中南大学2015.1物理化学(物化)考试解答

(2分) （2分）
五、(10分) 将2.22克非挥发性物质B（B的摩尔质量为0.1101
kg.mol-1）溶于100克纯水中，溶液的沸点升高0.105 K，若向
此溶液中再加入2.16克另一未知摩尔质量的物质C，溶液的沸
点将再升高0.107 K。试求：
⑴ 水的沸点升高常数Kb；⑵ 物质C的摩尔质量；⑶ 水的摩尔 蒸发热ΔvapHmΘ。 解： (1) mB = WB/(MB·W水)
40
1.333
（2分）
⑵
Kc
K
p
( p RT
) B
K
p
(
p RT
)
6.641
101325 8.314 373
216 .99mol m 3
（2分）
七、（12分）A、B二组元的凝聚态相图如下图所示。
(1) 请写出各相区稳定存在的相；T/K
(2) 画出体系从M点降温至N点
①
的步冷曲线示意图；
T/K M
一、选择题（本题20分，每小题2分）
1、下列说法不正确的是：
（）
A. 体系状态确定后，状态函数都确定；
B. 体系状态改变了，状态函数一定改变；
C. 状态函数改变了，体系状态一定改变
D. 状态函数不确定，体系的状态不能确定。
2、公式ΔH = Qp适用于下列过程中的 A. 273 K，101325 Pa下冰融化成水；
三、（18分）5 mol双原子理想气体，从101325 Pa、328.2 L
的始态出发，沿pT＝常数的途径（即体系在变化过程中始终
有pT＝常数）可逆压缩至末态压强为202650 Pa。试求：
⑴ 末态的温度；
⑵ 此过程的W和Q，及经此过程，体系的ΔU、ΔH和ΔS。
解： (1) 始态温度
T1
p1V1 nR
N2O2(g) === 2NO(g) ∑νB = 1
（1分）
t=0 1
0
t = te 1 - α
2α
平衡时体系中总物质量 nT = 1 - α + 2α = 1 + α
（1分）
又p = pΘ，则标准平衡常数KpΘ为：
K
p
p p nT
B
Kn
p (2 )2 p (1 ) 1
4 2 1 2
= -41570J = -41.57kJ ΔH = nCp,mΔT = 5×3.5×8.314×(400 - 800)
= -58198J = -58.20kJ
（2分） （2分） （2分）
ΔS = nCp,mln(T2/T1) + n R ln(p1/p2) =5×3.5×8.314×ln(400/800) + 5×8.314×ln(101325/202650)
rGm,2， rGm,1
rGm,2
C.
G
r m,1
r
G m,2
，
G r m,1
rGm,2
D.
，rGm,1
r
G m,2
G r m,1 rGm,2
9、已知FeO(s) + C(s) === CO(g) + Fe(s)，反应的ΔrHmΘ > 0，
ΔrSmΘ > 0，并设ΔrHmΘ和ΔrSmΘ不随温度而改变，欲使反应正向
（2分）
所以，T = 333K时，
K p ,1
4 1
0.52 0.52
1.333
（1分）
T = 373K时，
K p,2
4 0.79 2 1 0.79 2
6.641
由于ΔCp = 0，所以由化学反应等压方程式得：
（1分）
r
H
m
RT1T2 T2 T1
ln
K
p,2
K
p,1
8.314 333 373 ln 6.641 41457.47J mol1
T/K
T/K
M
①
②
H
③
④ P aD
G N
Q ⑥
⑤
A
0.2 0.4 0.6 0.8
B
xB →
⑵ 坐标系1分， 转折(3个)、平台(1个)各0.5分，共3分。
T/K
T/K T/K
M
①
②
H
③
④ P aD
G N
Q ⑥
⑤
A
0.2 0.4 0.6 0.8
B
xB →
时间
⑶ 共存相1分，关系式1分，共3分。
体系温度刚降到a点时，体系中存在的两相是：
C. ΔG < 0，为自发过程； D. ΔG > 0，为非自发过程。
4、体系经历一个不可逆循环后
（）
A. 体系的熵增加
B. 体系吸热大于对外作功
C. 环境的熵一定增加
D. 环境的热力学能减少
5、某单组份系统的Vm(l) < Vm(s)，ΔfusHm可是视为常数且大
于零，当压力升高时，其熔点将
（）
A. 降低； B. 升高； C. 不变； D. 不确定。
进行，则一定是
（）
A. 高温有利； B. 低温有利； C. 与温度无关； D. 与压力无关。
10、下列说法正确的是（ ） A. 溶液的化学势等于溶液中各组分的化学势之和； B. 对于纯组分，其化学势等于其自由能； C. 在恒温恒压条件下，对于组成确定的溶液，溶液中各组元 的化学势有确定值； D. 化势是偏摩尔吉布斯自由能 Gi，也是 U i ，H i， Ai。
8、在相同温度下，有下列二反应([C]表示溶解在铁液中的碳)：
C(石墨) + CO2(g) === 2CO(g) [C] + CO2(g) === 2CO(g)
当达到平衡时，两反应的ΔrGmΘ的关系，及ΔrGm的关系为 （ ）
A. rGm,1 rGm,2， rGm,1 rGm,2
B.
