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1、华南理工大学852物理化学(二)2001-2015历年考研真题汇编-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(含物理化学实验) 适用专业：化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程1. C6H6 在 100kPa 时的熔点为 5， 摩尔熔化焓为 9916J mol-1， Cp,m(l)=126.8J K-1 mol-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)
2、解：涉及过程如下：?H= ?H1+ ?H2+ ?H3= Cp ,m(l)(TT) + ?H2Cp,m(s)(TT) 9916 Jmol-1+(122.6126.8)(268278) Jmol-1 = 9958 Jmol-1 恒压 Q= ?H = 9958 Jmol-1?U= ?H ?pV ?H=9958 Jmol-1 ?S= ?S1 + ?S2 + ?S3= Cp,m(l)ln(T/T) + ?H2 /T+Cp,m(s)ln(T/T) = ?H2/T+Cp ,m(s)Cp,m(s)ln(T/T) 9916 Jmol-1/278K+(122.6126.8)ln(268/278) JK-1mol-
3、1 = 35.8 JK-1 mol-1?G?A= ?H ?S = 9958 Jmol-1268K35.8 JK-1mol-1 = 363.6 Jmol-12. 卫生部规定汞蒸气在 1m3 空气中的最高允许含量为 0.01mg。 已知汞在 20的饱和蒸 -1 气压为 0.160Pa，摩尔蒸气发焓为 60.7kJmol (设为常数)。若在 30时汞蒸气在空气中达 到饱和， 问此时空气中汞的含量是最高允许含量的多少倍？汞蒸气看作理想气体， 汞的摩尔 质量为 200.6gmol-1。(10 分) 解：本题主要利用克克方程进行计算。30 时汞蒸气压为 p= p exp? vapH (T -T )/RTT
4、 = 0.160Paexp60700(303.15293.15)/(8.315293.15303.15) =0.3638Pa 此时空气中汞含量是最高允许含量的倍数为 (pV/RT)M/0.0110 3g =0.36381/(8.315303.15)200.6/10 5=2895 3.钙和镁能形成一种稳定化合物。该系统的热分析数据如下 质量百分数 wCa/% 冷却曲线出现折点时 T/K 冷却曲线的水平线 T/K 0 924 10 883 787 19 787 46 973 787 55 994 65 923 739 79 739 90 998 739 100 1116(1) 画出相图(草图)并分
5、析各相区的相态和自由度。 (2) 写出化合物的分子式，已知相对原子量：Ca，40；Mg，24。 (3) 将含钙 35的混合物 1kg 熔化后， 放置冷却到 787K 前最多能获稳定化合物多少？ (12 分) 解：(1) 相图如下。单相区 F=2，两相区 F=1，三相线 F=0。(2) 化合物 C 含 Ca 55%，可知其分子式为 Ca：Mg= (55/40):(45/24) = 11/15 即为 Ca11Mg15。 (3) 根据杠杠规则，设能得到化合物为 W，则 (1kgW)(3519)= W(5535) 得 W= 0.444kg4. 在 25时，下列电池 Zn(s) | ZnCl2(b=0.
6、005mol kg-1) | Hg2Cl2(s) | Hg(1) 的电动势 E1.227V。 (1) 写出电极反应和电池反应。 (2) 求 25时该 ZnCl2 水溶液的离子强度 I，离子平均活度系数 和活度 a 。已知德 拜许克尔极限公式中常数 A 0.509kg1/2mol-1/2。(3) 计算电池的标准电动势 E 。(4) 求电池反应的?rG。(13 分) 解：此题与霍瑞贞主编的物理化学学习与解题指导258 页 15 题基本相同，但书上 计算活度部分是错误的！(1) 正极反应：Hg2Cl2(s)2e 2Hg(1)2Cl 负极反应：Zn(s) Zn2 2e电池反应：Hg2Cl2(s)Zn(
7、s) 2Hg(1)ZnCl2 (2) b+=b，b=2b， I=(1/2) bBzB2=0.5b42b1=3b =30.005mol kg 10.015mol kg 1lg=Az+|z-|I1/2 = 0.50920.0151/2= 0.1247 =0.750 a=a3=b33 /b3 =b+b-23 /b3 = (0.005) (20.005) 20.7503 2.11107(3) 根据 Nernst 方程 E=E+(0.05916V/2) lga(ZnCl2)=1.227V+0.02958Vlg(2.1110 7)=1.030V(4) ?rG=zFE= 2965001.021J= -197
