华南师范大学光电子材料与技术研究所往年复试考题_2008研究生材料物理与化学面试详细答案_l材料物理

1-1设水的化学势为)1(*，冰的化学势为)(*S，在kPa325.101及-5℃条件以下，)1(*是大于、小于还是等于)(*S？答：在kPa325.101及-5℃条件下，水凝固为冰的过程是可以自动进行的过程。根据化学势判据，在恒温、恒压、W‘=0的条件下，自发过程是向化学势减小的方向进行，所以)1(*)(*S。1-2有两个可逆卡偌热机,在高温热源温度皆为500K\低温热源分别为300K和250K之间工作,若两者分别经一个循环所做的功相等.试问:(1)两个热机的功率是否相等?(2)两个热机自高温热源吸收的热量是否相等?向低温热源放出的热量是否相等?答:两个热机的工作情况如图3.2.1(a)(b)所示.(1)热机（a）的效率a=1—QWa=121—QQQ=121—TTT=KKK500300—500=40%热机(b)的效率b=‘1—QWb=’‘’）（121QQQ=121—TTT‘=KKK500250—500=50%b＞a，表明高温热源与低温热源的温差愈大，可逆热机的效率愈高。（2）Q1=－Wa/a;Q'1=Wb/b因Wa=Wb及b＞a，所以Q1＞Q'1Q1=Q1（a－1）=－0.6Q1Q'2=Q'1（b－1）=－0.5Q'1因Q1＞Q'1＞0，所以在数值上1Q＞'2Q1Q'1QaW热机（a）bW热机（b）2Q'2Q图1上述推导表明，在高低温热源温度之差aT＜bT的情况下，经一个循环若对环境做功相等，则热机（a）较（b）需要从高温热源吸收更多的热量，同时向低温热源放出更多的热量，即消耗更多的能量，1-3已知樟脑（C10H16O）的凝固点降低常数Kf=40K·mol-1·kg。某一溶质相对摩尔质量为210，溶于樟脑形成质量百分数为5%的溶液，求凝固点降低多少？解：以A代表樟脑，以B代表溶质310955BBMbg·kg-1310952105mol·kg-125063.0mol·kg-1KKbKTBff03.1025063.040高温热源'1T=500K低温热源'2T=300K高温热源1T=500K低温热源2T=300K1-4一定量的液态氨在绝热管道中通过节流阀时，由于系统的压力突然下降，液氨将迅速蒸发，温度急剧降低。试问：（1）此过程是否仍为等焓过程？（2）物质的量一定，dppHdTTHdHtp)()(在题给过程中能否应用？答：（1）达到稳定流动时，如图2所示取截面1与2之间物质为系统，在一定时间范围内，外压p1将体积V1的液氨推过多孔塞，同时与液氨的物质的量相等，体积为V2的液氨的物质的量相等，体积为V2的气态氨反抗外压P2流出截面2。液氨流入的功：W1=—P1（0—V1）=P1V1氨气流出的功：W2=—P2（V2—0）=—P2V2W=W1+W2=P1V1—P2V2因为Q=0，所以W=12UUUP1V1—P2V2，因此U2—P2V2=U1—P1V1H2=H1，即等焓过程（2）液态氨的节流膨胀过程为不可逆相变过程，始末态之间处于非平衡态，严格地说题给方程式不能应用于节流过程。当达到稳定流动时，可近似用题给方程进行热力学分析。1-5液体B比液体A容易挥发。在一定温度下向纯A液体中加入少量纯B液体形成稀溶液。下面几种说法是否正确？（1）该溶液的饱和蒸气压必高于同温度下纯液体A的饱和蒸气压；（2）该溶液的沸点必低于同样压力下纯液体A的沸点；（3）该溶液的凝固点必低于同样压力下纯液体A的凝固点（溶液凝固时析出纯固态V12VNH3（g）A）。答：只有说法（3）是正确的。当A、B形成理想溶液，或一般正偏差、一般负偏差的系统，甚至形成最大正偏差系统，说法（1）和（2）才是正确的。但若形成最大负偏差系统，在纯A中加入少量纯B后，溶液的饱和蒸气压要低于纯液体A的饱和蒸气压，故此说法（1）不正确。2-1已知25℃时，纯水的电导率k=5.5010-6S·m-1,无限稀释时H+及OH-的摩尔电导率分别为349.8210-4及198.010-4S·m2·mol-1,纯水的密度ρ=997.07kg·m-3。试求离子积为若干？解：M（H2O）=18.01510-3kg·mol-125℃时纯水的体积摩尔浓度：C=ρ/M=997.07kg·m-3/18.01510-3kg·mol-1=55.347103mol·m-3纯水的摩尔电导率：m=k/c=5.5010-6S·m-1/(55.347103mol·m-3)=9.937310-11S·m2·mol-125℃时纯水的电离度：a=)()(22OHOHmm=411100.19882.349109373.9）（=1.81410-9H2O(1)=H++OH-c(l-a)acac水的离子积Ku=Ka=a(H+)a(OH-),CΘ=1mol·dm-3a(H2O)=1,±=1,c(H2O)=55.347mol·dm-3Km={a(c/cΘ)}2=(1.81410-955.347)2=1.00810-142-220℃将一支半径r为4410m的毛细管插入盛有汞的容器中，在毛细管内汞面下降高度ｈ为0.136m,已知汞与毛细管的接触角θ=1400，汞的密度为13.55103kg•m-3，求此实验温度下汞的表面张力？解：h=2σ（汞）COSθ/（rρɡ）接触角θ900,所以h取负值，则σ汞=hrρɡ/（2cosθ）={-0.136410-413.55103/(2cos1400)}N·m-1=0.481N·m-12-3在200C下，将68.4g蔗糖（C12H22O11）溶于1kg水中，求：（1）此溶液的蒸气压；（2）此溶液的渗透压。已知200C下此溶液的密度为1.024g·cm—3,纯水的饱和蒸气压p（H2O）=2.3306Pa。