工科化学之物理化学考试(2009.6)

中南大学考试试卷2008--2009学年二学期时间110分钟工科大学化学之物理化学课程40学时2.5学分考试形式：闭卷专业年级：升华0801班总分100分，占总评成绩70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、选择题（每题2分，共20分）1.对于理想气体的热力学能有以下四种理解：⑴状态一定，热力学能也一定⑵对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的⑶对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个以上的数值⑷状态改变时，热力学能一定跟着改变其中理解完全正确的是()(A)⑴，⑵(B)⑶，⑷(C)⑵，⑷(D)⑴，⑶2．当5mol的H2(g)与4mol的Cl2(g)混合，最后生成2mol的HCl(g)。若以下式为基本反应单元：H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)，则反应进度ξ为()(A)1mol(B)2mol(C)4mol(D)5mol3.下列关于物质生成热的表述不正确的是()(A)化合物的生成热一定不为零(B)很多物质的生成热都不能用实验直接测定(C)标准状态下单质的生成热都规定为零(D)通常所使用的物质的标准生成热数据实际上都是相对值4.理想气体绝热自由膨胀与范德华气体绝热自由膨胀的区别在于范德华气体经绝热自由膨胀后()(A)W=0(B)ΔH≠0(C)ΔU≠0(D)Q=05．在pΘ下，385K的水蒸发成同温度下的水蒸气，则()(A)ΔS体+ΔS环0(B)ΔS体+ΔS环0(C)ΔS体+ΔS环=0(D)ΔS体+ΔS环的值无法确定6．经过下列过程，体系的ΔG=ΔA的是()(A)液体的恒温蒸发(B)理想气体的恒温混合(C)气体的绝热可逆膨胀(D)恒温恒压下的化学反应7.设有以下5种状态的水：⑴373.15K，pΘ下的液态水；⑵373.15K，2pΘ下的液态水；⑶373.15K，2pΘ下的气态水；⑷374.15K，pΘ下的液态水；⑸374.15K，pΘ下的气态水。下列4组化学势的比较中，不正确的是()(A)μ2μ1(B)μ3μ5(C)μ5μ4(D)μ3μ18．确定的T，p下，在A和B组成的均相体系中，若A的偏摩尔体积随浓度的改变而增加，则B的偏摩尔体积将()(A)增加(B)减小(C)不变(D)不一定9．在确定的T，p下，对一个化学反应而言，能用以判断其反应方向的函数()(A)ΔrGm(B)ΔrHm(C)ΔrGmΘ(D)KpΘ10．反应2C(s)+O2(g)⇌2CO(g)，其ΔrGmΘ/J·mol-1=-232600-167.7T，若温度升高，则()(A)ΔrGmΘ变负，反应更不完全(B)KpΘ变大，反应更完全(C)KpΘ变小，反应更不完全(D)ΔrGmΘ变正，反应更完全二、填空题（每空1分，共20分）1.实际气体的节流膨胀过程Q0、Δp0、ΔH0。(填“”、“”或“=”)2.基希霍夫定律的适用条件是：或、的化学反应。3.当某化学反应的时，则反应的ΔrHm随温度升高而降低。4.在绝热条件下，用大于气缸内的压力迅速推动活塞压缩气缸内气体，则体系的熵变ΔS0。(填“”、“”或“=”)5.对任意物质而言，其Cp,m大于其CV,m。(填“一定”或“不一定”)6.热力学第三定律可表述为。7.ΔG用作过程自动与否判据的条件是：、、。8.现有以下三种溶液⑴0.1mol蔗糖溶于80mL水中，液面上水蒸气压为p1；⑵0.1mol葡萄糖糖溶于40mL水中，液面上水蒸气压为p2；⑶0.1mol尿素溶于80mL水中，液面上水蒸气压为p3；则三个水蒸气压之间的关系为：p1p2p3。