华南理工大学2015年研究生入学考试物理化学(工科)试卷以及答案

852华南理工大学2015年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，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：生物医学工程；材料物理与化学；生物医学工程(专业学位)；化学工程；化学工艺；生物化工；应用化学；工业催化；能源化学工程；化学工程(专业学位)共4页第1页1.400K时1mol的O2(g)经绝热可逆过程从10dm3压缩到5dm3，然后再经等温可逆膨胀使体积复原，求该过程的W、Q、U和H。氧气设为理想气体，其恒容摩尔热容为2.5R。(15分)2.1mol25℃的水在恒定100kPa下变为150℃的水蒸气，求过程的W、Q、U、H、S和G。已知水和水蒸气的平均恒压摩尔热容分别为75.29和33.58J.K-1.mol-1，水在100℃时的摩尔蒸发焓为40.637kJ.mol-1(近似为100kPa)，25℃时水的标准摩尔熵为69.91J.K-1.mol-1，水蒸气可近似为理想气体。(15分)3.某滨海区的地下水中，含可溶性盐以氯化钠为主。用凝固点下降测得地下水的冰点为271.85K。(1)问该滨海区地下水含氯化钠的摩尔分数为多少?(2)该地区的水与纯水化学势的差值为多少?(3)300.15K时，利用反渗透装置对该盐水进行反渗透淡化水，在盐水端至少需加多大压力?设外压为101kPa。已知水的凝固点下降常数为1.86K.kg.mol-1，水的摩尔质量为0.01802kg.mol-1。(15分)第2页4.Mg和Pb二组分凝聚系统相图见下。(1)Mg和Pb形成的化合物是稳定还是不稳定的？其组成如何？(2)请指出图中1~8区域的相态。(3)请指出图中相区3和5的相数和自由度数。(4)图中自由度数为0的线有多少条？(5)绘制图中点a和b的冷却曲线。(6)系统从a点(x=0.2)下降到f点时，各组分的组成大致为多少?(7)从该二组分系统中能否得到纯金属Pb或Mg?(15分)5.乙醇和水的沸点组成图为典型的具有最大正偏差的系统相图，恒沸点的组成为乙醇的重量比为95.6%，温度为78.1℃。已知常压下乙醇的沸点为78.4℃。试绘制常压下乙醇和水的相图草图，标明各区域的相态。如果系统的组成为重量含乙醇40%的水溶液，精馏后将得到什么组分?试解释之。(10分)第3页6.某化合物在557K分解时的反应速率常数为0.033s-1，反应活化能为144.3kJ.mol-1。(1)求该反应的级数和半衰期。(2)若起始浓度为0.6mol.dm-3，求反应至浓度为0.2mol.dm-3时所需的时间。(3)欲控制反应在10min内转化率达90%，反应温度应控制在多少度？(4)求阿伦尼乌斯常数中的指前因子k0(或A)。(15分)7.反应H2+Cl2→2HClCl2+M1k2Cl+M(1)Cl+H22kHCl+H(2)H+Cl23kHCl+Cl(3)2Cl+M4kCl2+M(4)试证明速率方程为d[HCl]/dt=k[H2][Cl2]0.5，其中k=2k2(k1/k4)0.5。(10分)8.在101.325kPa外压和100℃的水中产生一个半径为1m的小气泡。已知该温度下水的表面张力为0.05885N.m-1，密度为1000kg.m-3，饱和蒸气压为101.325kPa，摩尔质量为0.01802kg.mol-1。试求：(1)小气泡内水的附加压力。(2)小气泡内水的饱和蒸气压。(3)小气泡内的压力，并判断气泡能否溢出液面?(15分)第4页9.设反应C2H2(g)+H2(g)→C2H4(g)为理想气体反应，已知298K时C2H2(g)、H2(g)、C2H4(g)的标准摩尔燃烧焓分别为-1299.6、-285.83、-1411.0kJ.mol-1；C2H2(g)和C2H4(g)的标准摩尔生成吉布斯函数分别为209.2和68.15kJ.mol-1。试解决如下问题：(1)该反应在298K的常压下能否进行?(2)该反应的焓变？