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《物理化学》期末试卷(一)(附答案)

物理化学课程考核试卷

学年第一学期级专业（类）

卷别闭卷考核方式考试考核类型必修课程类别物理化学考核科目 A

（注：考生务必将答案写在答题纸上，写在本试卷上的无效）

一、选择题 ( 共 8题 14分 )

1. 2 分 (0123)

体系的压力p (体系)与环境的压力p (环境)有何关系?

( )

(A) 相等 (B) 无关系

2. 2 分 (1232)

关于偏摩尔量，下面的叙述中不正确的是：

(A) 偏摩尔量的数值可以是正数、负数和零

(B) 溶液中每一种广度性质都有偏摩尔量，而且都不等于其摩尔量

(D) 溶液中各组分的偏摩尔量之间符合吉布斯－杜亥姆关系式

3. 1 分 (0739)

对实际气体的节流膨胀过程，有

( ) (A) ΔH = 0 (B) ΔS = 0

4. 2 分 (0891)

在101.3 kPa 下,110℃的水变为110℃水蒸气,吸热Q p ,在该相变过程中下列哪个关系式不

成

立?

( )

(A) ?S 体> 0

(B) ?S 环不确定

(D) ?S 环< 0

5. 1 分 (2842)

2842

( )

时，该反应能否进行？1-mol ?= 5 kJ G r 在等温等压下，当反应的Δ (A) 能正向自发进

行

(B) 能逆向自发进行

(D) 不能进行

6. 2 分(0392)

某化学反应在恒压、绝热和只作体积功的条件下进行，体系的温度由T1升高到T2,

则此过程的焓变ΔH：( )

(A) 小于零(B) 等于零

7. 2 分(0459)

石墨(C)和金刚石(C)在25℃, 101 325 Pa下的标准燃烧焓分别为-393.4 kJ·mol-1和-395.3 kJ·mol-1，则金刚石的标准生成焓Δf H(金刚石, 298 K)为：( )

(A) -393.4 kJ·mol-1

(B) -395.3 kJ·mol-1

(D) 1.9 kJ·mol-1

8. 2 分(2640)

恒沸混合物在气、液两相平衡共存时的自由度为：( )

(A)0 (B)1 (C)2 (D)3

二、填空题( 共12题26分)

9. 5 分(3310)

按照D.P. Stevenson 等人的工作，异构化反应：

环己烷(l) ＝甲基环戊烷(l)

的平衡常数可以用如下的方程式表示：

ln K = 4.184 - 2059 K/T

则25℃的Δr H= _________ J?mol-1

Δr S = _________ J?K-1?mol-1

10. 2 分(0079)

0079

10 mol单原子理想气体,在恒外压0.987p?下由400 K,2p?等温膨胀至0.987p?,物体对环境作功kJ。

11. 2 分(0101)

如图。两条等温线的温度分别为T a，T b。1mol理想气体经过路径1231的W I与经过路径4564的W II大小关系是。

12. 2 分(1225)

NaCl 水溶液总体积随NaCl 浓度变化关系表示为：

V/m3= [1002.874 + 17.8213(m2/mol·kg-1) + 0.87391(m2/mol·kg-1)]2

×0.047225(m 2/mol·kg -1)3×10-6

则在m 2=1.000 mol·kg -1时,NaCl 的偏摩尔体积V NaCl ,m = ________________m 3·mol -1。

13. 2 分 (0258)

1 mol 单原子分子理想气体，从p 1=20

2 650 Pa ，T 1= 27

3 K 在p /T =常数的条件下加热，

使压力增加到p 2= 405 300 Pa ，则体系做的体积功W = J 。

14. 2 分 (0745)

选择“＞”、“＜”、“＝”中的一个填入下列空格。

理想气体恒温可逆压缩，?S _____ 0，?G _____ 0。

15. 2 分 (0384)

在横线上填上＞、＜、＝或？（？代表不能确定）。

氢气和氯气在绝热刚性容器中反应，则：

(A) W ____ 0

(B) ΔU ____ 0

(D) Q____ 0

16. 2 分 (0388)

