ni n pi Vi Tf nf ni n Q H CpdT nCp mdT pV RTf Cp mdT pV RTf Cp m Tf Ti 101325 1000 8 314 298 7 8 314 2 298 303 J 5 95 106J 2 当用空调给室内空气加温时 室内压力升高 部分空气将逸出 室内压力得到恢 复 pi Vi Ti ni pi Vi Tf nf ni n n Q H CpdT nCp mdT pV RT Cp mdT pV R Cp mln Tf Ti 101325 1000 8 314 7 8 314 2 ln298 278 J 24 64 106J 3 今有 10 dm O2 g 从 2 0 105Pa 经绝热可逆膨胀到 30 dm 试计算此过程的 Q W U H 参考答案 Q 0 9 p2 p1 V1 V2 2 0 105Pa 10 dm3 30 dm3 7 2 5 2 4 3 104Pa W p 1V1 p2V2 1 2 0 10 5Pa 10 dm3 4 3 104Pa 30 dm3 7 2 5 2 1 1 78 106J U W 1 78 106J H U 1 78 106J 7 2 5 2 2 49 106J 4 某 1 mol 单原子分子理想气体 在 273 15 K 100 kPa 时发生一变化过程 体积增加一倍 Q 1674 J H 2092 J 试计算终态的温度 压力和此过程的 W U 参考答案 H n Cp mdT 2092 J T 2092 2 5 8 314 K 100 6 K U n CV mdT 1 mol 1 5 8 314 J K mol 100 6 K 1255 2 J W U Q 418 8 J 5 某理想气体的 CV m 20 92 J K mol 现将 1 mol 该气体于 300 K 101 325 kPa 受某 恒外压恒温压缩至平衡态 再将此平衡态恒容升温至 370 K 此时压力为 1013 25 kPa 求整个的 Q W U H 参考答案 U n CV mdT 1 mol 20 92 J K mol 370 300 K 1464 4 J H n Cp mdT 1 mol 20 92 8 314 J K mol 70 K 2046 4 J Vf 1 8 314 370 1013 25 1000 m3 3 04 10 m3 pe 1 8 314 300 3 04 10 Pa 8 22 105Pa W pe V nRT 1 pe pi 1 mol 8 314 J K mol 300 K 1 8 22 105 101 325 103 17740 J V p i m f 10 Q U W 1 92 104J 6 反应 N2 3H2 2NH3在 298 K 时的 rH o m 92 88 kJ mol 求此反应在 398 K 时的 rH o m Cp m N2 g 26 98 5 912 10 T J K mol Cp m H2 g 29 07 0 837 10 T J K mol Cp m NH3 g 25 89 33 00 10 T J K mol 参考答案 设Cp m a bT 则 ra 2 25 89 26 98 3 29 07 J K mol 62 41 J K mol rb 2 33 00 5 912 3 0 837 10 J K mol 57 577 10 J K mol 根据 Kirchhoff 定律 rH o m 92 88 kJ mol 298K 398K 62 41 57 577 10 T dTJ mol 97 1173 kJ mol 7 利用以下数据 计算 298 K 时气态氯化氢的 fHm NH3 aq HCl aq NH4Cl aq rHm 298 K 50 4 kJ mol 物质 298 K NH3 g HCl g NH4Cl s fHm kJ mol 46 2X 315 solHm kJ mol 35 7 73 516 4 参考答案 rmBfmBfmsolm BB B aq B B HHHH 50 4 315 16 4 x kJ mol 73 5 46 2 35 7 解得 x 92 8 kJ mol 11 第第二二章章热热力力学学第第二二定定律律 一一 例题例题 1 对于理想气体的 Carnot 循环 A B C D A 若以温度 T 纵坐标 熵 S 为横坐标 应是什么样子 图中各线围成的面积代表什么 解 在 T S 坐标系中 Carnot 循环是一矩形 A B 表示恒温可逆膨胀 B C 表示绝热可逆膨 胀 C D 表示恒温可逆压缩 D A 表示绝热可逆压 缩 矩形的面积表示一个循环过程中系统从环境吸收净热 也表示系统对环境所作的净功 2 1 mol 理想气体经过可逆 Carnot 