华南理工大学本科生期末考试2015年物理化学考题及答案.pdf

1、 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 1 页 共 8 页诚 信 应 考 ， 考 试 作 弊 将 带 来 严 重 后 果 ！华 南 理 工 大 学 本 科 生 期 末 考 试 物 理 化 学 48 学 时 A 卷注 意 事 项 ： 1. 开 考 前 请 将 密 封 线 内 各 项 信 息 填 写 清 楚 ；2. 所 有 答 案 请 直 接 答 在 试 卷 上 ；3 考 试 形 式 ： 闭 卷 ；4. 本 试 卷 共 三 大 题 ， 满 分 100 分 ， 考 试 时 间 120 分 钟 。题 号 一 二 三 总 分1 2 1 2 3 4 5 6 7得 分一 、 选 择 题 (10 题

2、， 每 题 2 分 ， 共 20 分 )1. 热 力 学 第 三 定 律 完 善 的 描 述 为 ( )。(A) 凝 聚 系 统 在 恒 温 过 程 中 的 熵 变 , 随 温 度 趋 于 0K而 趋 于 0(B) 凝 聚 系 统 在 恒 温 过 程 中 的 熵 变 为 0(C) 纯 物 质 完 美 晶 体 的 熵 , 随 温 度 趋 于 0K而 趋 于 0(D) 纯 物 质 完 美 晶 体 的 熵 ,0K时 为 02. 工 作 在 393K和 293K的 两 个 大 热 源 的 卡 诺 热 机 ， 其 效 率 为 ( )。(A)83% (B)25% (C)100% (D)20%3. 某 理

3、想 气 体 从 同 一 始 态 (p1,V1,T1)出 发 ,分 别 经 恒 温 可 逆 压 缩 和 绝 热 可 逆 压 缩 至 同一 体 积 V2,若 环 境 所 做 功 的 绝 对 值 分 别 为 WT和 WA, 则 有 ( )。(A) WTWA (B) WTWA (B) WT0(2分 ) (1分 )所 以 反 应 不 能 进 行 。 (1分 )4答 ： (2) 自 由 度 : 单 相 区 F=2， 两 相 区 F=1， 三 相 线 F=0。0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.010020030040050060070080090010001

4、100 析 出 l+lCu(B)ll t / o C xBl Ag分 数 分 布 ： (1)4分 ； (2) 相 态 和 自 由 度 各 2分 ； (3)2分5. 解 ： (1) 根 据 k 的 量 纲 可 知 是 1级 。 (2分 )(2) k2=ln(1x)/t=ln(10.90)/600s= 0.003838s1 (2分 )(3) 已 知 T1=557.15K 时 k1=3.3 102s1， Ea=144.4kJmol1。 求 T2， 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 19 页 共 8 页21 1 21 11 1 1 21 1ln ( )0.0038381s 144400J

5、mol 1 1ln ( )0.033s 8.315J K mol 557.15KaEkk R T T T (4分 )得 T2=521.2K (2分 )6. 解 ： (1) 负 极 ： Pb(s) Pb2+2e正 极 ： 2Ag+2e 2Ag(s)电 池 反 应 ： 2Ag+Pb(s)=2Ag(s)+Pb2+ （ 2分 ）(2) E=E 0059162. )( )lg (PbAg2+aa =E 0.008= E+ E- 0.009=(0.7994+0.1265) -0.009=0.9169V （ 2分 ）rG m=rG = zFE = 2 96485 0.9169J mol-1= 176.93k

6、J mol-1 （ 2分 ）E =（ 0059162. lgK ） V=(0.7994+0.1265)V=0.9259VK =1.0 1031 （ 2分 ）(3) 因 E0， 所 以 电 池 反 应 能 自 发 进 行 。 （ 2分 ）7.(1) 比 表 面 )molm0224.0/( 130 LAVS ， 1-36220123 1312a gm1006.5m1016mol106.022 mol0.0224mg21.77m V (4分 )(2) 由 Va/Va =bp/(1+bp) 可 得b= 136136 gm10)0.206.5(Pa101325 gm102 =6.45 10 6Pa 1。

7、当 V2 =4 10 6m2时 ， 可 得p2 = 136 1361622 gm10)406.5( gm104Pa1045.6 1)(1 VV Vb =5.85 105 Pa (6分 ) 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 20 页 共 8 页诚 信 应 考 ， 考 试 作 弊 将 带 来 严 重 后 果 ！华 南 理 工 大 学 本 科 生 期 末 考 试 物 理 化 学 48 学 时 B 卷注 意 事 项 ： 1. 开 考 前 请 将 密 封 线 内 各 项 信 息 填 写 清 楚 ；2. 所 有 答 案 请 直 接 答 在 试 卷 上 ；3 考 试 形 式 ： 闭 卷 ；4.

