《物理化学》试卷答案

化学与材料学院《物理化学（上）》试卷答案

考生考试诚信承诺书

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考生签名：

题号 分数 评卷人 一 二 三（1） 三（2） 三（3） 三（4） 三（5）

总分

复核人

试卷类别： 开卷（ ）闭卷（ √ ）

考试用时： 120 分钟

考试时间： 2012 年 1 月 6 日 上 午 考试地点： 文（ ）

注意事项

1.学生的院（系）别.专业.班级.姓名.学号必须填写在考生信息栏内指定的位置。

2.学生在考试之前必须填写考试时间和地点。

3.答题字迹要清楚，并保持卷面清洁。

息

考

生 信

栏

院（系） 班级 姓名 学号

………………………………………………装……………………订……………………线……………………………………

20小题，每题2分，共40分）把正确选题项序号填入括号内

．1 mol 单原子分子理想气体，从始态p 1= 202650 Pa ，T 1= 273 K 沿着p /V =常数的途径可逆变化p 2=405300 Pa 则ΔH 为: ( A )

A ．17.02 kJ

B ．-10.21 kJ

C ．-17.02 kJ

D ．10.21 kJ

．H 2和O 2在绝热钢瓶中生成水的过程： ( B )

A ．ΔH = 0

B ． ΔU = 0

C ． ΔS = 0

D ．ΔG = 0

．理想气体恒压膨胀，其熵值如何变化？ ( B )

A ．不变

B ．增大

C ．减小

D ．不能确定

．在N 2和O 2混合气体的绝热可逆压缩过程中，下列结论中正确的是: ( C )

A ．ΔU = 0

B ．ΔA = 0

C ．ΔS = 0

D ．ΔG = 0

．用 1 mol 理想气体进行焦耳实验（自由膨胀），求得 ΔS = 19.16 J·K -1，则体系的吉布斯自由能

( B )

A ．ΔG = 19.16 J

B ．ΔG < 19.16 J

C ．ΔG > 19.16 J

D ．ΔG = 0

．恒压下纯物质当温度升高时其吉布斯自由能： ( A )

A ．上升

B ．下降

C ．不变

D ．无法确定

．在下列状态变化中，哪些可以应用公式d U =T d S -p d V ? ( C )

A ．NO 2气体缓慢膨胀，始终保持化学平衡NO 2==NO+2

1

O 2 B ．NO 2气体以一定速度膨胀，解离出来的NO+

2

1

O 2总是落后于平衡组成 C ．SO 3气体在不解离为SO 2+2

1

O 2的条件下膨胀

D ．水在-10℃时等温结冰

．把下列化学势与偏摩尔量区别开来： ( C )

(1) (?S /?n B )T ,p ,n c (2) (?H /?n B )S ,p ,n c (3)(?U /?n B )T ,V ,n c (4) (?A /?n B )T ,V ,n c

A ．(1)、(4) 偏摩尔量；(2)、(3) 化学势

B ．(1) 偏摩尔量；(2) 化学势； (3)、(4) 都不是

C ．(1) 偏摩尔量；(2)、(4) 化学势；(3) 都不是

D ．(2) 化学势；(3)、(4) 偏摩尔量；(1) 都不是

9．298K ，p ?

的N 2气[状态Ⅰ]和323K ，p ?

的N 2气[状态Ⅱ]各一瓶，问哪瓶N 2气的化学势大? ( D )

A ．μ(Ⅰ)> μ(Ⅱ)

B ．μ(Ⅰ)< μ(Ⅱ)

C ．μ(Ⅰ)= μ(Ⅱ)

D ．不可比较

10．1mol 某未知理想气体在298.15K 经绝热可逆膨胀使其摩尔体积增加了0.2倍，而温度降至

277.18K ，其内能的改变值 ( A )

A ．-52.4R

B ．-31.4R

C ．-73.4R

D ．-20.9R

11．两只烧杯各有1 kg 水，向A 杯中加入0.01 mol 蔗糖，向B 杯内溶入0.01 mol NaCl ，两只烧杯

按同样速度冷却降温，则有： ( A )