0388

已知反应2 H 2(g) + O 2(g)

2 H 2O(l)在298 K 时恒容反应热Q V =-564 kJ·mol -1，则

H 2(g)

。1-= _______kJ·mol H c 时标准摩尔燃烧焓Δ298 K 在 17. 2 分 (1009)

对一单组分、单相、各向同性的封闭体系而言，等压条件下只做体积功时，其吉布斯

自由能值将随温度的升高而。

18. 2 分 (0285)

某理想气体，等温(25℃)可逆地从1.5 dm 3膨胀到10 dm 3时，吸热9414.5 J ，则此气体

的物质的量为摩尔。

19. 2 分 (0836)

计算下列各恒温过程的熵变（气体看作理想气体）。

20. 1 分 (0080)

IUPAC 推荐的符号为：系统接受功为正,则热力学第一定律的数学表达式(封闭体系)为

d U = , 系统膨胀功表示为。

三、计算题 ( 共8题 40分 ,27、28题任选一题)

21. 5 分 (0898)

1 mol 理想气体在等温下体积增加10倍,求体系的熵变：

(1) 设为可逆过程；

(2) 设为何真空膨胀过程。

22. 5 分 (3309)

在高温下水蒸气通过灼热的煤层，按下式生成水煤气：

C (石墨) + H 2O(g) ＝ H 2(g) + CO(g)

若在 1000 K 及 12000 K 时的 K 分别为 2.472 及 37.58，试计算在此温度范围内的平均

反应焓Δr H ，及在 1100 K 时反应的平衡常数 K (1100 K)。

23. 5 分 (0269)

用搅拌器对 1 mol 理想气体作搅拌功 41.84 J ，并使其温度恒压地升高 1 K ，若此气体

C p , m =29.28 J·K -1·mol -1，求Q ，W ，ΔU 和ΔH 。

24. 5 分 (1198)

利用

,为常数b , a 式中,b +T /a (0.12052K)-)=?p /p ln(某液体的蒸气压与温度的关系为：

间的关系。b T 和正常沸点m H vap Δ与汽化焓b ; 间的关系m H vap Δ与汽化焓a 方程导出peyron Cla

25. 5 分 (3298)

温度范围内为400 K ～250 的平衡常数在(g) + HCl(g) 3NH ＝Cl(s) 4NH 反应

。 S r ，ΔH r ，Δ G r Δ 时反应的300 K ，请计算/K)] T [21 020 / ( -= 37.32 K ln

26. 5 分 (0403)

棕榈酸氧化反应：

O(l)

2(g)+16H 2(g)=17CO 2COOH(s)+24O 14)2(CH 3CH

计算, 1-9958 kJ·mol -为(298 K)H r Δ

；(298 K) U r Δ(1) (2) 计算上述条件下1 mol 棕榈酸氧化时所做的功。

27. 10 分 (1761)

液体A 和B 可形成理想液态混合物。把组成为y A =0.400的二元蒸气混合物放入一带

有活塞的气缸中进行恒温压缩。已知该温度时p 和p 分别为40 530 Pa 和121 590 Pa 。

（1）计算刚开始出现液相时的蒸气总压；

（2）求A 和B 的液态混合物在上述温度和101 325 Pa 下沸腾时液相的组成。

28. 10 分 (1925)

物质 A 与 B 的物质的量分别为 n A 和 n B 的二元溶液，其吉布斯函数为：

G = n A μ+n B μ+ RT (n A ln x A + n B ln x B ) + cn A n B /(n A +n B )

其中 c 是 T ，p 的函数。

(1) 试推导 μA 的表达式；

(2) 给出活度系数 γA 的表达式；

(3) 上述溶液的 G 有怎样的表达式，才能使 γA = 1 ？

四、问答题 ( 共 4题 20分 )

29. 5 分 (0272)

单原子分子理想气体的内能为(3/2)nRT +C (C 为常数)，请由此导出理想气体的(?U /?V)T 和

(?H /?V )T 。

30. 5 分 (0793)

，试证明在等压下绝热混

2T ,1T ，温度分别为p C ，比热均为 m 有两种液体，其质量均为合

的熵变为：ΔS = 2mC p ln[(T 1+ T 2)/2(T 1-T 2)1/2] 并证明 T 1≠T 2时，ΔS > 0，假设C p 与温度无关。

31. 5 分 (3360)

N 2O 4部分解离为 NO 2，在恒温恒压下建立下面的平衡：N 2O 4(g)＝2NO 2(g)，试讨论温

度一定，改变总压时平衡的移动（设体系为理想气体反应体系）.