8、本 试 卷 共 三 大 题 ， 满 分 100 分 ， 考 试 时 间 120 分 钟 。题 号 一 二 三 总 分1 2 1 2 3 4 5 6 7得 分一 、 选 择 题 (10 题 ， 每 题 2 分 ， 共 20 分 )1. 某 一 隔 离 系 统 经 一 过 程 , 其 过 程 的 方 向 性 可 由 何 量 确 定 ?( )。(A)S (B)A (C)G (D)无 法 确 定2. 在 可 逆 循 环 过 程 中 ， 系 统 的 热 温 商 之 和 ( )。(A) 大 于 零 (B) 小 于 零 (C) 等 于 零 (D) 不 能 确 定3. 下 列 诸 过 程 可 应 用 公 式

9、dU=(Cp-nR)dT 进 行 计 算 的 是 ( )。(A) 实 际 气 体 等 压 可 逆 冷 却 (B) 恒 容 搅 拌 某 液 体 以 升 高 温 度(C) 理 想 气 体 绝 热 可 逆 膨 胀 (D) 氧 弹 中 的 燃 烧 过 程4. 冬 季 建 筑 施 工 中 ， 为 了 保 证 施 工 质 量 ， 通 常 在 浇 注 混 凝 土 时 加 入 少 量 盐 类 ， 其主 要 作 用 是 ( )。(A) 吸 收 混 凝 土 中 的 水 分 (B) 防 止 建 筑 物 被 腐 蚀(C) 增 加 混 凝 土 的 强 度 (D) 降 低 混 凝 土 的 固 化 温 度5. 某 温 度

10、时 ， 反 应 2A(g)+B(g)=2C(g) 的 K=0.1， 假 设 体 系 为 理 想 气 体 反 应 系统 ， 则 当 p(B)=p(C)=10kPa时 ， 该 温 度 下 欲 使 反 应 处 于 平 衡 状 态 ， p(A)应 为 ( ) 。(A)10kPa (B)100kPa (C)1000kPa D 10000kPa_姓名学号 学院专业班级班内编号 (密封线内不答题)密封线 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 21 页 共 8 页6.NH4Cl(s)放 入 抽 空 的 容 器 中 ， 与 其 分 解 产 物 NH3(g)和 HCl(g)达 到 平 衡 ， 该 情 况下

11、 系 统 的 组 分 数 C、 相 数 P 和 自 由 度 数 F 分 别 为 ( )。(A) C=3, P=2, F=3 (B)C=2, P=2, F=2(C)C=1, P=3, F=0 (D)C=1, P=2, F=17 若 某 反 应 的 半 衰 期 与 反 应 物 的 初 浓 度 无 关 ， 则 该 反 应 为 ( )。(A) 零 级 反 应 (B) 一 级 反 应 (C) 二 级 反 应 (D) 三 级 反 应8. 电 导 测 定 无 法 应 用 的 情 形 是 ( )。(A) 酸 碱 滴 定 (B) 难 溶 盐 的 溶 度 积(C) 弱 酸 的 解 离 平 衡 常 数 (D) 离

12、子 的 平 均 活 度 因 子9. 液 体 水 表 面 (气 -液 界 面 )的 表 面 张 力 最 接 近 零 的 温 度 为 ( )。(A) 凝 固 点 温 度 附 近 (B) 室 温(C) 沸 点 温 度 附 近 (D) 略 低 于 临 界 温 度10. 引 起 化 学 爆 炸 的 主 要 原 因 是 ( )。(A) 热 爆 炸 (B) 支 链 反 应 (C) 热 爆 炸 和 支 链 反 应 (D) 压 力 变 大二 、 简 答 题 (2 题 ， 共 15 分 )1. 简 要 说 明 下 列 问 题 。(1) 水 与 其 它 典 型 单 组 份 系 统 相 图 的 差 别 ？(2) 反

