华南理工大学2019年硕士学位研究生物理化学考试试卷

PAGEPAGE1华南理工大学2019年硕士学位研究生考试试卷(试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回)科目名称：物理化学(二)适用专业：材料物理与化学 材料学 材料加工工程 化学工程 化学工艺 生物化工 应用化工业化 能源境材料及术 生物学工程 应用学一．计算题0.005mol25℃，衡时整个气缸系统的WUH3.5R25℃下的标准摩尔生成焓分别kJ·mol1、393.609kJ·mol1。(16)解：缸壁和活塞均为绝热，故整个气缸系统无热交换，即Q=0。对隔板固定的左边系统状态变化为恒容过程，可设想如下：0.05olO2()+0.1olO()5V0.1olO2()V过程 Q=Q，+t,V=(BBHB=0.01×[(393609+1105250.5×0)J－(0.5×8.315×298.15)J]+{0.01×2.5×8.315×(T/K298.15)}J={2880.4+0.2079T/K}J对于带有活塞的右边系统，发生恒压变化，即

0.01molCO2(g)1molH2(25℃，p,V1)→1molH2(t，p,V2)过程热 Q右=n(H2)Cp,m(T298.15K)=[1×3.5×8.315×(T/K298.15)]J=(29.10T/K–8676.9)J总热效应Q=Q左+Q右=(2880.4+0.2079T/K+29.10T/K–8676.9)J=0得 T=394.34KW=W左+W右=0p(V2V1)=-n(H2)R(T298.15K)=1×8.315×(394.34298.15)J=799.8JU=W+Q=W=799.8JH=U+pV=U+(pV)左+(pV)右=799.8J+n(CO2)RT[n(CO)+n(O2)]R×298.15K799.8J=8.315×(0.01×394.340.015×298.15)J=J100kPaQ、W、U、H、F、G2513.684·ol1·169.91J·mol1·K125285.830kJ·mol13.167kPa5.99910040.668的Cp,m分别为33.577J·mol1·K1、75.291J·mol1·K1、36.000J·mol1·K1(16分)解：反应过程为1molH2(g)+10molO2(g)+1molH2O(s)→9.5molO2(g)+2molH2O(l)根据基希霍夫公式，可算25℃时1molH2O(s)的溶化焓为fusH=1×[5999+(75.29136.00)×25]J=6981J1mol水的生成焓为285.830kJ，所以整个过程的焓变为Qp=H=fusH(冰)+fH(H2O，l)=285.830kJ+6.981kJ=278.849kJW=p(V2V1)=(9.511)mol×RT=1.5×8.315×298.15J=3719JU=Qp+W=278.849kJ+3.719kJ=275.15kJ对于25℃时冰的熔化过程，设想如下1molH2O(s，25℃)→1molH2O(s，0℃)→1molH2O(l，0℃)→1molH2O(l，25℃)熵变S1=nCp,m(s)ln(273.15/298.15)+nfusH(0℃)/273.15K+nCp,m(l)ln(298.15/273.15)=[(75.29136.000)×ln(298.15/273.15)+5999/273.15]J·K1=25.40J·K1反应熵变S2=(69.91130.6840.5×205.138)J·K1=163.3J·K1总熵变 S=S1＋S2=(25.40163.3)J·K1=137.9J·K1(F即A) F=UTS=275.15kJ298.15×(0.1379)kJ=234.0kJG=HTS=278.849kJ298.15×(0.1379)kJ=237.7kJ2013.332kPa2.6664kPa4mol苯中，形成的溶液是理想溶液，计算：()；苯 辛将气完全冷凝,并让达到气液衡，问此的气相组有多少？(15分解：(1)p总=p*x苯*x辛=(13.332×苯 辛苯(2) y苯p*x苯/p总=13.332×0.8/11.199=0.9524苯y辛烷=1－0.9524=0.0476苯 苯 辛y=p*x苯/(p*x苯＋p *x辛)=13.332×苯 苯 辛=0.9901y辛烷=1－0.9901=0.0099从上计算结果表明，通过不断气化和冷凝，气相组分朝纯易挥发组分(苯)靠近。4．反应 C(石)=金刚石) 25℃时，H=1880J·mol1，S=3.31J·K1·mol1，石和石rm rm墨的密度分别为3.51g·cm3和2.22g·cm3。导出Gf(T)500K的G值，计算的时候假定HS是常数。rm rm rm rm计算500K25℃,100kPaT100kPa你用哪两个反应的H(来确定上述反应的H。rm rm(15解：(1) 葛华等编.《物化学(多媒版).北京高等教育版社，2008年8月 G(T)=H(T)TS=1880J·mol1T×(3.31J·K1·mol1)rm rm rm=(1880+3.31T/K)J·mol1rmT=500K时G(T3535J·mol1rm根据dTG=VmdprmrGm=G(500K)+rVm(pp)=3535J·mol1＋12.01×(1/3.511/2.22)×106×(p105Pa)=0rm即 p=1.778×109Pa相当于17780个大气压。rm根据第(1)部分计算结果，在100kPa时，任何温度下均有G(T)>0，所以，在标准压力的任何温度rm下，C(石墨)热力学上更稳定。rmH。rm20000在298K时，池 Pt│H2│H+ OH│O2│Pt的标电动势E=0.40V，水标准摩尔成焓G=237.2kJ·mol1。求解离过程H2O(l)→H+(aq)+OH(aq)的G(解离)和水的离子积Kw。(15fm rm分)解：电池过程：正极：(1/2)O2(g)+H2O(l)+2e→2OH负极： H2(g)→2H++2erm反应：H2(g)+(1/2)O2(g)+H2O(l)→2H++2OH，G,1=2FErm水的成反应 H2(g)+(1/2)O2(g)→H2O(l)，G,2=Grm fm反应(1)反(2)]/2即为的解离过程 H2O(l)→H++OH，所以G(解离)＝(G－G)/2=(2FE－G)/2rm rm,1 rm,2 fm=(2×96500×0.40237200)J·mol1/2=80.0kJ·mol1rmKw=a(H+)a(OH)=K=exp[G(解离)/RT]=exp(80000/8.315/298)=0.9516×1014rm298KCu│Cu(OH)2(s)│OH(0.1mol·kg1) Cu2+(0.1mol·kg1)│CuE(Cu2+/Cu0.337VE[Cu(OH)2(s)/Cu0.224V(15解：Cu2+(0.1mol·kg1)+2e→Cu负极：Cu＋2OH(0.1mol·kg1)→Cu(OH)2(s)+2e电池反应：Cu2+(0.1mol·kg1)＋2OH(0.1mol·kg1)→Cu(OH)2(s)E＝E－(0.05916V/2)lg{1/a(Cu2+)a(OH)2}=(0.337V+0.224V)0.02958V×lg{1/(0.1×0.12)}=0.472V因E>0，电池反应正向进行。注意：题目没有给出活度，因此只能把浓度当作活度计算。NaClH2O21NaCl·2H2O(s)22.3%NaCl水溶液平衡共存。在9℃时不稳定化合物(NaCl·2H2O)27%NaClNaCl·2H2ONaCl0.619NaCl在水中的1000g28%NaCl16010℃，问此过程中最多能析出多少纯NaCl？以海水2.5%NaCl)15分))lF=C－P+1=F=2F=1F=0。60G60G20l+NaCl(s)0l00OHO(s)+ll+O(s)+NaCl(s)2L'S'22S301SLl+2O(s)S2H+l+O(s)O(s)22H+N2+NaCl(s)2O(s)218t/t/-40.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0H2O

