温州大学物理化学期末考试卷
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温州大学物理化学期末考试试卷
一、选择题(只一个正确答案,多选得零分。
共15小题,每题3分)
1、 基元反应:B A k
2−→−
,k A 是与A 的消耗速率相对应的速率常数,则下列微分速率方程式中哪一个是正确的? ( )
A.A
A B
c k dt
dc = B.A
A B
c k dt
dc 2= C.A
A B c k dt dc 2
1= D.2
A
A B
c k dt
dc =
2、 比较一定温度下无限稀薄溶液中H +
、Li +
、Na +
和K +
四种离子的电迁移率∞
+U 的大小,结果为: ( )
A.H +>Li +>Na +>K +
B.H+>K +>Na +>Li +
C.H +<Li +<Na +<K +
D.H +<K +<Na +<Li +
3、 能证明科尔劳乌施经验式 ()1(c m m β-Λ=Λ∞)的理论是: ( ) (a ) 阿仑尼乌斯 (Arrhenius) 电离理论
(b ) 德拜-休克尔 (Debye-Huckel) 离子互吸理论 (c ) 布耶伦 (Bjerrum) 的离子缔合理论
(d ) 德拜-休克尔-昂萨格 (Debye-Hückel -Onsager) 电导理论
4、 某可逆电池在以下三种情况下放电:(1)电流趋近于零;(2)有一定大小的工作电流;(3)短路,则在
这三种情况下: ( )
A.电池电动势的改变
B.电池的工作电压(即端电压)不变
C.输出的电能相同
D.输出的电功率不同
5、 在“标准电极电势表”中列出的电极电势θ
E 都是指25℃时该电极反应中各物质活度均为1时相对
于标准氢电极电势之值。
为了精确测定诸电极的θ
E 值,下列方法(均在25℃下进行)可行的是( )
(a ) 精确配制出各电极活性物质的活度为1的溶液组成电池, 测定电池的电动势
(b ) 由电解质活度、电解质离子平均活度及与它们相应的浓度之间的关系,求得电解质活度为1时的
浓度,以此配制电解质溶液,进行电动势测量
(c ) 由实验测定热力学数据(如θ
m r G ∆), 然后计算θ
E
(d ) 配制浓度不同的一系列电解质溶液, 测出待定电极与标准氢电极组成的电池的一系列电动势E
值, 用外推法求出θ
E
6、 在原电池电动势测量中,下列哪一项叙述不正确? ( ) (a ) 用万用表或伏特计直接测定两极间的电势差即可
(b ) 工作电池的电动势必须大于标准电池和待测电池的电动势
(c ) 使用Weston 电池作标准电池主要是因为它的电动势很稳定,温度系数很小 (d ) 利用电动势法可以测定电解质的离子平均活度因子±γ
7、 已知温度为T 时电池反应 -++=+Cl Cu Cl Cu 222
1
2121 (1) 和 -++=+Cl Cu Cl Cu 222 (2)
的标准电动势分别为0
1E 和0
2E ,则0
1E 和0
2E 之间的关系为: ( )
A.0
1E /0
2E =1/2 B.0
1E /0
2E =2 C.0
1E /0
2E =1/4 D.0
1E /0
2E =1
8、 在298.15K ,100kPa 下,将金属铅Pb 与醋酸铜Cu(Ac)2溶液的置换反应
熵S 的变化为: ( )
A.ΔU > 0,ΔS > 0
B.ΔU < 0,ΔS < 0
C.ΔU > 0,ΔS < 0
D.ΔU < 0,ΔS > 0
9、 已知标准电极电势:V Hg e Hg E 796.0)2
1(22
=→++,V Hg e Hg E 851.0)2(2=→++
则反应++=+222Hg Hg Hg 的标准平衡常数θK ln 为: ( )
A.4.28
B.-28.8
C.8.56
D.-57.7
10、反应物A 和B 所组成的体系中存在下列反应
H A k
−→−1
2,2
/1
1A
RT
E H c e
A dt
dc -=
)(2
目标产物S B A k
−→−+,B A RT E S c c e A dt
dc /22