A ．A 杯先结冰

B ．B 杯先结冰

C ．两杯同时结冰

D ．不能确定

12．主要决定于溶解在溶液中粒子的数目，而不决定于这些粒子的性质的特性叫 ( B )

A ．一般特性

B ．依数性特征

C ．各向同性特性

D ．等电子特性

13．含有非挥发性溶质B 的水溶液，在101325 Pa 下，270.15 K 时开始析出冰，已知水的K f =1.86

K·kg·mol -1，K b =0.52 K·kg·mol -1，该溶液的正常沸点是： ( C )

A ．370.84 K

B ．372.31 K

C ．373.99 K

D ．376.99 K

14．氯仿(1)和丙酮(2)形成非理想液体混合物，T 时测得总蒸气压为29398 Pa ，蒸气中丙酮的物质的量分数y 2=0.818，而该温度下纯氯仿的饱和蒸气压为29571Pa ，则在溶液中氯仿的活度a 1为： ( C ) A ．0.500 B ．0.823 C ．0.181 D ．0.813

15．某溶质溶于某溶剂中形成溶液时，若采用不同的标准浓度，则下列说法中正确的是： （D ） A ．溶质的标准态化学势相同 B ．溶质的活度相同 C ．溶质的活度系数相同 D ．溶质的化学势相同

16．在等温等压下，当某一反应的Δr G m = 5 kJ·mol -1时，该反应能否进行？ ( C ) A ．能正向自发进行 B ．能逆向自发进行 C ．不能判断 D ．不能进行

17．在温度为T 、压力为p 时，反应3O 2(g) ==2O 3(g) 的K p 与K x 的比值为： ( D )

A ．RT

B ．p

C ．(RT )-1

D ．p -1

．硫酸与水可形成H 2SO 4·H 2O(s)、H 2SO 4·2H 2O(s)、H 2SO 4·4H 2O(s)三种水合物，问在101325 Pa ．3 种 B ．2 种 C ．1 种 D ．不可能有硫酸水合物与之平衡共存。

．某实际气体反应，用逸度表示的平衡常数K f

随下列哪些因素而变： ( C )

A ．体系的总压力

B ．催化剂

C ．温度

D ．惰性气体的量

．理想气体反应N 2O 5(g) == N 2O 4(g) +

2

1

O 2(g)的Δr H m 为41.84 kJ·mol -1，ΔC p = 0，试问增加 N 2O 4 ( A ) A ．降低温度 B ．提高温度 C ．提高压力 D ．等温等容加入惰性气体 ( 共5题，每题2分，共10分 )

．选择“＞”，“＜”，“＝”中的一个填入下列空格：理想气体恒温可逆压缩，ΔU = 0，ΔH = 0。

．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(?S /?X )y = -nR /p ，按你的

X 应为 p ，y 应为 T 。 ．298 K ，p ?下，1 mol 甲苯与1 mol 苯混合形成理想溶液，则Δmix H = 0 ，Δmix S = 11.53J·K -1 。 ．反应CO(g) + 2H 2(g)==CH 3OH(g) 在300℃，1013.25 kPa 压力下进行，按理想气体反应处理时，K c =10 mol -2·dm 6，则K x = 0.452 。 ．对于理想气体的化学反应 (?ln K c /?p )T = 0 ； (?ln K x /?p )T =p B

B

/∑-

ν

。

5小题，共50分）

．(本题12分) 4mol 某理想气体，其m V C ,=2.5R ，由始态600K ，1000kPa 依次历经下列过程：（1）600kPa 恒定的外压，绝热膨胀至平衡态；（2）再恒容加热至800kPa ；（3）最后绝热可逆膨500kPa 的末态。试求整个过程的Q ，W ，ΔU ，ΔH ，ΔS 。 : （1）（T 1=600K ，p 1=1000kPa ）

（p 2=p e =600kPa ，?2=T ）

∵绝热，∴Q 1=0，ΔU 1=W 1 （0.5分) ΔU 1=n m V C ,(T 2-T 1)=10R (T 2-T 1)

