2009~2010学年第一学期应化、材料专业《物理化学》期未试卷B答案

????????? 2009 — 2010 学年 第 一 学期 化学与材料学院2007级应化、材料专业 《物理化学》期末试卷（B）答案

栏 ? ? 号学?? ? 息 线 ?? ? ? ? ? 信 名?姓?订 ? ? ? ? ? ? 生 ? ? 装 级?班? ）?系? 考（?院?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?题号 分数 一 二 三 四(1) 四(2) 四(3) 四(4) 总分 评卷人 复核人 试卷类别：开卷（ ）闭卷（ √） 考试用时： 120 分钟 考试时间： 2010 年 1 月 9 日 下 午 考试地点： 文(202)

注意事项

1、学生的院（系）别、专业、班级、姓名、学号必须填写在考生信息栏内指定的位置。

2、学生在考试之前必须填写考试时间和地点。

3、答题字迹要清楚，并保持卷面清洁。

物理化学(上) 试卷B 考生考试诚信承诺书 在我填写考生信息后，表示我已阅读和理解《龙岩学院考试纪律与违纪处分办法》的有关规定，承诺在考试中自觉遵规守纪，如有违反将接受处理；我保证在本科目考试中，本人所提供的个人信息是真实、准确的。 考生签名： 第1页 共5页

? ? ??一、选择题（每小题1分，共10分；填上正确答案）

?1、物质的量为n的纯理想气体，该气体的下列物理量中，其值确定后，其他状态函数方有定值的

? ?是 ( D ) ? 栏 ?(A) p (B) V (C) T，U (D) T，p

? 2、某气体的状态方程为pVm=RT-a/Vm(a为大于零的常数)，此气体向真空绝热膨胀后的温度将( A ) 号?学?? (A) 不变 (B) 上升 (C) 下降 (D) 不确定

? 线3、实际气体经节流膨胀后， ( D )

息 (A) Q<0，ΔH=0，Δp<0 (B) Q=0，ΔH=0，ΔT<0 ?? ? (C) Q=0，ΔH<0，Δp<0 (D) Q=0，ΔH=0，Δp<0

? ? 4、在等压下，无论用什么过程进行一个A+B==C的反应，若ΔrHm>0，则该反应一定为 ( C ) ? 信 名?(A) 吸热反应 (B) 放热反应 (C) 视反应过程而定 (D) 无热量交换

姓?订 ? 5 、

下列哪个关系式不是化学势 ( C ) ? ( A )( ? U ) ?G(C)(?H?A ??nS, V ,n c ( B )( ? n ) T ,p , nc ) S ,V , n (D )( ) T , v, n BB?ncB?ncB ? ?6、1 mol A与n mol B组成的溶液，体积为0.85dm3，当x3-1

B= 0.60时，A的偏摩尔体积VA,m= 0.25dm·mol， ? 生 ?那么B的偏摩尔VB,m

为 ( A )

? 装(A) 0.40dm3·mol-1 (B) 0.60dm3·mol-1 级?班?(C) 0.34dm3

·mol

-1

(D) 0.24dm3·mol-1

）?7、在一个绝热刚瓶中，发生一个分子数增加的吸热化学反应，那么 ( C )

系? 考（?(A) Q > 0，W > 0，ΔU > 0 (B) Q = 0，W = 0，ΔU < 0 院??(C) Q = 0，W = 0，ΔU = 0 (D) Q < 0，W > 0，ΔU < 0

? ?8、A，B两液体混合物在T~x图上出现最低点，则该混合物对Raoult定律产生 ( A ) ? ? (A) 正偏差 (B) 负偏差 (C) 没偏差 (D) 无规则

? ?9、一定量的理想气体反抗恒定外压pe 作绝热膨胀时，则 ( B ) ? ?(A) 系统热力学能总是增加 (B) 系统热力学能总是减少 ? ?(C) 系统的焓值总是不变 (D) 系统热力学能总是不变

?10、下图中哪个是理想气体卡诺循环的T-S图? ( D )

物理化学(上) 试卷B

11、按下图的路线循环一周，哪种情况系统做的功-W为最大。 ( C )

v

12、H2O-NaCl-Na2SO4的三元体系中，Na2SO4 和 H2O能形成水合物 Na2SO4·10H2O(D)，在BGD

区中存在的是 ( C )

(A) 水合物D和溶液

(B) 水合物D和Na2SO4 及NaCl三相共存

第2页 共5页

??????????? (C) 水合物D、NaCl和组成为G的溶液 (D) 纯NaCl，纯Na2SO4和水溶液

13、某一固体在25℃和101325Pa压力下升华，这意味着 ( B )

(A) 固体比液体密度大 (B) 三相点压力大于101325Pa (C) 三相点温度小于25℃ (D) 三相点压力小于101325Pa

?