解：M（C12H22O11）=342.299g·mol—1（1）（H2O）=99641.0299.342/4.68015.18/1000015.18/1000溶液的蒸气压：p（H2O）=p0（H2O）（H2O）=2.33060.99641kPa=2.3222kPa（2）溶液的渗透压：=cRTc=n/VV=m=（68.4+1000）/1.024cm3=1.0434103cm3c=0434.1299.3424.68vx=mol·dm—4=0.1915mol·dm—3=0.1915103mol·m—3=0.19151038.314293.15Pa=467Pa2-4用铂电极电解CuCl2溶液，通过的电流为20A，经过15min后，问（1）在阴极上能析出多少质量的cu？（2）在阳极上能析出多少体积的27℃、100kPa下的cl2(g)?解：（1）在电解池的阴极上Cu2++2e-Cu(s)析出铜的质量：kgkgZFltCuMm3310927.596500260152010546.63)((2)在电解池的阳极上2Cl-Cl2(g)+2e-析出Cl2(g)的物质的量N=lt/ZF=(201560/296500)mol=93.2610-3mol33321010015.300314.81026.93mpnRTclV）（=2.32710-3m33-1一密封刚性容器中充满了空气，并有少量的水。当容器于300K条件下达平衡时，器内压力为101.325kPa,若把该容器移至373.15K的沸水中，试求容器中到达新的平衡时应有的压力。设容器中始终有水存在，且可忽略水的任何体积变化。300K时水的饱和蒸气压力为3.567kPa。解：体积V恒定T1=300K时，P1（H2O）=3.567kPaP1=P1（空气）+P1（H2O）=101.325kPaP1（空气）=P1—P1（H2O）=（101.325—3.567）kPa=97.758kPaT2=373.15KP2（H2O）=101.325kPa112TPP（空气）（空气）T2=KKKPa15.373300758.97=121.595kPa在新的平衡条件下，刚性容器内的总压力P2=P2（空气）+P2（H2O）=121.595kPa+101.325kPa=222.92kPa3-2101.325kPa、800C时，有一苯与甲苯组成的溶液达到沸腾，该溶液可视为理想溶液混合物，试计算该混合物的液相组成和气相组成。已知800C是纯苯和甲苯的饱和蒸气压分别为p（苯）=116.922kPa，p（甲苯）=45.995kPa解：理想溶液混合物，两组分均服从拉乌尔定律，沸腾时溶液的蒸气总压等于环境的压力，故p=p（苯）（苯）+p（甲苯）（甲苯）由上式可得液相组成：（苯）=p—p（甲苯）/p（苯）—p（甲苯）=（101.325—45.995）/（116.922—45.995）=0.780（甲苯）=1.0—0.78=0.22气相组成由拉乌尔定律与分压定律相结合求得：y（苯）=p（苯）（苯）/P=116.9920.78/101.325=0.90y（甲苯）=1—y（苯）=1—0.90=0.103-3(p36)始态为300K、常压的2mol某理想气体，依次经过下列过程：（1）恒容加热到700K；（2）再恒压冷却到600K；（3）最后可逆绝热膨胀至500K。已知该气体的绝热指数4.1,试求整个过程的热Q、功W、系统内能增量△U及焓变△H。解：为了便于计算，应首先根据题意，简要写明系统状态变化的途径和特征。n=2mol1300111恒容加热常压VPKT1222700VVPKT2恒压冷却3233600VPPKT3可逆绝热膨胀444500VPKT已知该理想气体的绝热指数：4.1/,,mVmpCC，RCCmVmp,,，此二式结合可得：RRCmV5.2)1/(,；RCmp5.3,一定量理想气体的U及H只是温度T的函数，它们的增量只取决于系统始、末状态的温度，所以4114,,)(TTnCdTnCUmVmVKKmolJmol)300500(314.85.2211kJ31.8)(14,41,TTnCdTnCHmpmpKKmolJmol)300500(314.85.3211kJ64.11功或热是过程的变量，与状态的具体途径有关，应分步计算而后求和。01W)()(232322TTnRVVPW)(34,433TTnCUWmV整个过程的功为)()(34,2332TTnCTTnRKKKmolJmol)600500(5.2)700600(314.8211kJ49.2整个过程的热为：)49.2(31.8kJkJWUQkJ80.103-4用两个银电极电解质量百分数为0.7422%的KCl水溶液。阳极反应：Ag(s)+Cl-AgCl(s)+e-所产生的AgCl沉积于电极上，当有548.93C（库仑）的电量通过上述电解池时，实验测出阳极区溶液的质量为117.51g，其中含KCl0.6659g。试求KCl溶液中正、负离子的迁移数。解：迁移数的计算本质上是电量衡算的问题。电流通过电解池时，伴随着电量的传导，必然发生相应的物质量的变化，故可通过物料衡算来实现电量的衡算。物料衡算的基准是假定电解池各区域中的含水量不变。先计算K+的迁移数：阳极区含水的质量m(H2O)=(117.51-0.6659)10-3kg电解前阳极区含KCl的质量kgOHmm7422.010010)6659.051.117(7422.0)(7422.01007422.0321=0.873710-3kg电解后阳极区含KCl的质量2m=0.665910-3kgM(KCl)=74.55110-3kg·mol-1K+迁出阳极区的物质的量n(K+)=1332110551.7410)6659