13、渗 透 的 条 件 和 应 用 。(3) 汞 在 桌 面 上 呈 椭 球 型 的 原 因 ?(5分 ) 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 22 页 共 8 页2. 判 断 下 列 问 题 是 否 正 确 (使 用 或 。 每 题 1 分 ,共 10分 )(1) 惰 性 气 体 越 多 对 反 应 C6H6(l)+3H2(g)=C6H12(l) 正 向 进 行 越 有 利 。 ( )(2) 处 于 标 准 状 态 的 CO(g)， 其 标 准 燃 烧 焓 为 零 。 ( )(3) 在 恒 温 、 恒 压 、 W=0条 件 下 反 应 达 平 衡 时 rGm= BvBB 0。 ( )(

14、4) 1mol理 想 气 体 从 同 一 始 态 经 过 不 同 的 循 环 途 径 后 回 到 初 始 状 态 ， 其 热 力 学 能 不 变 。( )(5) 任 意 浓 度 范 围 内 均 服 从 拉 乌 尔 定 律 的 液 态 混 合 物 称 为 理 想 液 态 混 合 物 。 ( )(6) 朗 缪 尔 (Langmuir) 等 温 吸 附 理 论 不 仅 适 用 于 单 分 子 吸 附 ， 而 且 也 适 用 于 多 分 子 吸附 。 ( )(7) 某 一 反 应 的 平 衡 常 数 是 一 个 不 变 的 常 数 。 ( )(8) 任 何 系 统 的 H一 定 大 于 U， 但 其

15、H 可 以 不 大 于 U。 ( )(9) 系 统 发 生 一 绝 热 不 可 逆 过 程 ， 其 S 不 可 由 绝 热 可 逆 过 程 来 计 算 。 ( )(10)克 拉 佩 龙 方 程 dp/dT=相 变 Hm/T相 变 Vm适 用 于 纯 物 质 相 变 ， 表 示 相 变 温 度 随 平 衡 压力 的 变 化 情 况 。 ( )三 、 计 算 题 (7 题 ， 共 65 分 )1. 经 历 下 述 可 逆 等 压 过 程 ：此 系 统 的 Cp=20JK-1， 始 态 熵 S1=30JK-1。 计 算 过 程 的 Q， W， U， H， S， A，G。 (10分 ) 物 理 化 学

16、 48 学 时 试 卷 A 第 23 页 共 8 页2.25 时 金 刚 石 与 石 墨 的 标 准 摩 尔 熵 mS$ 分 别 为 2.38和 5.74JK-1mol-1， 其 标 准 摩尔 燃 烧 焓 c m H$ 分 别 为 -395.407 和 -393.510 kJmol-1 ， 其 密 度 分 别 为 3.513103和 2.26103kgm-3， 碳 的 摩 尔 质 量 为 12.0110-3 kg .mol-1。(1) 试 求 25 下 和 p， 相 变 过 程 石 墨 金 刚 石 的 r m H$ 、 r m S$ 和 r m G$ 。(2) 在 上 述 条 件 下 ， 哪

17、一 种 晶 型 较 为 稳 定 ？(3) 在 25 时 ， 增 加 压 力 能 否 使 上 述 变 化 发 生 ， 如 有 可 能 ， 需 要 加 多 大 压 力 ？(10分 ) 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 24 页 共 8 页3. 已 知 纯 组 分 A和 B在 30 时 的 蒸 气 压 分 别 为 30kPa 和 50kPa。 假 设 A和 B能 形 成理 想 液 态 混 合 物 ， 对 含 B摩 尔 分 数 为 0.70的 混 合 物 ， 在 该 温 度 下 试 求 ：(1) 平 衡 气 相 的 总 压 ；(2) 平 衡 气 相 中 B的 组 成 。(3) 纯 B液 相

