《华南理工大学2003年攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华南理工大学2003年攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华南理工大学2003 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：物理化学适用专业：材料物理化学、材料加工工程、环境工程、生物医学工程点评：本套题题量偏多，至少多了 3 题，部分题难度偏大，且其中一道题所给的条件有误，使学生根本无法计算。1. 一绝热容器中装有 10mol、80 的纯水。已知液态水的恒压摩尔热容 Cp,m(H2O,l) 为 75.3Jmol-1K-1；水的摩尔气化焓和冰的摩尔焓分别为 40 kJmol-1、46.004 kJmol-1。在 101325Pa 下，为了使容器中的水温降至 50 。试问：(1) (1) 需加入 0的冰为多少
2、？(2) (2) 水和冰混合过程的总熵变。(10 分)解：本题求解需冰的溶化焓，但题目没有给出，题目给的冰的摩尔焓没有任何意义，所以是一个无法求解的题。也许，题目给的应该是冰的摩尔升华焓，这时冰的溶化焓可近似计算如下：fusH=subH vapH= 46.004 kJmol-140kJmol -16.004 kJmol -1(1) (1) 设加入的冰量为 x mol，根据绝热条件有Qp=H = n(H2O) Cp,m(H2O,l)(5080)K+ x fusH +Cp,m(H2O,l)(500)K = 0于是：x n(H2O) Cp,m(H2O,l)30K/ fusH +Cp,m(H2O,l)
3、50K 10mol75.3Jmol-1K-130K/6004 Jmol-1+75.3Jmol-1K-150K= 2.31 mol(2) S = n(H2O) Cp,m(H2O,l)ln(333.15K/353.15K)+ x fusH /273.15K+Cp,m(H2O,l)ln(333.15K/273.15K)=10mol75.3Jmol-1K-1ln(333.15K/353.15K)+2.31mol6004 Jmol-1 /273.15K+75.3Jmol-1K-1ln(333.15K/273.15K)= 41.42 JK-12. 2mol 理想气体在 101325Pa 下由 300K 加
4、热到 500K，该过程的热为 18kJ。已知系统终态的摩尔熵 Sm=25 Jmol-1K-1，在 300K500K 温度范围内热容视为常数，试求该过程的 W， U，H，S， A，G 。(12 分)解：W= -p( V2 V1) = - p2V2+p1V1 = nR(-T1+T2) = 28.315(500-300) J =3326Jcp=Q/n(T2T 1)=18000J/2mol(500-300)K=45 Jmol-1K-1U=ncV(T2T 1)= 2(45-8.315)200 J = 14674JH=ncp(T2T 1)= 245200 J = 18000JS=ncpln(T2/T1)=
5、 245ln(500/300) JK-1 = 45.97JK-1S2=2Sm=50 JK-1S1= S2S= (5045.97) JK -1 = 4.03 JK-1TS= T2S2 T1S1 = (500503004.03)J = 23791JA =U TS= 14674J23791J = -9117JG =HTS= 18000J23791J = -5791J3. 0.5mol 甲醇和 0.5mol 乙醇组成液态混合物可视为理想液态混合物。已知甲醇、乙醇的正常沸点分别为 65、78.5 ，乙醇的摩尔气化焓为 39.47 kJmol-1，假设甲醇、乙醇的摩尔气化焓不随温度而变。(1) 该混合物在
6、 101325Pa 下，温度达到多高才开始沸腾？(设刚沸腾时气相组成为 y 乙醇 =0.45)(2) (2) 甲醇饱和蒸气压 ln(p/Pa)与 T 的函数关系式。(3) (3) 在 298K 下混合，计算混合摩尔内能变 mixUm 和混合摩尔吉布斯函数变mixGm。(14 分 )解：(1) 设乙醇记为 B，沸腾时 pB=p 总 yB=101325Pa0.45=45596Pa，根据拉乌尔定律，p=pB*=pB/xB=45596Pa/0.5=91192Pa对于温度为 T，已知乙醇的 T=78.5，p=101325Pa 且 vapH=39.47 kJmol-1，利用克克方程得ln(p/p) = (
7、 vapH /R)(1/T1/ T)ln(101325Pa/91192Pa)= ( 39470/8.315)(1/351.65K/T)T=348.93K=75.78(2) 设甲醇为 A，混合物刚沸腾时 pA=101325Pa45596Pa=55729Pa ，纯 A 饱和蒸气压p=pA*=pA/xA=55729Pa/0.5=111458Pa利用其正常沸点的数据和克克方程可算其气化焓vapH /RTT1n(p/ p)/(TT )338.15K348.93Kln(101325Pa/111458Pa)/(338.15K348.93K)= 1043K 将正常沸点下的数据代入克克方程得ln(p/10132
