2013年华南理工物化二考研试题及参考答案(工科)-完整

葛华才编.华南理工大学2013年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2013-10-211852华南理工大学2013年攻读硕士学位研究生入学考试试卷(请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回)科目名称：物理化学(二)适用专业：材料物理与化学，生物医学工程(专硕)，化学工程，化学工艺，生物化工，应用化学，工业催化，能源环境材料及技术，生物医学工程，化学工程(专硕)本卷满分：150分共3页说明：本套试题稍易！但亦有一定的难度和知识面，第10题计算总功和电功(非体积功)在以前出题中较少出现。葛老师已对试题作了少量规范化处理并完成解答。因此可能有不妥之处，欢迎用电子邮件告知，谢谢！更多信息请看主页：葛华才老师的邮箱：[e-mail]1.1mol单原子理想气体，始态为202650Pa,11.2dm3，经pT=常数的可逆过程压缩到终态为405300Pa。试求过程的Q，W，U，H，已知该气体的Cp,m=29.37J.K-1.mol-1。(12分)1.[解]：T1=p1V1/nR={202650×1.2×10-3/(1×8.315)}K=273.0K(1分)T2=p1T1/p2=(202650×273.0/405300)K=136.5K(1分)H=nCp,mT=1*29.37*(136.5-273)J=-4009J(2分)U=nCV,mT=1*(29.37-8.315)*(136.5-273)J=-2874J(2分)因pT=nRT2/V=常数，即T2/V=常数，微分得：2TdT/V-T2dV/V2=0,dV=2VdT/T(2分)所以W=Wr=222111d2d/2dVTTVTTpVpVTTnRT=-2nR(T2-T1)=-2*1*8.315*(136.5-273.0)J=2270J(2分)Q=U-W=(-2874-2270)J=-5144J(2分)2.绝热等压条件下，将温度为273K的一小块冰投入263K，100g的过冷水中，最终形成273K的冰水系统。解决下列问题：(1)求在此过程中的Q，H，S。(2)上述过程是否为可逆过程?通过计算说明。(3)若不加入一小块冰，此过程能否发生？为什么？冰起何作用？已知水相关的数据：fusHm(273K)=6.0kJ·mol-1，Cp,m(273K，l)=75.3J·K-1·mol-1Cp,m(273K，s)=37.2J·K-1·mol-1(15分)p1=202.65kPaV1=11.2dm3,T1p2=405.3kPaV2=?,T2pT=常数可逆葛华才编.华南理工大学2013年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2013-10-2122.[解]：(1)ΔH=Qp=0(绝热)(2分)ΔH=ΔH1(变温)+ΔH2(相变)=nCp，m(T2-T1)-nxΔfusHm=0100g×75.3J·K-1·mol-1×(273-263)K/18.0g·mol-1+nx(-6000J·mol-1)=0(2分)nx(l→s)=0.697mol(即12.55g)(2分)ΔS=ΔS1+ΔS2=nCp，mln(T2/T1)-nxΔfusHm/T=0.46J·K-10(2分)(2)因ΔS(绝)0,故过程是不可逆的(2分)(3)不加入冰，过程不可能发生，因水处于亚稳态。这里冰起晶种作用，催化相变过程。(5分)3.固态和液态UF4的蒸气压与温度的关系分别为：ln[p(s)/Pa]=41.67-(10.017×103K)/Tln[p(l)/Pa]=29.43-(5.900×103K)/T(1)试计算UF4三相点的温度和压力；(2)求UF4的正常沸点；(3)计算UF4三相点的摩尔熔化热及摩尔熔化熵；(4)计算由UF4三相点温度增加0.012K时，其压力变化多少？假设1mol液态UF4的体积比固体大0.0091dm3。(15分)3.[解]：(1)41.67-10.017103K/T=29.43-5.900103K/TT=336.356Kp(s)={exp[(41.67-10.017103K/T)]}Pa=145.66kPa(4分)(2)Tb=5.900103K/[29.43-ln(101.325103Pa/Pa)]=329.5K(2分)(3)因ΔvapHm=RT2[dln(p(l)/Pa)]/dT=49.05kJ·mol-1ΔsubHm=RT2[dln(p(s)/Pa)]/dT=83.28kJ·mol-1故ΔfusHm=ΔsubHm-ΔvapHm=34.23kJ·mol-1ΔfusSm=ΔfusHm/T=101.8J·K-1·mol-1(6分)(4)dp/dT=ΔfusHm/TΔVm，移项积分得：Δp=(ΔfusHm/ΔVm)ln(T2/T1)=(34230/9.1*10-6)ln(336.368/336.356)Pa=134.2kPa或近似Δp=(ΔfusSm/ΔVm)ΔT=(101.8/9.1*10-6)*0.012Pa=134.2kPa(3分)4、15℃时，0.5mol氢氧化钠在4.6mol水中形成溶液的蒸汽压为937Pa，纯水的蒸汽压为1700Pa。试解决下列问题：(1)该溶液中水的活度(以纯水为标准态)。(2)该溶液中水的化学势与纯水的化学势的差值。(3)估算该水溶液的凝固点温度。已知水的Kf=1.86K.kg.mol-1。(15分)4.[解]：设H2O为A。(1)aA=pA/pA*=937/1700=0.551葛华才编.