10-11春夏学期物化期末试卷(答案)

1浙江大学2010–2011学年春夏学期《物理化学》课程期末考试试卷(A卷)课程号：061B9030__，开课学院：_理学院__考试试卷：A卷√、B卷（请在选定项上打√）考试形式：闭√、开卷（请在选定项上打√），允许带计算器入场考试日期：2011年6月29日,考试时间：08:00-10.00120分钟诚信考试，沉着应考，杜绝违纪。考生姓名：学号：所属院系：_题序一二三总分得分评卷人一、选择题（10×2分/题）1.在一绝热的恒容容器中发生了一个爆炸反应，系统的温度和压力都升高，则以下各式中正确的是（A）：A.ΔU=0，ΔH＞0，ΔS＞0；B.ΔU=0，ΔH=0，ΔS＞0；C.ΔU=0，ΔH=0，ΔS=0；D.ΔU＞0，ΔH＞0，ΔS＞02.理想气体节流膨胀过程中：(B)。A.ΔU＞0，ΔH＞0，ΔS＞0，ΔG＞0；B.ΔU=0，ΔH=0，ΔS＞0,ΔG＜0；C.ΔU=0，ΔH=0，ΔS=0，ΔG=0；D.ΔU＞0，ΔH＞0，ΔS＞0，ΔG＜023.在一刚性密闭容器中发生的某理想气体化学反应：A(g)+2B(g)C(g)+D(g)为吸热反应，参与反应的各组分全部为理想气体。为了提高反应物A的转化率，应控制反应条件：(A)A.提高反应温度、提高反应系统的压力；B.降低反应温度、提高反应系统的压力；C.提高反应温度、降低反应系统的压力；D.降低反应温度、降低反应系统的压力。4.将一带有可自由滑动的活塞的气缸置于T=380K的恒温环境中，气缸内发生反应：C6H5C2H5(g)C6H5C2H3(g)+H2(g)施加在活塞上的环境压力恒定。待气缸内的反应达到平衡后，在反应平衡系统中引入一定量的惰性组分H2O(g)，反应重新达到平衡后，C6H5C2H5(g)的平衡转化率α将：(A)A.变大；B.变小；C.不变；D.数据不足，无法判断5.CCl4(A)与SnCl4(B)形成理想液态混合物。100℃时，pA*=193.3kPa，pB*=66.7kPa。现将摩尔分数yA=0.400的A、B混合气体置于100℃的气缸中缓慢恒温压缩，达一定压力后渐渐有液相凝结析出。继续恒温压缩到气缸内还剩最后一个气泡时，系统的总压p、液相组成xB和气相组成yB分别为：(D)A.p=260kPa，xB=0.600，yB=0.257；B.p=260kPa，xB=0.400，yB=0.659；C.p=117.3kPa，xB=0.400，yB=0.341；D.p=117.3kPa，xB=0.600，yB=0.34136.物质A和B形成具有最低恒沸点的二组分液-液完全互溶气-液平衡系统，其中B为易挥发组分，恒沸混合物组成为xB,恒。现将组分B的含量xB,N＞xB,恒的A-B液态混合物加热部分气化并达到气-液两相平衡，平衡气相和液相组成分别为xB和yB，则有：(C)A.xB＜yB＜xB,N；B.xB,N＜yB＜xB；C.yB＜xB,N＜xB；D.xB＜xB,N＜yB；7.恒温条件下加水稀释强电解质水溶液时，溶液的电导率κ和摩尔电导率Λm随着电解质浓度的变化为：(D)A.κ增大，Λm增大；B.κ增大，Λm变小；C.κ变小，Λm变小；D.κ变小，Λm增大8.以下有关界面张力(表面张力)的叙述中，不正确的是：(C)A.界面张力是沿着界面的切线方向，并垂直于界面边缘上的单位长度的收缩张力；B.界面张力等于增加单位界面面积时系统得到的可逆界面功；C.界面张力是恒温、恒容条件下单位表面积的分子所具有的吉布斯函数；D.界面张力是导致各种界面现象的根本原因9.对于气体在固体表面的物理吸附过程，以下式子中全部正确的是：(C)A.ΔG＞0，ΔH＞0，ΔS＞0；B.ΔG＜0，ΔH＜0，ΔS＞0；C.ΔG＜0，ΔH＜0，ΔS＜0；D.ΔG＜0，ΔH＜0，ΔS＞0；10.对于一级连串反应：A→B→D，第二步反应的活化能E2和k1k24第一步反应的活化能E1之间的关系为E1＜E2。若想要最多地得到目的产物B，则应控制反应条件：(D)A.延长反应时间，提高反应温度；B.缩短反应时间，提高反应温度；C.