循环过程 请列表 示出每一步变化中的 U H 及 S 解 如图所示 Carnot 循环由 a b 等温可逆膨胀 b c 绝热可逆膨胀 c d 等温可逆压缩 和 d a 绝热可逆压缩 构成 U a b H a b 0 S a b nR lnV b Va U b c TH TL CVdT CV TL TH H b c TH TL CpdT Cp TL TH S b c 0 U c d H c d 0 S c d nR lnV d Vc nR ln Vb Va S a b U d a TL TH CVdT TH TL CVdT U b c H d a TL TH CVdT TH TL CpdT U b c S d a 0 3 在 293 K 下 将 1 mol 乙醇 l 的压力从 100 kPa 增加至 2533 kPa 求此过程的 G 已知乙醇遵守下述物态方程 V V0 1 p 乙醇的 1 04 10 kPa 293 K 100 kPa 时的密度 0 789 g cm T S AB CD p V b a d c 12 解 G po p Vdp po p V0 1 p dp V0 p po 1 2 p p o 46 g 0 789 g cm 2533 kPa 100 kPa 1 1 04 10 kPa 2 2533 kPa 100 kPa 141 65 J 4 在人体和蛙体中进行三羧酸循环中有反应 延胡索酸盐 H2O 苹果酸盐 298 K 时 此反应的 rGo m 3 68 kJ mol rHo m 14 89 kJ mol 计算在人体 310 K 和 蛙体 280 K 中的 rGo m 解 根据 Gibbs Helmholtz 公式 rGo m T T T rHo m T2 若 rHo m可设为常数 则 rGo m Tf Tf rGo m Ti Ti rHo m 1 Tf 1 Ti 310 K 时 rGo m 310 K 310 K 3 68 kJ mol 298 K 14 89 kJ mol 1 310 K 1 298 K rGo m 310 K 4 43 kJ mol 同理 280 K 时 rGo m 280 K 280 K 3 68 kJ mol 298 K 14 89 kJ mol 1 280 K 1 298 K rGo m 280 K 2 56 kJ mol 5 一些豆科植物种子中含有木苏糖 多糖 水解时生成单糖 C6H12O6 285 K 时有 浓度为 10 g dm 的木苏糖水溶液 测得其渗透压为 35 55 kPa 求木苏糖的摩尔质量 并推 断他是三糖 四糖还是五糖 解 35 55 kPa 10 g M 1 dm 10 m3 1 dm 8 314 J K mol 285 K M 666 52 g mol n 666 52 g mol 6 12 12 6 16 g mol 3 7 4 所以木苏糖是四糖 6 298 K 时水的饱和蒸气压为 3 168 103Pa 求将 0 1 mol 蔗糖和 0 06 mol 尿素同时溶 于 1000 g 水中所形成溶液的渗透压和蒸气压 解 c蔗糖 c尿素 RT 0 1 mol 0 06 mol 1000 g 1 g cm 8 314J K mol 298 K 3 96 105Pa 13 xH2O 1000 18 0 16 1000 18 0 997 pH2O p H2OxH2O 3 168 103Pa 0 997 3 159 kPa 7 三氯甲烷 A 和丙酮 B 的混合物 若液相的组成为 xB 0 713 则在 301 30 K 时 的总蒸气压为 29 38 kPa 蒸气中丙酮的摩尔分数x g B 0 818 在该温度时 纯三氯甲烷的蒸气 压为 29 59 kP 试计算 1 混合物中三氯甲烷的活度 2 三氯甲烷的活度系数 解 1 29 38 kPa 1 0 818 29 59 kPa aCHCl3 aCHCl3 0 181 2 CHCl3 0 181 1 0 713 0 630 二二 习题习题 一一 选择题选择题 1 同温同压下 熵最大的是 A H2O g B H2O l C H2 g D He 参考答案 A 2 电池在恒温 恒压 可逆条件下放电 则其与环境的热交换 A Q 0B Q H C Q T SD Q G 参考答案 C 3 下述过程中 体系 Gibbs 能变化等于零的是 A 理想气体绝热自由膨胀B 孤立体系的任意过程 C NaCl s 溶于水形成不饱和溶液 D 100 C 1 atm 下水真空蒸发成等温等压的水蒸汽 参考答案 D 4 下列说法中 正确的是 A 功可以全部转变为热 但热不可以全部转变为功 B 氢气作为 Carnot 热机中的工作物质 则热机效率 T高 T低 T高 14 C 不可逆过程的熵不会减少 D 