四川大学2008级物理化学I-2期末试题A(answer)

2008级化学学院物理化学(I)－2
期末考试试题－A 卷
一. 选择题（16分）
1. 一个化学体系吸收了光子之后，将引起下列哪种过程 D .
A. 引起化学反应
B. 产生荧光
C. 发生无辐射跃迁
D. 过程不能确定
2. 已知某二级反应 A ＋B → P 的活化能E a ＝100 kJ·mol -1，在定容条件下，在273K 和起始浓度c A ，0＝c B ，0＝a mol·dm -3时，测得其半衰期为t 1。

在相同的起始浓度和323K 时，半衰期为t 2, 则 A .
A. t 2 ＜ t 1
B. t 2 ＝ t 1
C. t 2 ＞ t 1
D. 不能确定
3. 在一定温度和较小的浓度情况下，增大强电解质溶液的浓度，则溶液的电导率κ与摩尔电导Λm 变化为
B .
A. κ增大，Λm 增大
B. κ增大，Λm 减少
C. κ减少，Λm 增大
D. κ减少，Λm 减少
4. 某原电池在298 K, p θ条件下可逆放电过程中，当Q R = -200 J 时，其电池反应的焓变ΔH 为 B .
A. ΔH = -200 J
B. ΔH < -200 J
C. ΔH = 0
D. ΔH > -200 J
5. 已知298 K, p θ 时φθ(Zn 2+/Zn) = - 0.763V ，H 2在Zn 和光亮Pt 上的超电势分别约为0.7V 和0.3V ，若分别以Zn 和光亮Pt 为阴极电解1 mol·kg -1 的ZnSO4溶液(设为中性)，在Zn 和光亮Pt 阴极上首先析出的物质将分别为 C .
A. 均为H 2
B. 均为Zn
C. Zn 和H 2
D. H 2和Zn
6. 两液体A 和B 表面张力γA =2γB ，密度ρA =2ρB ，一毛细管插入A 中液面上升1.5cm ，若将此毛细管插入B 中，液面上升 D 。

A. 6.0cm
B. 4.0cm
C. 3.0cm
D. 1.5cm
7. 某表面活性剂的水溶液，表述不正确的是 A .
A. 表面产生负吸附
B. 能形成胶束
C. 能在表面定向排列降低表面能
D. 使溶液表面能力显著降低
8. 当一束足够强的自然光通过一胶体溶液，在与光束垂直方向上一般可观察到 C .
A. 橙红色光
B. 黄光
C. 兰紫色光
D. 白光
二、填空题（16分）
1. 生物死亡后，因为不再吸收放射性碳原子，相应的放射性也逐渐降低。

现测定一木乃伊的C 14
6 放射
性，发现为正常人的56.2%，问此木乃伊有 4629.3 年了？(已知C 14
6的半衰期为5568年)。

2. 平行反应
, 11315098/s 10exp(k T −=−, 115210065/s 10exp()k T −=−，B 和C 的生成速率相等
时体系温度为 1078 K 。

3. 已知λ∞m (H +)=350×10-4 S •m 2•mol -1，λ∞m (Ac -)=40×10-4 S •m 2•mol -1，某HAc 溶液的摩尔电导率Λm (HAc)=7.80×10-4 S •m 2•mol -1，则该溶液中HAc 的电离度α为 0.02 。

4. 两串联电解池A 和B 分别进行电解银和铜，阴极上的反应分别为：
A 槽：Ag Ag(s)e +−+→,
B 槽：2Cu 2Cu(s)e +−+→
当A 槽析出0.1 mol Ag 时， B 槽析出的 Cu 为 0.05 mol.
5. 298 K 时，某肥皂液的表面张力为0.025 N ·m -1，则直径为1×10-3
m 的肥皂液上所受的附加压力为200Pa 。

6. 等体积的0.08 mol·dm -3 KBr 溶液和0.10 mol·dm -3 AgNO 3溶液混合制备AgBr 溶胶，写出其胶团结构式
33(AgBr)Ag ()NO NO x m n n x x +−+−⎡⎤⋅⋅−⋅⎣⎦ 。

若在AgBr 溶胶两端施加一个直流外加电源，通电时胶粒将向哪一极方向移动(填阳极或阴极)？阴极。

在溶胶中分别加入相同浓度的下列电解质溶液：KCl 、NaNO 3、MgCl 2、MgSO 4，其聚沉能力的大小顺序如何？ MgSO 4 > KCl > MgCl 2 > NaNO 3 。

三．简答题 (6分)
玻璃管两端各有一大一小肥皂泡，若将中间的旋塞打开使两气泡
相通，将发生什么变化？到何时小肥皂泡不再变化？（简述理
由，写出必要的公式。

）
【答】因为a 2p r
γ=，所以a,a,p p >小泡大泡，（2分） 故：大气泡变大，小气泡变小。

（2分） 直到两个气泡的曲率半径相同。

（2分）
四．（16分）设有一反应2A (g) + B (g) → G (g) + H (s)在某恒温密闭容器中进行，开始时A 和B 的物质
的量之比为2:1，起始总压为3.0kPa, 在400K 时，60s 后容器总压为2.0 kPa ，设该反应的速率方程为： 1.50.5B A B d /d p t kp p −=, 实验的活化能为100 kJ·mol -1。

