04~05学期物化期末试卷AB答案

福建农林大学考试试卷（A）卷2004——2005学年第一学期课程名称：物理化学考试时间2005-1-13轻化、材料专业03年级班学号姓名题号一二三四五六七八九十总得分得分评卷人复核人得分评卷人一、名词解释（每小题3分，共24分）可逆过程物质的标准态固溶体偏摩尔体积理想液态混和物标准摩尔生成吉布斯函数变熵增加原理可逆过程：在无限接近平衡的条件下进行变化的过程称为可逆过程，当沿其逆过程进行时，物系和环境都可以完全恢复。物质的标准态：在压强为Pθ、温度为T的纯物质为物质的标准态。若为气体则还需具有理想气体性质。固溶体：以分子、原子或离子的形式分散的均匀固态混合物。偏摩尔体积：在温度、压强和其他组成一定的条件下，增加1molB物质对体系总体积的贡献。理想液态混和物：在全部浓度范围内各组分都符合拉乌尔定律的液态混合物。标准摩尔生成吉布斯函数变：在温度为T的标准态下，由最稳定态的单质生成1mol化合物B的过程的吉布斯函数变。熵增加原理：隔离系统的熵永不减少。或说，自发变化时，隔离系统的熵总是趋于增加的，当系统达到平衡时，熵值达最大。得分评卷人二、计算题二、某双原子分子的理想气体4mol，从始态p1=50kPa，V1=160dm3经绝热可逆压缩到末态压力p2=200kPa。求末态温度T2及过程的W，ΔU，ΔH。（12分）解：T1=P1V1/nR=50kPa*160dm3/(4mol*8.314J/mol·K)=240.53K已知CP,m=3.5RKKTPPTmPCR43.35753.240500200721122,…………………….(4分)因为理想气体的内能、焓只是温度的函数，所以有ΔU=nCV,m(T2–T1)=4mol*2.5*8.314J/mol·K*(357.43–240.53)K=9.72kJ因为Q=0W=9.72Kj…………………….(5分)ΔH=nCP,m(T2–T1)=4mol*3.5*8.314J/mol·K*(357.43–240.53)K=13.608kJ……………………………..（3分）三、已知25℃时乙醇（C2H5OH，l）的ΔcHmθ（C2H5OH，l）=-1366.8kJ/mol，求乙醇在25℃时ΔfHmθ（C2H5OH，l）。附25℃时ΔfHmθ（CO2，ｇ）=-393.51kJ/mol，ΔfHmθ（H2O，l）=-285.83kJ/mol。（6分）解：C2H5OH(l)+3O2(g)=====2CO2(g)+3H2O(l)298.15K时ΔCHmθ(C2H5OH)=2ΔfHmθ(CO2(g))+3ΔfHmθ(H2O(l))-ΔfHmθ(C2H5OH)ΔfHmθ(C2H5OH)=[2*(393.51)+3*(-285.83)–(-1366.8)]kJ/mol=-277.71kJ/mol四、已知在100kPa下冰的熔点为0℃，比熔化热Δfush=333.3J/g。过冷水和冰的质量定压热容（比定压热容）分别为cp=4.184J/g·K和cp=2.000J/g·K。求在100kPa及-10℃下1kg的过冷水凝固成冰时过程的Q，ΔS及隔离系统的熵变ΔSiso。要求写出设计成的可逆途径的框图。（15分）解：(3分)T1=263.15K1KgH2O(l)T1=263.15K1KgH2O(s)T1=273.15K1KgH2O(l)T1=273.15K1KgH2O(s)ΔH,ΔS=?ΔH1,ΔS1ΔH2,ΔS2ΔH3,ΔS3QP=ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=mcP(l)(T2-T1)–mΔfush+mcP(s)(T2-T1)=1000g*[(-333.3)+(4.184–2.000)*10]J/g=-311.46kJ（4分）ΔS=ΔS1+ΔS2+ΔS3=mcP(l)ln(273.15/263.15)–mΔfush/273.15K+mcP(s)ln(263.15/273.15)=-1.139KJ/K（4分）ΔS环=-ΔH/T环=311.460KJ/263.15K=1.184KJ/KΔSiso=ΔS+ΔS环=45J/K（4分）五、化学反应如下：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）(1)利用下表中各物质的Smθ、ΔfHmθ数据，求上述反应在25℃时的ΔrSmθ和ΔrGmθ。