(3)设反应在298K的封闭容器中进行且开始时两反应物的分压均为100kPa，平衡时产物的分压为多少?(4)反应升温或降压对转化率的影响如何?(15分)10.电池Ag|AgCl(s)|KCl(aq.)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)在298K时的电动势为0.0455V，电池电动势的温度系数(/)pET为3.38×10-4V.K-1。解决下列问题：(1)写出正负极及电池反应。(2)计算电池反应的rSm，rHm和rGm。(3)可逆放电时的热效应。(4)反应在非电池即普通容器中常压下进行时的热效应。(15分)11.可用设计电池测定电池电动势的方法测定AgBr的溶度积Ksp，请简要说明之。(10分)葛华才编.华南理工大学2015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：2015-12-111852华南理工大学2015年攻读硕士学位研究生入学考试试卷（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，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：生物医学工程；材料物理与化学；生物医学工程(专业学位)；化学工程；化学工艺；生物化工；应用化学；工业催化；能源化学工程；化学工程(专业学位)本卷满分：150分说明：本套试题偏易！葛老师已对试题作了少量规范化处理并完成解答，未参考标准答案。因此可能有不妥或错误之处，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]1.400K、1mol的氧气经绝热可逆过程从10dm3压缩到5dm3，然后再经等温可逆膨胀使体积复原，求该过程的W、Q、U和H。氧气可视为理想气体，其恒容摩尔热容为2.5R。(15分)解：据题意，氮气的状态变化框图如下：U=2657J，H=3719J，Q=3042J，W=-385J2.1mol25℃的水在恒定100kPa下变为150℃的水蒸气，求过程的Q、W、U、H、S和G。已知水的Cp,m(l)=75.29J·K-1·mol-1，水蒸气的Cp,m(g)=33.58J·K-1·mol-1，水在100时的摩尔蒸发焓为40.637kJ·mol-1(近似为100kPa)，25℃时的标准摩尔熵为69.91J·K-1·mol-1，水蒸气可看近似为理想气体。(15分)解：据题意，在恒定100kPa下1mol水的状态变化框图如下：H=47.963kJ，S=130.0J·K-1，Qp=H=47.963kJ，U=44.445kJ，W＝-3.518kJ，G=-15.78kJ考虑到实际加热水的过程与上框图类似，分步计算各过程的Q和W再累加，亦可认为正确。当然Q和W是过程量，应与实际过程有关。3.某滨海区的地下水中，含可溶性盐以NaCl为主。用凝固点下降测得地下水的冰点为271.85K。(1)问该滨海区地下水含NaCl的摩尔分数为多少？T1=400KV1=10dm3T2=?V2=5dm3T3=T2V3=10dm3绝热可逆等温可逆t1=25℃H2O(l)(1)t2=100℃H2O(l)t2=100℃H2O(g)t3=150℃H2O(g)(3)(2)葛华才编.华南理工大学2015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：2015-12-112(2)该地区的水与纯水化学势的差值为多少？(3)300.15K时，利用反渗透装置对该盐水进行反渗透淡化水，在盐水端至少需加多大压力?设外压为101kPa。已知水的凝固点下降常数为1.86Kkgmol-1，水的摩尔质量为0.01802kg.mol-1。(15分)答案：b=0.3495mol·kg-1，x(H2O)=0.9937；(H2O)=-15.77J·mol-1最小压力=1846kPa4.Mg和Pb二组分凝聚体系相图如下：(1)Mg和Pb可以形成稳定化学物，其组成如何？