华南理工大学2013年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2013-10-213(2)A=A-A*=RTlnaA=8.315*288.15*ln0.551kJ.mol-1=-1.428kJ.mol-1(3)Tf=Tf*-KfbB=0-1.86*0.5/(4.6*18.02/1000)℃=-11.2℃NaOH为强电解质，其浓度应算为离子浓度之和，这时Tf=Tf*-KfbB=0-1.86*(2*0.5)/(4.6*18.02/1000)℃=-22.4℃这表明，加入电解质更能显著降低水的凝固点。5.将氯苯用水蒸气蒸馏提纯，在100kPa压力下进行，冷凝后的水和氯苯完全不互溶，已知该系统的共沸点为92℃，氯苯在共沸点下的蒸气压为29kPa。试解决下列问题：(1)气相中氯苯的组成；(2)欲蒸出100kg纯氯苯，需要消耗多少水蒸气？氯苯的摩尔质量为112.5g·mol－1。(10分)5.[解]：(1)y氯苯=p氯苯/p=29kPa/100kPa=0.29(2)氯苯的摩尔质量为M=112.5g·mol－1，水的为18g·mol－1，因此蒸出100kg氯苯所需的水量为W氯苯/M氯苯：W水/M水=y氯苯：(1－y氯苯)W水=110010.2918kg112.50.29WyMMy氯苯氯苯水氯苯氯苯（）（）=39.2kg6.Au和Bi可形成一个不稳定的金属化合物Au2Bi，该化合物在650℃时分解，此时液相含Bi摩尔分数为0.65。将含Bi摩尔分数为0.86的溶液冷却到510℃时，同时析出Au2Bi和Bi混晶。已知Au和Bi的熔点分别为1336.15℃和544.52℃。(1)绘出Au-Bi系统的熔点-组成图。(2)在图中标明各区域的相态和三相线的相态。(3)分析各相区和三相线的自由度。(4)画出含Bi摩尔分数为0.5时的Au-Bi混合物的冷却曲线及对应的相态。(5)对含Bi摩尔分数为0.1时的Au-Bi混合物，加热到1400℃熔融后冷却，待冷却到660℃时分离出固体直接放入冷水中或将系统继续冷却得到固体，这两种固体是否不同?(15分)6.[解]：(1)见图。(2)见图。(3)F=C+1-P=3-P，单相区，F=2;两相区，F=1;三相线，F=0。(4)见图。葛华才编.华南理工大学2013年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2013-10-2140.00.20.40.60.81.0200400600800100012001400C(s)+l+Bi(s)Au(s)+C(s)+lC(s)+ll+Bi(s)C(s)+Bi(s)Au(s)+C(s)Au(s)+llEFQPDNMOAu2Bi(C)BiAut/oCxBiC(s)+Bi(s)C(s)+l+Bi(s)C(s)+lAu(s)+C(s)+llAu(s)+l(5)应该不同，前者得到纯Au，后者为Au与Au2Bi的混晶。7.反应(CH3)2CHOH(g)=(CH3)2CO(g)+H2(g)在457.4K时的K=0.36，在298K时的rmH=61.5KJ﹒mol-1。已知反应的热容变为△rCp,m=4.0J·K-1·mol-1且与温度无关。(1)试导出lnK与T的关系式。(2)求500K时反应的K。(15分)7.[解]：(1)当T=457.4K时rmrmr,m()(298K)(298K)pHTHCTrmrmr,m()(298K)ln(/298K)pSTSCTrmrmr,mrmr,m()(298K)(298K)[(298K)ln(/298K)]ppGTHCTTSCT(5分)将rmln/KGRT代入得rmr,mrmr,mln{(298K)(298K)[(298K)ln(/298K)]}/ppKHCTTSCTRT将数值代入有：ln0.36=-{61500+4.0*(457.4-298)-457.4*[rm(298K)S+4.0*ln(457.4/298)]}/(8.315*457.4)rm(298K)S=125.6J.K-1.mol-1故：lnK=-{61500+4.0*(T-298)-[125.6+4.0*ln(T/298K)]T}/(8.315T)=0.4811ln(T/298K)-7252.9K/T+14.62(5分)(2)当T=500K时，lnK=0.4811*ln(500/298)-7252.9/500+14.62=0.3632，即K=1.438(5分)葛华才编.华南理工大学2013年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2013-10-2158.对N2O5的恒温分解反应N2O5(g)→2NO2(g)+(1/2)O2(g)，实验表明反应物的分解分数与初压无关。(1)试求反应的级数。(2)433K时在恒容容器中最初引入纯的N2O5，3秒钟后容器压力增大一倍，求此时N2O5的分解分数和速率常数。(3)若在同样容器中改变温度在T2下进行，3秒钟后容器的压力增大到最初的1.6倍，已知活化能是103kJmol1。试求温度T2及反应的半衰期。(15分)8.[解]：(1)1级，因为分解分数与初压(浓度)无关。(2)设A表示N2O5，对于恒容反应，可直接用分压处理N2O5→2NO2+1/2O2t=0p000t=tpA2(p0pA)0.5(p0pA)可得:p总=0.5(5p03pA).........(3分)当p总=2p0时，pA=p0/3，A的分解率xA=(p0pA)/p0=66.7%.........(2分)1001A011lnln0.3662s3s(/3)ppktpp.........(2分)(3)当p总=3p0时，可得pA=0.6p0，........(1分)k2=(1/t)ln(p0/pA)=(1/3s)ln[p0/0.6p0]=0.1703s1.........(2分)得t1/2=ln2/k2=(ln2)/0.1703s1=4.07s.........(2分)由a212111ln()EkkRTT代入数据：1111120.1703s103000Jmol11ln()433K0.3662s8.315JKmolT得T2=421.7K..........(3分)9.对于反应H