在恒压下用酒精加热某物质 该物质的熵变 S 2 1 d T p T CT T 参考答案 B 5 下列关于熵的说法 不正确的是 A 体系的熵变与过程有关B 某些自发过程中 体系可以创造出熵 C 熵变等于体系的热温商D 体系的熵变等于各部分熵变之和 参考答案 C 6 温度 T 时 x2mol 的 NaCl 溶于 x1mol 的 H2O 水中形成极稀溶液 且 x1 x2 1 若 将该溶解的 NaCl 等温下重新蒸出 NaCl aq x2 NaCl s 则该过程的 A RT ln x1B RT ln x2 C 2RT ln x1D 2RT ln x2 参考答案 D o NaCl NaCl RT lnaNaCl 2RT lnx2 7 熵判据的适用范围是 A 开放体系B 封闭体系 C 孤立体系D 所有体系都适用 参考答案 C 8 温度 T 时有某气体 其状态方程为 pV RT a V 当它由 V1膨胀到 V2时 体系的 熵变 S 为 A R lnV 2 V1 B R lnaV 2 V1 C R ln V2 aV1 D 无法计算 参考答案 A pV RT a V p T V R V dU TdS pdV U V T T S V T p T p T V p a V2 S Qrev T dU W T a V2 dV p dV T RT V dV T R lnV f Vi 15 9 下列公式中 不受理想气体条件限制的是 A W nRT lnV 2 V1 B S nR lnV 2 V1 C T2 T1 T2 D Cp m CV m R 参考答案 C 10 在下图中 B 的化学势可表示为 B o B RT lnc B co 则标准态 o B c 是图中的哪一 点 A a B c C d D e 参考答案 B 11 设有下列各状态 1 373 2 K 101 325 kPa 的液态水 2 373 2 K 202 650 kPa 的液态水 3 373 2 K 101 325 kPa 的水蒸气 4 373 2 K 55 650 kPa 的水蒸气 指出上述各状态化学势的大小顺序 A 2 1 3 4B 2 1 3 4 C 1 2 4 3D 4 3 2 1 参考答案 A 12 当某溶质溶于某溶剂中形成浓度一定的溶液时 若采用不同的标准态来描述 下列说正 确的是 A 溶质的活度相同B 溶质的活度系数相同 C 溶质的化学势相同D 溶液的化学势相同 参考答案 C Vl p nRT lnp f pi p B a b c d e xB BA p kc co 16 13 单组分单相的封闭系统中 在恒压只做膨胀功的条件下 当温度升高时 系统的吉布斯 自由能将如何变化 A G 0B G 0 C G 0D 不一定 参考答案 B 14 下列气体溶于水溶剂中 哪个气体不能用亨利定律 A N2B O2 C NO2D CO 参考答案 C 15 对于实际稀溶液中的溶剂与溶质的活度系数 下列说法中正确的是 溶质用 xB表示组 成 A xA 0 时 A 0 xB 0 时 B 1 B xA 0 时 A 1 xB 0 时 B 1 C xA 1 时 A 1 xB 0 时 B 1 D xA 1 时 A 1 xB 1 时 B 1 参考答案 C 16 计算熵变的公式 ddUp V S T 适用于下列哪个过程 A 理想气体的简单状态变化 B 无非体积功的的封闭体系的简单状态变化过程 C 理想气体的任意变化过程 D 封闭体系的任意变化过程 参考答案 B 17 某体系等压过程 A B 的焓变 H 与温度 T 无关 则该过程 A U 与温度无关B S 与温度无关 C A 与温度无关D G 与温度无关 参考答案 B 18 对 273 K 到 277 K 的水进行绝热可逆压缩 已知水在 277 K 时密度最大 水的温度将 A 上升B 下降 C 不变D 不确定 17 参考答案 B T p S V S p dS CpdT T T p S T Cp p V T p 0 因为 273 K 277 K 的水 V T p 0 19 对于克劳修斯不等式 dS Q T环 判断不正确的是 A dS Q T环 必为可逆过程或处于平衡状态 B dS Q T环 必为不可逆过程 C dS Q T环 必为自发过程 D dS Q T环 违反卡诺定理和第二定律 过程不可能自发发生 参考答案 C 20 1 mol 某气体的状态方程为 pVm RT bp b 为不等于零的常数 则下列结论正确的 是 A 其焓 H 只是温度 T 的函数B 其内能 U 只是温度 T 的函数 C 其内能和焓都只是温度 T 的函数 D 其内能和焓不仅与温度 T 有关 还与气体的体积 Vm或压力 p 有关 参考答案 B pVm RT bp p T V R Vm b dU TdS pdV U V T T S V T p T p T V p