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1、华南理工大学2004年攻读硕士学位研究生入学测验物理化学452试题12 / 12 作者： 日期：个人收集整理，勿做商业用途华南理工大学2004年攻读硕士学位研究生入学考试试卷(452)参考答案科目名称：物理化学适用专业：材料物理与化学、化学工程、化学工艺、生物化工、工业催化、生物医学工程、应用化学、环境工程1. 始态为25常压下的10克固体萘(C10H8)置于含足够氧的弹式量热计中燃烧，最终产物为25的CO2及液体水，过程放热400.911kJ。试求此过程的焓变H(10分)解：弹式量热计燃烧过程C10H8(s)+ 12O2(g) = 10CO2(g) + 4H2O(l)是恒容过程，故 DU=Q
2、V= -400.911kJDH= DU+DpV= DU+Dn(g)RT= -400.911kJ+(-2)(10g/128g)8.315298.15103kJ =-404.785kJ2. 在绝热系统中将273K、1mol的水和373K、lmol的水混合,试计算此过程的熵变S。设在此温度范围水的等压摩尔热容量为75JK1mol-1。(10分)解：整个系统过程为恒压绝热过程，设终态温度为T，则Qp=DH=1molCp(T273K)+ 1molCp(T373K)=0解得T=323K过程熵变DS=DS(冷水)+DS(热水)=1mol75JK1mol-1ln(323/273)+ 1mol75JK1mol-
3、1ln(323/373)=1.819 JK13. 已知反应A (g) = 2B(g) 在298K时rGmq=4.75kJmol-1, 试求：(1) 反应开始只有A，在298K 、100kPa下A (g)的离解度？(2) 当温度不变，总压增至1000kPa，A (g)的离解度？ (3) 反应开始时原料气中A (g) 与惰性气体的摩尔比为1：2， 在298K 、100kPa下A (g)的离解度？ (4) 解释(2)、(3)的计算结果。(15分)解：(1) Kq=exp(-rGmq/RT)=exp-4.751000/(8.315298)=0.1471A (g) = 2B(g)t=0 1mol 0 m
4、ol 平衡 (1-a)mol 2a mol n总=(1+a)mol pA=(1-a) pq/(1+a)， pB=2a pq/(1+a) Kq=(pB)2/( pq pA) =2a/(1+a)2/(1-a)/(1+a)=4a2/(1-a2)=0.1471 a=0.1883(2) pA=(1-a)10pq/(1+a)， pB=2a10pq/(1+a)Kq=(pB)2/( pqpA) =40a2/(1-a2)=0.1471 a=0.06053(3) A (g) = 2B(g) 惰性气体t=0 1mol 0 mol 2mol 平衡 (1-a)mol 2a mol 2mol n总=(3+a)mol pA
5、=(1-a) pq/(3+a)， pB=2a pq/(3+a) Kq=(pB)2/( pq pA) =2a/(3+a)2/(1-a)/(3+a)=4a2/(3-2a-a2)=0.1471 4a2=(1+a-2a2)0.1471a=0.3636(4) 反应是气相分子数增加的反应，从(2)计算可知，恒温时，增加总压不利于反应；而加入惰性气体相当于降低总压，故(3)情况有利于反应。4. 对于汞铊二组分系统，已知汞和铊的熔点分别为39和303，它们可形成化合物Tl2Hg5，熔点为15；形成的低共熔点的组成分别为8%、41%Tl（质量分数），相对应的温度分别为60、0；汞和铊的摩尔质量分别为200.5g
6、mol-1、204.3gmol-1。(1) 画出汞铊二组分系统的相图(示意图)。(2) 分析各区域和三相线对应的相态和自由度。(15分)解：(1) 示意图见右。(2) 各区相态如下：I. Hg(s)+Tl2Hg5(s) II. Tl2Hg5(s)+Tl(s)III. Hg(s)+LIV,V. L+Tl2Hg5(s) VI. L+Tl(s)VII. L三相线 ABC: Hg(s)+L+Tl2Hg5(s)DEF: Tl(s)+L+Tl2Hg5(s)自由度F=C+1-P=3-P：单相区，F=2；两相区，F=1；三相线, F=0。5. 已知25时，反应：Zn(s)+Hg2Cl2(s)ZnCl2(b)+
7、Hg(l)的rGmq =198.8kJmol-1。将该反应设计为电池。(1) 写出电池图式和电极反应。(2) 求电池的标准电动势E。(3) 若ZnCl2 溶液的质量摩尔浓度b = 0.005molkg-1。求该电池的电动势E。已知德拜-休克尔极限公式中常数A=0.509kg1/2mol-1/2，法拉第常数F=96500Cmol-1。(15分) 解：(1) 电极反应： Zn(s) Zn2+ + 2e Hg2Cl2(s) + 2e2 Hg(l) + 2Cl 电池图示： Zn(s)|ZnCl2(b)| Hg2Cl2(s)| Hg(l)(2) Eq= -DrGmq/zF= -198800Jmol1/(
