华南理工大学攻读硕士学位研究生入学考试物理化学试题

华南理工大学攻读硕士学位研究生入学考试物理化学试题

华南理工大学

攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题

（适用专业：应化类材料物理与化学、化学工程、化学工艺、生物化工、工业催化、生物医学工程、应用化学、环境工程，未注明的为两类共用题）

1．苯的正常沸点为353K ，摩尔汽化焓为

30.77kJ •mol -1

，现将353K ，标准压力下的1摩尔液态苯向真空等温蒸发为同温同压的苯蒸汽（设为理想气体）。

A ．计算该过程苯吸收的热量和做的功；

B ．求过程的 G 和 S ；

C ．求环境的熵变；

D ．能够使用何中判据判断过程的性质。（12分）

解：设计如下途径计算：

A ．因真空蒸发， p 环=0

真空等温蒸发

H 3、 S 3 (1) 苯 (l) 1 mol 苯 ( l ) 1 mol

苯 ( g ) 1 mol 苯 (g ) 1 mol

(2)

⎰=-=∴0

dV p W 环

Q = U = H - (pV )

压力变化不大时，压力对凝聚系统的焓、熵影响不大，因此 H 1=0、 S 1=0。 又理想气体恒温 H 3=0 ，因此

H = H 1+ H 2+ H 3= H 2= n  vap H m

则 Q =n vap H m - p (V g -V l )= n vap H m - p V g ≈ n vap H m - nRT

= 1×30770 J - 1mol ×8.3145 J ·K -1·mol -1

×353K

= 27835J

B. S = S 1+ S 2+ S 3= S 2+ S 2= ( H 2/T )+ nR ln(p /p )

= (30770J/353K)+1×8.3145J ·K -1×ln(101.325kPa/100kPa)

= 87.28J ·K -1

G = H - T S = 30770J - 353K ×87.28J ·K -1= -39.84J

C. 环境熵变 ：设系

T =环

T

S 环= -Q 系/T 环= -27835J/353K =-78.85 J ·K -1

D . 可用熵判据判断过程的性质，此过程 S 隔= S 系+ S 环

= 87.28J ·K -1+(-78.85J ·K -1)= 8.43J ·K -1

> 0 故为不可逆过程。

2．已知288.15K 时纯水的饱和蒸汽压为1705Pa ，现将１mol NaOH 溶解在4.559mol 水中，

测得该溶液的饱和蒸汽压596.5Pa，求：

A.A.溶液中水的活度；

B.B.在纯水中和在溶液中，水的化学势的

差值。（应化类做, １０分）

解： A. ♋☎H2O)=p(H2O)/ p*(H2O)=596.5Pa/1705Pa=0.3499

B． H

2O(溶液) →H

2

O(纯水)

❍ =❍✉☎☟ ✆❍☎☟ ✆

因为 ❍☎☟ ✆❍✉☎☟ ✆+RT ln♋☎H2O)

因此 ❍= -RT ln♋☎H2O)= -8.3145J·K-1·mol-1×288.15K×ln0.3499=2516J·mol-1

3．有关金刚石和石墨在298K时的热力学数据如下表所示：

金刚石石墨

c H m

/(kJ·mol-1)

-395.3 -393.4

S m

/(J·K-1·mol-1)

2.43 5.69

密度/kg·dm-3 3.513 2.260

求：A. 298K时，由石墨转化为金刚石的

r

G m；

B. 298Ｋ时，由石墨转化为金刚石的最小压力。（１０分）

解： 石墨 == 金刚石

A. r H m = c H m (石墨) - c H m (金刚石) =

-393.4 kJ ·mol -1 - (-395.3 kJ ·mol -1

)

= 1.9 kJ ·mol -1

r S m =S m (石墨) - S m (金刚

石) = 2.43 J ·K -1·mol -1 - 5.69 J ·K -1·mol -1

= -3.26 J ·K -1·mol -1

r G m = r H m - T r S m = 1900

J ·mol -1 - 298K ×(-3.26 J ·K -1·mol -1

)

= 2871 J ·mol -1

B ．设计如下路径

∙

G = G 1+ G 2+ G 3=0

2

2d )(0

d d G p V V p V G p V

p p p

p

p p ∆-=-=+∆+⎰⎰⎰石

金

金石

假设(V 金-V 石)与p 无关，得： (V 金-V 石)( p - p ) = - G 2

2

)(

G p p M

M

∆-=--

石

金

）（ρρ

石墨

金刚

∆G =0

石墨

金刚

∆G 2=2871J ·∆G 1=⎰石p

p

p

V d

∆G 3=

⎰p

p

p

V 金

d