物理化学(上)期末试题三及参考答案

一、填空题（每小题2分，共20分）1、热力学第零定律是指：。2、熵与热力学概率之间的函数关系式是。3、补全热力学函数关系式：CP=(S/T)P4、一定量的单原子理想气体定压下从T1变化到T2的熵变与定容下从T1变化到T2的熵变之比为：5、化学势的表示式中，是偏摩尔量。6、稀溶液的依数性包括、、和。7、反应NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)，在298K时测得分解压为66.66Pa，则该温度下该反应的KpΘ=；Kp=。8、1atm压力下水和乙醇系统的最低恒沸混合物含乙醇质量分数为0.9557，现将含乙醇50%的乙醇水溶液进行分馏，最终得到的物质为。9、水在101.3kPa时沸点为373K，汽化热为40.67kJ/mol（设汽化热不随温度变化）；毕节学院的大气压约为85.5kPa，则在毕节学院水的沸点为K。10、反应NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)已达平衡；保持总压不变，往系统中充入一定量的惰性气体，平衡移动方向为。二、选择题（每小题2分，共30分）1、下列属于化学热力学范畴的是（）（A）物质结构与性能的关系（B）化学反应速率（C）化学变化的方向和限度（D）反应机理2、下列关于热力学方法叙述正确的是（）（A）热力学研究所得的结论不适用于分子的个体行为（B）热力学可以解决某条件下怎样把一个变化的可能性变为现实性的问题（C）经典热力学详细讨论了物质的微观结构（D）经典热力学常需计算一个变化所需要的时间3、下列函数中为强度性质的是：（）(A)S(B)(G/p)T(C)(U/V)T(D)CV4、一定量的纯理想气体，下列哪组量确定后，其他状态函数方有定值。（）（A）T（B）V（C）T、U（D）T、p5、对一化学反应，若知其△Cp,m=∑νBCp,m,B0，则该反应的（）（A）△H随温度升高而增大（B）△H随温度升高而减少（C）△H大于零（D）△H小于零得分评卷人6、某气体的压缩因子Z1，表示该气体（）（A）易于压缩（B）不易压缩（C）易于液化（D）不易液化7、下列说法错误的是（）（A）热容的大小与系统所含物质的量有关（B）对于气体来说，其Cp,m恒大于CV,m（C）对于任意系统，因为体积随温度升高可能减小，所以其Cp,可能小于CV（D）对于体积不变的刚性容器中的系统，因为定容，所以有CV而没有Cp值8、某可逆热机的高温热源为T2，低温热源为T1(1)若选用水蒸气为工作物质，其热机效率为ηW(2)若选用汽油为工作物质，其热机效率为ηO则下列关系正确的是：（）(A)ηWηO(B)ηWηO(C)ηW＝ηO(D)无法比较9、已知某温度下，∆fHmΘ(CO2)=－393.3kJ/mol，∆cHmΘ(CO)=－282.8kJ/mol，则∆fHmΘ(CO)为（）（A）－110.5kJ/mol（B）110.5kJ/mol（C）－676.1kJ/mol（D）－172.3kJ/mol10、过饱和溶液中的溶质的化学势与纯溶质的化学势相比较，前者（）(A)大(B)小(C)与后者相等(D)无法比较11、两支烧杯各有1kg水，向A杯中加入0.01mol蔗糖，向B杯中加入0.01molNaCl，两支烧杯在相同条件下按同样的速度降温，则（）（A）A杯先结冰（B）B杯先结冰（C）两杯同时结冰（D）都不会结冰12、I2(s)与I2(g)平衡共存，系统自由度为（）(A)0(B)1(C)2(D)313、化学反应等温式∆rGm=∆rGmΘ+RTlnQ，当选取不同标准态时（）（A）∆rGm和Q的值都改变（B）∆rGm和Q的值都改变（C）∆rGm的值改变，Q不变(D)∆rGm不变，Q的值改变14、反应C(s)+O2(g)=CO2(g)，2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)，C(s)+1/2O2(g)=CO(g)的平衡常数分别为K1Θ、K2Θ、K3Θ，这三个平衡常数之间的关系是（）(A)K3Θ=K1ΘK2Θ(B)K3Θ=K1Θ/K2Θ(C)K3Θ=K1Θ/2K(D)K3Θ=21/KK15、等温等压下，A和B组成的均相系统中，当改变浓度时A的偏摩尔体积增加，则B的偏摩尔体积将（）(A)增加(B)减小(C)不变(D)随A和B的比例不同而不同三、解答题（计算过程必须有公式、代入数据后的式子、计算结果以及必要的文字说明；回答问题须简要说明理由。每小题10分，共50分）1、在100kPa和373K时，将2.0molH2O(g)可逆压缩为液体（已知该条件下水的蒸发热为2258kJ/kg，摩尔质量为18.0g/mol。水蒸气视为理想气体；计算中可以忽略液体体积）得分评卷人（1）计算该过程的Q、W、△U、△H、△S、△A和△G；（2）如果该气体是经过非可逆途径变化到相同终态，则Q、W、△U、△H、△S、△A和△G中有哪些与(1)的相等？2、某温度下液体A与液体B能形成理想溶液。（1）将1mol纯A与2mol纯B混合后总蒸气压为50.66kPa；若在混合物中再加入3mol纯A，则总蒸气压为70.93kPa，求纯A的饱和蒸气压和纯B的饱和蒸气压；（2）若将1mol纯A与1mol纯B混合，求对应的气相中A的摩尔分数和B的摩尔分数。3、某温度时反应①2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)的分解压为3.999kPa；反应②CuSO4·5H2O(s)=CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g)的分解压为6.053kPa。