中南大学20151物理化学(物化)考试解答

一、选择题（本题20分，每小题2分）1、下列说法不正确的是：（）A.体系状态确定后，状态函数都确定；B.体系状态改变了，状态函数一定改变；C.状态函数改变了，体系状态一定改变D.状态函数不确定，体系的状态不能确定。2、公式ΔH=Qp适用于下列过程中的（）A.273K，101325Pa下冰融化成水；B.298K，101325Pa下电解CuSO4水溶液；C.理想气体从1013250Pa反抗恒外压101325Pa膨胀；D.理想气体从状态Ⅰ等温可逆变化到状态Ⅱ。3、1mol水在373.15K，pΘ下向真空蒸发成373.15K，pΘ的水蒸气，该过程（）A.ΔG=0，为非自发过程；B.ΔG=0，为自发过程；C.ΔG0，为自发过程；D.ΔG0，为非自发过程。4、体系经历一个不可逆循环后（）A.体系的熵增加B.体系吸热大于对外作功C.环境的熵一定增加D.环境的热力学能减少5、某单组份系统的Vm(l)Vm(s)，ΔfusHm可是视为常数且大于零，当压力升高时，其熔点将（）A.降低；B.升高；C.不变；D.不确定。6、在等温、等压下，溶剂A和溶质B形成一定浓度的稀溶液，采用不同的参考态时，则（）A.溶液中A和B的活度不变；B.溶液中A和B的活度系数不变；C.溶液中A和B的参考态化学势不变；D.溶液中A和B的化学势值不变。7、恒温恒压下将纯液体A和纯液体B混合形成理想溶液，则（）A.ΔmixGm=0，ΔmixHm=0，ΔmixSm=0，ΔmixVm=0B.ΔmixGm0，ΔmixHm=0，ΔmixSm0，ΔmixVm=0C.ΔmixGm0，ΔmixHm=0，ΔmixSm0，ΔmixVm=0D.ΔmixGm0，ΔmixHm=0，ΔmixSm0，ΔmixVm=08、在相同温度下，有下列二反应([C]表示溶解在铁液中的碳)：C(石墨)+CO2(g)===2CO(g)[C]+CO2(g)===2CO(g)当达到平衡时，两反应的ΔrGmΘ的关系，及ΔrGm的关系为（）A.，B.，C.，D.，9、已知FeO(s)+C(s)===CO(g)+Fe(s)，反应的ΔrHmΘ0，ΔrSmΘ0，并设ΔrHmΘ和ΔrSmΘ不随温度而改变，欲使反应正向进行，则一定是（）A.高温有利；B.低温有利；C.与温度无关；D.与压力无关。m,2rm,1rGGm,2rm,1rGGm,2rm,1rGGm,2rm,1rGGm,2rm,1rGGm,2rm,1rGGm,2rm,1rGGm,2rm,1rGG10、下列说法正确的是（）A.溶液的化学势等于溶液中各组分的化学势之和；B.对于纯组分，其化学势等于其自由能；C.在恒温恒压条件下，对于组成确定的溶液，溶液中各组元的化学势有确定值；D.化势是偏摩尔吉布斯自由能，也是，，。iGiUiHiA二、填空题（本题20分）1.（2分）理想气体从相同始态分别经绝热可逆膨胀和绝热不可逆膨胀到达相同的终态压力，则终态的温度T可逆T不可逆，过程的焓变ΔH可逆ΔH不可逆。（填“”，“=”，“”）2.（2分）常温下氧气的焦-汤系数(μJ-T)为正值，氧气经节流膨胀后，温度降低。（填“升高”，“降低”或“不变”）3.（每空2分，共4分）化学反应在恒压条件下进行时，反应热效应ΔrHm随温度变化的关系式为或。若ΔCp0，温度升高，则放热反应的放热量将增加（填“增加”或“减小”）。pCTHmr21d)()(1mr2mrTTpTCTHTH4.（每空1分，共2分）在温度T时，纯液体A的饱和蒸汽压为p*，已知在大气压力下的凝固点为Tf*，当A中溶入少量B而形成稀溶液（B不溶于固态A中）时，Tf*Tf，p*p。（填“”，“=”，“”）5.（2分）某纯物质在恒温下，当升高压力时，其化学势变高。（填“变高”，“变低”或“不变”）6.（2分）反应A(s)+3B(g)===2C(s)+4D(g)在密闭容器中达平衡后，发生下列过程，若加入不与A、B、C、D反应的惰性气体E，则平衡向左移动。（填“左”或“右”）7.（2分）恒压下反应PCl5(g)===Cl2(g)+PCl3(g)，在480K达到平衡时，PCl5(g)的离解度为0.488；580K达到平衡时，离解度增至0.980。则该反应为吸热反应。8.（每空1分，共4分）298K时，在有C(s)、CO(g)、CO2(g)、H2(g)、H2O(l)和O2(g)平衡共存的体系中，若不考虑产生其它新的物种，平衡体系在的独立的化学反应数R=3，组分数C=3，相数Φ=3，自由度f=1。三、（18分）5mol双原子理想气体，从101325Pa、328.2L的始态出发，沿pT＝常数的途径（即体系在变化过程中始终有pT＝常数）可逆压缩至末态压强为202650Pa。试求：⑴末态的温度；⑵此过程的W和Q，及经此过程，体系的ΔU、ΔH和ΔS。