(填“”、“”或“=”)9.物质[Al(H2O)4(OH)2]+的共轭酸为，共轭碱为。10.表示配位平衡的平衡常数有、和三种。三、(12分)298K、pΘ下，在可逆电池中进行Zn和CuSO4溶液的置换反应，所做电功为200kJ，放热6kJ。求该反应的ΔrU、ΔrH、ΔrS、ΔrA和ΔrG。四、(10分)已知298K及pΘ下，丙烯腈CH=CH2-CN(l)、石墨和氢气的燃烧热分别为-1760.71、-393.51和-285.85kJ·mol-1，丙烯腈的燃烧反应为：CH=CH2-CN(l)+3.75O2(g)===3CO2(g)+0.5N2(g)+1.5H2O(l)已知298K及pΘ下CH=CH2-CN(l)的蒸发热为△vapHmΘ=32.84kJ·mol-1，气态HCN(g)和C2H2(g)的生成焓分别为129.70和226.73kJ·mol-1；求反应C2H2(g)+HCN(g)==CH=CH2-CN(g)在298K和pΘ的热效应△rHmΘ。五、(12分)在300K下，液态A的蒸气压为37.338kPa，液态B的蒸气压为22.656kPa。将2mol的A与2mol的B混合形成溶液之后，液面上的蒸气压为50.663kPa，在蒸气中A的摩尔分数为0.6。设气体为理想气体。⑴求溶液中A和B的活度与活度系数；⑵求A和B的混合吉布斯自由能变化量△mixG。六、(6分)在-10℃及pΘ下，1mol过冷水凝固成冰，请用化学势计算该条件下水的融化吉布斯自由能变化量△fusGm。已知水和冰在-10℃时的饱和蒸气压分别为p1=287Pa和p2=259Pa。七、(12分)在300K下，反应A(g)+B(g)⇌AB(g)的ΔrGmΘ=-8368J·mol-1，将2mol的A和2mol的B在300K及pΘ下进行上述反应。⑴求反应的最大产率；⑵计算反应的平衡转化率；⑶计算平衡混合物中各气体的含量。八、(8分)在含有0.01mol·L-1的I-和Cl-离子的混合溶液中，逐滴加入AgNO3溶液，计算逐滴加入AgNO3溶液，分别使AgI开始沉淀和使AgCl开始沉淀时的[Ag+]0，有无可能用此方法分离这两种离子？已知171038.)AgI(spK，101081.)AgCl(spK一、选择题（每题2分，共20分）1.D2.A3.C4.B5.A6.B7.A和C8.B9.A10.B二、填空题（每空1分，共20分）1.=、、=2.恒压或恒容、不做非体积功3.ΔCp4.5.不一定6.0K时，任何完整晶体的熵等于零7.恒温、恒压、不做非体积功8.p1p2p39.[Al(H2O)5(OH)]2+，[Al(H2O)3(OH)3]10.K稳、K不稳和β累积三、(12分)解：因为反应是可逆条件下进行的，所以，Qr=-6000J(2分)根据熵的定义有：ΔrS=Qr/T=-6000/298=-20.13J·K-1(2分)而可逆条件下体系所做的最大非体积功就等于体系吉布斯自由能减少，即：ΔrG=W’=-200kJ(2分)由ΔrG=ΔrH－TΔrS得：ΔrH=ΔrG+TΔrS=-200000+(-6000)=-206000J(2分)又ΔrH=ΔrU+Δ(pV)=ΔrU+pΔ(V)=ΔrU=-206000J(2分)ΔrA=ΔrU－TΔrS=ΔrH－TΔrS=ΔrG=-206000J(2分)四、(10分)解：反应C2H2(g)+HCN(g)==CH=CH2-CN(g)的热效应△rHmΘ与各反应物的生成热之间的关系为：△rHmΘ=△fHmΘ[CH=CH2-CN(g)]－△fHmΘ[C2H2(g)]－△fHmΘ[HCN(g)]根据CH=CH2-CN(l)的燃烧反应和CH=CH2-CN(l)的蒸发过程CH=CH2-CN(l)+3.75O2(g)===3CO2(g)+0.5N2(g)+1.5H2O