计算（1）反应①的标准平衡常数KpΘ1和反应②的标准平衡常数KpΘ2；（2）该温度下NaHCO3(s)、Na2CO3(s)、CuSO4·5H2O(s)和CuSO4·3H2O(s)所组成的系统达到同时平衡时的压力。4、标准压力下(NH4)2SO4－H2O系统的相图如下（ω表示质量分数）。（1）图中各区域的自由度数分别为PΘ多少？并分别说明有哪些独立变量。（2）EF线、EM线、E点分别表示什么？各有几个自由度？分别说明有哪些独立变量。（3）通过作图和计算说明，在20℃将80g(NH4)2SO4与20gH2O混合，平衡后系统中存在哪些相？各相组成是什么？各相质量为多少？5、标准压力，368.5K，斜方硫可逆相变转化为单斜硫吸热402J/mol。在298K到369K范围内，斜方硫转变为单斜硫的∆Cpø,m=(0.356+2.76×10-3T)(J﹒K-1﹒mol-1)。请表示出在该温度区间内斜方硫转变为单斜硫的∆Gmø随温度变化的关系式，并计算说明在标准压力，298.2K时两种硫单质的稳定性一、填空题（每题2分，共20分）1、若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，则这两个系统彼此也必定处于热平衡。2、S=klnΩ3、T4、5:35、（偏摩尔吉布斯自由能）6、蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低和渗透压7、0.111；1.11×109Pa28、纯水和恒沸混合物9、36810、向右移动二、选择题（每题2分，共30分）CACDABDCAAABDCB三、解答题（每题10分，共50分）1、解：（1）W=-P[V(l)-V(g)]≈PV(g)=nRT=(2×8.314×373)J=6.20kJ1分Q=△H=2258kJ/kg×18.0×10-3kg/mol×2mol=-81.2kJ各1分△U=Q+W=（6.20-81.2）kJ=-75.0kJ1分△S=QR/T=-81.2×103J/373K=-218J/K1分△A=WR=6.20kJ1分△G=01分（2）由于状态函数的改变量只决定于始、终态，与变化途径无关，所以△U、△H、△S、△A和△G均与(1)的相等。3分2、解：（1）由道尔顿分压定律和拉乌尔定律，P总=PA+PB=PA*xA+PB*xB所以50.66kPa=1/3PA*+2/3PB*2分70.93kPa=4/6PA*+2/6PB*2分联立这两个式子可得：PA*=91.20kPa1分PB*=30.39kPa1分（2）yA=PA/P总=PA*xA/(PA*xA+PB*xB)=91.20×0.5/(91.20×0.5+30.39×0.5)=0.753分yB=1-yA=0.251分3、解：（1）KpΘ1=[(P1/2)/(pΘ)]2=[(3999Pa/2)/(105Pa)]2=3.998×10-42分KpΘ2=(P2/pΘ)2=(6053Pa/105Pa)2=3.66×10-32分（2）同时平衡时，由反应②的平衡条件可知P(H2O)=P2=6.053kPa2分由反应①的平衡条件KpΘ1=P(H2O)﹒P(CO2)/(pΘ)2P(CO2)=KpΘ1﹒(pΘ)2/P(H2O)=3.998×10-4×(105Pa)2/6053Pa=660.5Pa=0.661kPa2分所以系统的平衡压力为P(H2O)+P(CO2)=6.053+0.661=6.714(kPa)2分4、答：（1）在定压下，二组分系统相律为f=C-Φ+1=3-Φ，所以单相时自由度为2，两相共存时自由度为1。即：溶液区的自由度为2，独立变量为温度、浓度；1分冰+溶液区和固体硫酸铵+溶液区自由度均为1，温度和浓度只有一个是独立变量。各1分冰+固体硫酸铵区域，自由度均为1，独立变量为温度。1分（2）EF线为溶液的冰点下降曲线，表示出冰+溶液两相平衡时，溶液组成与温度的关系。自由度均为1，温度和浓度只有一个是独立变量。1分EM线为溶解度曲线，表示出固体硫酸铵+溶液两相平衡时，溶液组成与温度的关系。自由度均为1，温度和浓度只有一个是独立变量。1分E点为三相点，表示冰+溶液+固体硫酸铵三相共存。该点的温度及浓度均取决于系统自身特性，自由度为0，没有独立变量。1分（3）由图可知，系统中为硫酸铵质量分数为0.45的溶液和固体硫酸铵两相。1分由杠杆原理：m溶液×（0.8-0.45）=m固体×（1-0.8）1分又m溶液+m固体=100g联立这两式，可得m溶液=36.4gm固体=63.6g1分5、解：S(斜方)S(单斜)由基尔霍夫定律，d∆Hmø=∆Cpø,mdT，将∆Cpø,m随温度变化的关系式代入上式作不定积分得∆Hmø=∆H0ø+0.356T+1.38×10-3T2(J﹒mol-1)2分将T=368.5K时∆Hmø=402J/mol代入上式，求得∆H0ø=84J﹒mol-1所以∆Hmø与温度的关系式为∆Hmø=84+0.356T+1.38×10-3T2(J﹒mol-1)2分由吉-亥公式，d(∆Gmø/T)=-(∆Hmø/T2)dT将∆Hmø与温度的关系式代入上式作不定积分得∆Gmø/T=84/T-0.356lnT-1.38×10-3T+I(J﹒K-1﹒mol-1)2分即：∆Gmø=84-0.356TlnT-1.38×10-3T2+IT(J﹒mol-1)将T=368.5K时∆Gmø=0代入上式，求得I=2.38J﹒K-1﹒mol-1所以∆Gmø与温度的关系式∆Gmø=84-0.356TlnT-1.38×10-3T2+2.38T(J﹒mol-1)2分将T=295.2代入上式，得∆Gmø=67J﹒mol-10所以在标准压力，298.2K时斜方硫稳定。