32. 5 分 (2445)

试用相律分析，在保持恒温下向NH 4Cl 固体分解达平衡的体系中通入HCl(g)后,体系压

力是否改变?

参考答案

一、选择题( 共8题14分)

1. 2 分(0123)

[答] (D)

2. 2 分(1232)

[答] (B)

3. 1 分(0739)

[答] (A)

4. 2 分(0891)

[答] (B) (2分) 因环境供热给体系,则ΔS环= -Q p/383.15K < 0 ,此为恒温恒压下的自发变化, 所以G体< 0；体系由液态变为气态, ΔS体> 0；将体系与环境加在一起组成

新的孤立体系,在此体系中有自发变化,所以ΔS孤立=ΔS体+ ΔS环> 0 。

5. 1 分(2842)

[答] (C)

6. 2 分(0392)

[答] (B) (2分)

7. 2 分(0459)

[答] (D) (2分)

8. 2 分(2640)

答：（B）（2分）

二、填空题( 共12题26分)

9. 5 分(3310)

[答] Δr G = -RT ln K , ln K = 4.184 - (2059 K/T)

Δr H = RT2(dln K /d T) = RT2(2059/T2)=17 119 J·mol-1(2分) Δr S =(Δr H -Δr G )/ T(1分) Δr G = -RT ln K = -4.184RT + (2059K R) (1分) Δr S = 4.184R = 34.78 J·K-1·mol-1(1分) 10. 2 分(0079)

[答] 16.85 kJ

11. 2 分(0101)

[答] W I =W II

12. 2 分(1225)

[答] 以1kg 溶剂为基准V NaCl,m= (V/m)T,p,n1

= 19.50×10-6 m3·mol-1

13. 2 分(0258)

[答] W=0 J

因为p/T=常数，当p2=2p1时，T2=2T1，即V2=V1

所以W=0

14. 2 分(0745)

[答] < , >

因为ΔS = nR ln(V2/V1) < 0

ΔG = nRT ln(p2/p1) > 0

15. 2 分(0384)

[答] (A)=；(B)=；(C)=；(D)=

16. 2 分(0388)

[答] =Q p=Q V +ΔνRT，=1/2=-285.7 kJ·mol-1

17. 2 分(1009)

[答] 减少(2分) 18. 2 分(0285)

[答] Q=W=nRT ln(V2/V1)，n=2 mol

19. 2 分(0836)

[答] (1) n A R ln(V/V A) + n B R ln(V/V B) = 0

(2) nR ln(2V/2V) = 0

20. 1 分(0080)

[答] d U=δQ+δW；-p外d V

三、计算题( 共8题40分，27、28题任选一题)

21. 5 分(0898)

[答] (1) 因该过程系理想气体等温可逆膨胀过程,故

ΔS = nR ln(V2/V1)

= (1mol) (8.314 J·K-1·mol-1) ln(10V1/V2)

= 19.14 J·K-1(3分)

(2) 虽然与(1)的膨胀方式不同,但其始、终态相同,且熵是状态函数,所以该过程体

系的熵变与(1)相同,即ΔS = 19.14 J·K-1。(2分)

22. 5 分(3309)

[答] 若在T1至T2范围内平均反应热为常数，则

ln(K / K ) = (Δr H /R)×[(T2-T1)/(T2T1)] (2分)

Δr H = [T2T1/(T2-T1)](8.314 J·K-1·mol-1)×ln(37.58/2.472)

= 135.8 kJ·mol-1(1分) ln K (1100 K) = ln K (1000 K) + (Δr H /R)[(1100-1000)/(1100×1000)]

