物理化学试题标准答案

取1Pθ=100 kPa

一、填空题（总20分，每空1分）

1. 若说一个系统处于热力学平衡状态，则包括以下四方面内容：热平衡、力平衡、相平衡、和化学平衡。

2. 判断下列各热力学量是大于，小于还是等于0：

理想气体自由膨胀过程：Q = 0，W =0，U=0，H=0；

3．等温等压的条件下，若有∆n B的物质B自动由α相转移到β相，则必定有μBα大于μBβ（填大于，小于或等于）。

4. 稀溶液的依数性包括溶剂蒸汽压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压。

5. 反应CO(g) + 1/2 O2 (g) = CO2 (g) 在2000K时的Kθ =

6.44, 在相同温度条件下,

反应2CO(g) + O2 (g) = 2 CO2 (g) 的Kθ’= 41.47.

6. NH4HCO3(s)放入真空箱中, NH4HCO3(s)按下式分解: NH4HCO3(s) = NH3(g) +H2O(g) +CO2(g), 此体系的独立组分数C=__1 __, 相数=___2___,自由度f=___1____.

7. 典型复合反应通常是指平行反应、_对行___ 反应以及_连串___ 反应。

8. 过渡态理论认为：反应物分子要变成产物，总要经过足够能量的碰撞形成高势能的_活化络合物。

二、选择题（总30分，15×2分）

1. 理想气体模型的基本特征是：( D )

A. 分子不断地作无规则运动、它们均匀分布在整个容器中

B. 各种分子间的作用相等,各种分子的体积大小相等

C. 所有分子都可看作一个质点, 并且它们具有相等的能量

D. 分子间无作用力, 分子本身无体积

2.下列哪个封闭体系的内能和焓仅是温度的函数( D)

A.理想溶液

B. 稀溶液

C. 所有气体

D. 理想气体

3. 在100℃和25℃之间工作的热机，其最大效率为：( A )

A. 20%

B. 25%

C.75%

D. 100%

4. 在270K，1Pθ下，1mol过冷水经等温等压过程凝结为同样条件下的冰，则系统熵变∆S与该相变过程的实际热温商Q / T之间的关系为：( B )

A. ∆S < Q / T

B. ∆S > Q / T

C. ∆S = Q / T

D.无法确定

5.. 下列化学势的表达式中哪个是偏摩尔量？( C )

A. (∂H/∂n B) S, P, n c≠B

B. (∂F/∂n B)T, V, n c≠B

C. (∂G/∂n B)T, P, n c≠B

D. (∂U/∂n B)S, V, n c≠B

6. 一定量稀溶液的依数性仅取决于：( C )

A. 溶剂的本性

B. 溶质的本性

C. 溶质的质点数

D. 温度

解：根据该双液系的蒸气压曲线图可知，其p 总出现最小值，也即对拉乌尔定律产生了最大负偏差，因而该双液系为具有最大负偏差的系统。此二元体系的p-x-y 和T-x-y 相图分别如下：

四、计算题（总30分）

1、(12分) 2 mol 单原子分子理想气体由始态(300 K, 10 P θ), 经历如下一些途径膨胀到2 P θ: (1) 等温可逆膨胀； (2) 等温恒外压(2 P θ)膨胀； (3) 绝热可逆膨胀；(4) 绝热恒外压(2 P θ)膨胀； 分别求上述途径的w, Q,

U,

H,

S,

G?

解: (1) 理想气体等温可逆过程: ∵dT=0

∴

U=0;

H=0

Q=-W=nRTln(p 1/p 2)= 2×8.314×300×ln(10/2)= 8029 J S=Q r /T=nRln(p 1/p 2)= 8029/300= 26.76 J.K -1

G= nRTln(p 2/p 1)=－8029 J

(2) 等温恒外压(2p θ)膨胀:

因为途径(2)与途径(1)的始末态相同, 故状态函数的变值相同, 故有: U=0,

H=0,

S=26.76 J.K -1, G=－8029 J.

Q=-W=p 2(V 2－V 1)= p 2V 2－p 2V 1＝p 2V 2－0.2p 1V 1=nRT(1－0.2)=0.8nRT= 3991 J

(3) 绝热可逆过程： Q r =0

S=∫(δQ r /T) =0

单原子理气 r =C p,m / C V ,m = 5/3 而对于理气绝热可逆过程有 P 11-r T 1r = P 21-r T 2r 代入已知条件，可得 T 2 = 157.6 K U = w = C V (T 2- T 1) = 2×1.5×8.314×(157.6－300)=-3551.7 J

H = C p (T 2- T 1) = 2×2.5×8.314×(157.6－300)= -5919.5 J

p 总 p B p B A

T B A p B A

(4) 绝热恒外压(2p θ)膨胀: Q=0 w =

U = C V (T 2- T 1) = 2×1.5×8.314×(T 2－300)

又 w =-p 2(V 2－V 1)= p 2V 1－p 2V 2＝0.2p 1V 1－p 2V 2= nR (0.2 T 1－T 2) = 2×8.314×(60－T 2)

所以 可解出 T 2 = 204 K U = w = C V (T 2- T 1) = 2×1.5×8.314×(204－300)=-2394.4 J

H = C p (T 2- T 1) = 2×2.5×8.314×(204－300)= -3990.7 J

2、(10分)1P θ下水的正常沸点为373K ，摩尔蒸发焓vap H m ＝40.70 kJ ·mol -1；今将378K ，1P θ下1mol 液态水等温等压蒸发为同温同压的水蒸汽。已知C p,m (H 2O,g)=33.6 J.K -1.mol -1, C p,m (H 2O, l)= 75.3 J.K -1.mol -1，设水蒸气可视为理想气体。 （15分）

(1) 计算该过程的Q 、W 、∆U 、∆H 、∆S 和∆G ；

(2) 使用哪种判据，可以判别上述过程可逆与否？并判别之。

解：(1) 水的此不可逆相变过程可设计下列可逆过程实现：

∆H= ∆H 1+ ∆H 2+ ∆H 3

∆S= ∆S 1+ ∆S 2+ ∆S 3

而∆H 1=

⎰373

378

d )l (T C

p

= n C p,m (H 2O, l) ∆T = 1×75.3×(373－378)= －376.5 J

∆H 2 = 40.70 kJ

∆H3 =

⎰378

373

d )g (T C

p

= n C p,m (H 2O, g) ∆T =1×33.6×(378－373)= 168 J

所以 ∆H= ∆H 1+ ∆H 2+ ∆H 3 = 40491.5 J Q=Q p =∆H = 40491.5 J

而又∆S 1=

⎰373

78

3d )

l (T

T

C p = n C p,m (H 2O, l) ln (373/378)= 1×75.3×ln (373/378) = －1.00 J.K -1 ∆S 2= ΔH 2T

= 40700/373 = 109.12 J.K -1

∆S 3=

⎰

T

78

3373

T

d )

g (p C = n C p,m (H 2O, g) ln (378/373)= 1×33.6×ln(378/373)= 0.45 J.K -1 378K, H 2O(l), 100 kPa 378K, H 2O(g), 100 kPa

∆G

∆S 1 ∆H 1 373K, H 2O(l), 100 kPa

373K, H 2O(g), 100 kPa

∆S 2 ∆H 2

∆S 3 ∆H 3 ∆S ∆H