2007-2008物理化学B试卷(附标准答案)

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西北第二民族学院试卷(答案)
说明：学生可带热力学公式表和计算器
一、选择题（每空一分，共20分）
1．隔离系统理想气体由状态1自由膨胀至状态2，作为该过程自发性判据的量是（ 2 ）。

⑴ △A ⑵ △S ⑶ △G ⑷ △U 2．影响化学反应标准平衡常数数值的因素为（ 2 ）。

⑴ 浓度 ⑵ 温度 ⑶ 压力 ⑷ 惰性气体 3．一定温度下，将纯NH 4HS(s)置于抽空的容器中，NH 4HS(s)发生分解， NH 4HS(s)=NH 3(g)+H 2S(g),测得平衡时系统总压为p $，则标准平衡常数
为（ 3 ）。

⑴ 1
2
()4
p $ ⑵
14
p $ ⑶ 14 ⑷
12()2
p $ 4．物质A 和B 形成低恒沸混合物E ，已知纯A 的沸点小于纯B 的沸点，若将任意比例的A+B 混合物在一精馏塔中精馏，在塔顶的馏出物质是（ 3 ）。

⑴ 纯A ⑵ 纯B ⑶ 低恒沸混合物 ⑷ 都有可能 5．在.αβ相中含A 、B 两种物质，当达平衡时，正确的是（ 2 ）。

⑴A B ααμμ= ⑵A A αβμμ= ⑶A B αβμμ= ⑷A B ββμμ=
6．碘2I ()s 在指定温度的饱和蒸气压下升华为碘蒸气2I (g)，此过程的Q （ 1 ）；W ( 3 ); △U ( 1 ); △H ( 1 ); △S ( 1 ); △G ( 2 )。

⑴ > 0 ⑵ = 0 ⑶ < 0 ⑷ 不能确定
7．在101.325kPa 的大气压下，将蔗糖在水中的稀溶液缓慢地降温，首先析出的为纯水，相 对纯水而言，加入蔗糖将出现：蒸汽压（ 2 ）；沸点（ 1 ）；凝固点（ 2 ）。

⑴ 升高 ⑵ 降低 ⑶ 不变 ⑷ 无一定变化规律 8．在封闭系统内发生的任何绝热过程的△S （ 4 ）。

⑴ > 0 ⑵ < 0 ⑶ = 0 ⑷ ≥ 0 9．一定量的理想气体绝热下向真空膨胀，△S （ 1 ）；△U （ 3 ）；△H ( 3 ) ；Q ( 3 ) W ( 3 ) 。

⑴ > 0 ⑵ < 0 ⑶ = 0 ⑷ 不确定
二．填空题（每空1分，共20分）
1．理想气体定温可逆膨胀过程中，W <0 , Q > 0 , △U = 0 , △H = 0 。

（填> 0,< 0 或 ＝ 0 ）
2．利用△G ≤0判断过程自发进行的条件是 恒温， 恒压 , W ′
=0。

3．三组分系统的最大自由度数 4 。

平衡共存的最大相数 5 。

4．化学反应2A+B=3C 达平衡时，A μ、B μ、C μ间的关系应当满足
A B C 23μμμ+=。

5．对C （石墨）、CO （g ）、CO 2（g ）之间， CO 2(g) 的标准摩尔生成焓正好等于 C(石墨)
的标准摩尔燃烧焓；标准摩尔生成焓为零的是 C(石墨) ；标准摩尔燃烧焓为零的是 CO 2(g) 6．可逆热机的效率最 大 。

7．公式△H ＝Q p 的应用条件 封闭系统 ， W ’＝0 ， 恒压 。

8．理想气体反应：A+B=2C+D, △H <0，则当系统的温度 降低 ，压力 减小 时，此反应的平衡向正向移动。

三．判断题（每小题2分，共10分）
1．焓的增加量△H 等于该过程中系统从环境吸收的热量。

( Χ )
2．一个绝热过程Q ＝0，但系统的△T 不一定为零。

（ √ ） 3．凡是吉布斯函数降低的过程一定都是自发过程。

( Χ ) 4．在一个给定的系统中，物种数可以因分析问题的角度不同而不同，但独立组分数是一个确定的数。

（ √ ）
5．据二组分液系的p -x 图，可以准确的判断该系统的液相是否是理想液态混合物。

（ √ ）
四．计算题（每题12分，共36分。

答案错扣一半分，单位错扣14
分，后一问数据因前一问错而错不扣分）
1．1mol 氮气（视为理想气体）在300K ，1519.5kPa 下定温可逆膨胀至101.3kPa 。