G
r m,1
二、填空题（本题20分） 1.（2分）理想气体从相同始态分别经绝热可逆膨胀和绝热不可 逆膨胀到达相同的终态压力，则终态的温度T可逆 < T不可逆， 过程的焓变ΔH可逆 < ΔH不可逆。（填“>”，“=”，“<” ）
2.（2分）常温下氧气的焦-汤系数(μJ-T)为正值，氧气经节流膨 胀后，温度 降低 。（填“升高”， “降低”或“不变”）
克－克方程
ln
p
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vap
H
m
1
C
对比可知水的摩尔蒸发焓为：
RT
vap
H
m
(H2
O)
2.303R
2121
40.61kJ
mol-1
（2分）
（2）设323K时水的饱和蒸汽压为p， 又已知水在373K时饱
和蒸汽压为101325Pa
(1分)
代入题给方程可得
lg p 2121 ( 1 1 )
101325
7. （2分）恒压下反应PCl5(g) === Cl2(g) + PCl3(g)，在480 K达到平衡时，PCl5(g)的离解度为0.488；580K达到平衡时， 离解度增至0.980。则该反应为 吸 热反应。 8.（每空1分，共4分）298K时，在有C(s)、CO(g)、CO2(g)、 H2(g)、H2O(l)和O2(g)平衡共存的体系中，若不考虑产生其 它新的物种，平衡体系在的独立的化学反应数R = 3 ，组分 数C = 3 ，相数Φ = 3 ，自由度f = 1 。
④
(3) 在体系从M点降温至N点的
P aD
Q ⑥
过程中，当体系点刚到a点时，
②
H③
体系中存在的是哪两相？请建共
A 0.2
存两相的物质的量(n)之间的关系
G
N
⑤
0.4 0.6 0.8 B
xB →
式。而在体系刚完成包晶反应时，体系中存在的又是哪两相？
解：⑴ 每一相区1分，共6分。 ① A-B熔体单相区； ② α固溶体(s)+ 熔体(l)的两相区； ③ α固溶体(s)单相区； ④ β固溶体(s) + 熔体(l)的两相区； ⑤ α固溶体(s) + β固溶体(s)的两相区；⑥ β固溶体(s)单相区。
323 373
解得323K时水的饱和蒸汽压为 p = 13350Pa
在题给10 dm-3容器中，此时水蒸汽的质量为：
Wg
pV RT
M H2O
13350 10 10 3 8.314 323
18
0.895 g
则液态水质量为：
Wl = W – Wg = 10 - 0.895 = 9.10 g
(2分) （1分）
101325 328 .2 10 3
5 8.314
800 K
（2分）
末态温度
T2
p1T1 p2
101325 800 202650
400 K
（2分）
(2) 双原子理想气体CV,m = 2.5R，Cp,m = 3.5R 则ΔU = nCV,mΔT = 5×2.5×8.314×(400 - 800)
= 0.00222/(0.1101×0.1) = 0.202 mol·kg-1 （2分）
则水的沸点升高常数Kb为: Kb =ΔTb/mB = 0.105/0.202 = 0.5207 K·kg ·mol-1
（3分）
(2) C物质的摩尔质量为: MC = Kb·WC/(ΔTb'·W水) = 0.5207×0.00216/(0.107×0.1) = 0.105 kg.mol-1
3.（每空2分，共4分）化学反应在恒压条件下进行时，反应热
效应ΔrHm随温度变化的关系式为
r Hm (T2) r Hm(T1)
T2 T1
C
pdT
或
r H m T
C
p。若ΔCp
>
0，温度升高，则放热反应的放热量
将 增加 （填“增加”或“减小”）。
