物化练习题(1)

高材15级物理化学试题A
一、分析及相图题
1、真实气体的行为规则是什么？真实气体能否被液化？其条件是什么?
答：分子之间有相互作用力，分子本身占有体积，分子不断作无规则热运动；能被液化，气体温度低于Tc（临界温度）。

2、质量作用定律对于复杂反应是否适应？
答：否，质量作用定律只适用于基元反应，对于非基元反应，只能对其反应机理的每一步基元反应适用。

3、现在有人想利用海洋中不同深度的温度不同，设计一种循环操作的机器，使海水的热力学能转换成有用的机械功。

这是不是违反热力学第二定律？为什么？
答：不违反，海洋深层的温度低于表面，由于相对密度的原因，温度低的水总在海洋的下层，因为不是从单一的热源吸热做功，所以不违反热力学第二定律。

4、任一封闭系统在任意指定的始末状态之间可设计出无数多个具体的途径，各具体途径的热和功皆不相等，但每个途径的热和功的代数和皆相等，原因何在？
答：封闭系统在指定的始末状态之间，任一指定途径的Qi+Wi=Δu，而Δu是状态函数的增量。

对于指定系统，Δu只取决于始末状态而与途径无关，故各途径的热和功…
5、气相反应NO(g)＋1/2O2(g) → NO2(g)在298 K，101.325 kPa下进行。

若有关气体均可视为理想气体，则因理想气体的热力学能只是温度的函数，故上述反应的△U = 0，又因是等温等压过程，Q=nC p,m△T=0。

此种说法是否正确？为什么？
答：不正确，对于一定质量一定组成的理想气体，其热力学能只是温度的函数，有相变化或化学变化时不满足上述条件，也就是得不到ΔU=0的结论，只适用于系统在无相变化及化学变化且ω′=0的等压过程下的的情况，而有化学变化时套用公式则不对。

6、知道了化学反应方程式，能否确定其反应级数和反应分子数？
答：不能，反应级数由实验得到，可通过尝试法，半衰期法，初始速率法等加以确定，通常一个化学反应不是按其计量数所示个数分子直接碰撞，而是经过一系列分子直接碰撞发生的步骤
7、一定量100℃，100 kPa的水，在等温等压条件下变成水蒸气。

若水蒸气可视为理想气体，则因理想气体的热力学能只是温度的函数，故上述状态变化的△U = 0；又因是等温等压过程，故Q=nC p,m△T=0。

此种说法是否正确？为什么？
答：不对，该过程有相变化，△μ=0不适用，且Q=n·Cpm·△T也不适用于相变化，在可逆相变中Qp=△Hm
8、什麽是恒压过程？始末状态压力相等的过程，即P1=P2的过程，一定是恒压过程吗？答：恒压过程是指系统的压力与环境的压力相等且恒定不变的过程;不一定，始态P1变到末态P2过程中系统的压力却不一定恒定且等于Pamb
9、二氧化硫转化反应为：
2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)Δ
在一定温度、压力下进行，生产过程中要经常从循环气中排除惰性气体，为什么？
答：，对于的反应，加入惰性气体，变大，变大，平
衡右移，利于正向反应；对于……，变大，变小，平衡左移，不利正向反应。

10、什么是稀溶液的依数性？采用什么方法可以使冬天的积雪融化，原因是什么？
答:稀溶液的依数性是指只依赖溶液中溶质分子数量，而与溶质分子本性无关的性质；撒盐，形成盐溶液，凝固点下降。

11、“凡是体系的温度升高，就一定要吸热；温度不变时，则体系不吸热，也不放热”。

这种说法全面吗？举例说明。

答：不全面，等温等压的相变化或化学变化，始、终态温度不变，但有热效性。

气体的绝热压缩，气体温度升高，但无吸收热量。

12、1mol始态为100℃，P0的水，在一体积合适的真空玻璃瓶中蒸发，最终成为同温同压的水蒸气。

某同学根据公式：dG =－SdT + Vdp算得该过程的△G=0，又认为始态和终态的温度、压力都没有变，所以得出“上述过程为可逆过程”的结论，你是否同意这一结论？为什么？
答：不同意，吉布斯函数判据适用于恒温恒压，ω′=0条件，同温同压不代表恒温恒压。

13、乙烯热分解反应：C2H4(g)→C2H2(g) + H2(g)
生产中往往向系统中添加惰性组分H2O(g)，这是为什么？
答:参考第9题
14、什么是理想液态混合物？写出理想液态混合物的混合性质。

答：任一组分在全部组成范围内都符合拉乌尔定律的液态混合物。

，，
，，
15、5mol-5℃，101.325kP的冰变为0℃，101.325kP的水蒸气，此过程能否用亥姆霍茨函数判据，原因是什么？可用什么来判定过程是否自发进行？
答：不能，亥姆霍茨函数适用于恒温恒容，ω′=0过程，该过程不恒温。