8、5Pa) = 1043K (1/T1/338.15K)= 1043K/T +3.085(3) 混合焓变 mixHm0，mixUm mixHm mix pV000mixGmRT( xAlnxA+ xAlnxA(8.315298) Jmol-1(0.5ln0.5+0.5ln0.5)-1718 Jmol -14. 在 25 时，反应 CuSO4H2O(s) = CuSO4(s) + H2O(g) K=2.2105 (a)CuSO4H2O(s) = CuSO4(s) + H2O(l) K=6.948104 (b)水的标准摩尔生成吉布斯函数为 237.13 kJmol1 ，设水蒸气为理想气体，且 V(g
9、)V(l)。试求：(1) (1) 25水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数 fGm。(2) (2) 25水的饱和蒸气压。(10 分)解：(1) 反应(a)(b) 为H2O(l) = H2O(g)Gm=Gm(a)G m(b) = -RTlnKa +RTlnKb= fGm(H2O,g)-fGm(H2O,l)整理得：fGm(H2O,g)=fGm(H2O,g)+RTln(Kb /Ka) = 237.13 kJ mol1 +8.3150.29815kJmol1 ln6.948104 /(2.2105 )= 228.57 kJ mol1 (2) 把水的蒸发过程当作一个反应即H2O(l) = H2O(g)p/p平
10、衡(饱和) 时 K= p/p= exp(-Gm/RT) =exp(228570-237130)/(8.315298.15)=0.03166所以饱和蒸气压 p0.03166 p =3.166kPa本题亦可用其他方法求解。5. ZnCO3(s) 的分解反应为 : ZnCO3(s)ZnO(s) + CO 2(g)ZnCO3(s) ZnO(s) CO2(g)(298K)/kJmol-1 -731.52 318.3 394.36S(298K)/(Jmol-1K-1) 82.4 43.64 213.7cp,m/(Jmol-1K-1) 79.71 40.3 37.1试求：(1)在 298K 时， ZnCO3
11、(s)分解反应的标准平衡常数 K和U m；(2)在 500K 时， ZnCO3(s)的分解压力；(3)在 298K，p (CO2)=1000Pa 下，ZnCO 3(s)能否分解。(14 分)解：(1) G m=vBB= (-318.3-394.36+731.52) kJmol-1= 18.86 kJmol-1Sm=vBSB= (43.64+213.782.4) Jmol-1K-1= 174.94 Jmol-1K-1Hm=Gm+TSm=(18.86+2980.17494) kJmol-1= 70.99 kJmol-1Um=Hm vBRT= (70.9918.31529810 3 ) kJmol-
12、168.51 kJmol -1Kexp(-G m/RT) =exp-18860/(8.315298)4.94810 4(2) vBcp,m,B=(40.3+37.1-79.71) Jmol-1K-1 = -2.31 Jmol-1K-1计算 500K 时Hm(500K)=Hm(298K)+vBcp,m,B(500-298)K=(70.99-2.310.202) kJmol-1=70.52 kJmol-1Sm(500K)=Sm(298K)+vBcp,m,Bln(500K/298K)= 174.942.31ln(500/298) Jmol -1K-1= 173.74 Jmol-1K-1Gm(500K
13、)=Hm(500K)500K Sm(500K)=(70.520.5173.74) kJmol -1= 16.35 kJmol-1Kexp(-G m/RT)=exp(-16350/8.315500)=0.01959ZnCO3(s)的分解压p=Kp=0.01959p(3) 在 298K，ZnCO 3(s)的分解压 p=Kp=4.948104 p49.48Pac(O3)所以dc(O 3)/dt = 2 k1k2c(O3)2 /k-1c(O2) kc(O 3)2c(O2)-1 式中 k=2k2K(2) k=2k2K=2k2k1/ k-1 所以 E=RT2dlnk/dTRT 2dlnk2/dTRT 2d
14、lnk1/dTRT 2dlnk1 /dTE 2+E1E -1= E2+H1E2= EH 1 = 119.2(247.4 142.3) kJmol -1= 14.1 kJmol-113. 有一 Al(OH)3 溶胶，在加入 KCl 使其最终浓度为 80103 moldm-3 时恰能聚沉。加入 K2C2O4 浓度为 0.410 3 moldm-3 时恰能聚沉。(1) (1) Al(OH)3 溶胶所带电荷是正还是负？(2) (2) 为使该溶胶聚沉，大约需要 CaCl2 浓度为多少？(3) (3) 若 Al(OH)3 溶胶以 NaOH 作稳定剂，写出胶团结构式，并指明胶粒的电泳方向。(12 分)解：(1) 根据负离子价数增大，聚沉值降低的实验结果可知该溶胶带正电。(2) 溶胶带正电，CaCl 2 与 KCl 相比，Ca 2+的价态比 K 高， 起消弱聚沉作用，所以CaCl2 的聚沉浓度应该大于 80103 moldm-3。(3) 胶核首先吸附 OH ，胶团结构如下，胶粒的运动方向为正极。Al(OH)3m nOH (nx)Na +x xNa+
