考研物化试卷

329华南理工大学2006年攻读硕士学位研究生入学考试物理化学(一)试卷适用专业：高分子化学与物理环境科学无机化学分析化学物理化学(试题已由葛华才老师作了规范整理并求解，有错请告知！)1.5mol某单原子理想气体由273.15K，1.013×106Pa经过如下不同过程到达新的状态，求各过程的Q，W，U，H，已知该理想气体的Cp，m=2.5R。(1)等温可逆膨胀到原来体积的2倍。(2)绝热可逆膨胀到1.013×105Pa。(3)绝热反抗1.013×105Pa的恒外压不可逆膨胀到平衡。(说明：无机、分析、物理化学等化学类专业不用做第(2)小题，15分；高分子和环境专业全做，20分)解：(1)等温可逆过程：U＝H＝0；Q＝－WW=nRTln(V2/V1)=nRTln(2V1/V1)=5mol×8.315J.mol1.K1×273.15K×ln2=7871.5JQ=W=7871.5J(2)绝热可逆过程：Q=0=Cp，m/Cv，m=2.5R/((2.51)R)=1.67因为(T2/T1)(p2/p1)(1)/=1所以T2＝T1(p2/p1)(1)/＝×(1.013×106/(1.013105))(11.67)/1.67=108.44KU=nCV，m(T2T1)=5mol×(2.51)×8.315J.mol1.K1×(108.44273.15)K=10271.7JW=U=10272JH=nCp，m(T2T1)=5mol×2.5×8.315J.mol1.K1×(108.44273.15)K=171197J(3)绝热不可逆过程：Q＝0W＝－p2(V2V1)=p2(nRT2/p2nRT1/p1)因为Q＝0，所以W=U=nCV，m(T2T1)=p2(nRT2/p2nRT1/p1)因为CV，m＝Cp，mR=1.5R，代入上式得：1.5(T2T1)=T2+(p2/p1)T1得：T2＝174.82KU=nCV，m(T2T1)=5mol×(2.51)×8.315J.mol1.K1×(174.82273.15)K=6132JW=U=6132JH=nCp，m(T2T1)=5mol×2.5×8.315J.mol1.K1×(174.82273.15)K=10220J2．将100g40℃的水和100g0℃的冰绝热混合，求：(1)平衡后系统的温度和状态；(2)此过程的H，S和G。已知冰的熔化热是335J.g；水的比热是4.18J.g.K1；水在25℃时的摩尔熵为70.08J.K1.mol1。已知水的相对分子质量为18.02。(15分)解：(1)若冰全部熔化，H(冰)＝335J.g1100g＝33500J若水温降至0℃，H(水)＝－(100g×4.18J.g1.K1×40K)＝－16720J|H(冰)||H(水)|，冰只能部分熔化，平衡后，体系是冰水混合物。设有质量为m的冰熔化，H＝H(冰)＋H(水)＝m×335J.g1－16720J=0得m=49.91g体系的终态是149.91g水和50.09g冰的混合物。(2)绝热过程H=0(3)49.91g冰熔化的熵变：S1=H融/T=49.91g×335J.g1/273K=61.24J.K1;100g40℃的水降温到0℃的熵变：S2=100g×4.18J.g1.K1×ln(273/313)=57.13J.K1;总熵变：S＝S1＋S2=61.24J.K1+(57.13J.K1)=4.11J.K1(4)49.91g冰熔化的自由能变化：G1＝0273K时水的摩尔熵：S273＝S298＋Cp，m×ln(273/298)=70.08J.K1.mol1＋18g.mol1×4.18J.g1.K1×ln(273/298)=63.49J.K1.mol1100g40℃的水降温到0℃的自由能变化:G2=H–(T2S2T1S1)=16720J–(273K×63.49J.K1.mol1313K×70.08J.K1.mol1)×100g/18g.mol1=8848J所以G＝G1＋G2＝0J＋8848.17J＝8848J3.苯和甲苯组成的液态混合物可视为理想液态混合物，在85℃、101325Pa下，混合物达到沸腾，试求刚沸腾时液相及气相的组成。已知85℃时，p*甲苯=46.00kPa，苯正常沸点80.10℃，苯的摩尔汽化焓△vapH*m=34.27kJ.mol1。(15分)解：苯、甲苯分别记为A、B，先求苯在85℃时的饱和蒸气压pA*，利用克－克方程ln(pA*/101.325kPa)=(34270/8.315)(1/358.151/353.25)pA*=118.9kPa对于85℃时的理想液态混合物，有p=pA*xA+pB*xB=pA*xA+pB*(1xA)=(pA*pB*)xA+pB*所以xA=(ppB*)/(pA*pB*)=(101.32546.00)/(118.946.00)=0.7589yA=pA*xA/p=118.8×0.7589/101.325=0.8898xB=10.7589=0.2411，yB=10.8898=0.11024.在高温下，水蒸气通过灼热煤层反应生成水煤气C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)当温度为1000K及1200K时，K分别为2.505及38.08。试求：(1)在该温度范围内，反应的平均标准摩尔焓rHm。(2)(2)当T=1100K，标准平衡常数K？(15分)解:(1)T1=1000K，K1=2505；T2=1200K，K2=3808。根据(4.53)式ln(K2/K1)=(rHm/R)(1/T1—1/T2)把上述数据代入解得rHm=1.358105J.mol1(2)T1=1000K，K1=2505；T2=1100K，K2=？