8、296500Cmol1)=1.030V(3) ，而，离子强度 = 0.015molkg1所以 0.125得 =0.750 =1.227V6. 电池Pt| H2(p)| HCl()| AgCl(s) | Ag在某指定条件下的电动势与温度t的关系为： E/V=0.236594.856410-4t/3.420510-6 (t/)2求上述电池在25、可逆放电193C的电量时，反应过程的电功Wr、熵变rS、焓变rH及可逆热 Qr 。(15分)解：E/V=0.236594.856410-4253.420510-6252=0.2223q=xzF= 193CWrqE=193C0.2223V =42.90J D
9、S= xzF (E/T)p= 193C(4.856410-43.420510-625)VK1=0.1102JK1 Qr= TDS=298.15K(0.1102JK1)=32.86JDH= DG+TDS= Wr+Qr= -42.90J-32.87J=75.77J注意：通常算的是1摩尔反应过程的有关量变化，但本题并不是1摩尔反应。7. 273K时，用木炭吸附CO气体， 当CO平衡分压分别为24.0kPa、41.2kPa时, 对应的平衡吸附量为5.56710-3dm 3kg-1 、 8.66810-3 dm 3kg-1, 设该吸附服从兰格缪尔吸附等温式, 计算当固体表面覆盖率达0.9时, CO的平衡
10、分压是多少? (10分)解：兰格缪尔吸附等温式 Va/Va=bp/(1+bp)取倒数 Va/Va=11/(bp)代入数据 Va/5.56710-3dm 3kg-1=11/(b24.0kPa)Va/8.66810-3dm 3kg-1=11/(b41.2kPa)解得：b=0.006956kPa1，Va=38.9110-3dm 3kg-1当Va/Va=0.9时，p=1/b( Va/Va1)=1/0.006956kPa1(1/0.91)=1294kPa8. 在101325Pa外压，100的某液体产生一个半径为110-5m的小气泡。(1) 计算小气泡所承受的压力。(2) 判断该气泡能否逸出液面？说明理由
11、。已知此温度下该液体的表面张力为58.510-3 N m-1,密度为1000 kg m-3, 饱和蒸气压为102000Pa, 该液体的摩尔质量为3010-3 kg mol-1。忽略液体静压的作用。(10分) 解：(1) Dp=2g/r=258.510-3 N m-1/110-5m=11700Pa 承受压力=外压Dp=101325Pa +11700Pa=113025Pa(2) 计算气泡上的饱和蒸气压pr, 开尔文公式： ln(pr/p)=2gM/RTrr即 pr=pexp(2gM/RTrr)=102000Paexp258.510-33010-3/8.315373.151000(-10-5)=10
12、1989Pa 承受压力=113025Pa故气泡无法逸出液面。9. 已知反应 A(g)+B(g) C(g) ，20时k1=0.3 dm3mol-1s-1，k-1=4.010-3 s-1，30时，k1=0.6 dm3mol-1s-1。(1) 求20时反应的rGmq。(2) 求正向反应活化能。(3) 若忽略逆反应，设30时反应物A和B起始浓度均为0.1 moldm-3，求反应级数、半衰期及2分钟后反应物A的转化率。(15分)解: (1) Kc=k1/k-1=0.3 dm3mol-1s-1/4.010-3 s-1= 75103m3mol-1Kq=Kc(pq/RT)-S vB=75103105/(8.3
13、15293.15)1=3.077rGmq=RTln Kq =8.315293.15ln(3.077)Jmol-1=2740Jmol-1(2) Ea=RT1T2ln(k2/k1)/(T2-T1)=8.315293.15303.15ln(0.6/0.3)/(30-20) Jmol-1 =51219 Jmol-1(3) 忽略逆反应时，反应级数为2，两种反应物的初浓度相同时， dcA/dt=k1cA2半衰期 t1/2=1/ k1cA0 =1/(0.6 dm3mol-1s-10.1moldm-3)=16.67s当t=2min=120s时， cA=1/(k1t+1/cA0)=1/(0.6 dm3mol-1s-1120s+1/0.1moldm-3)= 0.0122moldm-3转化率 xA=(cA0- cA)/cA0=(0.1-0.0122)/0.1=0.87810. 一氧化氮气相氧化反应2NO + O2 2NO2 反应机理为：2NO N2O2 O2 + N2O2 2NO2 (1) 设N2O2是活泼不稳定物质，导出用生成物NO2表示的反应速率方程。(2) 设式正逆反应活化能均很小， 式活化能大，导出用NO2表示的反应速率方程。(15分)解：(1