?

3、纯物质两相达平衡时，两相的吉布斯函数值一定相等。 ( × ) 4、dU = nCV,mdT对一定量的理想气体的任何p，V，T过程均适用。 ( √ ) 5、理想气体的?S?nCp,mln??V2??p2???nCV,mln???V1??p1?只适用于可逆过程。 ( × )

6、组成可变的均相系统的热力学基本方程 dG=－SdT＋Vdp＋??BdnB ，既适用于封闭体系

B?1栏 14、某实际气体反应的标准平衡常数用逸度表示为Kf，则Kf与下述物理量中有关的是 ( C ) 也适用于敞开系统。 ( √ )

号学??(A)系统的总压 (B) 催化剂 (C) 温度 (D) 惰性气体的数量 ? 15、在刚性密闭容器中，有理想气体反应达化学平衡A(g ) + B(g)

3C(g)，若在恒温下加入一

息 ?线定量的惰性气体，则平衡将 ( C ) ? ? (A) 向右移动 (B) 向左移动 (C) 不移动 (D) 无法确定

? ? 16、对于定位系统分布X所拥有的微观状态tx为 （B）

? 信 名?(A) 姓?订 (B)

(C)

?

(D)

? ?17、双原子分子在温度很低时，且选取振动基态能量为零，则振动配分函数的数度值为 ( B ) ? ? (A) 0 (B) 1 (C) <0 (D) >0

? 生 ?18、一个转动惯量为I的分子，其最低转动能级和其相邻能级间隔为 ( B ) ? 装 (A) (B) (C) 级?

(D)

班?19、CO和N2分子的质量m相同，>>298K，电子均处于非简并的最低能级，两种分子转动

）系??惯量相同。两种分子的理想气体在298K，p?

时的摩尔统计熵的关系为 ( C ) 考（?院??(A) S??????

m,CO=Sm,N2 (B) Sm,COSm,N2

? ?20、分子运动能级的大小次序是 ( A )

? ?(A) εn > εe > εv> εr> εt (B) εt > εr> εv > εe> εn ? ?(B) εt > εe > εr > εn> εv (C) εn > εr> εe> εt> εv

? 二、判断题（每小题1分，共10分；对打√，错打×）

? ? ?1、绝热系统熵增加的过程就是自发过程。 ( × ) ?2、系统达平衡时，熵值最大，自由能最小。 ( × )

物理化学(上) 试卷B 7、纯水在三相点和冰点时，都是三相共存，根据相律，这两点的自由度都应该等于零。 ( × ) 8、在一个密封的钟罩内，一个烧杯盛有纯液体苯，另一烧杯盛有苯-甲苯溶液，长时间放置， 最后两个烧杯内溶液浓度相同。 ( √ ) 9、特定温度、压力，正交硫、单斜硫、液态硫和气态硫可同时平衡共存 ( × ) 10、在同温同压下，分子的转动特征温度越低，其对熵的贡献越大。 (√ )

三、填空题（每小题2分，共20分；在题中“____”处填上答案）

1、分子动能大于3kT的分子在总分子数中所占的百分数为 4.98% 。

2、有A，B两种气体，其临界温度TC,A>TC,B，其临界温度pC,A

同温同压下 B 气体的压缩因子 Z 更趋近于

1。

3、最概然速率υm、数学平均速率υa、根均方速率μ三者的关系为υm∶υa∶μ=

2 : 2 2 / ? : 3 。

4 、 1 mol 理想气体从相同的始态 (p1，V1，T1)分别经绝热可逆膨胀到达终态(p2，V2，T2)，经绝热不可逆膨胀到达终态(p////

/

2，V2，T2)，则T2 > T2，p2 > p2，S2> S

2，H/

2

> H2。

（选填：“>”，“<”或“=”）

5 、 所谓正偏差溶液是指 AB 分子间的引力小于同类分子

AA，BB间的引力，则分子逸出液面

的倾向增加，所以pA > pAxA，?mixV > 0，?mixG > 0。（选填：“>”，“<”或“=”）

6、过饱和溶液中溶剂的化学势 < 纯溶剂的化学势，溶质的化学势 > 纯溶质的化学势。（选填：“>”，“<”或“=”）

7、下列化学反应，同时共存并到达平衡(温度在900~1200K范围内)：

CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)