-=
G B k
−→−1
2,2
/3
3B
RT
E G
c e
A dt
dc -= 为有利于S 的生成,下列叙述中正确的是: ( )
(a ) 若312,E E E >,则应尽可能选择低温下反应 (b ) 若312,E E E <,则应尽可能选择高温下反应 (c ) 若321
E E E >>,则应选择中温下反应
(d ) 无法通过控制反应温度来达到目的
11、对于单向连续反应:z y x k
k
−→−−→−
2
1,反应体系中x 、y 、z 的浓度与时间t 的关系如下图所示,请判断1k 与2k 之间的关系。
( )
A.21k k >>
B.21k k <<
C.21k k ≈
D.无从判断
12、下列关于腐蚀电池的叙述不正确的是: ( ) (a ) 腐蚀电池实际是一个自发的短路电池
(b ) 在铜板上钉有一颗铁制铆钉,在潮湿的空气中,铜为阳极,铁为阴极,就构成腐蚀电池 (c ) 若钢材中含有碳C 等杂质,则在碱性的潮湿环境中,主要形成吸(耗)氧腐蚀电池
(d ) 把铁板部分浸入稀的NaCl 溶液中,一段时间后,回发现铁板下部很快被腐蚀,而紧靠水线下面
的那个区域通常不受腐蚀。
13、将浓度为0.04 mol ⋅dm -3
的KI 水溶液与浓度为0.1mol ⋅dm -3
的AgNO 3水溶液等体积混合,得到AgI 溶胶。
下列电解质中何者对上述AgI 溶胶的聚沉能力最强? ( ) A.Al 2(SO 4)3 B.K 2SO 4 C.Ca(NO 3)2 D.NaNO 3
14、在光的作用下,O 2可转变为O 3。
当1 mol O 3生成时,要吸收3.011×1023
个光子,则此光化学反应的
量子效率Φ为: ( ) A.1=Φ
B.5.1=Φ
C.2=Φ
D.3=Φ
15、下列原电池中,哪个的电动势与氯离子Cl -
的活度无关?符号“aq ”是英文单词aqueous 的缩写,
表示水溶液。
( )
(a ) Zn | ZnCl 2 (aq) | Cl 2 (g, p) | Pt
(b ) Zn | ZnCl 2 (aq) || KCl (aq) | AgCl (s) |Ag (c ) Ag | AgCl (s) | KCl (aq) | Cl 2 (g, p) | Pt (d ) Pt | H 2 (g, p) | HCl (aq) | Cl 2 (g, p) | Pt
二、计算和证明题(共4小题,共55分)
1、 (本题5分)试证明对于纯液体,有
dA T dS A
p ,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=σ
式中S 代表熵函数,σ代表表面张力,A 代表表面积。
2、 (本题15分)已知纯水的表面张力与温度的关系为
)/(14.064.7510/13℃t m N -=⋅--σ
若将10 kg 纯水在303.15 K ,101.325 kPa 下等温等压可逆分散成半径8
10-=r m 的球形雾滴,且已知该温度、压力下水的密度为0.995 g ⋅cm -3,同时忽略分散度对水表面张力的影响,试计算: (1) 环境所作的非体积功; (2) 分散过程系统的熵变; (3) 小雾滴的饱和蒸气压;
3、 (本题15分)已知浓差电池:
Ag(s) | AgCl(s) | KCl(b 1=0.5 mol ⋅kg -1,±γ=0.649) | KCl(b 1=0.05 mol ⋅kg -1,±γ=0.812) | AgCl(s)
| Ag(s)
在25℃时的电动势为0.0523 V ,试计算 (1) 在假定无液接时的浓差电动势; (2) 两种KCl 溶液的接界电势; (3) K +和Cl -的迁移数。
4、 (本题20分)电池
Pt | H 2(100kPa) | H 2SO 4(0.5 mol ⋅kg -1) | Hg 2SO 4(s) | Hg(l) | Pt
在25℃时的电动势为0.6960 V 。
已知615.0)||(4224=-Hg SO Hg SO E
θ
V ,试
(1) 写出电极反应和电池反应;