控制反应至某一最佳时间，适当提高反应温度；D.控制反应至某一最佳时间，适当降低反应温度二、填空题（10×2分/题）1.大气压力环境下，-5℃的水凝结成为-5℃的冰，此过程中：ΔS(＜0)、ΔG(＜0)。(选择填入：＞0、＜0、＝0或不能确定)2.在一带活塞的绝热汽缸中，W’=0的条件下发生化学反应后，系统的体积增大，温度升高。则此反应过程的W(＜0)、ΔU(＜0)、ΔH（＝0）、ΔS(＞0)。(选择填入：＞0、＜0、＝0或不能确定)3.已知反应：A+BC中各组分在298.15K时的热力学数据：ABCΔfHmΘ(kJ/mol)030.91-36.26SmΘ(J/K)130.68245.46198.70则反应在此温度时的标准平衡常数：KΘ=(3.16×102)4.在445℃时，反应：1/2H2(g)+1/2I2(g)HI(g)的标准平衡常数为550.1。取10mol的I2(g)与10mol的H2(g)反应，则反应达平衡时所产生HI(g)的量为（19.23mol）5.已知温度T下理想气体反应的标准平衡常数：反应(1)2A(g)+B(g)2C(g)Kθ1反应(2)C(g)+D(g)B(g)Kθ2则反应(3)：A(g)+D(g)1/2B(g)在同样温度T下的标准平衡常数：Kθ3=((Kθ1·Kθ22)1/2)6.一定温度下，浓度均为0.001mol·kg-1的KCl、CaCl2、Na2SO4和AlCl3四种电解质水溶液中，平均离子活度因子最小的一种溶液是：(AlCl3溶液)7.查文献得25℃时NaCl、CH3COONa和HCl水溶液的Λm∞分别为12.65×10-3S·m2·mol-1、9.14×10-3S·m2·mol-1和2.62×10-3S·m2·mol-1。现由实验测得25℃时浓度为1.028×10-2mol·dm-3的CH3COOH水溶液的Λm=4.815×10-3S·m2·mol-1，则该溶液中CH3COOH的解离度α=(0.1232)8.如图所示，毛细管中装有液体，在毛细管右端加热。若加热时毛细管管径的变化可以忽略，则加热时毛细管中的液体将(向右侧)移动。(选择填入：向左侧、向右侧、不会)69.表面活性物质分子均具有(双亲)分子结构。当表面活性物质溶入水中但浓度低于C.M.C时，表面活性物质分子会在溶液表面(定向)排列。10.衡量催化剂性能的三个重要指标包括(催化剂的活性、稳定性、选择性)三、综合题（60分）1.101.325kPa下NH3(l)的沸点为-33.4℃。现在-33.4℃下将100dm3、50662.5Pa的NH3(g)恒温可逆压缩至10dm3，此时部分NH3(g)凝结成NH3(l)。试计算此过程中的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA和ΔG。假设NH3(g)符合理想气体状态方程，NH3(l)的体积可以忽略不计。在正常沸点下NH3(l)的蒸发热为1.368kJ·g-1,NH3的摩尔质量为17.02g·mol-1。（12分）解：p1=50662.5PaV1=100dm3T=239.8Kn(g)p1=101325PaV2T=239.8Kn(g)p1=101325PaV3=10dm3T=239.8Kn'(g)，n(l)12加热7将全过程设计为2步完成：第1步为理想气体的恒温可逆压缩过程，第2步为恒温、恒压条件下的可逆液化过程。NH3总的量：n(g)=p1V1/RT=50662.5×100×10-3/(8.314×239.8)=2.541mol经第1步恒温可逆压缩过程后的体积：V2=p1V1/p2=50662.5×100/101325=50dm3因此凝结析出的NH3(l)的量n(l)=p2(V2-V3)/RT=101325×(50-10)×10-3/(8.314×239.8)=2.033mol过程1中：ΔU1=0，ΔH1=0，-Q1=W1=nRTln(p2/p1)=2.541×8.3145×239.8×ln(101325/50662.5)=3.51×103JΔS1=nRln(p