2003年华南理工大学《物理化学》考研试题及参考答案(理工)

1华南理工大学2003攻读硕士学位研究生入学考试试卷物理化学部分(与化工原理合一门课程)(试题已由葛华才老师整理求解，有错请告知！)1.1mol水在100℃、101.325kPa下正常气化,已知水的正常蒸发焓为40.64kJ.mol1，求此过程的Q、W、U、H、S、G。(15分)解：Q=H=nVapHm=1mol×40.64kJ.mol1=40.64kJ(注：若题目未给出蒸发焓，可以不算出数值)S=H/T=40.64kJ/373.15K=108.9J.K1（可逆相变过程）G=0W=p[V(g)V(l)]≈pV(g)=nRT=1mol×8.3145J.K1.mol1×373.15K=3103JU=Q+W=40.64kJ3103J=37.54kJ2.已知反应2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)温度为50℃、100℃时系统的平衡总压分别为3950Pa、96300Pa。设反应的rHm与温度无关，试求：(1)计算50℃时该反应的K、rGm。(2)计算该反应的rHm。(3)计算NaHCO3(s)的分解温度。(15分)解：(1)设平衡总压为p，则2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)平衡p/2p/2K=p[H2O(g)]p[CO2(g)]/p2=(p/p)2/4=(3950Pa/100000Pa)2/4=0.0003901rGm=RTlnK=8.3145J.K1.mol1×323.15K×ln(0.0003901)=21089J.mol1(2)T’=373.15K时，K=(p’/p)2/4=(96300Pa/100000Pa)2/4=0.2318rHm=[RT’T/(T’T)]ln(K’/K)=[8.3145J.K1.mol1×373.15K×323.15K/(373.15K323.15K)]×ln(0.2318/0.0003901)=128075J.mol1=128.1kJ.mol1(3)若分解温度即为平衡总压p=101325Pa时对应的温度T”，此时K=(p”/p)2/4=(101325Pa/100000Pa)2/4=0.25672利用等压方程ln(K”/K)=(rHm/R)(1/T1/T”)即ln(0.2567/0.0003901)=(128100kJ.mol1/8.3145J.K1.mol1)(1/323.15K1/T”)T”=374.06K3．硫酸在常压下与水可形成3种水合物，其相图如右。(1)指出三个水合物的组成。已知硫酸和水分子的相对质量分别为98、18。(2)指出各区和三相线的相态和自由度。(3)生产过程中用管道输送液态硫酸，若是98%的浓硫酸，会不会出现问题？若是93%的浓硫酸，又会如何？(15分)答：(1)组成分别为H2SO4.4H2O(C)、H2SO4.2H2O(D)、H2SO4.H2O(E)。(2)在常压下，硫酸与水的相图看起来似乎复杂，实际上很简单，是H2O—H2SO4.4H2O、H2SO4.4H2O—H2SO4.2H2O、H2SO4.2H2O—H2SO4.H2O、H2SO4.H2O—H2SO4固相完全不互溶的相图的组合，因此各区和三相线的相态很容易确定，自由度为F=C－P+1=3－P，具体相态（L为液体，S为固体）和自由度数值见下表：相区IIIIIIIVVVIVII相态L冰+LL+C(s)冰+C(s)C(s)+LL+D(s)C(s)+D(s)自由度2111111相区VIIIIXXXIXIIXIII相态D(s)+E(s)E(s)+LD(s)+LE(s)+LL+B(s)E(s)+B(s)自由度111111三相线的相态（F=0）三相线FGHJKLMNOPQR相态冰+L+C(s)L+C(s)+D(s)L+D(s)+E(s)L+E(s)+B(s)(3)从相图上可知道，98%的浓硫酸在温度降至0℃左右时会产生固体硫酸，影响管道输送，所以冬天时将无法输送。对于93%的浓硫酸，其凝固点约－35℃，一般的室温都高于此温度，故用管道输送时将不会因产生固体而堵塞管道的问题。020406080100-80-60-40-20020EDCQPOMNLKJRHGFXIIIXIIXIXIXVIIVIIIVIVIVIIIIIIH2SO4(B)H2O(A)t/℃%(质量)H2O－H2SO4系统的相图34.298K时，已知反应2Hg(l)+2AgCl(s)→Hg2Cl2(s)+2Ag(s)的rGm=201.88kJ.mol1,E(Ag+/Ag)=0.799V，Ksp(AgCl)=1.76×1010。(1)将反应设计成电池并计算出该电池的标准电动势。(2)计算E[AgCl(s)/Ag,Cl]。(3)若该电池电动势的温度系数(∂E/∂T)p=1×104V.K1，计算该电池反应的rSm、rHm、Qr。(15分)解：(1)正极：2AgCl(s)+2e→2Ag(s)+2Cl负极：2Hg(l)+2Cl→Hg2Cl2(s)+2e电池:Hg(l)|Hg2Cl2(s)|Cl(a)|AgCl(s)|Ag电动势E=rGm/zF=(201880J.mol1)/(2×96500C.mol1)=1.046V(2)将反应AgCl(s)→Ag++Cl设计成电池：正极：AgCl(s)+e→Ag(s)+Cl负极：Ag(s)→Ag++e电池：Ag(s)|Ag+|Cl|AgCl(s)|Ag(s)E=RTlnK/zF=RTlnKsp/zF=E[AgCl(s)/Ag,Cl]E[Ag+/Ag]E[AgCl(s)/Ag,Cl]=E[Ag+/Ag]+RTlnKsp/zF={0.799+0.05916×ln(1.75×1010)}V=0.222VrSm=zF(∂E/∂T)p=2×96500C.mol1×1×104V.K1=19.3J.K1.mol1Qr=TrSm=298.15K×19.3J.K1.mol1=5754J.mol1rHm=rGm+TrSm=rGm+Qr=201.88kJ.mol1+5754J.mol1=196.1kJ.mol15.