8、.1kJ5. HI 的摩尔质量 M127.910-3kgmol-1 ，振动特征温度v3200K，转动特征温度 r9.0K：已知 k1.3811023JK-1，h6.62610-34Js，L6.0221023mol-1。(1) 计算温度 298.15K，100kPa 时 HI 的平动、转动、振动配分函数 qt 、qr、qv0。 (2) 根据转动各能级的分布数，解释能级越高粒子分布数越小不一定正确。(10 分) 解：(1) V=nRT/p=(18.315298.15/100000)m3 =0.02479m3=3.4711031 qr=T/r= 298.15K/(9.0K1)=33.13=1.000
9、 (2) 根据玻尔玆曼分 布，转动能级分布 nJ/N =gJexp(-J(J+1) r /T)/qr = (2J+1) exp(-J(J+1) r /T)/qr gJ fJ 由 gJ= (2J+1)和 f J 决定，随着 J 增大，gJ 增大，f J 减少，因此有可能出现一个极大值，即能级 越高粒子分布数越小不一定正确。6. 在 273K 时用钨粉末吸附正丁烷分子， 压力为 11kPa 和 23kPa 时， 对应的吸附体积(标 准体积)分别为 1.12dm3kg-1 和 1.46dm3kg-1，假设吸附服从 Langmuir 等温方程。 (1) 计算吸附系数 b 和饱和吸附体积 V。 (2)
10、若知钨粉末的比表面积为 1.55104m2 kg-1 ，计算在分子层覆盖下吸附的正丁烷 分子的截面积。已知 L6.0221023mol-1。(10 分) 解：(1) Langmuir 等温方程 V/ V= bp /(1+bp)，两种不同压力下的数据相比数得 V/ V = (1+1/bp)/(1+1/bp) 1.46/1.12=(1+1/11kPa/b)/ (1+1/23kPa/b) 可得 b=0.156 kPa-1 所以 V= V(1+bp) / bp1.12dm3kg-1(1+0.15611)/(0.15611) =1.77 dm3kg-1 (2) 比表面 A0= VLA/(0.0224m3
11、mol 1) ，可得截面积为A(0.0224m3 mol 1 )A0/ VL (0.0224m3mol 1 )1.55104 m2kg-1/(1.7710 3m3kg-16.0221023mol-1) 3.2571019m27. 有下列反应式中 k1 和 k2 分别是正向和逆向基元反应的速率常数，它们在不同温度时的数值如下： 温度/K k1/s k2/(sp)-1-1300 3.5010 7.0010-7-3310 7.0010-3 1.4010-6(1) 计算上述可逆反应在 300K 时的平衡常数 Kp 和 K。 (2) 分别计算正向反应与逆向反应的活化能 E1 和 E2。 (3) 计算可逆
12、反应的反应焓?H。 (4) 在 300K 时，若反应容器中开始时只有 A，其初始压力 p0 为 p，问系统总压 p, 达到 1.5p时所需时间为多少？(可适当近似)(13 分)。 解：(1) Kp=k1/k2=3.5010 3s 1/7.0010 7(sp)-12000 p KKp /p =2000 (2) E1=RTTln(k1 /k1)/( TT)= 8.315300310ln(7.00/3.50)/(310300)Jmol 53.6k Jmol1 1E2=RTTln(k2 /k2)/( TT) = 8.315300310ln(1.4010 6/7.0010 7)/(310300)Jmol
13、 153.6k Jmol1(3) ?H= E1E2 0 (4) t=0 t=t 速率方程 -dpA /dt = k1 pAk2 (p -pA)2 k1 pA ( pk2-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(含物理化学实验) 适用专业：化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程1. C6H6 在 100kPa 时的熔点为 5， 摩尔熔化焓为 9916J mol-1， Cp,m(l)=126.8J K-1 mol-1， Cp,m(s)=122.6JK-1mol-1。求 100kPa、5下 1 mol 过冷 C6H6
14、 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：?H= ?H1+ ?H2+ ?H3= Cp ,m(l)(TT) + ?H2Cp,m(s)(TT) 9916 Jmol-1+(122.6126.8)(268278) Jmol-1 = 9958 Jmol-1 恒压 Q= ?H = 9958 Jmol-1?U= ?H ?pV ?H=9958 Jmol-1 ?S= ?S1 + ?S2 + ?S3= Cp,m(l)ln(T/T) + ?H2 /T+Cp,m(s)ln(T/T) = ?H2/T+Cp ,m(s)Cp,m(s)ln(T/T) 9916 Jmol-1/278K+(122.6126.8)ln(268/278) JK-1mol-1 = 35.8 JK-1 mol-1-