求：⑴过程的Q 、W 、△U 、△H 、△S 及△G ；⑵若向真空自由膨胀至101.3kPa ，上述各热力学量又是多少？ 解：⑴ △U ＝0，△H ＝0 W r ＝－nRT Ln
12p p ＝{－1×8.314×300Ln 1519.5101.3
}J ＝－6.7544k J Q ＝－W ＝6.7544kJ △S ＝
r Q T ＝6754.4
300
J.k -1＝22.5147 J.k -1 △G ＝W r ＝－6.7544k J ⑵ △U ＝0，△H ＝0，W ＝0，Q ＝0，△S ＝22.5147 J.k -1 △G ＝－6.7544k J （每个热力学函数1分，共12分）
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2．甲醇（CH 3OH ）在101.325kPa 下的沸点（正常沸点）为64.65℃，在此条件下的摩尔蒸发焓
vap m H ∆＝35.32k J.mol -1。

求在上述温度、压力条件下，1kg 液态甲醇全部成甲醇蒸气时的Q 、W 、
△U 、△H 、△S 、△G 。

3
C H O H M ＝32.042g.mol -1
解： n ＝
100032.042
mol ＝31.209 mol
Q ＝△H ＝n vap m H ∆＝31.209×35.32 kJ ＝1102 kJ
W ＝－p △V ＝－nRT ＝－31. 209×8.314×337.8 J ＝－87.65 kJ △U ＝Q ＋W ＝1102 kJ －87.65 kJ ＝1014.35 kJ
△S ＝
r Q T
＝
1102337.8 kJ .K -1＝3.262 kJ.K -1 △G ＝△H －T △S ＝{1102－337.8×3.262 }kJ ＝0
（每个热力学函数2，共12分） 3．化学反应如下：CH 4(g)＋CO 2(g)＝2CO(g)＋2H 2(g) 各物质的f m H ∆$
、m S $
数据为：
物质
CH 4(g)
CO 2(g) CO(g) H 2(g) f m
1
kJ.mol H -∆$
-74.81 -393.509 -110.525 0 1-1J.K .mol
S -$
186.264
213.74
197.674
130.684
求上述反应在25℃时的r m H ∆$ 、r m S ∆$、r m G ∆$、K $。

解：r m H ∆$
＝
B
B
ν
∑f m(B)
H ∆$＝f m(CO,g)2H ∆$－4f m(CH ,g)H ∆$ －2f m(CO ,g)H ∆$
＝{2×(－110.525)－（－74.81）－（－393.509）} kJ.mol -1＝247.269 kJ.mol -1
r m S ∆$
＝
B
B
ν
∑m(B,β)S $＝m(CO,g)2S $＋2m(H ,g)2S $－4m(CH ,g)S $－2m(CO ,g)S $
＝{2×（197.674＋130.684）－186.264－213.74} J. K -1.mol -1＝256.712 J. K -1.mol -1
r m G ∆$＝r m H ∆$－r m T S ∆$
＝{247.269－298.15×256.712×10-3} k J.mol -1＝170.730 k J.mol -1
据r m
G ∆$
＝－RT Ln K $ Ln K $
＝－r m G RT ∆$
＝－170730
8.314298.15
⨯＝－68.8755
K $
＝1.22×10-30 （每个热力学函数3分，共12分）
四．问答题（共14分） 1．有H 2O —NH 4Cl 相图如下，试根据相图选择回答下列问题： ⑴ 指出各区的稳定相
⑵ 将某组成的NH 4Cl 水溶液冷至－10℃时便开始析出第一个微小结晶，则此溶液每100g 水中含有 NH 4Cl （ 27.2 ）g 。

a 27.2
b 33.7
c 37.4
d 37.5 （2分）
⑶ 在绝热容器中，放有0 ℃的冰水混合物（冰占98％）,若往其中放入NH 4Cl 晶体，最后温度 降到 （ －16.5 ℃ ）。

a －10℃
b －15℃
c －16.5℃ （最低共熔点）
d 低于－16.5℃ （2分）
（4分）
2．在101.325kPa 下，A —B 系统的相图如图所示，由相图回答：
⑴ 系统中X （A ）＝0.68时：开始沸腾的温度为 79 ℃，最初馏出物中B 的摩尔份数约为 0.6 。

（2分）
⑵ 如将组成为X B ＝0.85的A —B 混合液进行精馏，则在塔顶得到 恒沸混合物 ，在塔釜得到 纯B 。

（4分）
L
t B
* t A *
t/℃
B
A X
B →
H 2O(S)＋NH 4Cl(S)
L ＋NH 4Cl （s ）
S 冰＋L
H 2O
NH 4Cl
P=101.325KPa。