1、物 理 化 学 期 中 考 试 卷姓名 学号 成绩 一、选择题(210=20)( D ) 1. 物质临界点的性质与什么有关?A. 与外界温度有关 B. 与外界压力有关 C. 与外界物质有关 D. 是物质本身的特性( A )2.同温、同压下,某实际气体的摩尔体积大于理想气体的摩尔体积,则该气体的压缩因子 ZA. 1 B. =1 C. 0 C. U0C. =0 , S=0 D. 0 ;S 环 0C. S 体 0 D. S 体 0 ;S 环 V2 (B) V10 因为放热反应, Q0, 例如:1000=1200+200所以QpQv4. S、G、A 作为判据时必须满足的条件答: 隔离系统或绝热的封闭系
2、统,S0封闭系统恒温恒容非体积功为零 A0封闭系统恒温恒压非体积功为零 G0三、计算题(154=60)1. 有 2.0dm3 潮湿空气, 压力为 101.325kPa, 其中水气的分压为 12.33kPa, 设空气中 O2(g)和 N2(g)的体积分数分别为 0.21 和 0.79,试求(1)H2O(g), O2(g)和 N2(g)的分体积;(2) O2(g), N2(g)在潮湿空气中的分压力。解: 17.02总pxH69322总ON184.0.22 总pxHOVH2O=V 总 xH2O=0.243dm3VO2=0.369dm3VN2=1.388 dm3pO2=p 总 xO2=18.68kPa
3、pN2=70.31kPa2. 1mol 单原子理想气体从始态 298K,100kPa,先绝热可逆压缩到 200kPa,再恒压冷却使体积缩小至 5dm3,求整个过程的 Q,W,U,H,S解: KnRVpT28.104.8523JRCUmV 49.2159.13, Hp 03681205., 113,31 59.248.ln14.5ln4.8lnln KJTRSmpKpT2.3920951212 JTnRTnCWmV 6.457)(231,1 JUQ85.673. 已知苯在 101.325kPa 下的沸点为 353K,在此条件下的摩尔汽化焓为 30.75kJmol-1,求 1mol 液态苯在 35
4、3K,101.325kPa 下全部汽化成为苯蒸气时的Q、W、U、H、S 、A 和 G。 解: 相变为可逆相变 G0 kJmol -1QH 30.75kJmol-1SHT= 87.11 Jmol-1K-1W=pV=-nRT=2.935 kJmol -1U=Q+W=27.815 kJmol-1 A=GpV=2.935 kJmol -14. 在一绝热汽缸内装有 298K, 2molCO 和过量空气,在压力不变的条件下,发生化学反应2CO+O2=2CO2, 假定此反应进行完全, 气体可看作理想气体, 且活塞无重量也无摩擦,nO2:nN2=1:4 求此过程的 Q,W,U,H. 125.39)8,( mo
5、lkJKCOHmf 15.10)298,( molkJKCOHmf2, 7() KNpp ,46p解: T1=298K2mol CO1mol O24mol N2T22mol CO24mol N2T1=298K2mol CO24mol N2H=0H1 H2H= H1+H 2=0kJBmfB0.56)(H 2=(246.0+433.57)(T2-298)T2=2799K kJRTnpVU 28.1934.8729314.8612 W=U=122.28kJ例 1: l mol 单原子理想气体由始态(273K,p )经由下列两个途径到达终态( T 2,p /2):(l)可逆绝热膨胀;(2)反抗 p /
6、2 的外压绝热膨胀试分别求出 T2,W,S m 和 Gm并回答能否由 Gm 来判断过程的方向 ? 已知 S (273K)=100J K-1mol-1。解:(1)可逆绝热膨胀过程Qr = Q = 0 JS= 0 JK-1(可逆过程为恒熵过程)单原子理想气体的绝热系数 =1.667,利用绝热可逆公式T= 207KW= U=nCV,m(T2 - T1) =1mol (1.58.3145JK-1mol-1)(207K- 273K)= -823.1 JH=nCP,m(T2 - T1) =1mol (2.58.3145JK-1mol-1)(207K- 273K)= -1371.9 JG= H - (TS)
7、 =H - (T2S2 - T1S1)=H - S(T2- T1)= -1371.9 J - 100 JK-1(207K-273K)= 5228 J过程为非恒温过程,不能用 G 来判断过程的方向。(2) 恒外压绝热膨胀过程,利用 Q=0,U=W 建立方程求出 T2。U = n CV,m (T2 - T1) = n(1.5R)(T2 - T1)W= - p 外 (V2 - V1)= - p2(V2 - V1)= - nRT2 - (T1/ p1) p2= - nR(T2 - T1/2) n(1.5R )(T2 - T1) = - nR(T2 - T1/2)T2 = 0.8T1 = 0.8273K
8、 = 218.4 KW=U=nCV,m(T2 - T1) =1mol(1.58.3145JK-1mol-1)(218.4K-273K)=-681.0 J利用公式 得 S = 1.125 JK-12112, lnlpRnCSmpH=nCp,m(T2 - T1) =1mol (2.58.3145JK-1mol-1)(218.4K- 273K)= -1135JG= H - (TS) =H - T2 S -+ (T2-T1)S1 = -1135 J - 218.4K1.125JK-1 +(218.4K - 273K)100JK-1= 4079 J过程为非恒温过程,不能用 G 来判断过程的方向。例 2:
9、 苯在正常沸点 353K 时摩尔汽化焓为 30.75kJmol-1,今将 353K,101.325kPa 下的1mol 液态苯向真空定温蒸发变为同温同压的苯蒸气(设为理想气体) (1)求此过程的 Q、W 、U、H 、S 、A 和 G 。(2)应用有关原理,判断此过程是否为不可逆过程例 3: 有关金刚石和石墨在 298K 时的热力学数据如下表所示:求:(1) 298K 时,由石墨转化为金刚石的 rGm;(2) 298时,由石墨转化为金刚石的最小压力。已知碳的摩尔质量为 12gmol-1解: rSm = 3.26 JK-1mol-1 rHm =1.9 kJmol-1rGm =rHm TrSm =1.9-29810-3( 3.26)=2.871 kJmol-1=2871Jmol-1G1 =V (石墨 )P=m (石墨) / (石墨) P=1210-6/2.26(100000-p) G2 =V (金刚石) P=m (金刚石) / (金刚石) P= 1210-6/3.513(p-100000)G = G1 + rGm + G2 0p1.6210 9Pa金刚石 石墨cHm/(kJmol-1) 395.3 393.4Sm/(JK-1mol-1) 2.43 5.69密度/kgdm -3 3.513 2.260