18、 与 该 溶 液 中 B的 化 学 势 的 差 值 即 B*-B。 (10分 ) 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 25 页 共 8 页4. 水 (A)-异 丁 醇 (B)系 统 液 相 部 分 互 溶 。 在 101.325kPa下 ， 系 统 的 共 沸 点 为 89.7C。气 (G)、 液 (L1)、 液 (L2)三 相 平 衡 时 的 组 成 w(异 丁 醇 )依 次 为 ： 70.0%， 8.7%， 85.0%。 已知 异 丁 醇 的 正 常 沸 点 为 108C。(1) 试 画 出 水 -异 丁 醇 二 组 分 系 统 平 衡 的 相 图 (t-w%图 )(草 图 )，

19、 并 标 出 各 相 区 相 态 以及 各 条 线 代 表 的 意 义 。 (7分 )(2) 今 由 350g水 和 150g异 丁 醇 形 成 的 系 统 在 101.325kPa下 由 室 温 加 热 ， 简 述 由 室 温升 温 至 110C时 此 系 统 相 态 变 化 过 程 。 (3分 ) 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 26 页 共 8 页5. 在 恒 容 容 器 中 气 相 反 应 N2O5 2NO2 +(1/2)O2是 一 级 反 应 。(1) 在 433K时 最 初 引 入 纯 的 N2O5， 3秒 钟 后 容 器 压 力 增 大 一 倍 ， 求 此 时 N2

20、O5的分 解 分 数 和 速 率 常 数 。(2) 若 温 度 改 为 T2下 进 行 ， 3秒 钟 后 容 器 的 压 力 增 大 到 最 初 的 1.5倍 ， 已 知 活 化 能 是103kJmol1。 试 求 温 度 T2及 反 应 的 半 衰 期 。 (10分 )6. 电 池 Cu(s)|Cu(Ac)2(b=0.1mol kg-1， =1)|AgAc(s)|Ag(s)已 知 该 电 池 电 动 势 与 温 度 的 关 系 可 由 下 式 表 示 (其 中 T 为 温 度 ) ：E /V=0.327+2.010-4 (T/K298)298K时 标 准 电 极 电 势 如 下 ： E (A

21、g+/Ag)=0.799V， E (Cu2+|Cu)=0.337V， F=96500C.mol1。(1) 写 出 电 极 与 电 池 反 应(2) 计 算 298K时 该 反 应 的 rGm， rSm， rHm。 (10分 ) 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 27 页 共 8 页7. 将 1kg金 属 铜 块 磨 成 半 径 为 10m的 铜 粉 ， 计 算 表 面 积 增 加 量 和 最 少 需 要 做 多少 功 ？ 已 知 铜 的 密 度 为 8920kgm-3， 假 设 铜 的 表 面 张 力 为 1.670Nm-1， 铜 粉 近 似 看 成球 型 颗 粒 ， 忽 略 金

22、属 铜 块 的 表 面 积 。 (5分 ) 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 28 页 共 8 页 物 理 化 学 48学 时 试 卷 (B)参 考 答 案 2015.06一 、 选 择 题 (10 题 ， 每 题 2 分 ， 共 20 分 )1.A.2.C.3.C.4.D.5.B6.D7.B 8.D.9.D10.C二 、 简 答 题 (2 题 ， 共 15 分 )1. 答 ： （ 1） 水 的 熔 化 曲 线 斜 率 为 负 ， 典 型 系 统 为 正 。 (2分 )(2) 溶 液 一 方 施 加 外 压 p， 废 水 处 理 或 分 离 提 纯 。 (2分 )(3) 不 润 湿

23、 。 (1分 )2.答 ： , , , , , , , , , (10分 )三 、 计 算 题 (7 题 ， 共 65 分 )1.解 ： Qp= H= 21TT pC dT=6.000kJ (1分 )W=-p(V2-V1)=-228.0J (1分 ) U= Q+W =5.772kJ (1分 ) S= 21TT pC dln(T/K)= Cpln(T2/T1)=11.2JK-1 (2分 )S2= S + S1=41.2JK-1 (1分 ) A = U - (TS)=-11.06kJ (2分 ) G= H- (TS)=-10.84kJ (2分 )2.(1) r m H$ =(-393.510+39

