中国石油大学《物理化学》答案

中国石油大学《物理化学》答案1、简答题：8题，每题5分，共40分（1）理想气体具有什么特性？理想气体能液化吗？分析原因。答：理想气体具有1、分子间无相互作用力；2、分子本身不占用体积；的两个特性。忽略气体分子的自身体积，将分子看成是有质量的几何点（即质点）;假设分子间没有相互吸引和排斥，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失。这种气体称为理想气体。

理想气体是物理学上为了简化为题而引入的一个理想化模型，在现实生活中不存在。因此也不存在液化的问题。（2）请解释并说明热力学的判据。（通过一个具体的判据来阐述）第一定律：内能的增量＝吸收或放出的热量+物体对外界做的功或外界对物体做的功；

第二定律：（从热传递的方向性去表述）不可能使热量从低温的物体传递给高温的物体，而不引起其它变化；（从能量转化的方向性去表述）不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其它变化；

第三定律：热力学绝对零度不可达到。1912年，能斯特根据他所提出的热定理推论，得出：绝对零度不可能达到。叙述成定律的形式为:“不可能应用有限个方法使物系的温度达到绝对零度。”上述定律是热力学第三定律的表述方式之一。绝对零度不可能达到，来是自然界中的一个客观规律。这个规律的本质意义为，物体分子和原子中和热能有关的各种运动形态不可能全部被停止。这与量子力学的观点相符合，也符合辩证唯物主义的观点：“运动是物质的不可分割的属性”。任何一种运动形态看来都不可能完全消失。根据能斯特热定理推出绝对零度不可能达到的推理如下:据能斯特热定理，物系在接近绝对零度下进行定温过程时，物系的熵不变。物系的熵不变的过程本为孤立系统的可逆绝热过程。所以，在接近绝对零度时绝热过程也具有了定温的特性，这时就不可能再依靠绝热过程来进一步降低物系的温度以达到绝对零度。所以，热力学第三定律的上述两种叙述方式是等效的，其中任何一种都可以从另一种推出。第二定律告诉我们，得有温度更低的东西才能使热量转移，所以，在绝对零度，你不能让任何东西变得更冷。“在绝对零度下任何纯粹物质完整晶体的熵等于零”。即式中

——熵变化值；

——定温过程。（3）可逆电池的特点是什么？可逆电池电动势为什么可以用来求电池反应热力学函数？答：可逆电池包括3方面：热力学研究的对象是平衡体系，平衡意味着可逆。

1.化学可逆性，即物质可逆性，要求两个电极在充电时的电极反应必须是放电时的逆反应。

2.热力学可逆性，即能量可逆，充电时吸收的能量等于放电时的能量，因此，电池必须在I无限小的状态工作，不具化学可逆性的电池不可能具有热力学可逆性。

3.实际可逆性，既无扩散现象，例如盐桥的使用，为了消除离子扩散因为电池有内阻,我们用伏特计测出来的只是外端电压,没有算上电池本身因存在内阻所分得的电压.如果说电流为零,自然内阻也不会分得电压了.

电池是化学能转化为电能,我们让化学反应缓慢发生,使电流无限的趋近于零.在热力学中,曾探讨的可逆过程,往往是一种无限缓慢的理想过程,故在可逆的情况下电流趋于零。什么是稀溶液的依数性？请列举一个具体实例，并分析原因。答：稀溶液依数性是指稀溶液中依赖溶质数量得物理性质，与溶质本性无关。这些性质包括蒸汽压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压。比如凝固点降低：在冬春季节，冰雪天的道路上通过泼洒工业食盐可以加速除冰融雪，每逢冬春季节，道路被冰雪覆盖上时，路政工作人员就在冰雪上泼洒工业食盐，来加速冰雪融化，从而使道路畅通。这就是根据依数性的凝固点降低原理，冰雪可以认为时固态纯水，在冰雪中撒一些食盐，食盐溶解在水中后成稀溶液，由于溶液的凝固点要低一些，依据固相与溶液相平衡条件，随白天温度稍稍回升，就可以使平衡向溶液方向移动，冰雪就会加速溶解变成液体，从而达到除冰融雪的目的。（5）请总结惰性气体对气相反应化学平衡移动的影响。其他气体的体积都不变,都等於容器的体积.注意气体是可流动的,我不可能安安静静呆在某个角落,一定是充满整个容器,所以气体体积等於容器体积.。增大压强是总压变大,每个物质的分压不变,不会对速率产生影响.由於气体变多,压强不变的情况下容器体积变大,那麼每种物质的浓度就要减小,影响了速率,平衡移动.想想看增大体积你就知道是朝分子数增大的方向移动了.增减压强会导致平衡移动,里面的压强指的是分压,即每个气体的分压都发生改变的情况下适用上述规则.恒温恒容,加入惰性气体不能改变每种物质的分压,所以不移动.恒温恒压,加入惰性气体,气体总量变多,体积就要变大,所以是增大体积.（6）简述设计原电池的方法及应用。答：设计原电池时要紧扣原电池的构成条件．具体方法是：(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。①电池材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极，并且原电池的电极必须导电，电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。②电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质（如空气中的氧气）能与负极发生反应。如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择含有与电极材料相同的阳离子．如在铜—锌构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。（3）按要求画出原电池装置图化学反应方程式：Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu正极反应：Cu2＋＋2e－