(1). 求400K 时，反应150s 后容器中B(g)的分压为多少？
(2). 在500K 时重复上述实验，反应50s 后容器中B(g)的分压为多少？
【解】（1）2A (g) + B (g) → G (g) + H (s)
t = 0 B,02p B,0p 0 B,0 1.0 kPa p =
t = 60s 2B p B p B,0B p p − p 总B,0B 2 2.0 kPa p p =+= B 0.5 kPa p ∴= (2分) 1.5
0.5 1.522B A B B B d 2'd p kp p kp k p t
−=== (2分) -1-1B B,0
111'()0.01667 kPa .s k t p p =−= (4分) 反应150s 后， B B,010.2857 kPa '1/p k t p =
=+ (285.7 Pa) (2分) （2）500a 40012
'11ln ()'k E k R T T =− -1-1500' 6.820 kPa .s k ∴= (4分) 反应50s ，B B,0
10.00292 kPa '1/p k t p ==+ (2.92 Pa) (2分)
五．（18分）有一电池Zn(s)∣ZnCl 2(m = 0.005mol kg -1) ∣Hg 2Cl 2(s)∣Hg(l), 已知在298K 时该电池的电动势
E = 1.227 V ， Debye-Hückel 极限公式中的常数为A = 0.509（mol -1/2 kg 1/2）。

试求：
（1） 写出电极反应和电池反应。

（2） 电池的电动势E θ（要考虑平均活度系数γ±的影响，忽略Hg 2Cl 2(s)对γ±的贡献）。

（3） 按电池反应有2个电子得失，当反应进度为1mol 时的Δr G θm 。

【 解】（1） 负极：
Zn(s) ⎯→ Zn 2+(a Zn 2+) +2e －
正极： Hg 2Cl 2(s) + 2e － ⎯→ 2Hg(l) + 2Cl －(a Cl －
) 电池反应： Zn(s) + Hg 2Cl 2(s) = 2Hg(l) + 2Cl －(a Cl －
) + Zn 2+(a Zn 2+) (反应式各2分,共6分) （2） I = 1/2 Σm B z B 2 = 0.5×( 0.005×22 + 0.01×1) = 0.5× 0.03 = 0.015 mol kg －
1 (2分) lg γ± = －A ∣z + z －∣I 1/
2 =－0.509 (mol -1/2 kg 1/2）× ∣2×(－1)∣× (0.015 mol kg －
1) 1/2 = －0.1247
γ± = 0.750 (求得活度系数 4 分)
E = E θ－RT/z
F ln (a Zn+2 a 2Cl －)
E θ = E + (RT/zF) ln (a Zn+2 a 2Cl －) = E + (RT/zF) ln [γ+ (m Zn +2/m θ)][γ-(m Cl －
/m θ)]2 = 1.227 + (8.314×298)/(2×96500) ln [4×(0.750× 0.005) 3] = 1.0297V ( 4分)
(3) Δr G θm = －z E θF = －2×1.0297V × 96500C.mol -1 = －198.73 kg.mol -1 (2分)
六．（16分）在298K 和标准压力下， 当电流密度 = 0.1 A ·cm -2 时， O 2(g) 在Ag(s)电极上的超电势为
0.98V 。

今用电极（阴阳均为银电极）电解质量摩尔浓度为0.01 mol ·kg -1的NaOH 溶液，问这时在阳极上首先发生什么反应？若阴极析出电势为－1.58V ，此时外加分解电压最少为多少？已知 ϕθ(O 2|O H －,H 2O ) = 0.401V, ϕθ(O H －
|Ag 2O |Ag)= 0.344V, 设活度系数为1。

【解】在阳极上可能发生还原反应除了阴离子外,还要考虑银电极也可能发生氧化: 2OH － (a OH － = 0.01) ⎯→ 1/2 O 2 (p θ) + H 2O(l) + 2e －
(2分) ϕ(O 2|OH-,H 2O) = ϕθ(O 2|O H －,H 2O )－(RT/2F) ln a 2OH －
+ η阳 = 0.401 － [(8.314×298)/96500] ln 0.01 + 0.98 = 1.499V (4分)
2Ag (s) +2OH － (a OH － = 0.01) ⎯→ Ag 2O(s) +H 2O(l) + 2e － (2分)
ϕ(O H －|Ag 2O |Ag) = ϕθ(O H －|Ag 2O |Ag)－(RT/2F) ln a 2OH －
= 0.344 － [(8.314×298)/96500] ln 0.01 = 0.462V (4分)
在阳极上，还原电极电势小的银电极先氧化成Ag 2O 。

(2分)
所以外加的电压最少是: E 分解 = ϕ阳 －ϕ阴 = 0.462V －（－1.58V ） = 2.042 V （2分）
七．（12分）已知298K 时，水的饱和蒸汽压为3.169 kPa ，表面张力为0.072 N ·m -1，水的密度为 1000 kg ·
m -3，重力加速度 g = 9.8 m ·s -2。

（1）将直径为1μm 的毛细管插入水中（假设水可以完全润湿管壁），问需在管内加多大压力才能防止水面上升？若不加额外的压力让水面上升，达平衡后管内液面上升多高？
（2）水蒸气在半径R 2=2.0×10－
9 m 的毛细管内凝聚的最低蒸气压为多少？ 【解】（1）当接触角为0o 时，毛细管半径等于曲率半径。

需在管内加的压力为：a 6220.072288 kPa 0.510
p r γ−×===× （4分） 达平衡时， a 2p gh r
γρ== 6220.07229.39 m 10009.8(0.510)h gr γρ−×=
==××× （4分）
（2）r 02ln p M RT p r γρ= 60220.0720.018ln 0.52318.3142981000(0.510)
r p M p RT r γρ−××===−×××−× (液面是凹面) 1.878 kPa r p = （4分）。