解：(1)始态温度（2分）末态温度（2分）K800314.85102.3281013253111nRVpTK4002026508001013252112pTpT(2)双原子理想气体CV,m=2.5R，Cp,m=3.5R（2分）则ΔU=nCV,mΔT=5×2.5×8.314×(400-800)=-41570J=-41.57kJ（2分）ΔH=nCp,mΔT=5×3.5×8.314×(400-800)=-58198J=-58.20kJ（2分）ΔS=nCp,mln(T2/T1)+nRln(p1/p2)=5×3.5×8.314×ln(400/800)+5×8.314×ln(101325/202650)=-129.66J·K-1（2分）VTKVpWddKTnRTVKnRTpnRTVd2d2TKnRTTKVTKWdd2又（2分）(∵pT=K)J33256)800400(314.8522TnR（2分）W=33.26kJ（2分）Q=ΔU-W=(-41.57)-33.26=-74.83kJ（2分）四、（10分）水的蒸气压与温度的关系如下：其中A为一常数，其值决定于p所取的单位。问：⑴水的摩尔蒸发焓是多少？⑵将10g水置于温度为323K、体积为10dm3的真空容器中，液态水尚存多少克?解：（1）将水的蒸气压与温度的关系式与克－克方程对比可知水的摩尔蒸发焓为：（2分）)K//(2121PalgTApCTRHp1lnmvapTAp/2121lg-12mvapmolkJ61.402121303.2)OH(RH（2）设323K时水的饱和蒸汽压为p，又已知水在373K时饱和蒸汽压为101325Pa(1分)代入题给方程可得(2分)解得323K时水的饱和蒸汽压为p=13350Pa（1分）在题给10dm-3容器中，此时水蒸汽的质量为：(2分)则液态水质量为：Wl=W–Wg=10-0.895=9.10g（2分）)37313231(2121101325lgpg895.018323314.81010133503OHg2MRTpVW五、(10分)将2.22克非挥发性物质B（B的摩尔质量为0.1101kg.mol-1）溶于100克纯水中，溶液的沸点升高0.105K，若向此溶液中再加入2.16克另一未知摩尔质量的物质C，溶液的沸点将再升高0.107K。试求：⑴水的沸点升高常数Kb；⑵物质C的摩尔质量；⑶水的摩尔蒸发热ΔvapHmΘ。解：(1)mB=WB/(MB·W水)=0.00222/(0.1101×0.1)=0.202mol·kg-1（2分）则水的沸点升高常数Kb为:Kb=ΔTb/mB=0.105/0.202=0.5207K·kg·mol-1（3分）(2)C物质的摩尔质量为:MC=Kb·WC/(ΔTb'·W水)=0.5207×0.00216/(0.107×0.1)=0.105kg.mol-1（2分）(3)∵Kb=R(TB*)2·M水/ΔvapHm∴ΔvapHm=R(TB*)2·M水/Kb=R·373.152·0.01802/0.5207=40063J.mol-1（3分）六、（10分）已知反应N2O2(g)===2NO(g)在333K，pΘ下达到平衡时，N2O2(g)有50%离解，在373K，pΘ下达到平衡时，N2O2(g)有79%离解。设反应的ΔCp=0，试计算：⑴反应的标准平衡常数KpΘ和离解热ΔrHmΘ；⑵在373K，pΘ下，反应的Kc。解：⑴设反应初始只有1mol的N2O2(g)，平衡分解率为α，则有：N2O2(g)===2NO(g)∑νB=1（1分）t=010t=te1-α2α平衡时体系中总物质量nT=1-α+2α=1+α（1分）又p=pΘ，则标准平衡常数KpΘ为：（2分）所以，T=333K时，（1分）T=373K时，（1分）由于ΔCp=0，所以由化学反应等压方程式得：（2分）222141)2()1(ppKnppKnpBT333.15.015.04221,pK641.679.0179.04222,pK11,2,122147.41457333.1641.6ln40373333314.8lnmolJmrppKKTTTRTH⑵399.216373314.8101325641.6)()(mmolBRTpKRTpKKppc（2分）T/KABxB→0.20.40.60.8T/KHGPDQMN①②③④⑤⑥a七、（12分）A、B二组元的凝聚态相图如下图所示。(1)请写出各相区稳定存在的相；(2)画出体系从M点降温至N点的步冷曲线示意图；(3)在体系从M点降温至N点的过程中，当体系点刚到a点时，体系中存在的是哪两相？请建共存两相的物质的量(n)之间的关系式。而在体系刚完成包晶反应时，体系中存在的又是哪两相？解：⑴每一相区1分，共6分。①A-B熔体单相区；②α固溶体(s)+熔体(l)的两相区；③α固溶体(s)单相区；④β固溶体(s)+熔体(l)的两相区；⑤α固溶体(s)+β固溶体(s)的两相区；⑥β固溶体(s)单相区。T/KABxB→0.20.40.60.8T/KHGPDQMN①②③④⑤⑥aT/K时间⑵坐标系1分，转折(3个)、平台(1个)各0.5分，共3分。T/KABxB→0.20.40.60.8T/KHGPDQMN①②③④⑤⑥aaPnQanls][][)()()()(PaaQxxnxxnls⑶共存相1分，关系式1分，共3分。体系温度刚降到a点时，体系中存在的两相是：β固溶体(s)+熔体(l)，两相物质的量的关系式满足杠杆规则，为或而在体系刚完成包晶反应时，体系中存在的两相是：α固溶体(s)+熔体(l)。T/KABxB→0.20.40.60.8T/KHGPDQMN①②③④⑤⑥a