(2)请写出图中1~8区域的相态；(3)请指出图中3,5区域的相数和自由度数；(4)图中自由度为零的线有多少条？(5)在右边的温度-时间图上画出系统从a、b点降温的歩冷曲线；(6)系统从a点(x=0.2)下降到f点时，各组分的组成大致为多少？(7)从二组分系统中能否得到纯金属Pb或Mg?(15分)参考答案：（1）化合物C为Mg0.4Pb0.6;（2）1-8区域的相态分别为Mg(s)+α，l+α，l，l+C(s)，α+C(S)，C(s)+l，l+Pb(s)，C(s)+Pb(s)；（3）3,5区域的相数分别为1和2；3,5区域的自由度数分别为2,1。（4）2条；（5）略；（6）液体l中，x=0.2；α相中x≈0.05.（7）控制在第7区进行固液分离即可得到纯金属Pb；因为无纯金属Mg相关相区，所以无法得到纯金属Mg。5.乙醇和水的沸点组成图为典型的具有最大正偏差的系统相图，恒沸点的组成为重量比95%的乙醇与5%的水，温度为78.1℃。乙醇和水常压下沸点分别为78.4℃和100℃，试画出相图草图，葛华才编.华南理工大学2015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：2015-12-113并标明各区域相态。如果系统的组成为60%的乙醇，精馏后得到什么？试解释说明。(10分)参考答案：(1)02040608010060708090100110l+gH2Ot/oCw(%)C2H5OHgll+g(2)得到纯水和含95%乙醇的恒沸混合物。6．某化合物在557K分解时的反应速率常数为0.033s-1，反应活化能为144.3kJ·mol-1。(1)求该反应的级数和半衰期；(2)若起始浓度为0.6mol·dm-3，求反应至浓度为0.2mol·dm-3时所花的时间；(3)欲控制反应在10min内转化率达90%，反应温度应控制在多少度？(4)求阿仑尼乌斯关系式中的指前因子k0(或A)。(15分)解:(1)一级；t1/2=21(s)；(2)t=33.3s；(3)T2=520K；(4)k0=1.12×1012s-17.反应H2+Cl2→2HCl的链反应机理如下：.2..2..2.21Cl+M2Cl+M(1)2Cl+HHCl+H(2)3H+ClHCl+Cl(3)42Cl+MCl+M(4)kkkk试证明速率方程为d[HCl]/dt=k[H2][Cl2]1/2,其中：k=2k2(k1/k4)1/2。(10分)证明：可参看教材。8.在101.325kPa外压，100℃的水中产生一个半径为10-5m的小气泡。已知该温度下水的表面张力为0.05885N·m-1，密度1000kg·m-1，饱和蒸气压为101.325kPa，摩尔质量为0.018.02kg·mol-1。试求：（1）小气泡内水的附加压力；（2）小气泡内水的饱和蒸气压；（3）小气泡内的压力，并判断气泡能否溢出液面。(15分)解：（1）p=-11770Pa；（2）pr=101.315kPa；（3）气泡不能溢出液面。9.设反应C2H2(g)+H2(g)＝C2H4(g)为理想气体反应，，已知298K葛华才编.华南理工大学2015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：2015-12-114时C2H2(g)、H2(g)、C2H4(g)的标准摩尔燃烧焓分别为-1299.6、-285.83、-1411.0kJ.mol-1；C2H2(g)和C2H4(g)的标准摩尔生成吉布斯函数分别为209.2和68.15kJ.mol-1。试解决如下问题：(1)298K下该反应在常压下能否进行？(2)该反应的焓变？(3)设反应在298K的封闭容器中进行且开始时两反应物的分压均为100kPa，平衡时产物的分压为多少?(4)反应升温或降压是否有利?(15分)解：(1)rmΔG(298K)＝kJ·mol10,可以进行。(2)rmΔH=kJ·mol10,放热。(3)K＝5.269×1024，p=100kPa（3分）(4)升温不利；加压有利10.电池Ag|AgCl(s)|KCl(aq.)|Hg2C