千里之行，始于足下讓知識(shí)帶有溫度。第第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦華南理工大學(xué)物理化學(xué)2022研究生入學(xué)考試試卷及答案詳解華南理工高校

2022年攻讀碩士學(xué)位討論生入學(xué)考試試卷

科目名稱：物理化學(xué)(含物理化學(xué)試驗(yàn))

1.在絕熱的條件下，將0.4mol某抱負(fù)氣體從200kPa壓縮到1000kPa時(shí)，溫度從300K升高到900K，求該過(guò)程的W、△H、△S、△U、△G，推斷過(guò)程的性質(zhì)并指出判據(jù)，已知：該抱負(fù)氣體在300K和200kPa時(shí)的摩爾熵為Sm＝205J·K-1·mol-1，定壓摩爾熱容為Cp，m＝3.5R(12分)

解：分析過(guò)程：(p1=200kPa,V1,T1=300K)→(p2=1000kPa,,V2,T2=900K)

絕熱Q=0

抱負(fù)氣體△U=nCV,m△T=n(Cp,m－R)△T

△H=nCp,m△T

故W=△U－Q

過(guò)程熵

△S=nCp,mln(T2/T1)+nRln(p1/p2)

△G=△(H－TS)＝△H－(T2S2－T1S1)=△H－(T2△S－S1△T)

過(guò)程絕熱，所以只能用△S推斷過(guò)程的方向。

注重：本題非恒外壓，功普通由熱力學(xué)第一定律式計(jì)算W=△U－Q。

2.298K時(shí)，反應(yīng)N2O4(g)＝2NO2(g)的平衡常數(shù)Kθ＝0.155，標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓為57.24kJ·mol-1(假定溫度對(duì)反應(yīng)焓的影響可以忽視不計(jì))。(共10分)

求(1)373K時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kθ。

(2)298K，總壓為pθ時(shí)N2O4的離解度。

(3)298K，總壓為pθ，離解前N2O4和N2(惰性氣體)物質(zhì)的量為1：1時(shí)N2O4的離解度。

解：本題主要利用等壓方程求不同溫度下的平衡常數(shù)，以及與組成關(guān)系。

(1)等壓方程：ln(K2θ/K1θ)=(T2－T1)?rHmθ/R(T2T1)

(2)N2O4(g)＝2NO2(g)

t=01mol0mol

t=∞時(shí)n1－x2xn總=1＋x

分壓(1－x)pθ/(1＋x)2xpθ/(1＋x)

K1θ＝[2x/(1＋x)]2/[(1－x)/(1＋x)]=4x2/(1－x2)

可求出x=

(3)N2O4(g)＝2NO2(g)N2

t=01mol1mol

t=∞時(shí)n1－x2x1moln總=2＋x

分壓(1－x)pθ/(2＋x)2xpθ/(2＋x)

K1θ＝[2x/(2＋x)]2/[(1－x)/(2＋x)]=4x2/(2－x－x2)

可求出x=

3.水的蒸汽壓與溫度之間可用如下關(guān)系式表示：

lg(p/Pa)＝－A/T＋B

若已知水在77℃時(shí)的飽和蒸汽壓為41.847kPa，求：

(1)常數(shù)A，B的值以及水的摩爾蒸發(fā)焓；

(2)在多大外壓下水的沸點(diǎn)可以轉(zhuǎn)變?yōu)?01℃；(共8分)

解：(1)給出的關(guān)系式實(shí)際上為克－克方程的不定積分式。題目只給出一個(gè)溫度下的蒸汽壓，代入方程無(wú)法求解。所以必需考慮其他條件或常識(shí)，即水在100℃時(shí)的飽和蒸汽壓為101.325kPa，代入自然就可得到A，B。至于?vapHm可用與A的關(guān)系計(jì)算：

?vapHm＝－2.303×AR

亦可用克－克方程的定積分式計(jì)算。

(2)外壓壓力即為101℃時(shí)的水的飽和蒸汽壓。

4．(NH4)2SO4－H2O所組成的二組分系統(tǒng)，在－19.1℃時(shí)有一個(gè)低共熔點(diǎn)，此時(shí)冰、(NH4)2SO4(s)和濃度為38.4％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的(NH4)2SO4水溶液平衡共存。在108.9℃時(shí)(NH4)2SO4飽和溶液(濃度為51.8％)沸騰。