1/p2)=2.541×8.3145×ln(50662.5/101325)=-14.64J·K-1ΔA1=ΔU1-TΔS1=0-239.8×(-14.64)=3.51×103JΔG1=ΔH1-TΔS1=0-239.8×(-14.64)=3.51×103J过程2中：W2=-p2(V3-V2)=-101325×(10-50)×10-3=4.05×103JQ2=ΔH2=n(l)×(-ΔvapHm)=2.033×(-1.368×103×17.02)=-47.34×103J8ΔU2=Q2+W2=(-47.34+4.05)×103=-43.29×103JΔS2=ΔH2/T=-47.34×103/239.8=-197.4J·K-1ΔA2=ΔU2-TΔS2=-43.29×103-239.8×(-197.4)=4.05×103JΔG2=ΔH2-TΔS2=0全过程中：Q=Q1+Q2=[-3.51+(-47.34)]×103=-50.85×103JW=W1+W2=(3.51+4.05)×103=7.56×103JΔU=Q+W=(-50.85+7.56)×103=-43.29×103JΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH2=-47.34×103JΔS=ΔS1+ΔS2=-14.64+(-197.4)=-212.0J·K-1ΔA=ΔA1+ΔA2=(3.51+4.05)×103=7.56×103JΔG=ΔG1+ΔG2=3.51×103+0=3.51×103J2.如图所示为常压下Sn、Ag二元体系的液固平衡相图：1)指出图中各相区的稳定相以及系统相应的自由度数；2)指出三相线上的相平衡关系；3)画出分别自点a和点b开始的液态混合物降温凝结至固态过程中的步冷曲线。要求标出步冷曲线中转折点或平台处的相变情况。4)据此相图说明，能不能通过加热熔化再降温凝结的方法，从固态Sn、Ag混合物中分离出纯Ag？（14分）9解：1)各相区的稳定相和自由度数为：相区稳定相自由度数1液相L22液相L+固溶体β13固溶体β24液相L+固体Sn15液相L+固体化合物SnAg316固体Sn+固体化合物SnAg317固体化合物SnAg3+固溶体β1TSnAgSnAg3xAgab41L2536M7NOPQ102)三相线LMN：液相L+固溶体β固体化合物SnAg3三相线OPQ：液相L+固体Sn固体化合物SnAg3或：液相L+固体化合物SnAg3固体Sn3)点a开始的步冷曲线：点b开始的步冷曲线：4)据此相图可知，不能通过加热熔化再降温凝结的方法，从固态Sn、Ag混合物中分离出纯Ag。开始析出固溶体β液相L消失b开始析出固体化合物SnAg3开始析出固溶体β固溶体β消失开始析出固体Sn液相L消失a开始析出固体化合物SnAg3113.电池：Zn|ZnCl2(0.0050mol·kg-1，γ±=0.700)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)1)写出电极反应和电池反应式；2)查得25℃时该电池的标准电动势EΘ=1.0306V，计算电池的电动势；3)实验测得25℃时，电池电动势的温度系数：(∂E/∂T)p=-4.29×10-4V·K-1。试计算该温度下，并且摩尔反应电荷传递数z=2mol时，电池反应的ΔrGm、ΔrHm、ΔrSm和可逆电池反应热Qr,m各为若干。（12分）解：1)写出电极反应式：负极(阳极)：Zn(s)→Zn2++2e-正极(阴极)：Hg2Cl2(s)+2e-→2Hg(l)+2Cl-电池反应式；Zn(s)+Hg2Cl2(s)→2Hg(l)+2ZnCl2(0.0050mol·kg-1，γ±=0.700)2)电池的电动势：E=EΘ-RT/2F·ln(aZn2+·a2Cl-)=EΘ-RT/2F·lna3±=EΘ-RT/2F·ln(γ3±·bZn2+·b2Cl-/bθ3)=1.0306-0.05916/2·lg[(0.7003·0.0050·(0.0050×2)2]=1.23V3)