4.（每空1分，共2分）在温度T时，纯液体A的饱和蒸汽压为p*， 已知在大气压力下的凝固点为Tf*，当A中溶入少量B而形成稀溶 液（B不溶于固态A中）时，Tf* > Tf， p* > p。 （填“>”， “=”，“<” ） 5. （2分）某纯物质在恒温下，当升高压力时，其化学势 变高 。 （填“变高”，“变低”或“不变” ） 6. （2分）反应A(s) + 3B(g) === 2C(s) + 4D(g) 在密闭容器中达 平衡后，发生下列过程，若加入不与A、B、C、D反应的惰性 气体E，则平衡向 左 移动。（填 “左”或“右” ）
= -129.66 J·K-1
（2分）
W
pdV
K T
dV
(∵ pT = K )
又 V nRT nRT 2 dV 2nRTdT
pK
K
（2分）
W
K T
dV
K T
2nRT K
dT
（2分）
2nRT 258.314(400800) 33256J
W = 33.26 kJ
（2分）
Q = ΔU -W = (-41.57) -33.26= -74.83 kJ （2分）
（）
B. 298 K，101325 Pa下电解CuSO4水溶液； C. 理想气体从1013250 Pa反抗恒外压101325 Pa膨胀；
D. 理想气体从状态Ⅰ等温可逆变化到状态Ⅱ。
3、1 mol水在373.15 K， pΘ下向真空蒸发成373.15K， pΘ的
水蒸气，该过程
（）
A. ΔG = 0，为非自发过程； B. ΔG = 0，为自发过程；
6、在等温、等压下，溶剂A和溶质B形成一定浓度的稀溶液，
采用不同的参考态时，则
（）
A. 溶液中A和B的活度不变；
B. 溶液中A和B的活度系数不变；
C. 溶液中A和B的参考态化学势不变；
D. 溶液中A和B的化学势值不变。
7、恒温恒压下将纯液体A和纯液体B混合形成理想溶液，则
（）
A. ΔmixGm = 0， ΔmixHm = 0， ΔmixSm = 0， ΔmixVm = 0 B. ΔmixGm < 0， ΔmixHm = 0， ΔmixSm > 0， ΔmixVm = 0 C. ΔmixGm > 0， ΔmixHm = 0， ΔmixSm < 0， ΔmixVm = 0 D. ΔmixGm < 0， ΔmixHm = 0， ΔmixSm < 0， ΔmixVm = 0
四、（10分）水的蒸气压与温度的关系如下：
lg p Pa A 2121 /(T / K)
其中A为一常数，其值决定于p所取的单位。问： ⑴ 水的摩尔蒸发焓是多少？ ⑵ 将10g水置于温度为323 K、体积为10 dm3的真空容器中， 液态水尚存多少克?
解：（1）将水的蒸气压与温度的关系式 lgp A 2121/T与
(3) ∵ Kb = R(TB*)2·M水 /ΔvapHm ∴ ΔvapHm = R(TB*)2·M水/ Kb = R·373.152·0.01802/0.5207 = 40063 J.mol-1
（2分） （3分）
六、（10分）已知反应 N2O2(g) === 2NO(g) 在333K，pΘ下 达到平衡时，N2O2(g)有50%离解，在373K，pΘ下达到平衡 时，N2O2(g)有79%离解。设反应的ΔCp = 0，试计算： ⑴ 反应的标准平衡常数KpΘ和离解热ΔrHmΘ； ⑵ 在373 K，pΘ下，反应的Kc。 解：⑴ 设反应初始只有1mol的N2O2(g)，平衡分解率为α， 则有：
β固溶体(s) + 熔体(l)，两相物质的量的关系式满足杠杆规则，
为 ns Qa nl aP 或 ns [x(Q) x(a) ] nl [x(a) x(P) ]
而在体系刚完成包晶反 应时，体系中存在的两 相是：
T/K ①
T/K M
④
α固溶体(s) + 熔体(l)。