(1)試?yán)L出相圖暗示圖。

(2)分析各組分存在的相平衡。

(3)含30％的(NH4)2SO4水溶液冷卻能否得到純固體(NH4)2SO4？若不能，如何得

到純固體(NH4)2SO4？

(4)1kg含51.8％的(NH4)2SO4水溶液在何溫度下能得到最多的純固體(NH4)2SO4，計(jì)算出最多能得到的(NH4)2SO4的量。(共12分)

解：(1)相圖和各相組成如下

H2O(NH4)2SO4t/%(質(zhì)量)

(3)不能。可通過(guò)加熱蒸發(fā)使硫酸銨的濃度增大至超過(guò)38.4%(或51.8%)即可.

(4)冷卻到臨近－19.1℃時(shí)能得到最多的純固體。設(shè)固體量為Ws，利用杠桿規(guī)章則有，

(51.8－38.4)(1kg－Ws)=(100－51.8)Ws

Ws=0.218kg

5．25℃時(shí)，電池Zn(s)|ZnCl2(b＝0.555mol·kg-1)|AgCl(s)|Ag(s)的電動(dòng)勢(shì)E＝1.015V，(?E/?T)p=－4.02×10-4V·K－1。已知Eθ(Zn2+/Zn)＝-0.7630V,Eθ(AgCl/Ag,Cl-)=0.2220V。

(1)寫出電池反應(yīng)。

(2)求上述反應(yīng)的平衡常數(shù)Kθ。

(3)求電解質(zhì)溶液ZnCl2的平均活度系數(shù)。

(4)求上述反應(yīng)在定濃條件下，在恒壓無(wú)其他功的反應(yīng)器中舉行或在電池中可逆地舉行時(shí)吸放的熱量各為多少？(共12分)

解：(1)電極反應(yīng)：

Zn(s)→Zn2++2e—

AgCl(s)+e—→Ag(s)+Cl—

電池反應(yīng)：Zn(s)+2AgCl(s)→2Ag(s)+ZnCl2(l)

(2)Kθ=exp(zFEθ/RT)=exp[2×96500×(0.2220+0.7630)/8.315/298.2]=1.983×1033

(3)＝Eθ－(0.05916/2)lg[43(b/bθ)3]])(4ln[2ln23θ3θZnClθ2b

bFRTEFRTEE±-=-=γα±γ，而，3

θ3ZnCl2??

???==±±±bbaaγbbbbbb3/13/12/14])2([)(=?==-+-+±ννν代入1.015=(0.2220+0.7630)－(0.05916/2)lg(4×3×0.5553)

±γγ±=0.521

(4)可逆電池Qr=zFT(?E/?T)p=2×96500×298.2×(－4.02×10-4)J·mol-1

=-23136J·mol-1

非電池反應(yīng)：

Qp=?rH=?rG＋T?rS=?rG＋Qr=－zFE+Qr=[-2×96500×1.015+(-23136)]J·mol-1=-219031J·mol-1

6.25℃時(shí)乙醇水溶液的表面張力與溶液中乙醇的濃度c(單位mol·dm-3)的關(guān)系為

γ/(N·m-1)＝[72－0.5(c/mol·dm-3)＋0.2(c/mol·dm-3)2]×10-3

計(jì)算c＝0.6mol·dm-3時(shí)，(1)乙醇在液面的表面過(guò)剩；(2)將半徑為10-3m的玻璃毛細(xì)管垂直插入該溶液中(設(shè)乙醇水溶液徹低潤(rùn)濕毛細(xì)管)，溶液在毛細(xì)管中升高高度是多少？已知該溶液的密度為986kg·m-3，重力加速度為9.8N·kg-1。(共8分)

解：(1)Γ=－(c/RT)dγ/dc

=－(c/RT)[0.4(c/mol·dm-3)－0.5]×10-3N·m-1/(mol·dm-3)