===Cu负极反应：Zn－2e－

===Zn2＋广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门，并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。（7）举例说明你身边的亚稳状态，并解释原因。亚稳态是热力学不完全稳定的状态，常见的亚稳态有过饱和蒸气、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生的原因是在新的相生成时，颗粒极其微小，其比表面积和表面吉布斯函数都很大，因此在系统中产生新相极为困难而造成亚稳态的产生。防止亚稳态产生的方法是引入“种子”，使之形成结品或凝聚或汽化核心。现象为小液滴消失，合并成为一个大的液滴。原因是小液滴的曲率半径小，表面张力大，饱和蒸气压高而易于挥发，被大液滴凝聚后增加了其表面积，降低了表面吉布斯函数。在下大雨时雨滴落在水中，形成的气泡之所以呈半球形，是因为气泡的形成过程基本上是在恒温、恒压下进行的，而且是产生内外两个表面的过程，所以当气泡达到稳定状态时，要力求其表面吉布斯函数处在最低，而相同体积的气泡以球状表面积为最小，这就是下雨时水面上所形成的气泡为半球形的原因。物理吸附和化学吸附的最本质区别是吸附剂与吸附质之间的作用力不同，物理吸附是分子间作用力，而化学吸附的作用力是化学键力。因为物理吸附基本上相当于气体的凝聚过程，而这个过程是要放出液化热的。另外，从吸附热力学上看吸附过程是一个自动进行的过程，因此在恒温、恒压下随着吸附的进行，系统的吉布斯函数是减小的，即GT,P0。再者气体分子吸附在固体表面上是气体分子由在三维空间运动转移到二维空间上运动，分子的平动受到了制约，从宏观上看表现为熵减的过程，即吸附过程为ΔS0的过程。在恒温、恒压下，存在GT,P=H-TS。因为G0，S0，所以吸附焓必然小于零。严格地讲，这一结论只对物理吸附才成立（8）溶胶的电动现象有哪些？其相互关系如何？1、电泳。在外电场作用下，胶体粒子在分散介质中的定向移动称为电泳。2、电渗。分散相固定不动时，分散介质受外加电场的作用而作定向流动，这种现象称为电渗。3、流动电位。在外力作用下，迫使液体通过多孔隔膜（或毛细管）定向流动，在多孔隔膜两端所产生的电势差，称流动电位。此过程可视为电渗过程的逆过程。4、沉降电位。分散相粒子在重力场或离心力场的作用下迅速移动时，在移动方向的两端所产生的电势差，称为沉降电势。可视为电泳的逆过程。其相互关系如下：（分散介质静止，固体粒子运动）电泳沉降电位因动而电因动而电电渗流动电位（固体粒子静止，分散介质运动）2、绘图题（请画出示意图）：3题，每题5分，共15分（1）请画出单组分系统水的相图。请画出两组分系统具有最大正偏差的p-x(y)和T-x(y)。（3）请画出两组分液态部分互溶系统的气-液-液平衡相图（气相组成介于两液相组成之间）。图1水-苯粉的溶解度图图2气相组成介于两液相组成之间的系统3、计算题：3题，每题15分，共45分（1）今有1mol，200℃、0.5atm（状态A）的H2O（g），先经绝热可逆压缩至0.75atm（状态B），再经恒温可逆膨胀至0.5atm（状态C），最后经恒压变温至初态（状态A），试计算各过程的△U、△H、△S及循环过程的Q、W。在p-V及H-S图上画出A、B、C三个状态及各过程的示意图，标明过程方程，写出三个过程图线斜率表达式。（已知Cp,m=34.0J•K－1•mol－1，H2O（g）可视为理想气体）解：ABCn=1moln=1moln=1molT=200℃绝热T=300℃恒温T=300℃P=0.5atm压缩p=0.75atmp=0.5atm恒p变温(1)A→B绝热压缩，得CPM=RB→C(3)（2）已知298K时的基础热数据如下：C2H6(g)C2H4(g)H2(g)－84.6852.260229.60219.56130.684反应：C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)计算298K，100kPa下、、及此反应的。请问此条件下反应能否自发进行？设此反应的不随温度变化，计算425K时此反应的及。解：反应：C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)(1)=52.26+84.68=136.94=219.56+130.684－229.60=120.644=－T=136940－298×120.644=100988＞0，不能自