(l)△cHmΘ[CH=CH2-CN(l)]（1分）CH=CH2-CN(l)===CH=CH2-CN(g)△vapHmΘ（1分）得CH=CH2-CN(g)的燃烧反应热效应：CH=CH2-CN(g)+3.75O2(g)===3CO2(g)+0.5N2(g)+1.5H2O(l)△cHmΘ[CH=CH2-CN(g)]=△cHmΘ[CH=CH2-CN(l)]－△vapHmΘ=－1793.55kJ·mol-1（2分）CH=CH2-CN(g)的生成反应为：3C(s)+1.5H2(g)+0.5N2(g)===CH=CH2-CN(g)（1分）所以，△fHmΘ[CH=CH2-CN(g)]=3△cHmΘ[C(s)]+1.5△cHmΘ[H2(g)]－△cHmΘ[CH=CH2-CN(g)]（1分）=3×(－393.51)+1.5×(－285.85)－(－1793.55)=184.245kJ·mol-1（1分）故反应C2H2(g)+HCN(g)==CH=CH2-CN(g)的热效应为：△rHmΘ=△fHmΘ[CH=CH2-CN(g)]－△fHmΘ[C2H2(g)]－△fHmΘ[HCN(g)]（1分）=184.245－226.73－129.70=－172.185kJ·mol-1（2分）五、(12分)解：⑴依题意pA=pA*×aA，pB=pB*×aB（2分）而pA=p×yA=50.663×0.6=30.3978kPa（1分）PB=p×(1－yA)=50.663×0.4=20.2652kPa（1分）所以，aA=pA/pA*=30.3978/37.338=0.814（1分）aB=pB/pB*=20.2652/22.656=0.894（1分）γA=aA/xA=0.814/0.5=1.628（2分）γA=aA/xA=0.894/0.5=1.788（2分）⑵A和B的混合吉布斯自由能变化量为：△mixG=RT∑nilnai=8.314×300×2×(ln0.814+ln0.894)=－1585.535J（2分）六、(6分)解：μ水*=μΘ(T)+RTlnp水/pΘ（1分）μ冰*=μΘ(T)+RTlnp冰/pΘ（1分）△fusGm=Gm,水－Gm,冰=μ水*－μ冰*（2分）=RTln(p水/p冰)=8.314×263×ln(287/259)=224.46J·mol-1（2分）七、(12分)解：⑴依题意，在300K下，反应A(g)+B(g)⇌AB(g)的标准平衡常数为：KpΘ=exp(-ΔrGmΘ/RT)=exp(8368/8.314×300)=28.645（2分）平衡关系为：A(g)+B(g)⇌AB(g)∑νi=－1τ=0时220τ=τeq时2－x2－xx∑ni=4－x（2分）KpΘ=Ky(p/pΘ)∑νi=Ky=x(4－x)/(2－x)2（2分）解方程得：x=1.633mol所以，反应的最大产率为：1.633/2=0.816（1分）⑵反应的平衡转化率为：1.633/2=0.816（2分）⑶yA=(2－x)/(4－x)=0.155或nA=2－x=0.367mol（1分）yB=(2－x)/(4－x)=0.155或nB=2－x=0.367mol（1分）yAB=1－2yA=0.690或nAB=x=1.633mol（1分）八、(8分)解：∵]Ag][I[)AgI(spK，]Ag][Cl[)AgCl(spK(1分)∴AgI开始沉淀时的1517010380101038...]I[)AgI(]Ag[spAgI,K(2分)而AgCl开始沉淀时的810010810101081...]Cl[)AgCl(]Ag[spAgCl,K(2分)显然，开始有AgCl沉淀时，溶液中98170106410811038...]Ag[)AgI(]I[,AgClspK(2分)即可以用此方法分离I-和Cl-这两种离子。(1分)