华南理工大学2000-2006年攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题1.doc
《华南理工大学2000-2006年攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题1.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《华南理工大学2000-2006年攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题1.doc(42页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流华南理工大学2000-2006年攻读硕士学位研究生入学考试物理化学试题1.精品文档.华南理工大学2000年攻读硕士学位研究生入学考试物理化学试题(两类题综合而成,适用所有专业。由葛华才老师整理求解,有错请告知!) 1苯的正常沸点为353K,摩尔蒸发焓为30.77kJmol-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)。(1) 计算该过程苯吸收的热量和做的功;(2) 求过程的 DG和DS;(3) 求环境的熵变;(4) 可以使用何种判据判断过程的性质。(本题12分) 解:设计如下途径计算向真空膨胀DH
2、、DSDH3、DS3 (3)(1) DH1、DS11 mol苯 (l)353K,p$1 mol苯 (g)353K,p$可逆相变DH2、DS21 mol苯 (l)353K,p= 101.325 k Pa1 mol苯 (g)353K,p= 101.325 k Pa (1) 因真空蒸发可理解为pamb=0或恒容过程,W=0可忽略压力对凝聚系统的焓的影响,DH1=0;理想气体恒温时 DH3=0,故DH=DH1+DH2+DH3=0DvapH+0= (130.77)kJ=30.77kJQ=DU=DH-D (pV)DvapH-p$ (Vg-Vl)= n DvapHm-p$ Vg =n DvapHm-nRT
3、= (30770-18.315353)J = 27835J(2) DS=DS1+DS2+DS3=0+DS2+DS3= (DH2/T)+ nRln(p/p$) =(30770/353)+18.315ln(101.325kPa/100kPa)JK-1 = 87.28JK-1DG=DH-TDS = (30770-35387.28)J= -39.84J(3) DSamb= -Q/Tamb= -27835J/353K = -78.85 JK-1 (4) 可用熵判据判断过程的性质,此过程 DSiso=DSsys+DSamb= 87.28JK-1+(-78.85JK-1)= 8.43JK-1 0故为不可逆过
4、程。 2有关金刚石和石墨在298K时的热力学数据如下表所示:金刚石石墨DcHm$/(kJmol-1)-395.3-393.4Sm$/(JK-1mol-1)2.435.69密度/(kgdm-3)3.5132.260求:A. 298K时,由石墨转化为金刚石的DrGm;B. 298时,由石墨转化为金刚石的最小压力。(本题分) 解:石墨 金刚石A. DrHm$ =DcHm$(石墨) - DcHm$ (金刚石) = -393.4 kJmol-1 - (-395.3 kJmol-1) = 1.9 kJmol-1 DrSm$ =Sm$(石墨) - Sm$ (金刚石) = 2.43 JK-1mol-1 - 5
5、.69 JK-1mol-1 = -3.26 JK-1mol-1 DrGm$ =DrHm$ T DrSm$ = 1900 Jmol-1 - 298K(-3.26 JK-1mol-1) = 2871 Jmol-1 B设计如下路径D G=0石 墨 p 、298K金刚石p,298KDG2=2871Jmol-1石 墨 p$、298K金刚石p$,298KDG=DG1+DG2+DG3=0假设(V金-V石)与p无关,得:(V金-V石)( p - p$) = -DG2 =1.516109Pa 3已知288.15K时纯水的饱和蒸汽压为1705Pa,现将mol NaOH溶解在4.559mol水中,测得该溶液的饱和蒸
6、汽压596.5Pa,求:A. A. 溶液中水的活度;B. 在纯水中和在溶液中,水的化学势的差值。 (本题10分) 解: A. a(H2O)=p(H2O)/ p*(H2O)=596.5Pa/1705Pa=0.3499B. H2O(溶液) H2O(纯水) 因为 m(H2O)=m*(H2O)+RT lna(H2O)所以 Dm = -RT lna(H2O)= -8.3145JK-1mol-1288.15Kln0.3499=2516Jmol-1 4对MnO-Fe2O3二组分系统,已知MnO和Fe2O3的熔点分别为1785和1370;在1430时,含有40和70Fe2O3(质量)两间发生转熔变化,与其平衡
