华南理工大学2000年攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题.docx
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本文格式为Word版，下载可任意编辑华南理工大学2000年攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题 华南理工大学 2000年攻读硕士学位研究生入学考试《物理化学》试题 （适用专业：应化类材料物理与化学、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，未注明的为两类共用题） -1 1．苯的正常沸点为353K，摩尔汽化焓为30.77kJ?mol，现将353K，标准压力下的1摩尔液态苯向真空等温蒸发为同温同压的苯蒸汽（设为梦想气体） A．计算该过程苯吸收的热量和做的功； B．求过程的 ?G和?S； C．求环境的熵变； D．可以使用何中判据判断过程的性质12分） 苯 (l) 1 mol 353K，p (1) ?H1、?S1 真空等温蒸发 ?H、?S 苯 ( g ) 1 mol 353 K，p 苯 ( l ) 1 mol 353 K p = 101.325 k Pa 解：设计如下途径计算： A．因真空蒸发， p环=0 (2) ?H2、?S2 ?H3、?S3 (3) 苯 (g ) 1 mol 353 K p = 101.325 kPa Q=?U=?H-? (pV) 压力变化不大时，压力对凝结系统的焓、熵影响不大，所以?H1=0、?S1=0。
又梦想气体恒温 ?H3=0 ，所以 ?H=?H1+?H2+?H3=?H2= n?? vapHm 那么 Q=n ?vapHm - p (Vg-Vl)= n ?vapHm - p Vg ≈ n ?vapHm - nRT -1-1 = 1×30770 J - 1mol×8.3145 J·K·mol ×353K = 27835J B. ?S=?S1+?S2+?S3=?S2+?S2= (?H2/T)+ nRln(p/p) - = (30770J/353K)+1×8.3145J·K1×ln(101.325kPa/100kPa) -1 = 87.28J·K -1 ?G=?H - T ?S = 30770J - 353K×87.28J·K= -39.84J C. 环境熵变 ：设T系=T环 -1 ?S环= -Q系/T环= -27835J/353K =-78.85 J·K D . 可用熵判据判断过程的性质，此过程 -1-1-1 ?S隔=?S系+?S环= 87.28J·K+(-78.85J·K)= 8.43J·K > 0 故为不成逆过程。
2．已知288.15K时纯水的饱和蒸汽压为1705Pa，现将１mol NaOH溶解在4.559mol水中，测得该溶液的饱和蒸汽压596.5Pa，求： A. A. 溶液中水的活度； ?W???p环dV?0 B. B. 在纯水中和在溶液中，水的化学势的差值 （应化类做, １０分） 解： A. ??H2O)=p(H2O)/ p*(H2O)=596.5Pa/1705Pa=0.3499 B． H2O(溶液) →H2O(纯水) ??????? =??????????????? 由于?????????????????+RT ln??H2O) ---所以???? = -RT ln??H2O)= -8.3145J·K1·mol1×288.15K×ln0.3499=2516J·mol1 3．有关金刚石和石墨在298K时的热力学数据如下表所示： ?cHm/(kJ·mol1) - 金刚石 -395.3 2.43 3.513 石墨 -393.4 5.69 2.260 Sm/(J·K1·mol1) -- 密度/kg·dm3 - 求：A. 298K时，由石墨转化为金刚石的?rGm； B. 298Ｋ时，由石墨转化为金刚石的最小压力。
１０分） 解： 石墨 == 金刚石 -1-1 A. ?rHm =?cHm(石墨) - ?cHm (金刚石) = -393.4 kJ·mol - (-395.3 kJ·mol) -1 = 1.9 kJ·mol ?? -1-1-1-1 ????????rSm =Sm(石墨) - Sm (金刚石) = 2.43 J·K·mol - 5.69 J·K·mol -1-1 = -3.26 J·K·mol -1-1-1 ???????rGm =?rHm - T??rSm = 1900 J·mol - 298K×(-3.26 J·K·mol) -1 = 2871 J·mol 石墨 p, 298K ?G=0 金刚石 p, 298K ??G=1ppV石dp V??G=3pp金dp 石墨 p, 298K ?G2=2871J·mol-1 金刚石 p, 298K B．