(2) 计算25℃时,该电池反应的平衡常数θ
K 和m r G ∆;
(3) 计算25℃时,5.0=m mol ⋅kg -1的H 2SO 4水溶液的离子平均活度因子±γ。
D 卷答案与评分标准
1.B
2.B
3.D
4.D
5.D
6.A
7.D
8.A
9.A 10.C 11.A 12.B 13.B 14.D 15.C 一、 计算与证明题(共4小题,共55分)
1. (本题5分)证明:分)(分)(分)(分)
(1211,,,,,,,,p
T p T A p A p p T A p A
p p
T A S T G A A G T T T G S A G ⎪⎭⎫
⎝⎛∂∂-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫
⎝⎛∂∂∂∂=⎪⎭⎫
⎝⎛∂∂∴⎪⎭⎫
⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=σσΘdA
T dS A
p ,⎪⎭⎫
⎝⎛∂∂-=∴σ,得证。
2. (本题15分)解:
(1)
在此,非体积功即表面功。
A G W p T R ∆=∆=σ,'(4分)
设小雾滴半径为r ,个数为n ,则总表面积为
2
632
221002.31033
41044m r kg
r kg r n r A ⨯=⨯===ρρπππ (2分) 对于大块的10 kg 水,其最大表面积为呈球状时的表面积,因此
2
3
2
2113
1225.04310443
410m kg r A r kg
=⎪⎭⎫
⎝⎛⨯===πρ
πππρ (2分)
26121002.3m A A A ⨯≈-=∆∴ (1分)
()kJ
m N m m N W R 2161016.21002.3103014.064.7552613'=⋅⨯=⨯⨯⋅⨯⨯-=∴-- (1分) (2) 1
22
61131
13,,1023.4)
1002.3()1014.0(1014.0-------⋅⨯=⨯⨯⋅⋅⨯--=∆∴⋅⋅⨯-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=K J m K m N S K
m N T dA T dS A
p A p σσ,Θ (2
分)
(3)
根据Kelvin 公式
1026
.021ln =⨯=r
M
RT p p r
ρσ平
(2分)Pa
Pa p p p r r
1122731013251081.11081.1=⨯==平
3. (本题15分)解:
(1) 因为假定无液接电势,所以电池反应为1)()(2,1,=→±-±-z a Cl a Cl , (1分)
浓差电动势为0533.0ln 2
,1,==±±a a zF
RT E C
V (4分)
(2) 因为有液接时电池电动势E 已知,所以
V
V V E E E C
J 001.00533.00523.0-=-=-= (4分)
(3) 根据液体接界电势的计算公式2
,1
,2,1,ln
)12(ln )(±±+±±-+-=-=a a F RT t a a F RT t t E J ,所以
510.01490
.02
/1ln 1,2,=-==⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=+-±±+t t a a RT F E t J
4. (本题20分)解:
(1) 负极反应:e kg mol H
kPa H 2)0.1(2)100(12+⋅→-+
(1分)
正极反应:)5.0()(22)(124
42--
⋅+→+kg mol SO l Hg e s SO Hg
电池反应:)5.0()(2)100()(142242-⋅+→+kg mol SO H l Hg kPa H s SO Hg (2) 标准电动势为:
V
Hg SO Hg SO E H H E Hg SO Hg SO E E 615.0)//()/()//(422424224==-=-+-θθθθ 91
.47ln ==
∆=RT zFE RT G K m r θ
θ
θ