某溶液含有NaOH和CH3CO2C2H5，浓度均为0.0100mol.dm3。298.2K时，反应经600s有39.0%的CH3CO2C2H5分解；而在308.2K时，反应经600s有55.0%的分解。已知该皂化反应为二级反应。(1)求反应在两种温度下的速率常数。(2)求反应的活化能。(3)计算288.2K时的速率常数(4)计算288.2K时600s能分解多少?(15分)解：(1)反应为NaOH＋CH3CO2C2H5→CH3CO2Na+C2H5OH4该反应为二级且初浓度相同，故有－dcA/dt=kcA2,cA=cA0(1x),积分后得k=(1/t)(1/cA1/cA0)=x/tcA0(1x)298.2K时，k=0.390/[600s×0.0100mol.dm3×(10.390)]=0.107mol1.dm3.s1308.2K时，k’=0.550/[600s×0.0100mol.dm3×(10.550)]=0.204mol1.dm3.s1(2)Ea=RTT’ln(k’/k)/(T’T)=8.3145J.K1.mol1×298.2K×308.2K×ln(0.204/0.107)/(308.2K298.2K)=49.3kJ.mol1(3)288.2K时的速率常数k”:ln(k”/k)=Ea(T”T)/RTT”ln(k”/0.107mol1.dm3.s1)=49300J.mol1×(288.2K298.2K)/(8.3145J.K1.mol1×298.2K×288.2K)k”=0.0537mol1.dm3.s1(4)x=1/(1+1/ktcA0)=1/[1+1/(0.0537mol1.dm3.s1×600s×0.0100mol.dm3)]=0.244=24.4%6.某液体的表面张力与温度的关系如下：/(103N.m1)＝21.50－0.086(t/℃)今将该液体在80℃及101325Pa下等温可逆分散成球形小液滴，计算：(1)小液滴半径为1.00×107m时的附加压力。(2)该小液滴的饱和蒸气压。(3)若将半径为1.00×107m的毛细管插入该液体中，已知润湿角为20°，则管中液面将上升多少？已知80℃及101325Pa时该液体的密度为882kg.m3，摩尔质量为74×10－3kg.mol1，不考虑分散度对表面张力的影响。(15分)解：(1)80℃时的表面张力/(103N.m1)＝21.50－0.086×80=14.62p=2/r=2×14.62×103N.m1/1.00×107m=2.924×105Pa(2)由开尔文公式RTln(pr/p)=2M/r8.3145J.K1.mol1×353.15K×ln(pr/101325Pa)=2×14.62×103N.m1×74×10－3kg.mol1/(882kg.m3×1.00×107m)pr=102175Pa5(3)p=2/r＝2cos/r’=ghh=2cos/gr’=2×14.62×103N.m1×cos20°/(882kg.m3×9.80m.s2×1.00×107m)=31.8m7(1)10cm3、0.02mol.dm3AgNO3溶液，缓慢地滴加到60cm3、0.003mol.dm3的KBr溶液中，可制得AgBr溶胶，写出其胶团结构的表示式，并指出该溶胶的电泳方向。(2)对上溶胶，比较加入电解质CaCl2、NaCl、Na2SO4、Na3PO4的聚沉能力(10分)解：(1)该系统AgNO3过量，起稳定剂作用，其胶团结构如下：胶粒带正电，电泳时往正极移动。(2)胶粒带正电，加入电解质起聚沉作用的主要是负离子的价态，价态越高，聚沉能力越强；对相同价态的负离子，正离子起消弱聚沉作用，且价态越高，消弱作用越强，所以聚沉能力如下：CaCl2NaClNa2SO4Na3PO4[(AgBr)mnAg-.(n-x)NO3-]x+.xNO3-胶核胶粒滑动面胶团6华南理工大学2003攻读硕士学位研究生入学考试试卷科目名称：化工原理适用专业：纸浆造纸工程、制糖工程、环境工程一．填空(在括号内填入适当的文字)(40分)1.流量计安装时，孔板流量计可以在()方向安装，转子流量计()方向安装，流体流动方向应取()。2.图示，流体在园管中自上而下流动，通过l段的摩擦阻力损失为h∫ab，压强差为△pab，指示液高度为R1，若流量及其他条件都不变，使流体自下而上流动通过该l段，则改变流动方向后的阻力损失h∫ba与改变前h∫ab的关系为()，改变后的压强差△pba与改变前的△pab关系为()。改变前R1与改变后R2()。3.当流体的温度升高时，离心泵的安装高度()；流量不变，当吸入管的管径减少时，离心泵的安装高度()。4.固体颗粒在一长方体的沉降室中沉降，沉降过程符合stocks定律；气体的处理量不变，若在沉降室的1/2高度处加一与沉降面积相同的隔板，此时该沉降室能沉降最小颗粒的直径是原来的()倍。5.一台转筒真空过滤机，其他条件不变，提高真空度，不利于提高生产能力()；提高悬浮液的温度，有利于提高生产能力()；增加浸没度，有利于提高生产能力()；6.为了减少保温瓶的热损失，在瓶胆的夹层中抽真空是为了减少()形式的热损失；在瓶胆的夹层中镀水银是为了减少()形式的热损失；7.在大容器内饱和液体沸腾时，影响沸腾状态的主要因素是()；工业生产中一般总是设法液体沸腾控制在()状态下操作。78.理想物系，平衡时测得气相组成是液相组成的两倍。若将含轻组分50％的该物系进行平衡蒸馏分离，控制液化率50％，分离后馏出物轻组分浓度是原料含轻组分浓度的()倍。9.蒸