W 1=-p e (V 2-V 1)=-p 2)(1122p nRT p nRT -=2.4RT 1-4RT 2

10R (T 2-T 1)=2.4RT 1-4RT 2，10(T 2-T 1)=2.4T 1-4T 2

14T 2=12.4T 1，T 2=531.43K （1分)

W 1=10R (T 2-T 1)=10×8.314×(531.43-600)=-5701J （0.5分) （2）（T 2=531.43K ，p 2=600kPa ）（T 3=?，p 3=800kPa ）

∵恒容，∴W 2=0，ΔU 2=Q 2，57.70843.531600

800

2233=?==

T p p T K (1分) Q 2=ΔU 2=n m V C ,(T 3-T 2)=4×2.5×8.314×(708.57-531.43)=14727J （1分) （3）（T 3=708.57K ，p 3=800kPa ）

（T 4=？，p 4=500kPa ）

∵绝热可逆，∴Q 3=0 （0.5分）

理想气体绝热可逆过程方程式：T 3γp 31-γ=T 4γp 41-γ，γ=C p,m /C v ,m =3.5R/2.5R=1.4 （0.5分）

=??? ???=???? ??=--1

4.1111

433450080057.708r p p T T 619.53K （1分） W 3=ΔU 3=n m V C ,(T 4-T 3)=4×2.5×8.314×(619.53-708.57)=-7403J （1分) 总过程：

Q =Q 1+Q 2+Q 3=Q 2=14727J (1分) W =W 1+W 2+W 3=W 1+W 3=-5701-7403=-13104J (1分) ΔU =nC v,m (T 4-T 1) =4×2.5×8.314×(619.53-600)=1624J （1分） ΔH =nC p,m (T 4-T 1) =4×3.5×8.314×(619.53-600)=2273 J （1分） 1414,ln ln

p p nR T T nC S m p -=?1000

500

ln

314.8460053.619ln 314.85.34??-???= =3.73+23.05=26.78J·K -1 （1分）

息

考

生 信

栏

院（系） 班级 姓名 学号

………………………………………………装……………………订……………………线……………………………………

2．(本题8分) 光气（COCl 2）是一种具有烂苹果气味的无色气体，其毒性比氯气大10倍。1951年侵朝美军曾在朝鲜半岛投下光气炸弹，造成数百人死亡和数千人中毒。

已知：100℃时，光气分解反应：COCl 2(g) = CO(g) + Cl 2(g)的ΔS ?m =125.6J·K -1·mol -1，K ?=8.1×10-9.求：（1）100℃，总压为200 kPa 时COCl 2(g)的解离度；

（2）100℃，上述分解反应的ΔH ?m ；

（3）总压为200 kPa 时，若使COCl 2(g)的解离度达0.1%的温度为多少？（设Δr C p,m =0） 解：（1） COCl 2(g) = CO(g) + Cl 2(g)

起始/kPa: p A 0 0

平衡/kPa: p A (1-α) p A α p A α (1分) p =p A (1+α)= 200kPa ，θθp a p p a p K A A /)1()/(2-=

=92

222101.8100200)1(-Θ

?===-a

p

pa p a pa θ (1分) 5

210364.6-?=a ， 5

10364.6-?=a (1分)

(2) Δr G θ

= -RT ln K θ

=Δr H m θ

- T Δr S m

θ

(1

分)

∴ Δr H m θ= 373.15×125.6-8.314×373.15×ln(8.1×10-9)=105.0 kJ·mol -1 (1分)

(3) 6

222102100)101.0(200--Θ?=??==p

pa K ，)11(ln ln 2121T T R H K K m r -?-=Θ (1分)

)1

15.3731(314.81010510

2ln 101.8ln 236

9T -?-=??--，

T 2=446 (2分)

3．(本题12分) 工业生产中有时需要结晶与蒸馏联合运用方可得到纯净物质，已知A 和B 二组分形

成的液态互溶、固态完全不互溶的气、液、固相图如下： (1) 标出1、2、3、4、5、6相区内的稳定相； (2) 图中①、②、③、④、⑤五条线的名称各是什么？ (3) 画出系统点a 的冷却曲线，并描述过程中的相变化