(3分)201041.6⨯=∴θ
K
1
13.1346960.0965002--⋅-=⨯⋅⨯-=-=∆mol kJ V mol C zFE
G m r (3分)
(3) 根据Nernst 方程,有)(lg 2
05916.042SO H a E E -=θ (4分)
所以74
.205916.0)
(2)(lg 42-=-=V E E SO H a θ
3421082.1)(-⨯=SO H a
13
142122.0)(-±⋅==kg mol SO H a a (1分)
θ
γm m a /±±±=
(2分) 154.0/43
==±
θ
m
m a (1分) 物理化学(下)期末试卷
一、.选择题(40分)
1、
离子淌度(u)的数值大小与下列因素中哪种因素无关( )
(A)溶剂性质 (B)电势梯度(C)温度 (D)溶液浓度 2、
一个化学反应在电池中等温等压可逆地进行,其ΔS的计算式中
① ② ΔS=QR/T ③ ④ ΔS=(ΔH+n FE)/T 其中正确的是:( )
(A) ① ② (B)② ③ (C)② ④ (D)③ ④ 3、
在水溶液中同时存有Na Cl (m )和Ca Cl 2(m ),则有
① m ±(Na Cl )= ·m ② m ±(Ca Cl2)= ·m ③ m ±(Na Cl )= m
④ m ±(Ca Cl2)= ·m
其中正确的是( )
(A)① ② (B)① ④ (C)② ③ (D)③ ④ 4、
用Pt 电极电解Cu SO4溶液的PH值将( )
(A)增大 (B )阴极区减小,阳极区增大 (C)不变 (D)减小 5、
以Pb 作阴极电解0.1mol ·dm -3的HCl 溶液。
以甘汞电极为参比电极(ф=0.2800V)与
Pb 阴极组成电池,由电位差计测定该电池的电动势为1.107V,则氢在Pb 上的超电势为( ) (A)0.886 (B)0.827 (C)0.768 (D)0.413 6、
一定温度下,活性炭吸附氨时符合Langmuir 等温吸附方程式,设V是在压力P下被吸附的
气体体积。
若求单分子层饱和吸附量Vm ,则( ) (A)1/V ~ P作图,由其斜率求; (B)P/V ~ P作图,由其斜率求; (C)P/V ~ P作图,由其截距求; (D)1/V ~ 1/P 作图,由其斜率求;
7、0.01mol ·dm -3KI 和0.008mol ·dm -3Ag NO3,两溶液等体积混和,所得溶胶若加入下列电解质,
T T
E T E n
F S p /])([∂∂--=∆∆S nFT E T p =()∂∂31
291
3413
聚沉能力最强的是( )
(A)KNO
3(B)K
2
SO
4
(D)K
3
PO
4
(D)Mg(NO
3
)
2
8、大分子的质均相对分子质量可以通过( )
(A)渗透压法测得;(B)凝固点降低法测得;
(C)测大分子溶液的特性粘度,利用[η]=KMα求得;
(D)以上三种方法均不能求得
9、对液体中的气泡而言,设P为气泡内液体的饱和蒸气压,R为气泡的曲率半径,则( ) (A)R值减小,P不变;(B)R值减小,P减小;
(C)R值增加,P增加;(D)R值增加,P减小
10、能产生明显的光散射现象的体系是:( )
(A)SiO
2
溶胶;(B)烧碱水溶液;(C)明胶;(D)牛奶
11、 298K时,在无限稀释的水溶液中,离子摩尔电导率最大的是( )
(A)Li+(B)Na+(C)K+(D)OH-
12、已知Ti++e→Ti, φ
1=-0.34V,Ti3++3e→Ti,φ
2
=0.72V,则Ti3++2e→Ti+
对应的φ
3
为( )
(A)2.5 V (B)1.25V (C) 1.06V(D)0.91V
13、对于(1)电解池的阴极,(2)原电池的正极,(3)电解池的阳极,(4)原电池的负极,由于极化而使电极电势负移的电极是其中的( )
(A)(1)和(2)(B)(1)和(4)(C)(2)和(3)(D)(3)和(4)14、减小浓差极化的主要措施是( )
(A)降低温度(B)强烈搅拌(C)增大电流密谋(D)增大溶液的离子强度
15、已知φ(O