24、5.407)kJmol-1=1.897kJmol-1 (2分 )r m S$ =(2.38-5.74)JK-1mol-1=-3.36JK-1mol-1 (2分 )r m G$ =(1.897-298.15*(-3.36)/1000)kJmol-1=2.899kJmol-1 (2分 )(2) 25 下 和 p下 r m G$ 0， 石 墨 金 刚 石 的 结 构 转 变 不 能 进 行 ， 石 墨 较 稳 定 。 (2分 )(3) 恒 T 时 ， dG=-SdT+Vdp=Vdp，相 变 过 程 drGm=rVmdp， 积 分 得 ： ( ) r r( )d( ) dmmG p pm mG p p

25、G V p $ $rGm(p)=rGm(p)+rVm(p-p)rVm=Vm(金 刚 石 )-Vm(石 墨 )=12.01*10-3*(1/(3.513103-1/(2.26103)m3mol-1=-1.895*10-6 m3.mol-1 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 29 页 共 8 页反 应 的 条 件 是 rGm(p)0pp-rGm(p)/rVm=105Pa2899/(-1.895*10-6)Pa=1.53*109 Pa (2分 )3.解 ： 解 ： (1)pA= pA*xA=30*0.30kPa=9kPa， pB= pB*xB=50*0.70kPa=35kPap= pA+

26、pB=44kPa (4分 )(2)yB=pB/p=35/44=0.795 (4分 )(3)B*-B=-RTlnxB=-8.315*303.15*ln0.70J=899.1J (2分 )4. 解 ： (1) 相 图 4分 ， 标 注 3分(2) 系 统 由 室 温 加 热 ， 经 过 abcd。 ab(两 相 区 -共 轭 溶 液 )： l1+l2 b(三 相 线 )： l1+g+l2 bc(两 相 区 )： l1+gc(露 点 线 ) cd(单 向 区 )： g5. 解 ： (1) 设 A表 示 N2O5 ， 对 于 恒 容 反 应 ， 可 直 接 用 分 压 处 理N2O5 2NO2 + 1

27、/2O2t =0 p0 0 0t=t pA 2(p0 pA) 0.5(p0 pA)g g+l2l1+l2露 点 线泡 点 线溶 解 度 曲 线 g+l1 l2l1 三 相 线ab cd 物 理 化 学 48 学 时 试 卷 A 第 30 页 共 8 页可 得 :p 总 =0.5(5 p0 3pA) (1分 )当 p 总 =2 p0时 ， pA= p0/3，A的 分 解 率 xA=(p0pA)/p0 =66.7% (2分 ) 10 0A01 s366.0)3/(lns31ln1 pppptk (2分 )(2) 当 p 总 =1.5p0时 ， 可 得 pA=2p0/3，k2=(1/t)ln(p0/

28、pA)=(1/3s)lnp0/(2p0/3)=0.135s 1 (1分 )得 t1/2=ln2/k2 =(ln2)/0.135s1 =5.13s (2分 )由 a21 2 11 1ln ( ) Ekk R T T 代 入 数 据 ： 1 11 1 1 20.135s 103000J mol 1 1ln ( )433K0.366s 8.315J K mol T得 T2=418.4K (2分 )6. 解 ： （ 1） 电 极 反 应 ： 负 极 ： Cu(s)-2e Cu2+正 极 ： 2AgAc(s)+2e 2Ag(s)+2Ac-电 池 反 应 ： Cu(s)+2AgAc(s) 2Ag+Cu(A

29、c)2(b) （ 2分 ）（ 2） 由 E /V=0.327+2.010-4 (T/K298)=0.327rGm=-zFE=-2*96500*0.327J .mol-1 =-63.11kJ .mol-1 （ 2分 ）rSm= zF(E/T )=2*96500*2.0*10-4 J.K.mol-1 =38.6J.K.mol-1 （ 3分 ）rHm=rGm+TrSm=(-63.11+298*38.6/1000)kJ .mol-1=-51.61kJ .mol-1 （ 3分 ）7. 解 ： 1kg金 属 铜 磨 成 粉 前 后 的 表 面 积 变 化As (1kg/8920kgm-3)/4 3.142 (10-5m)3/3 4 3.142 (10-5m)2=33.63m2 (2分 )需 做 的 最 小 功 为Wr= G=As =1.670Nm-1 33.63m2 56.16J (3分 )