RT Vm b p 0 二二 填空题填空题 1 有个学生对理想气体的某个公式记得不太真切了 他只模糊地记得是 y SnR Xp 按 你的看法 这个公式的正确表达式中 X 应为p y 应为T 2 在隔离体系中发生某剧烈的化学反应 使体系的温度及压力皆明显上升 则该系统的 H 0 A 3 一气相反应 A 2B 2C 该反应的 rGmW1 4 若气体的 J T 0 那么该气体节流膨胀后温度下降 系统的熵增加 5 某实际气体的状态方程为 pVm RT bp 其中 b 为大于零的正数 18 1 气体经绝热自由膨胀后 温度不变 填 上升 下降 不变 J V V p pT T C 2 气体经节流膨胀后 温度上升 填 上升 下降 不变 J T p p V TV T C 6 在恒熵恒容只做体积功的封闭体系里 当热力学函数热力学能到达最小值时 体系处于平衡状态 7 已知范德瓦尔斯气体内能 UCTaV 则定容热容 CV C 8 气体由一定的初态绝热压缩到一定体积 一次缓缓地压缩 温度变化为 T1 另一次很 快地压缩稳定后温度变化为 T2 其它条件都相同 则有 T1 0 该反应在 40 时的K 413 15K K 298 15 K 6 平衡常数不是 填 是 或 不是 一个固定不变的常数 影响他的客观因素有 温度 压力等 主观因素有浓度表示方式 A aq B aq A g B g 30 7 在一定温度下 对于给定反应 Kp Kx Km Kc的条件是理想气体和 B 0 8 已知反应 B2 g 2B g 的 rGm与 T 的关系为 3 rm 8 010 K10ln K 55GRRTTRT 1 则此反应的 rHm与 T 的函数关系为 3 8 010 K10RRT 2 则此反应的 rSm与 T 的函数关系为10ln K 45RTR 3 lnK 与 T 的函数关系为 3 8 010 K 10ln K 55T T 9 某反应的 rHm与 T 的关系为 rHm J mol 1 83 145 T K 0 83145 则此反应的 dln d K T 2 83 145 K0 83145T RT 10 平衡有稳定平衡 不稳定平衡及随遇平衡 化学平衡属于稳定平衡 三三 计算题计算题 1 理想气体反应 3A g B g 在 300 K 1 atm 下反应物 A 的转化率为 40 310 K 1 atm 时其转化率为 41 若反应的 rC o p m 0 求反应的 rH o m和 rS o m 参考答案 设转化率用 表示 平衡时系统中的物料关系为 3A g B g 3 1 K o 3 2 3 3 3 2 3 p po 3 2 2 27 1 3 300 K 时 K1 0 332 rGm 2750 444 J mol 1 rHm 300 K rSm 310 K 时 K2 0 352 rGm 2695 666 J mol 1 rHm 310 K rSm 解得 rHm 4 4 kJ mol rSm 5 48 J K mol 2 298 K 时 右旋葡萄糖在 80 的乙醇水溶液中发生下述反应 C6H12O6 80 乙醇水溶液 C6H12O6 80 乙醇水溶液 已知 型在该溶液中溶解度为 20 g dm 型在该溶液中溶解度为 48 g dm 型和 型固体右旋葡萄糖的标准生成 Gibbs 能分别为 902 9 和 901 2 kJ mol 求该反应的标 准平衡常数 K o a 参考答案 设计如下的实现过程 31 C6H12O6 aq co C6H12O6 aq co C6H12O6 aq cs C6H12O6 aq cs C6H12O6 s C6H12O6 s G1 nRT lnc s co G5 nRT ln co cs G2 G4 0 G3 fGm fGm G G1 G2 G3 G4 G5 G1 G5 G3 nRT lnc s co nRT ln co cs fGm fGm nRT lnc s cs fGm fGm 1 8 314 298 ln20 48 10 901 2 902 9kJ mol 1 0 46904 kJ mol 1 K o exp rG o m RT exp 0 46904 kJ mol 1 8 314 J K 1 mol 1 298 K 1 21 3 已知 298 K 时 甲醇的饱和蒸气压为 16 343 kPa 甲醇蒸汽的标准生成 Gibbs 能为 161 96 kJ mol 试求液态甲醇的标准生成 Gibbs 能 参考答案 虚拟如下的过程 CH3OH g 1 atm CH3OH l 1 atm CH3OH g p CH3OH l p G1 RT lnp po G2 0 G3 0 G G1 G2 G3 G1 RT lnp po 8 314 298 ln 16 343 101 325 J mol 4520 41 J