ln(K2/K1)=(rHm/R)(1/T1—1/T2)ln(K2/2505)=(1358105J.mol1/8315J.K1.mol1)(1/1000K—1/1100K)得K2=11.065.H2O－NaI系统能形成两种水合物，其相图如下。(1)根据相图计算两个水合物C和D的分子式。该水合物是稳定化合物还是不稳定化合物？已知H2O和NaI的相对分子质量分别为18.02和149.9。(2)(2)相图中各区域和三相线的相态及自由度。(3)图中K点是什么相点？已知K点含NaI的质量分数为0.74，若一个含NaI质量分数为0.76的1kg溶液从80℃冷却到无限接近50.1℃时，可得到什么相态，其量如何？(20分)0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0-2002040608010012050.1℃VIIVIIVIIIVIIIIVIICDNaI(B)H2O(A)QPMLKJIHFGEt/℃wB解：(1)水合物分子式：NaI.nH2OC:w(NaI)=149.9/(149.9+n×18.02)=0.624，n=5D:w(NaI)=149.9/(149.9+n1×18.02)=0.806，n1=2即C、D分别为NaI.5H2O和NaI.2H2O，均为不稳定化合物。(2)(2)F=3P，P=1，2，3，F=2，1，0。各区相态和三相线见下表。IIIIIIIVVVIVIIVIIIlA(s)+ll+C(s)A(s)+C(s)C(s)+D(s)l+D(s)D(s)+B(s)l+B(s)EFGHIJKLMA(s)+l+C(s)C(s)+l+D(s)l+D(s)+B(s)(3)(3)K点是液相点。可得到NaI溶液和纯NaI(s)。它们的量可用杠杠规则计算：0.74×(1kgm(s))+m(s)=1kg×0.76m(s)=m(s，NaI)=1kg×(0.760.74)/(10.74)=0.0769kgm(l)=1kg0.0769kg=0.9231kgl相中m(l，NaI)=0.9231kg×0.74=0.683kg6.有一原电池Ag(s)|AgCl(s)|Cl(α=1)║Cu2+(α=0.01)|Cu(s)(1)写出上述原电池的电极反应和电池反应式。(2)计算该原电池在25℃时的电动势E。(3)求25℃时原电池反应的吉布斯函数变△rGm和标准平衡常数K？已知：E(Cu2+|Cu)=0.3402V，E(AgCl(s)|Ag(s)|Cl)=0.2223V，F=96485C.mol1。(15分)解：(1)电池及电极反应：2Ag(s)+2Cl－(α=1)===2AgCl(s)+2e－Cu2+(α=0.01)+2e－===Cu(s)2Ag(s)+2Cl－(α=1)+Cu2+(α=0.01)===2AgCl(s)+Cu(s)(2)E=[0.3402–0.2223–(0.05916/2)lg(1/(12×0.01))]V=0.05874V(3)△rGm=－zFE=[－2×96485×0.05875]J.mol－1=－11.337kJ.mol－1△rGm=－zFE=－RTlnKlnK=zFE/RT=2×96485×(0.3402－0.2223)/(8.315×298.15)=9.177K=96737.某电导池先后充以浓度均为0.001mol.dm3的HCl、NaCl、NaNO3三种溶液，分别测得电阻为468Ω，1580Ω和1650Ω。已知NaNO3溶液的摩尔电导率为121×104S.m2.mol1，如不考虑摩尔电导率随浓度的变化，试计算：(1)0.001mol.dm3NaNO3溶液的电导率。(2)电导池常数。(3)此电导池充以0.001mol.dm3HNO3溶液时的电阻R及HNO3溶液的摩尔电导率。(15分)(此题要求高分子和环境专业做，其它化学类专业不用做)解：(1)(NaNO3)=m(NaNO3)×c=121×10－4s.m－1(2)K=l/As=(mc)R=(121×10－4×1.000×1650)m－1=19.965m－1(3)(HCl)=K/R=(19.965/468)S.m－1=0.04266S.m－1(NaCl)=K/R=(19.965/1580)S.m－1=0.01264S.m－1(HNO3)=(HCl)－(NaCl)+(NaNO3)=(0.04266－0.01264+121×10－4)S.m－1=0.04212S.m－1R(HNO3)=K/(HNO3)=193965m－1/0.04212S.m－1=474Ωm(HNO3)=(HNO3)/c=0.04212S.m2.mol－18.25℃时乙醇水溶液的界面张力与溶液中乙醇的浓度c(单位mol.dm3)的关系为γ/(mN.m1)=720.5(c/mol.dm3)+0.2(c/mol.dm3)2。试求:(1)(1)纯水的界面张力。(2)(2)c=0.5mol.dm3时，乙醇在液面的表面吸附量Г。(3)(3)乙醇的浓度应为多大时，乙醇在液面的吸附量Г才达到最大值?(15分)解:(1)c=0，γ=72mN.m1(2)Г=(c/RT)dγ/dc=(c/RT)×(0.5+0.4c)=(0.5c0.4c2)/RTГ=6×105mol.m2(3)dГ/dc=0.50.8c=0时，Г达最大，即c=0.625mol.dm39.平行反应(1)A+B1kC，(2)A+B2kD，两反应对A，B均为一级。300K时，若反应开始A和B的浓度均为1mol.dm3，30min后有15%A转化为C，25%A转化为D。(1)(1)求两反应的速率常数之比k1/k2=?(2)(2)推出这二级平行反应的动力学方程积分式并求k1和k2。(3)(3)若E1=150kJ.mol1，E2=140kJ.mol