安徽工业大学-物理化学(上)期末试卷及答案

安徽工业大学-物理化学(上)期末试卷及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.下列状态函数中，既具有广度性质，又是强度性质的是（）。A.热力学能(U)B.熵(S)C.体积(V)D.压力(P)2.在恒容条件下，系统吸收热量，其内能变化（）。A.一定为正B.一定为负C.可能正，可能负，也可能为零D.无法判断3.下列过程是可逆过程的是（）。A.理想气体在恒定外压下的膨胀B.液体在自身饱和蒸汽压下的汽化C.绝热铜块与温水接触达到热平衡D.气体自由膨胀4.对于一个定温定压过程，系统的吉布斯自由能变化ΔG与系统吉布斯自由能G的关系为（）。A.ΔG=G₂-G₁B.ΔG=G₁-G₂C.ΔG=G₂/T-G₁/TD.ΔG=G₁T-G₂T5.理想气体向真空绝热膨胀，下列物理量一定不变的是（）。A.内能(U)B.熵(S)C.焓(H)D.压力(P)6.下列物质中，标准摩尔熵S°(298K)值最大的是（）。A.H₂O(l)B.CO₂(g)C.C(graphite)D.Cl₂(g)7.在等温、等压条件下，自发进行的过程其吉布斯自由能变化ΔG一定（）。A.大于零B.小于零C.等于零D.可正可负8.燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧生成稳定产物时放出的热量，这里的“稳定产物”通常指（）。A.CO(g)B.C(graphite)C.H₂O(g)D.H₂O(l)9.对于一个由单一纯物质组成的系统，在相平衡条件下，两相的化学势（μ）关系为（）。A.μ₁>μ₂B.μ₁<μ₂C.μ₁=μ₂D.无法比较10.下列表述中，正确的是（）。A.系统的熵永不减少B.系统的吉布斯自由能永不减少C.系统的焓永不减少D.系统的enthalpy永不减少二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题中的横线上）1.在一个绝热、导热的刚性容器内，发生了一个物理变化过程，则该过程可能是_________过程。2.热力学第一定律的数学表达式（针对有限过程）为_________。3.理想气体的状态方程为_________，其中R称为理想气体常数。4.恒温下，理想气体从体积V₁膨胀到V₂，对外做功W=-nRTln(V₂/V₁)，该过程系统的焓变ΔH=_________。5.克劳修斯不等式（针对可逆与不可逆过程）的表达式为_________。6.在相平衡研究中，克拉佩龙方程描述了纯物质气液两相平衡时，平衡压力与温度的关系，其表达式为_________。7.1摩尔理想气体从200K等压加热到400K，压强为1atm，计算过程的Q、W、ΔU和ΔH。已知理想气体Cₚ,m=5/2R，Cᵥ,m=3/2R。Q=_________cal，W=_________cal，ΔU=_________cal，ΔH=_________cal。（请保留单位）8.对于一个由α相和β相组成的二相系统，在恒温恒压下达到平衡，根据相律，f=_________。三、计算题（共40分）1.（10分）已知某化学反应在25℃下进行的标准吉布斯自由能变ΔG°=-40.0kJ/mol。试计算该反应在此温度下的平衡常数K。已知R=8.314J/(mol·K)。2.（10分）将3mol理想气体从10L等温可逆膨胀到50L，环境温度为300K。计算过程的Q、W、ΔU和ΔH。已知理想气体常数R=8.314J/(mol·K)。3.（10分）1mol水在100℃、1atm下汽化成水蒸气（可视为理想气体）。已知100℃时水的汽化热ΔHvap=40.7kJ/mol，气态水的摩尔体积Vm=30.6L/mol。计算此过程的ΔG。是否自发？（设气液两相体积可忽略不计）4.（10分）根据以下数据，计算反应N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)在298K下的标准摩尔焓变ΔH°和标准摩尔吉布斯自由能变ΔG°。物质ΔHf°(kJ/mol)S°(J/(mol·K))N₂(g)0191.6H₂(g)0130.6NH₃(g)-46.1192.5四、简答题（共20分）1.（10分）简述热力学第一定律和第二定律各自的基本内容及其区别。2.（10分）解释什么是吉布斯自由能？在恒温恒压条件下，吉布斯自由能判据的应用条件是什么？它如何判断一个过程的自发性？---试卷答案一、选择题1.D2.A3.B4.A5.C6.D7.B8.D9.C10.B二、填空题1.可逆2.ΔU=Q+W3.PV=nRT4.05.ΔS≤Qrev/T6.dP/dt=ΔH/(T(V₂-V₁))7.Q=3125cal,W=-3125cal,ΔU=1875cal,ΔH=5000cal8.1三、计算题1.解：K=exp(-ΔG°/(RT))=exp(-(-400000J)/(8.314J/(mol·K)×298K))=exp(53.45)≈1.41×10²³答案：K≈1.41×10²³2.解：W=-nRTln(V₂/V₁)=-3mol×8.314J/(mol·K)×300K×ln(50L/10L)=-3×8.314×300×ln(5)≈-12467J=-12.5kJΔU=0(等温理想气体过程)Q=-W=12.5kJΔH=0(等温理想气体过程)答案：Q=12.5kJ,W=-12.5kJ,ΔU=0,ΔH=03.解：ΔG=ΔH-TΔS需计算气态水的熵变ΔS(gas)=S°(gas)-S°(liquid)=192.5J/(mol·K)-75.3J/(mol·K)=117.2J/(mol·K)（查表得水在100℃的S°(liquid)≈75.3J/(mol·K)）TΔS=298K×117.2J/(mol·K)=34946J=34.95kJΔG=(-40.7kJ/mol)-(34.95kJ/mol)=-75.65kJ/mol自发性判断：ΔG<0，过程自发。答案：ΔG≈-75.65kJ/mol，过程自发。4.解：ΔH°=ΣνΔHf°(products)-ΣνΔHf°(reactants)ΔH°=[2×(-46.1kJ/mol)]-[1×0kJ/mol+3×0kJ/mol]=-92.2kJ/molΔG°=ΣνΔGf°(products)-ΣνΔGf°(reactants)=ΣνΔHf°(products)-ΣνΔHf°(reactants)+ΣνTΣS°(products)-ΣνΣS°(reactants)ΔG°=ΔH°+TΣνS°(products)-TΣνS°(reactants)ΔG°=-92.2kJ/mol+298K×[2×192.5J/(mol·K)-1×191.6J/(mol·mol)-3×130.6J/(mol·K)]ΔG°=-92.2kJ/mol+298K×[-248.9J/(mol·K)]ΔG°=-92.2kJ/mol-73.96kJ/mol=-166.16kJ/mol答案：ΔH°=-92.2kJ/mol,ΔG°≈-166.16kJ/mol四、简答题1.热力学第一定律是能量守恒定律，表述为ΔU=Q+W，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。热力学第二定律表述为自发过程总是朝着熵增加的方向进行，或克