可用熵判据16、什么是可逆过程？如何判定一个过程是否可逆？
答：将推动力无限小，系统内部及系统与环境之间无限接近平衡条件下进行的过程；熵判据，化姆霍茨判据，吉布斯函数判据这三个判据来判断是否为可逆过程。

17、绘制二组分系统理想液态混合物气-液平衡相图的温度组成图，并指出每条线表示的意义，线上的C等于多少？P等于多少？F等于多少？
18、绘制出单组分系统的平衡相图，并指出每条线表示的意义，每条线上的C等于多少？P 等于多少？F等于多少？
19、图为二组分系统A、B在100 kPa下的气——液平衡相图。

（1）指出各区的相态。

（2）有4 mol的A(l)与1 mol B(l)的混合物在100 kPa下80℃达平衡时平衡系统中有几个相？各相的组成（以B的摩尔分数来表示）分别为多少？各相物质的量各为多少？如果对此混合物通过精馏分离，最终得到的产物是什么？各产物的量为多少？
20、Bi和Te生成稳定化合物Bi2Te3,它在600℃熔化。

纯Bi和纯Te的熔点分别为300 ℃和450 ℃，固体Bi2Te3在全部温度范围内与固体Bi,Te不互溶,与Bi和Te的低共熔点分别为270 ℃和410 ℃。

（1）粗略画出Bi-Te相图并标出所有相区存在的相态及成分。

（2）绘出x B=0.4和x B=0.8两系统点从700℃降温到200℃时的冷却曲线。

二、计算题
1、10 mol, 150℃, 101.3 kPa的水蒸气(设为理想气体)等压冷却至100℃，然后冷凝为100℃的液态水，求W，Q，△U及△H。

已知水的汽化焓为2259.36 J·g-1，C p,m( H2O,g ) = 29.288 J·mol-1·K-1。

解：W = W1 + W2 =－p( V2－V1 )－p( VL－V2 ) ≈－nR ( T2－T1 ) + nRT2
= nRT1 = 10×8.314×423 J = 35.168 kJ
Q = Q1 + Q2 = n Cp,m( T2－T1 ) －ΔvapH(凝)
= [10×29.288×(－50)－2259.36×18×10] J =－421.3 kJ
ΔU = W + Q =－386.2 kJ
ΔH = Q =－421.3 kJ
2、1 mol苯在101.325 kPa下的沸点80.1℃时蒸发，其汽化焓为395.0 J·g-1。

试计算Q，W，△U，△H，△S，△A及△G。

已知C6H6的摩尔质量M = 78.11 g·mol-1。

解：
Q=(395.0×78.1)J=30.85kJ=ΔH
ΔU=Q+W=27.91kJ
ΔS=
ΔA=，ΔG=0
3、1mol水在100℃，101.325 kPa时恒温蒸发成水汽，然后恒温可逆膨胀到50 dm3，若把水汽视作理想气体，试计算：（1）该过程的功（略去水的体积）；（2）系统的熵变。

设水汽化焓在100℃时为2259 J·g-1。

已知H2O的摩尔质量M = 18.02 g·mol-1。

解：（1）
=-8.314×373.2 J=-3.103kJ
故W=W1+W2=-4.623 kJ
（2）
4、在25℃时，电导池内充满0.01 mo l·dm－3 KCl 溶液, 其电阻为525 W, 充满0.1mo l·dm －3 NH
·H2O溶液时，其电阻为2030Ω。

已知25℃时0.01mol·dm－3KCl溶液的电导率为3
0.14114 S·m－1；NH4+与OH－的Λm∞分别为73.4×10－4S·m2·mol－1，198.3×10－4S·m2·mol－1。

试计算NH3·H2O的解离度与解离平衡常数。

解：
，
5、25℃时，电池为：
Pt | O2(g, 100 kPa) | OH-(aq，b=0.1 mol·kg-1) | Ag2O(s) | Ag
已知E0(OH-|Ag2O|Ag) = 0.344 V，E0(OH-|O2|Pt) = 0.401 V。

（1）写出电极反应及电池反应；
（2）计算电池电动势；
（3）计算△f G m0(Ag2O, s) 及Ag2O(s) 在25℃的分解压力。

6、已知水在100℃的摩尔气化焓为40.71 kJ·mol-1，1 kg水蒸气从100℃，101.3 kPa等温压缩为100℃，202.6 kPa的水，计算该过程的△U，△H，△S，△A和△G。