wNaCl

NaClNaCl与H2O二组分系统恒压相图28%NaCl160℃降到无限接近－9NaCl，当温度继续降低时，NaClT9WL+WNaCl=1.00kg，WL(28－27)=WNaCl(100－)求解可得WNaCl=1.00kg/73=0.0137kg接近－21淡水最多。在一密闭容器中，反应物A、B

k1A(g)+B(g) k-1

，已知298K时，k1=2.1105Pa1·s1，k1=51012s1310Kk1k11298KKpK；298K时反应的H和G；rm rm298K100kPa60kPa解：(1)Kp=k1/k1=2.1105Pa1·s1/51012s1=4.2×106Pa1K=(pB/p)vB=Kp(p)-vB=Kp×p=4.2×106Pa-1×105Pa=4.2×1011B(2)Ea,+=Ea,=RT’Tln(k’/k)/(T’T)=8.315×310×298×ln(2)/(310298)kJ·mol1=44.37kJ·mol1(3)恒容反应rUm=Ea,+Ea,=0

(15分)rmH=rUm＋rnBRT＝01×8.315×298J·mol1=2478J·mol1rm 葛华等编.《物化学(多媒版).北京高等教育版社，2008年8月 rmt=0p0p0 0 p总，0=p0t=0pp p0－p p=p0＋p动力学方程移项rmt=0p0p0 0 p总，0=p0t=0pp p0－p p=p0＋p动力学方程移项dp/[p2+(p－p0)/Kp]＝k1dt[1/(pa)1/(pb)]dp/(ba)=k1dt积分得ln[(pa)(p0b)/(p0a)(pb)]/(ba)=k1t其中 p0=p总02=50ap=p－p0＝60a50a方程p2+(p－p0)/Kp＝0的根为pa=[Kp1+(Kp2+4×p0×K1)1/2]/2p={(4.2×106)1+[(4.2×106)2+4×50000×(4.2×106)1]1/2}Pa/2=0.1091Pap 0 b=[Kp1(K2+4×p×Kp 0 ={(4.2×106)1[(4.2×106)2+4×50000×(4.2×106)1]1/2}Pa/2=0.1091Pa所以t=ln[(pa)(p0b)/(p0a)(pb)]/k1(ba)=ln[(100000.1091)(50000+0.1091)/(500000.1091)(10000+0.1091)]/[2.1105Pa1·s1×(0.10910.1091)Pa=3.81s因逆反应速率常数很小，故逆反应影响可忽略，这时dp/dt=k1p2积分得 p1p01=k1t即 t=(p1p01)/k1=[(10000)1(50000)1]/2.1105Pa1·s1=3.81s二．简答题试用热力学第一和第二定律证明任何封闭系统从一个相同始态到一个相同末态的所有过程中，可逆程对外做最大，接环境的功小。 (7分)证明：根据功的定义W=pedV,设系统与环境间存在压力差p=p－pe，因此有W=pedV=(pp)dV＝pdV＋WrWr=－pdVdV>0,W>Wr，Wp→0当系统接受环境的功时体积压缩dV<0，p<0,显然W>Wr，W越正即越大，系统得功越大，所以p→0时的可逆过程接受环境的功最小。(7分)答：化学势即为偏摩尔吉布斯函数，其物理意义为温度、压力、其它组成不变时因B物质的增加dnB引起吉布斯函数的变化dGB，dGB与dnB的比值即为化学势B。化学势主要适用于多组分系统。(UB∂n)S,V,ncN·m1；水=N·m1；温度为293K苯与互溶达饱后，水=62.4103N·m1；苯=