= 2.390

K (1100 K) = 10.91 (2分)

23. 5 分(0269)

[答] W e=pΔV=nRΔT=8.31 J

W f =-41.84 J

W=W e+W f =8.31-41.82=-33.51 J (2分)

Q p=C p d T=29.28 J (1分)

ΔU=Q p-W=29.28+33.51=62.79 J (1分)

ΔH=ΔU+Δ(pV)= ΔU+nRΔT=71.12 J (1分)

24. 5 分(1198)

[答] 已知ln(p/p?)= -(0.12052 K)a/T + b-------- (1)

克劳修斯－克拉贝龙方程的不定积分式为:

ln(p/p?)= -Δvap H m/(RT) + b-------- (2)

将(1)、(2)两式对比,即得：

Δvap H m= (0.12052 K)aR(2分) 当在正常沸点时, ln(p/p?)= 0 , 故得

Δvap H m= bRT b(3分)

25. 5 分(3298)

[答] 300 K 时，Δr G = -RT ln K = 81677 J·mol-1(2分) Δr S = -(Δr G /T)p=-{[(-37.32RT+21 020R)/T]p/T} (2分) = 310.3 J·K-1·mol-1

Δr H =Δr G + TΔr S = 174 800 J·mol-1(1分) 26. 5 分(0403)

[答] (a) ΔU (298K)= Δr H (298K)- Δn(RT)

=[-9958-(17-24)×8.314×298×10-3]] kJ·mol-1

=-9941 kJ·mol-1(3分)

(b) W=Δn(RT)= -17.3 kJ (2分)

27. 10 分(1761)

[答] （1）

（1）

（2）联立（1），（2）式解得：

（6分）（2）

(4分)

28. 10 分(1925)

[答] (1) μA= (G/n A)T,p,

= μ+ RT{ln x A+ n A[1/n A- 1/(n A+ n B)]

- [n B×1/(n A+ n B)]} + cn B2/(n A+ n B)2

=μ+ RT ln x A+cn B2/(n A+ n B)2(4分)

(2) 与μA=μ+ RT ln(x AγA)=μ+ RT ln x A+ RT lnγA比较

= exp[cn B2/RT(n A+n B)2]=exp(cx B2/RT) (4分)

(3) 要使= 1，必须使c= 0

则G =n Aμ+n Bμ+RT(n A ln x A+n B ln x B) (2分)

四、问答题( 共4题20分)

29. 5 分(0272)

[答] =0

H=U+pV (2分)

=0 (3分)

30. 5 分(0793)

[答] 终态温度为T = (T1+ T2)/2 (1分) ΔS1= mC p ln[(T1+ T2)/2T1] ，

ΔS2= mC p ln[(T1+ T2)/2T2] (1分)

ΔS =ΔS1+ΔS2

= 2m[C p ln(T1+ T2)/2(T1T2)1/2] (1分) 当T1≠T2，(T1-T2)2> 0

则T1+ T2> 2(T1T2)1/2(2分)

所以ΔS > 0

31. 5 分(3360)

[答] N2O4(g) = 2NO2(g)

开始/mol 1 0

平衡/mol 1-α2α

=(1+α)mol

平衡分压p B：[(1-α)/(1+α)]p ; [(2α)/(1+α)]p

K p=[p(NO2)]2/p(N2O4) =[4α2/(1-α2)]p即

α=[K p/(4p+K p)]1/2(3分)

定温下改变压力, K p不变,若增大总压力, 则解离度变小,平衡向N2O4方向移动。

(2分)

32. 5 分(2445)

[答] 在未通入HCl(g)前,该体系中

NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)

s=3 , R=1 , R'=1

按相律f=(s-R-R')-Φ+2=(3-1-1)-2+2=1

所以,指定温度后,压力也就不能改变了。(1分)

但当外面再通入HCl(g)后,体系p(HCl)∶p(NH3) 不再保持1∶1,R'=0,

则f=(s-R-R')-Φ+2=(3-1-0)-2+2=2 (2分)

说明此时T,p都可独立改变,即在指定温度下,体系的压力可以不同仍保持此多相

平衡。

(2分)