已知100℃，101.3 kPa下1g水的体积为1.043 cm3，水蒸气可视为理想气体。

H2O的摩尔质量M = 18.02 g·mol-1。

解：ΔH₁=－n·Δvaph=－2259.16KJ ΔH₂=nCp.m·ΔT=0
ΔH=ΔH₁+ΔH₂=-2259.16KJ
ΔU=ΔH₁＋W=ΔH₁+P(Vl－Vg)=－2087.10KJ
ΔS₁=ΔH/T=﹣6.05KJ/K ΔS₂=n∫(Cp.m/T)dT=0
ΔS=ΔS₁+ΔS₂=﹣6.05KJ/K
ΔG=ΔH﹣TΔS=0 ΔA=ΔU－TΔS=172.06KJ
7、反应A+B→P为二级反应。

A, B的初始浓度均为0.01 mol·dm-3，25℃时10 min内有转
化率为39%的A 发生反应，35℃时10 min 内有转化率为55%的A 发生反应，试计算15℃时10 min 内有多少A 发生反应。

解：
解得
解得：
8、苯精馏塔顶的冷凝装置，每小时把50 kg ，353 K 的苯蒸气冷凝为303 K 的液体苯。

冷却水进口温度288K ，出口温度293K ，问每小时消耗多少冷却水？(已知353K 苯的汽化焓为393kJ·kg -1，液态苯的平均质量热容为1.76 kJ·kg -1·K -1，水的平均质量热容为4.18 kJ·kg -1·K -1。

)
9、1 mol 甲苯在其沸点383.2 K 时蒸发为气，求该过程的Q ，W ，△H ，△U ，△S ，△G ，△A 。

已知该温度下，甲苯的汽化焓为362 J·g -1，甲苯的摩尔质量M = 92.16 g·mol -1。

解：M=92.16g/mol Q =362×92.16=33.35KJ ΔH =Qp=33.35KJ
W = -P(Vg-Vl)= -P ·Vg=-nRT=-8.314×383.2=-3.186KJ
ΔU =Q+W=33.35-3.186=30.164KJ ΔA =+Wr=-3.186KJ
ΔS =Q /T=3335÷383.2=87.03 J/K ΔG =0
10、铋的正常熔点为271.0℃，在该温度下固态铋与液态铋的密度分别为9.673和10.004 g ·cm -3，若在熔点时铋的熔融焓为53.3 J ·g -1
，试求1 mol 液态铋在其熔点凝固成为固态铋时，各热力学函数的改变值△U ，△H ，△S ，△A ，△G 以及W ，Q 。

已知铋的摩尔质量M = 209.0 g ·mol -1。

解: Q=ΔH=1×53.3×2.9=11.14KJ
W=－P(Vs －Vl=－P(nM /ρ固－nM /ρ夜)=－1.66KJ
ΔU=Q+W=9.48KJ ΔS=ΔH /T=20.47KJ
ΔG=ΔH －T ·ΔS=0 ΔA=ΔU －T ·ΔS=-1.66KJ
11、有一原电池Ag | AgCl(s) | Cl -（a=1）||Cu 2+（a=0.01）| Cu 。

（1）写出上述原电池的反应式；
（2）计算该原电池在25℃时的电动势E ；
（3）25℃时，原电池反应的 吉布斯函数变（△r G m ）和平衡常数K 各为多少？ 已知：E (Cu 2+|Cu) = 0.3402V ，E (Cl -|AgCl|Ag) =0.2223 V 。

解：（1）Cu AgCl C a Cl Ag s +===+=++-)(220.01)a (u )1(22
(2) E=[0.3402－0.2223－0.05916÷2×lg(1/1×0.01)]=0.05875V
(3) ΔrGm=－zFE=(－2×96485×0.05875)=－11.337kJ/mol
ΔrGm ∞=zFE=－RT ·lnK
LnK= [-zFE/RT=2×96485×(0.3402－0.2223)]÷(8.314×298.15)=9.1782
故K=9.68×10³
12、对于电池：Ag(s) | Ag2O(s) | OH-(a±=0.5) |O2(g，p0) | Pt，已知25℃时，E0(OH-|Ag2O|Ag) = 0.334 V，E0(OH-|O2|Pt) = 0.401 V，△f H m0(Ag2O,s) = -31 kJ·mol-1。

（1）写出电极反应及电池反应；
（2）计算该电池反应的电动势及反应的△r G m，△r S m，(ƏE/ƏT)P；
（3）计算Ag2O(s)在25℃下的分解压力。

13、乙烯热分解反应：C2H4(g)→C2H2(g) + H2(g)是一级反应，在1073.2 K时，反应经10 h 有转化率为50%的乙烯分解。

已知上述反应的活化能为250.8 kJ•mol-1。

欲使10 s内有转化率为60%的乙烯分解，问温度应控制在多少？
由阿仑尼乌斯方程：
得：T=1535.9K
14、气相反应A→Y + Z为一级反应。

在675℃下，若A的转化率为0.05，则反应时间为19.34 min，试计算此温度下的反应速率常数及A的转化率为50%的反应时间。

又527℃时反应速率系(常数)为7.78×10－5 min－1，试计算该反应的活化能。

A→Y+Z为一级反应
X为转化率
，。