mol 1 G fGm l fGm g 4520 41 J mol 1 fGm l 161 96 kJ mol 1 fGm l 166 48 kJ mol 1 4 298 K 时 丁二酸在水中的溶解度为 0 715 mol kg 从热力学数据表中得知 C4H6O4 s C4H5O 4 m 1 mol kg 和 H m 1 mol kg 的标准生成 Gibbs 能分别为 748 099 723 037 和 0 kJ mol 试求 298 K 时丁二酸在水溶液中的第一电离常数 32 参考答案 虚拟如下过程 C4H6O4 aq mo C4H5O 4 aq mo H aq mo C4H6O4 aq ms C4H6O4 s G1 RT ln ms mo G2 0 G3 fGm aq 0 fGm s G G1 G2 G3 G1 G3 RT ln ms mo fGm aq fGm s 8 314 298 ln0 715 1 10 723 037 748 099kJ mol 1 24 23 kJ mol 1 K o exp G RT exp 24 23 kJ mol 1 8 314 J K 1 mol 1 298 K 5 66 10 5 反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g 在 1000 K 时的标准平衡常数 K o 3 4 10 5 计算1100 K时的K o 已知该反应的 rH o m 189 kJ mol 并设在此温度范围内 rH o m 为常数 参考答案 将数据代入 van t Hoff 等压方程式 lnK 2 K1 rH o m R 1 T1 1 T2 ln3 4 10 K1100K 189 kJ mol 8 314 J K mol 1 1100 K 1 1000 K 解得 K1100K 4 3 10 6 在 1120 C 下用 H2 g 还原 FeO s 平衡时混合气体中 H2 g 的摩尔分数为 0 54 求 FeO s 的分解压 已知同温度下 反应 2H2O g 2H2 g O2 g 的 K o 3 4 10 参考答案 FeO s H2 g Fe s H2O g 平衡气体中xH2 0 54 xH2O 1 0 54 0 46 B 0 所以 K o p 1 Kx xH2O xH2 0 46 0 54 0 852 2H2O g 2H2 g O2 g K o p 2 3 4 10 2FeO s 2Fe s O2 g 2 所以 K o p 3 K o p 1 2 K o p 2 0 8522 3 4 10 2 47 10 K o p 3 pO2 p o pO2 K o p 3 p o 2 47 10 101 325 kPa 2 5 10 kPa 33 第第四四章章相相平平衡衡 一一 例题例题 1 稀溶液中溶液 B 的浓度可用 xB mB cB表示 请写出相应的三种标准态及其化学势 三种标准态化学势是否相等 溶质 B 的化学势是否相等 解 浓度表示法标准态化学势表达式 xB xB 1 kB x B x B x o RT lnxB mB mB 1 mo kB m B m B m o RT lnmB mo cB cB 1 co kB c B c B c o RT lncB co xB mB cB B x o B m o B c o B x B m B c 2 298 K po 下 溶于 1000 g 水中的 NaCl 的物质的量为 n2与所成溶液的体积 V cm3 的关系为 V 1001 38 16 6253n2 1 7738n3 2 2 0 1194n 2 2 1 求出 V1 m V2 m与 n2的关系式 V1 m V2 m分别为水和 NaCl 的偏摩尔体积 2 求出摩尔质量浓度为 0 5 mol kg 的 NaCl 水溶液的 V1 m和 V2 m 解 1 V2 m V n2 T n1 16 6253 2 6607 n2 0 2388n2 V2 n2 T p 1 33035n 2 0 2388 n2 0 时 V1 1001 38 cm3 1000 g 18 g mol 18 02484 cm3 mol 根据 Gibbs Dehum 公式 n1 V1 n2 T p n2 V2 n2 T p 0 V1 V1 n2 0 0 n2 n2 n1 V2 n2 T p dn2 V1 1001 38 18 1000 cm3 mol 1 7738 3 4 3 2 n1 5 2 0 1194n22 1000 g 18 g mol 18 025 cm3 mol 0 018 0 8869n1 5 2 0 1194n22 18 025 cm3 mol 0 015964n1 5 2 0 002149n22 2 但 mNaCl 0 5 mol kg 时 