(4) 现工业中由化学反应只能得到状态为b 的混合物。据相图，要得到纯B 和纯A 应如何操作？

解:（1）1-气相；2-气相和液相；3-液相；4-S A 和液相；5-S B 和液相；6-S A 和S B （3分）

（2）①-气相线；②-液相线；③-A 的凝固点降低曲线；④-B 的凝固点降低曲线；⑤-S A 、S B 和

溶液的三相线或低共熔线（2.5分） （3）系统点a 的冷却曲线：（2.5分）

气相降温至第一拐点，开始有液相产生；降温至第二拐点， 气相消失； 降温至第三拐点，析出固体A ； 到达三相线，开始析出固体B ，并保

持温度不变，至液相消失，温度继续下降。

（4）首先将系统点为b 的液体混合物冷却至S B +L 两相区内，有一定量纯S B 析出，过滤得到S B ；

将滤液升温至g+L 两相区内，即进入蒸馏塔内，塔顶气相中B 的含量增大，气相再冷却至 S B +L 两相区，又可有S B 析出； （2分）

塔底液相中A 的含量增大，液相再冷却至S A +L 两相区，可有S A 析出，过滤得到S A 。 合并两次滤液升温至g+L 两相区内，重复以上操作，即可分离出S A 和S B 。 （2分） 结晶和蒸馏联合操作，比单纯用蒸馏方法能耗低，而且也可避免因高温使A 或B 组份分解。

4．(本题10分)若某实际气体的状态方程可用nb

V nRT

p -=

表示，式中b 只是与气体性质和温度有

关的常数，若该气体定温下由p 1可逆变化为p 2，试推导出过程的W 、Q 、ΔU 、ΔH 、ΔA 、ΔS 及ΔG 与T 、p 的关系式。 解：∵等温可逆，∴1

212ln ln W 2

1

2

1

p p nRT nb V nb V nRT dV nb V nRT

pdV V V V V =---=--=-

=?

?

（2分）

息

考

生

信

栏

院（系） 班级 姓名 学号

………………………………………………装……………………订……………………线……………………………………

d U =T d S -p d V ，0=-=--=-??? ????=-??? ????=??? ????p p p b V RT

p T p T p V S T V U m V

T T

（2分）

故U 仅是温度T 的函数，即ΔU =0，Q =-W =12

ln

p p nR -=

（1分）

V p G T

=???? ?

???，ΔG=

)(ln 121

22

1

2

1

p p nb p p nRT dp p nbp

nRT Vdp p p p p -+=+=?

?

（1分） p V A T

-=???

????，ΔA=1

2ln )(

21

2

1

2

1

p p nRT dp p nRT b p RT

npd pdV p p p p p p ???

==+-=- （1分）

p nR T V p S p T

-=??? ????-=???? ????，ΔS=1

2ln 2

1

p p nR dp p nR

p p -=-

?

（2分）

H=ΔU+Δ(pV )=nb (p 2-p 1) （1分） ．(本题8分)已知在温度T 时纯A(l)和纯B(l)的饱和蒸气压分别为p *A =100kPa 和p *B =200kPa ，现x B = 0.1的A 和B 互溶液体且达气液平衡，气相可视为理想气体。 1）若按理想液体混合物处理，求气相组成y B

及蒸气总压力p ；

2）实际测定气相总压为123 kPa ，其中B 的分压为24 kPa ，若以拉乌尔定律为参考，分别求出A 和B 的活度系数。

：（1）p= p A + p B = p *A (1- x B ) +

p *B x B =100×(1-0.1) +200×0.1=110kPa （2分）

y B =

p p B =110

20

= 0.1818 （2分） （2） p B

=p *B x B

r B

， ∴ r B

=

B

B B x p p *

=1.020024

?= 1.2 （2分） p A

=p *A x A

r A

， ∴ r A

=

A

A A x p p *=

1.19.010099

=? （2分）