设计如下路径 ?? ??????????G=?G1+?G2+?G3=0 ?ppV石dp??G2??V金dp?0p金p(V? pp?V石)dp???G2 假设(V金-V石)与p无关，得： (V金-V石)( p - p) = -?G2 MM(?）（p?p)???G2?金?石 p?[??G2(M?金?M?石）]?p=1.516×10 Pa = 1.516×10kPa ?????13?2871J?mol???3?1?3?1??100?10Pa12?10kg?mol12?10kg?mol??(?)3?33?3??3.513?10kg?m2.260?10kg?m?? 9 6 4．对MnO-FeO二组分系统，已知MnO和FeO的熔点分别为1785℃和1370℃；在1430℃时，含有40％和70％FeO（质量％）两固溶体间发生转熔变化，与其平衡的液相组成为85％FeO；在1200℃，两个固溶体的组成为36％FeO和74％FeO。
A. A. 试绘制出该系统的相图； B. B. 指出个区域和三相线对应的相态和自由度； C. C. 当一含74％FeO的二相组分系统，由1650℃缓慢冷至1100℃时，作出冷却曲线， 简述其相态的变化 D. D. 当一含74％FeO的二相组分系统，由1650℃缓慢冷至无限接近1430℃，试分析 此时各相的组成和质量假设系统的总质量为1kg （12分） 解：A. 系统相图如下 t/℃18001700a1600IVIIV1500c140013001200bDIABdVIIeIIIf0.00.20.40.60.81.0MnO% FeO (质量)FeO图 MnO-FeO系统的液-固恒压相图和a点的步冷曲线 B. 各区相态： I：固溶体a II：固溶体a +固溶体β III：固溶体β IV：溶液+ 固溶体a V：溶液+固溶体β VI：溶液 三相线ABD：固溶体a + 固溶体β + 溶液 自由度F=C+1-P=3-P： 单相区P=1，F=2；两相区P=2，F=1；三相线P=3，F=0 C. 由相图可看出相态变化如下： 1650℃ 1508℃（溶液+ 固溶体a） 1430℃（固溶体a + 溶液 + 固溶体β）1410℃（溶液+固溶体β） 1290℃1100℃（固溶体a +固溶体β D. 当一含74% FeO的二组分系统，由1650℃缓慢冷至无限接近1430℃,存在固溶体a 和溶 液两相，其组成分别接近40%和85% FeO，设其质量分别为Ms,Ml,根据杠杆规矩，那么有 Ms×AC=Ml×CD 即 Ms×(0.74-0.40)=Ml×(0.85-0.74) 可得 Ms=1kg×0.11 / 0.45 =0.244kg Ml=1kg- Ms =1kg- 0.244kg = 0.756kg 其中固溶体含FeO ：M s×0.40=0.244kg×0.40=0.098kg MnO: 0.244kg-0.098kg=0.146kg 其中溶液含 FeO ：Ml×0.85=0.756kg×0.85=0.643kg MnO: 0.756kg-0.643kg=0.113kg 5．298K时，电池 Hg(1)∣HgCl2(s) | HCl(a) | Cl2(g，p ) | Pt 的电动势及它的 -4-1 温度系数分别为1.092V和9.427X10V?K。
A. 写出电极回响及电池回响 B. 求电池回响的?rGm、?rSm、?rHm及Qr，m C. 对比该回响在可逆电池中及在通常回响条件（298K，p下热回响）下举行时的热效应 （14分） 解： A. 电极回响： -- 阳极： 2Hg(l) + 2Cl(a) → Hg 2Cl2 (s)+2e -- 阴极： Cl2 (g， p)+2e → 2Cl(a) 电池回响：2Hg(l) + Cl2 (g， p) → Hg2Cl2(s) B. ?rGm = -zFE= -2×96500C·mol-1×1.092V=-210.756kJ·mol-1 (若z=1，?rGm =-105.38kJ ·mol-1) -4-1 ????????rSm =zF(?E/?T)p = 2×96500C·mol-1×9.427X10V?K= -1 181.94J·K·mol-1 - （若z=1，?rSm = 90.97J·K1·mol-1 ） -1 ????????rHm =?rGm +T?rSm = -210756J·mol-1+298K×181.94 J·K·mol-1 = -156538J·mol-1 （若z=1，?rHm =-78269J·mol-1） -- Qr,m= T ?rSm= 298K×181.94J·K1·mol-1= 54.218kJ·mol1 - （若z=1，Qr， m= 27.109kJ·mol1） C． 由于恒压不做非体积功时 ?rHm=Qp，即通常条件下回响时放热156.53。