体系的体积 V 1001 38 16 6253n2 1 7738n3 2 2 0 1194n 2 2 1001 38 16 6253 0 5 1 7738 0 51 5 0 1194 0 52cm3 1010 35 cm3 34 V2 m V n2 T n1 16 6253 2 6607 n2 0 2388n2 16 6253 2 6607 0 5 0 2388 0 5cm3 mol 18 6261 cm3 mol 根据集合公式 1010 35 cm3 V1 m n水 18 6261 cm3 mol 0 5 mol V1 m 1010 35 18 6261 0 5 cm 3 1000 g 18 g mol 18 01866 cm3 mol 也可将相关数据代入 V1 n2关系式 而得到结果 V1 n2 0 5 mol V1 n2 0 0 8869n1 5 2 0 1194n22 n1 18 02484 cm3 mol 0 8869n1 5 2 0 1194n22 1000 g 18 g mol 18 01866 cm3 mol 3 物系点与相点有什么不同 水的三相点与冰点有什么不同 水在冰点时自由度为多 少 解 1 物系点是相图上由系统组成与温度或压力等其他状态函数确定的点 该点可 能虚拟的 亚稳定的 也可能是真实存在的 而相点是由表示系统真实存在的相态的组成 与温度或压力等其他状态函数确定的点 相点肯定是真实存在的 在相图中 单相区内 物 系点与相点是重合的 而在多相区 物系点与相点是分离的 水的三相点与冰点的不同可以列表如下 组分数自由度坐标 三相点K 1f 0 610 6 Pa 273 16 K 冰点K 1f 0 101325 Pa 273 15 K f K 2 1 0 因为冰点时 并非纯水 K 1 所以此时的自由度不为零 3 请阐述物系点在右图 AD 或 EF 线上变动时 此物系点的特性 解 1 当物系点在 EF 上时 A 的含量保持不变 2 当物系点在 AD 上运动时 A 的成分不断变化 而 B C 含量的比 例保持不变 4 滑冰鞋下面的冰刀与冰接触处的长度为 7 62 cm 宽度为 0 00245 cm 1 若滑冰人体重为 60 kg 试问单脚着冰时施加于冰上的压力为若干 2 在该压力下 冰的熔点是多少 已知冰的熔化热 6009 5 J mol 熔点 Tf 273 16 K 冰的密度为 0 92 g dm 水的密 度为 1 00 g dm 解 1 p 60 kg 9 8 m s 7 62 cm 0 00245 cm 3 15 108Pa 2 dT dp V S T V H dT T V H dp lnT f Ti V H pf pi A BC D EF 35 ln Tf 273 16 K 0 018 1 0 103 0 018 0 92 103 6009 5 3 15 108 101325 Tf 251 5 K 5 温度为 T K 时 液体 A B 的饱和蒸气压分别为 50 kPa 和 60 kPa A B 可形成 完成互溶的二元溶液 当 xA 0 5 时 A B 的分压分别为 23 kPa 和 25 kPa 请画出此二组 分体系的 p x 图和 T x 图 解 可以确定 A 23 25 1 B 25 30 1 对于 A B 构成的双液体系 是一般偏差体系 二二 习题习题 一一 选择题选择题 1 在含有 C s H2O g CO g CO2 g 和 H2 g 五种物质的平衡体系中 其独 立组分数为 A 3B 2 C 1D 4 参考答案 A Jouguet 法 K S R R 5 2 0 3 Brinkley 法 K M R R 3 0 0 3 2 在恒定温度下 水 苯 苯甲酸的平衡体系中可以同时共存的最大相数为 A 3B 4 C 5D 6 参考答案 B 3 N2的临界温度为 124 K 室温下液化 N2 必须 A 在恒温下增加压力B 在恒温下降低压力 AB p p A p B AB t t A t B 36 C 在恒压下升高温度D 在恒压下降低温度 参考答案 D 4 三组分水 盐相图常用来分离或提纯盐类 处理时必须使物系点进入所需的相区 为此 配合使用的操作很多 但一般不包括 A 加水稀释或等温蒸发B 加入另一种盐或其溶液 C 该变体系温度D 水蒸气蒸馏 参考答案 D 5 某溶液中溶解有 n 种溶质 该溶液通过一半透膜与纯水相平衡 设半透膜只允许纯水分 子通过 则此体系的自由度为 A nB n 1 C n 2D n 3 参考答案 C 6 压力升高时 单组分体系的熔点将如何变化 A 升高B 降低 C 不变D 不一定 参考答案 D 7 相图与相律之间是 A 相图由实验结果绘制得出 不能违背相律 B 相图由相律推导得出 C 相图由实验结果绘制得出 与相律无关 D 相图决定