2/OH-)=0.401(V), φ(Cl
2
/Cl-)=1.358(V),φ(Pb2+/Pb)=-0.216(V), φ
(PbCl
2
/Cl-)=-0.262(V),当用两个Pb电极电解0.1mol·dm-3NaCl水溶液时,若不考虑超电势的影响,则阳极反应为( )
(A)Pb→Pb2++2e (B)Pb+2Cl-→PbCl
2
+2e
(C)2Cl―-2e→Cl
2(D)40H-→O
2
+2H
2
O(1)+4e
16、表面活性物质最本质的特征是( )
(A)表面张力很小(B)容易被汲附 (C)Gibbs超量为很大的负值(D)Gibbs超量为很大的正值17、乳状液是一种细小液滴分散到( )
(A)另一种液体中所形成的均相分散体系
(B)另一种细小液滴中所形成的多相分散体系
o o o
(C)另一种互不相溶的液体中所形成的多相分散体系 (D)另一种细小液滴中所形成的体系 18、 沉降平衡时( )
(A)不同高度处粒子浓度相等(B)不同高度处粒子的化学势相等 (C)沉降重力与扩散力相等 (D)沉降重力与摩擦阻力相等 19、 多数液体其表面张力随温度的变化率d γ/dT 是( ) (A)大于0 (B)小于0 (C)等于0 (D)不一定 20、 证实胶团具有双电层结构的方法是( )
(A)用超显徽镜观察 (B)用电子显微镜(C)用电泳、电渗等实验 (D)从结构上研究 二、计算题(60分)
1、
在292K时,丁酸水溶液的表面张力可表示为:
γ=γ。
-aln(1+bC/C ),
式中γ。
为纯水的表面张力,a 、b 为常数。
(1) 试求该溶液中丁酸的表面超额Γ2和其浓度C之间的关系式(设活度系数为I) (2) 若已知a=0.013N.m -1,b=19.62,计算当C=0.2mol.dm -3时 Γ2值为多少?
(3) 如当浓度增加到bC/C >>1时,再求Γ2的值为多少?设此时表面上丁酸成单分子紧密
排列层,计算在液面上丁酸分子的截面积为若干?(12分)
2、
某电导池先后充以0.001mol.dm -3 的HCl,0.001mol.dm -3的Na Cl 和0.001mol.dm -3的Na
NO3 三种溶液,分别测得电阻为 468、1580和1650Ω,已知Na NO3的摩尔电导为121× 10-4S.m 2.mol -1,若不考虑摩尔电导率随浓度的变化,求: (1)0.001mol ·dm -3Na NO3溶液的电导率 (2)电导池常为
(3)此电导池中充以0.001mol ·dm -3HNO 3溶液的电阻R和
HNO3的摩尔电导率Λm (12分)
3、
298K,标准压力下,下列反应的反应热为5.356KJ,
Ag (s)+1/2Hg 2Cl 2(s)=AgCl (s)+ Hg (1),已知298K, Hg 2Cl 2(s)和AgCl (s)的标准生成自由能分别为-210.66和-109.72KJ.mol -1
(1) 设计一电池完成上述反应,并写出电极反应
o o κ
ι
A
(2) 求电池电动势和温度系数及电池可逆放电时的热效应
(3) 已知Ф(AgCl/Ag )=0.2224V,求298K 时的Ф(Hg 2Cl 2/Hg)(14分)
4、
已知电池
Ag,Ag I(s) KI(m 1,r ±=0.65) Ag NO3(m 2, r ±=0.9)Ag
在298K时的电动势为0.720V,并已知(MAg =107.9,M I =126.9) m 1=1mol ·kg -1,m 2=0.001mol ·kg -1 求:(1)AgI 的Ksp
(2) AgI 在纯水中的溶解度 (12分)
5、 在298K时,膜两边离子初始浓度分布如下,两边溶液的体积分别为V1、V2,问达到膜平衡
后,其渗透压为多少?(RCl 为高分子电解质,假设完全电离,达到膜平衡前后,两边溶液体积不变)
V 1=1dm 3 V 2=2dm 3 R + Cl - Na + Cl - 0.1 0.1 0.1 0.1 (mol.dm -3) (mol.dm -3)
参考答案及评分标准
1. (12分)解:
( 1 ).