H2O(g)+CO(g)+CaO(s)

CaCO3(s)+H2(g)

该系统的物种数S为 6 ，组分数C为 4 ，相数Ф为 3 ，自由度f为 3 。

第3页 共5页

?8、最低能量零点选择不同，则配分函数的值 不同 ，热力学能的值 不同 ，熵的值 相同 ，定 ? ?容热容的值 相同 。(选填：“相同”或“不同”)

?-0.015

倍时，其分子的振动特

?9、300K时，当分布在υ=1振动能级上的分子数是υ=0能级上的e ?征温度

为 4.5K 。

??10、已知CO的转动惯量I=1.45×10-46

kg?m2

，k=1.38×10-23

J?K-1

，h=6.626×10-34

J?s，则CO的转

栏 ? 动特征温度

为 2.78K 。

? 号?四、计算题（共60分）

学?? 1、(本题15分)在298.15K，101325Pa下，1mol过冷H2O(g)变成同温同压下的H2O(l)，求此过

? 息 线程的Q，W，?U，?H、?A、?S和?G，并判断此过程是否自发过程。已知298.15K的水的 ? ?饱和蒸气压为3168Pa，蒸发焓? vapHm=39906J.mol-1。(气体视作理想气体，ρ水=1000kg.m-3， ? ?M=18.01g.mol-1)

? ?解：设计如下可逆途径： （2分）

信 名?姓?订 ? ? ? ?

? (1) 等温可逆过程：?G1＝nRTln(p2/p1)

? 生 ? =1mol×8.314J?mol-1?K-1×298.15K×ln(3168Pa/101325Pa)

? 装 =－8589.685J （2分）

级?班?(2) 等温等压可逆相变过程：?G2＝0 （1分） ）系??(3) 等温过程：对于凝集相, 压力对其体积的改变极小，故可认为?V=0 考（?院???G3=V(p2-p1)

?=1mol×18.01×10-3

kg?mol-1

/1000kg?m-3

×(101325Pa-3168Pa)=1.7678J (2分) ? ?总过程：

? ?W= -p?V=-p(V2-V1)= -pV2+RT

? = -101325Pa×1mol×18.01×10-3kg?mol-1/1000 kg?m-3+ 8.314J?mol-1?K-1×298.15K

? ?=2476.994J （2分） ? ?Q=?H=－n?vapHm＝－39906J （1分）

?物理化学(上) 试卷B ?U=Q+W=－39906+2476.994=－37429.006J （1分） ?G=?G1+?G2+?G3=－8589.685+0+1.7678=－8587.92J＜0 （1分）

?S=(?H-?G)/T

={－39906-(-8587.92)}/298.15= -105.041J.K-1 （1分） ?A=?U-T?S

= -37429.006-298.15×(-105.041)= -40012.92J （1分）

在等温等压且无非体积功条件下，?G＜0，故该过程是自发进行的。 （1分） 2、(本题10分)300K时液态A的蒸气压为37.34kPa，液态B的蒸气压为22.66kPa，当2摩尔A

和2摩尔B混合后，液面上蒸气压为50.66 kPa，在蒸气中A的摩尔分数为0.60，假定蒸气为理想气体，试求：

(1) 求溶液中A和B的活度； (2) 在溶液中A和B的活度系数； (3) ?混合G＝？；

(4) 若溶液是理想溶液，则?混合G＝？。

解:

(1) pA= p*Aax,A，ax,A= pA/ p*A = p总yA/ p*A =50.66×0.6/37.33=0.814 (1分) pB= p*Bax,A，ax,B= pB/ p**B = p总yB/ pA =50.66×0.4/22.66=0.894 (1分) (2) ax,A=γx,A xA，γx,A = ax,A/xA=0.814/0.5=1.628 (1分) ax,B=γx,B xA，γx,B = ax,B/xB=0.894/0.5=1.788 (1分) (3) ?mixG=G混合后-G混合前=nARTlnax,A+nBRTlnax,B (2分)

=2×8.314×300ln0.814+2×8.314×300ln0.894= -1585.535J (1分)

(4) ?mixG=G混合后-G混合前=nARTlnxA+nBRTlnxB (2分)

=2×8.314×300ln0.5+2×8.314×300ln0.5= -6915.39J (1分)