(2)利用下表中各物质的ΔfGmθ数据，计算上述反应在25℃时的ΔrGmθ。(3)25℃时，若始态CH4（g）和CO2（g）的分压均为150kPa，末态CO（g）和H2（g）的分压均为50kPa，求反应的ΔrSm，ΔrGm。（15分）(标准压力，25℃下)物质CH4CO2COH2ΔfHmθ/kJ/mol-74.81-393.509-110.5250Smθ/J/mol·K186.264213.74197.674130.684ΔfGmθ/kJ/mol-50.72-394.359-137.1680解：（1）ΔrHmθ=ΣνBΔfHmθ(B)=-247.269kJ/molΔrSmθ=ΣνBSmθ(B)=（197.647*2+130.684*2-186.264-213.74）J/mol·K=256.712J/mol·KΔrGmθ=ΔrHmθ–TΔrSmθ=170.703kJ/mol（5分）(2)ΔrGmθ=ΣνBΔfGmθ(B)=[-2*137.168–(-50.72)–(-394.359)]kJ/mol=170.743kJ/mol（5分）(3)设计框图如右ΔSm=ΔSm，1+ΔrSmθ+ΔSm，2=2Rln150/100+ΔrSmθ+4Rln50/100CH4（g）+CO2（g）======2CO（g）+2H2（g）298K,pθCH4（g）+CO2（g）======2CO（g）+2H2（g）150KPa(始态)50KPa(终态)=286.507J/mol·K因为反应体系为理想气体，ΔrHm=ΔrHmθΔrGm=ΔrHm-TΔSm=161.860kJ/mol（5分）六、（13分）60℃时甲醇的饱和蒸气压是83.4kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0kPa。二者可形成理想液态混合物。（1）若混合物的组成为二者的质量分数各50﹪，求60℃时此混合物的液相组成、平衡蒸汽组成（以摩尔分数表示）。（2）画出甲醇—乙醇系统的p-组成相图的大致形状，要求图中标有题给数据和（1）中的计算结果、各相区的平衡相态，说明各条线所代表的物理意义。解：1）x乙=n乙/(n乙+n甲)=50/46÷(50/46+50/32)=0.410P乙=p乙*x乙=19.27KPaP甲=p甲*x甲=49.206KPa（3分）y乙=p乙/(p乙+p甲)=0.282y甲=1-y乙=0.718（3分）2)（7分）七、（15分）工业上用乙苯脱氢制苯乙烯C6H5C2H5（g）====C6H5C2H3（g）+H2（g）设该反应在900K下进行，Kθ=1.51。分别计算下述三种情况下乙苯的平衡转化率α。（1）反应压力为常压100kPa；（2）抽真空使反应系统压力为10kPa；甲醇乙醇0．5900．718气相线83.4p/KPa47.0lg液相线L+g（3）反应压力为100kPa，但反应初人为地使原料气中水蒸气与乙苯蒸气的物质的量的比为10：1。解：C6H5C2H5（g）====C6H5C2H3（g）+H2（g）+H2O(g)t=01mol000平衡时nB/mol1-αααn=1+α平衡时pBp1-1p1p1K=1.51=PPPPPP222111)1(（3分）当P=100KPa时221=1.51α=77.6%（4分）当P=10KPa时221=15.1α=96.8%（4分）当n(H2O)=10moln=(11+α)molK=1.51=PPPPPP22210-11111)11(（4分）α=95.0%福建农林大学考试试卷（B）卷2004——2005学年第一学期课程名称：物理化学考试时间2005-2-轻化、材料专业03年级班学号姓名题号一二三四五六七八九十总得分得分评卷人复核人得分评卷人一、名词解释（每小题3分，共24分）一、名词解释：物理化学物质的标准态状态函数标准摩尔生成焓化学势热力学第三定律恒沸物恒压摩尔热容物理化学：通过研究化学现象与物理现象之间的联系，探讨化学变化最普遍性一般规律的科学。