7、的液相组成为85Fe2O3;在1200,两个固溶体的组成为36Fe2O3和74Fe2O3。A. A. 试绘制出该系统的相图;B. B. 指出个区域和三相线对应的相态和自由度;C. C. 当一含74Fe2O的二相组分系统,由1650缓慢冷至1100时,作出冷却曲线,简述其相态的变化。D. D. 当一含74Fe2O3的二相组分系统,由1650缓慢冷至无限接近1430,试分析此时个相的组成和质量。假设系统的总质量为1kg。(本题12分) 解:A. 系统相图如下MnO-Fe2O系统的液-固恒压相图和a点的步冷曲线B. 各区相态:I:固溶体a II:固溶体a +固溶体b III:固溶体b IV:溶液+
8、固溶体a V:溶液+固溶体b VI:溶液 三相线ABD:固溶体a + 固溶体b + 溶液 自由度F=C+1-P=3-P: 单相区P=1,F=2;两相区P=2,F=1;三相线P=3,F=0C. 由相图可看出相态变化如下: a(l)b(l+ a)c(a+l+b)c(l+ b)d(l+ b)e(b)f(a +b)D. 当一含74% FeO的二组分系统,由1650缓慢冷至无限接近1430,存在固溶体a 和溶液两相,其组成分别接近40%和85% FeO,设其质量分别为Ms,Ml,根据杠杆规则,则有 MsAC=MlCD即 Ms(0.74-0.40)=Ml(0.85-0.74)可得 Ms =1kg0.11
9、/ 0.45 =0.244kg Ml=1kg-Ms =1kg- 0.244kg = 0.756kg 其中固溶体含FeO :Ms0.40=0.244kg0.40=0.098kg MnO: 0.244kg-0.098kg=0.146kg其中溶液含 FeO :Ml0.85=0.756kg0.85=0.643kgMnO: 0.756kg-0.643kg=0.113kg 5298K时,电池 Hg(1)HgCl2(s) | HCl(a) | Cl2(g,p$ ) | Pt 的电动势及它的温度系数分别为1.092V和9.427X10-4VK-1。A. 写出电极反应及电池反应。B. 求电池反应的DrGm、Dr
10、Sm、DrHm及Qr,m 。C. 比较该反应在可逆电池中及在通常反应条件(298K,p$下热反应)下进行时的热效应。 (本题14分) 解: A. 电极反应: 阳极: 2Hg(l) + 2Cl-(a) Hg 2Cl2 (s)+2e- 阴极: Cl2 (g, p$)+2e- 2Cl-(a) 电池反应:2Hg(l) + Cl2 (g, p$) Hg2Cl2(s)B. DrGm = -zFE= -296500Cmol-11.082V= -210.756kJmol-1 DrSm = 296500Cmol-19.427X10-4VK-1 = 181.94JK-1mol-1 DrHm =DrGm +TDrS
11、m = (-210756+298181.94)JK-1mol-1= -156538Jmol-1 Qr, m= T DrSm= 298K181.94JK-1mol-1= 54.218kJmol-1 若电池反应为: Hg(l) + (1/2) Cl2 (g, p$) (1/2) Hg2Cl2(s)则z=1, DrSm = 90.97JK-1mol-1 ,DrGm =-105.38kJmol-1DrHm =-78269Jmol-1,Qr, m= 27.109kJmol-1mol-1C. 因恒压不做非体积功时 DrHm=Qp,即通常条件下反应时放热156.538kJmol-1;但在电池中反应时,则从环
12、境吸热54.206kJmol-1,并将其转化为电功。6已知H2分子的摩尔质量M、转动特征温度Q r、振动特征温度Q v分别为2.010-3 kgmol-1、85.4K、6100K。在温度298.15K时,试分别计算:A运动在1m3立方体盒子了的H2分子平动配分函数。 BH2分子的转动配分函数。 CH2分子的振动配分函数。 D处于第一振动激发态与振动基态的粒子数之比。已知k=1.38110-23JK-1, h=6.62610-34Js, L=6.0221023mol-1。(本题10分) 解. A. B. C. D. n(u=1)/n(u =0) = g1exp(-e1/kT) / g0exp(-
13、e 0/kT)= =exp(-hv/kT) = exp(-Q v/T) =exp(-6100K/ 298.15K) = 1.310-9 07293K时,苯的表面张力为28.910-3Nm-1,密度为 879kgm-3,苯的正常沸点为354.5K,汽化热为33.9kJmol-1(可视为常数)。求293K时半径为10-6m的苯的雾滴(球形)的饱和蒸汽压。(本题10分)解: 第一步: 求293K时,苯的饱和蒸汽压p2 = 9065Pa第二步: 求293K时,半径为10-6m的苯雾滴的饱和蒸汽压pr 用开尔文公式得 pr=9084Pa8反应A B的速率常数和平衡常数K(无量纲)与温度的关系如下: lg