3、(本题15分) Zn(A)与Mg(B)形成的二组分低共熔相图具有两个低共熔点，一个含有Mg的质

量分数为0.032，温度为641K，另一个含Mg的质量分数为0.49，温度为620K，在系统的熔液组成曲线上有一个最高点，含Mg的质量分数为0.157，温度为863K。已知Zn(s)和Mg(s)

第4页 共5页

?的熔点分别为692K和924K。

? ?(1) 试画出Zn(A)与Mg(B)二组分的低共熔相图； ? ?(2) 分析各点、线、面的相态、相数和自由度；

? ?(3) 分别画出含Mg的质量分数为0.30，0.49和0.80的熔化物，从973K冷却到573K过程中的

? 栏 ?步冷曲线。

? 号?(4) 1.70kgwMg=0.79的熔化物在冷却过程最多能析出何纯固体为多少？ 学??解：(1) Zn(A)与Mg(B)二组分的低共熔相图： (3) 各熔化物的步冷曲线：

息 线? ? ? ? ? ? ? 信 名?姓?订 ? ? ?

? ? （5分） （3分）

? 生 ?点M为Zn(s)与Zn(L)两相平衡点，f*=0 （0.25分） ? 装点K为Mg(s)与Mg(L)两相平衡点，f*=0 （0.25分） 级?班?点G为Zn*2Mg(s) (s)+Mg(s)+组成为G的熔液L三相平衡点，f=0 （0.50分） ）点O为Zn(s)+Zn2Mg(s) (s)+组成为O的熔液L三相平衡点，f*=0 （0.50分） 系??考（?点N为化合物(s)+ 组成为N的熔液两相平衡点，f*=0 （0.25分） 院?? 线HOD线为Zn(s)+Zn ?2Mg(s)+组成为O的熔液L三相平衡，f*=0 （0.50分） ? 线IGF线为Zn2Mg(s)+Mg(s)+组成为G的熔液L三相平衡，f*=0 （0.50分） ? ? 面MONGK线以上为熔液L单相区，f*=2 （0.25分） ? ? 面MOH为Zn(s)与熔液L两相平衡区，f*

=1 （0.25分） ? ? 面NOD为NaCl(s)与熔液L两相平衡，f*=1 （0.25分） ? ??面HIJE为Zn(s)与Zn*2Mg(s)两相平衡，f=1 （0.25分）

物理化学(上) 试卷B 面NGI为Zn2Mg与熔液两相平衡，f*=1 （0.25分） 面KGF为Mg(s)与熔液两相平衡，f*=1 （0.25分） 面IJCF为Zn2Mg(s)与Mg(s)两相平衡，f*=1 （0.25分） (4) 由杠杆原理可知：ms(1.0-0.79)= ml(0.79-0.49)

ml/ms=0.70，ml+ms=0.70ms+ms=1.70kg，ms=1.0kg （1.5分） 最多能析出1.0kg纯固体Mg。 （1.0分） 4、(本题10分)在1500K，p?

时，反应(1) H-4

2O(g)H2(g)+O2(g)的解离度为2.21×10；反应(2)

COO-4

2(g)

CO(g)+

2(g)的解离度为4.8×10；求反应(3) CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+ H2(g)在该温

度的标准平衡常数。(气体视作理想气体) 解：

反应(1) H2O(g)

H2(g)+

O2(g) ?n=

开始/mol： 1 0 0 平衡/mol： 1-a a

a n总=(1+a)mol （1分）

K?

?

?

p(1)=Kp/(p)?n =Kx(pn 总)?/(p)?n = Kx=Kn/( n?n

总)=(

a)1/2 a/{(1-a)(1+a)1/2} （1分）

∵a<<1，∴1-a≈1，1+

a≈1

K?

p(1)≈(a)1/2 a=(×2.21×10-4)1/2×(2.21×10-4)=2.323 ×10-6 （2分） 反应(2) CO2(g)

CO(g)+

O2(g) ?n=

开始/mol： 1 0 0 平衡/mol： 1-a a

a n总=(1+a)mol （1分）

K?

?

?

p(2)=Kp/( p)?n =Kx(p?n 总)/(p)?n = Kx=Kn/( n?n

总)=(

a)1/2 a/{(1-a)(1+a)1/2} （1分）

∵a<<1，∴1-a≈1，1+

a≈1

K?

p(2)≈(a)1/2 a=(×4.8×10-4)1/2×(4.8×10-4)=7.436 ×10-6 （2分）

反应(3)=反应(1)-反应(2)，则：K?

?

?

p(3)= Kp(1)/ Kp(2)= 2.323 ×10-6/7.436 ×10-6=0.312 （2分） 第5页 共5页