物质的标准态：在压强为Pθ、温度为T的纯物质为物质的标准态。若为气体则还需具有理想气体性质。状态函数：描述系统状态的所有物理量。标准摩尔生成焓：在温度为T的标准态下，由热力学最稳定态的单质化合生成1mol物质B的焓变。化学势：即偏摩尔吉布斯函数，在温度、压强和其他组成一定的条件下，增加1molB物质对体系摩尔吉布斯函数的贡献。热力学第三定律：在绝对0K时，纯物质的完美晶体的熵为0。恒沸物：有恒定沸点的液态混合物。恒压摩尔热容：在无相变、无化变、恒压的条件下，11molB物质温度升高1K所需吸收的热。得分评卷人二、计算题二、（15分）2mol某理想气体，Cp,m=7/2R，由始态100kPa，50dm3，先恒容加热使压力升高至200kPa，再恒压冷却使体积缩小至25dm3。求整个过程的W，Q，ΔU和ΔH。（要求画出过程变化，第三、五题同）解:因为是理想气体,且P1V1=P2V2∴T1=T2ΔU=ΔH=0W=W13+W32=0–P2(V2-V3)=–P2(V2-V1)=5000JQ=-W=-5000J(每答案3分,框图3分)三、（15分）蒸气锅炉中连续不断地注入20℃水，将其加热并蒸发成180℃、饱和蒸气压为1.003Mpa的水蒸气。求每生产1kg水蒸气所需要的热量。已知：水在100℃的摩尔蒸发焓ΔvapHm(373.15K)=40.668kJ/mol，水的平均摩尔定压热容Cp,m(H2O,l)=75.32J/mol·K，水蒸气的Cp,m(H2O,g)/J/mol·K=29.16+14.49*10-3(T/K)-2.022*10-6(T/K)2。解:因为为恒压无其它功的过程,QP=ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3ΔH1=nCP,m(l)*80K=334.8KJΔH2=nΔvapHm=2260KJPV23120℃水1.003MPa100℃水1.003MPa100℃水蒸汽1.003MPa180℃水蒸汽1.003MPaΔH1ΔH2ΔH3ΔH3=可可453373,)(dTgnCmP=n[(29.16(453-373)+0.5*14.49*10-3(4532-3732)–1/3*2.022*10-6(4533-3733))J=51.2JQP=ΔH=2.746KJ(每答案3分,框图3分)四、（12分）已知298.15K,CO(g)和CH3OH(g)的ΔfHmθ分别为-110.52kJ/mol和-200.7kJ/mol,CO(g),H2（g）,CH3OH(g)的Smθ分别为197.67J/mol·K,130.68J/mol·K及239.8J/mol·K。求298.15K时，下列反应的ΔrGmθ及Kθ。该反应的理论得率如何？有可行性吗？CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔrHmθ=ΣνBΔfHmθ(B)=(-200.7+110.52)kJ/mol=-90.18kJ/mol…(3分)ΔrSmθ=ΣνBSmθ(B)=（239.8–197.67-130.684*2）J/mol·K=-219.23J/mol·K(3分)ΔrGmθ=ΔrHmθ–TΔrSmθ=(-90180+219.23*298.15)J/mol=-24.82kJ/mol(2分)LnKθ=-ΔrGmθ/RT=10.01Kθ=2.23*104…………………………..(2分)因为Kθ较大，反应可以进行的较为完全，该反应具有可行性。…………(2分)五、（8分）已知298.15K时液态水的标准摩尔生成吉布斯函数ΔfGmθ(H2O,l)=-237.129kJ/mol，水在298.15K的饱和蒸气压p=3.1663kPa。求298.15K时水蒸气的标