( 2 ).
o o ()
∂∂φφr C C ab b c C =-
+⋅1()
Γ21=-⋅⎛
⎝ ⎫⎭⎪⎪=+⋅⎛
⎝ ⎫⎭
⎪
C C RT r C C
ab c
C RT b c C φφ
φφ∂∂1
-
( 3 ).
2. (12分)解: ( 1 ).
( 2 ).
( 3 ).
3. (14分)解: ( 1 ).电池为:
电极反应:
负极:
正极:
( 2 ).
=⨯--4301062
.molm 当时ab b c C a
RT molm 1154010262+⋅〉〉==⨯--φ,.ΓA L P mol molm =⋅=⨯⨯⨯---116021054010223162
..=⨯=-308103081922..m A κ=⋅=⨯⋅⨯⋅---Λm C S m mol mol dm 1211000014213
.=⨯⋅---12110211.S m mol κκcell
l
A R S m mol S ==⋅=⨯⋅⨯----1211016502111.=-201
m ()ΛΛΛΛm HNO m NaNO m HCl m NaCl S m mol 33421
12110==⨯⋅+----+⨯-⨯≈⨯⋅-------201468201158067510111
1
221
m S m S S m mol .()()()A A g gCl Cl HgCl Hg s s l ---2()()Ag cl e gCl s s +-→-1A ()()12221Hg Cl
e Hg Cl s l +→+-()()
∆∆∆r m f m AgCl f m Hg Cl G G G φφφ=-1222()
=-⋅-⨯-⊗⋅--10972122106611..kJ mol kJ mol =-⋅-4391
.kJ mol ∴=-=-⨯⋅⋅=--E G F J mol C mol V r m φ
φ∆439109650000455311
..∆∆∆r m r m r m
G H T S φφφ=-()
∴=
-=⨯⋅--⨯⋅--∆∆∆r m r m r m S H G T J mol J mol K
φ
φφ535610439102983131..=⋅--32711.k J mol ()()∴==⨯=⋅⎛⎝ ⎫⎭⎪==⋅⋅⨯⋅=⨯⋅------电池可逆放电时热效应:....Q T S J mol E T S zF J K mol C mol V K R P r m ∆∆29832797446327196500339101111
41
∂∂φ
. . . .
.下载可编辑.
( 3 ).
4.(12分) 解:
( 1 )
负极:
正极:
电池反应:
( 2 ).
5.(10分)
解:
E V Hg Cl Hg AgCl Ag Hg Cl Hg φθθθϕϕϕ=--=222202224,,,.=00455.V ∴=ϕθHg Cl Hg V 2202679,.()()()Ag I e AgI s s m +-→-1()()Ag e Ag m s 2++→()()()Ag I AgI m m s 21+-+→∴=--++E RT
F a a Ag Ag AgI Ag Ag I ϕϕφφ,,ln 1又因为ϕϕφφAgI Ag Ag Ag RT F Ksp ,,ln =++∴=-+-E RT F a a RT F Ksp Ag I ln ln 1()既0720831429896500393101622..ln ,V Ksp a a Ksp mol kg Ag I =-⨯+∴=⨯⋅+---Ksp C C C mol kg AgI mol kg kg mol Ag I Ag =⋅∴=⨯⋅⨯⋅⨯+⨯⋅=⨯+-+-------19810198101079126910465108181319
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.[]()[][][]Cl X mol dm Na Xmol dm Na X mol dm Cl X mol dm --+-+---=+⋅=⋅=-⎛⎝ ⎫⎭⎪⋅=-⎛⎝ ⎫⎭⎪⋅左左右右010*********...根据唐南平衡:
[][][][]()既左左右右:..Cl Na Na Cl X X X -++-⋅=⋅+⋅=-⎛⎝ ⎫⎭
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