=－[0.6/(8.315×298.2)](0.4×0.6－0.5)×10-3mol·m－2

=6.29×10－8mol·m－2

注重單位的處理！

(2)h=2γ/ρgr=2×(72－0.5×0.6+0.2×0.62)×10-3/(986×9.8×10-3m)

=0.0149m

7.乙醛熱分解CH3CHO→CH4＋CO是不行逆反應(yīng)，在518℃及恒容條件下，有數(shù)據(jù)：

求(1)

乙醛分解的反應(yīng)級(jí)數(shù)；(2)計(jì)算518℃時(shí)的速率常數(shù)；(3)試驗(yàn)測(cè)得在538℃時(shí)的速率常數(shù)是518℃時(shí)的兩倍，計(jì)算該反應(yīng)的活化能。(共12分)

解：本題與天津高校《物理化學(xué)》第四版教材11.33題基本相同。

設(shè)甲醛為A，由于是恒溫恒容反應(yīng)，可用壓力代替濃度舉行有關(guān)計(jì)算。

A→CH4＋CO

t=0pA000總壓p=pA0

t=tpApA0－pApA0－pA總壓p=2pA0－pA

所以pA=2pA0－p

(1)可用多種辦法求解。比較容易的是積分法。假設(shè)為級(jí)數(shù)n＝1，

則k=ln(pA0/pA)/t=ln[pA0/(2pA0－p)]/t

代入數(shù)據(jù)：

k1=ln[0.400/(2×0.400－0.500)]/100s=0.00288s－1

k2=ln[0.200/(2×0.200－0.229)]/100s=0.00157s－1

速率常數(shù)相差太多，可否定為一級(jí)反應(yīng)。

假設(shè)為二級(jí)反應(yīng)，則k=(pA－1－pA0－1)t

代入數(shù)據(jù)得：

k1=[(2×0.400-0.500)-1－0.400-1]kPa-1/100s＝0.00833kPa-1·s－1

k2=[(2×0.200-0.229)-1－0.200-1]kPa-1/100s＝0.00848kPa-1·s－1

速率常數(shù)十分臨近，所以可認(rèn)為是二級(jí)反應(yīng)。

用n級(jí)反應(yīng)的壓力與時(shí)光式代入建立一個(gè)方程，用嘗試法求n亦可。

(2)速率常熟k=(k1+k2)/2=0.00841kPa-1·s－1。

(3)Ea=RT1T2ln(k’/k)/(T2－T1)

＝(8.315×793.15×813.15×ln2/20)J·mol－1

＝186kJ·mol－1

8．有一平行反應(yīng)

AB

C在500K時(shí)，k1、k2分離為4.65s-1和3.74s-1。求(1)A轉(zhuǎn)化90％所需要的時(shí)光；(2)求總反應(yīng)的表觀活化能。已知兩平行反應(yīng)的活化能E1、E2分離為20kJ·mol-1和26kJ·mol-1。(共10分)

解：本題需把握一級(jí)平行反應(yīng)的邏輯才簡(jiǎn)單做。若沒(méi)把握，需自己推導(dǎo)。

(1)A的轉(zhuǎn)化率x與時(shí)光的關(guān)系如下：

t=－ln(1－x)/(k1+k2)＝－ln(1－0.90)/(4.65s-1+3.74s-1)=0.2744s

(2)E=(k1E1+k2E2)/(k1+k2)=(4.65×20＋3.74×26)kJ·mol-1/(4.65+3.74)

=22.67kJ·mol-1

初始?jí)毫?純乙醛)

0.400kPa0.200kPa100秒后系統(tǒng)總壓0.500kPa0.229kPa

9．將稀KI和AgNO3(過(guò)量)溶液混合制成溶膠。(1)寫出膠團(tuán)結(jié)構(gòu)暗示圖；(2)畫(huà)出此膠團(tuán)相對(duì)的雙電層電勢(shì)差暗示圖；(3)如何確定膠粒是帶正電還是帶負(fù)電？(共8分)

解：(1)AgNO3為穩(wěn)定劑，膠團(tuán)結(jié)果如下

[(AgI)mnAg＋·(n－x