14、(k-1/s-1)= -4000/(T/K)+8.0 lg K =2000/(T/K) -4.0计算:A正、逆反应的级数;B反应的内能变DrU及正、逆反应的活化能;C若cA,0=0.5moldm-3, cB,0=0,计算400K时反应10s后各组分的浓度。(本题12分) 解:(1) 由k-1的量纲为s-1可知逆反应为1级,由平衡常数K=k1/k-1无量纲可知正反应亦为1级。(2) 根据已知平衡常数与温度关系式 lg K =2000/(T/K) -4.0与化学反应的恒容方程积分式 lnK = DrU/RT+C相比得DrU=2000K2.303R = (20002.3038.315)J. mol-
15、1 = -38.30kJ. mol-1根据逆反应速率常数与温度关系式lg(k-1/s-1)= -4000/(T/K)+8.0与阿累尼乌斯关系的对数式为ln(k-1/s-1)= -Ea,-/(RT)+ ln(k-1,0/s-1)得Ea,-2.303R4000K=(2.3038.3154000) J. mol-1= 76.60kJ. mol-1亦可用Ea,-RT2dln(k-1/s-1)/dT2.303R4000K=76.60kJ. mol-1根据DrU= Ea,Ea,-得Ea,=DrUEa,- = (-38.3076.60) kJ. mol-1 = 38.30 kJ. mol-1 (3) 当T=
16、400K时,lg(k-1/s-1) = -4000/(400K/K)+8.0= -1,k1=0.1s-1; lg K =2000/(400K/K)-4.0=1, K=10 k-1=k1/K=0.1s-1/10=0.01s-1 A = B t=0 cA,0 0 t=t cA=cA,0(1-xA) cB=cA,0xA-dcA/dt =k1cA-k-1cB分离变量后积分得代入数据得t=10s时,xA=0.606所以 cA=cA,0(1-xA)= 0.5moldm-3(1-0.606) = 0.197 moldm-3 cB=cA,0xA= 0.5moldm-30.606 =0.303 moldm-39
17、将0.010dm3, 0.02moldm-3的AgNO3溶液,缓慢地加入到0.01dm3,0.005 moldm-3的KCl溶液中,可得到AgCl溶胶。 A写出胶团结构的表示式; B指出胶体粒子电泳的方向; C若加入NaNO3、Ca(NO3)2、 Fe(NO3)3使溶胶聚沉,何者的聚沉能力最强。 (本题10分) 解: A. AgNO3 + KCl AgCl(胶体) + KNO3 n(AgNO3)=0.010dm30.02moldm-3=0.0002mol n(KCl)=0.10dm30.005moldm-3=0.0005mol n(AgNO3) n(KCl),KCl 过量,为稳定剂,所以胶团结
18、构为 AgClm nCl- (n-x)K+x- xK+ | 胶核 | | 胶 粒 | | 胶 团 | B由于胶粒带负电,电泳时向正极方向移动。 C由于胶粒带负电,聚沉时反粒子起作用,即正离子价数越高,聚沉能力越大, 所以 NaNO3 Ca(NO3)2 Fe(NO3)310. 关于用电导率法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数的实验,请回答如下问题: A. 说明实验原理; B. 画出实验装置草图; C. 实验中需注意那些问题。(化工类做,10分) 答:具体见实验书,要求简明扼要。华南理工大学2001年攻读硕士学位研究生入学考试试卷(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)科目名称:物理化学(含物理
19、化学实验)适用专业:化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程(试题已由葛华才老师整理求解,有错请告知!)1. C6H6在100kPa时的熔点为5,摩尔熔化焓为9916Jmol-1,Cp,m(l)=126.8JK-1mol-1,Cp,m(s)=122.6JK-1mol-1。求100kPa、5下1 mol过冷C6H6凝固成固态C6H6的Q、U、H、S、A、G,假设凝固过程的体积功可以忽略不计。(12分) 解:涉及过程如下:DH,DSC6H6 (1mol,s,T=268K,100kPa)C6H6 (1mol,s,T=278K,100kPa)C6H6 (1mol,l,T=278K,100kPa)C6H6
20、 (1mol,l,T= 268K,100kPa)DH2 ,DS2DH3DS3DH1DS1 DH= DH1+ DH2+ DH3= Cp,m(l)(TT) + DH2Cp,m(s)(TT) 9916 Jmol-1+(122.6126.8)(268278) Jmol-1 = 9958 Jmol-1 恒压 Q= DH= 9958 Jmol-1DU= DH DpV DH=9958 Jmol-1DS= DS1+ DS2+ DS3= Cp,m(l)ln(T/T) + DH2/T+Cp,m(s)ln(T/T)= DH2/T+Cp,m(s)Cp,m(s)ln(T/T) 9916 Jmol-1/278K+(122
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 物理化学 华南理工大学 2000 2006 攻读 硕士学位 研究生 入学考试 试题
限制150内