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物理化学分章模拟试题第一章 热力学第一定律及其应用一、选择题 1. 理想气体卡诺循环的图为下列四种情况中的哪一种? ( ) 2. 1mol单原子分子理想气体，从273 K，202.65 kPa, 经pT=常数的可逆途径压缩到405.3 kPa的终态，该气体的U为： ( ) (A) 1702 J (B) -406.8 J (C) 406.8 J (D) -1702 J 3. Cl2(g)的燃烧热为何值? ( ) (A) HCl(g)的生成热 (B) HClO3的生成热 (C) HClO4的生成热 (D) Cl2(g)生成盐酸水溶液的热效应 4. 下述说法哪一个错误? ( ) (A) 封闭体系的状态与其状态图上的点一一对应 (B) 封闭体系的状态即是其平衡态 (C) 封闭体系的任一变化与其状态图上的实线一一对应 (D) 封闭体系的任一可逆变化途径都可在其状态图上表示为实线 二、填空题 1 10 mol单原子分子理想气体的 (H/T)V = JK-1 。 2 对于任何宏观物质，其焓H一定 _ 内能U (填上 、) ，因为 _；对于等温理想气体反应，分子数增多的H一定 _U，因为 _ _ 。 3在一绝热刚性容器中进行某一化学反应，该体系的内能变化为 _ ，焓变化为 _ 。 4 如图。两条等温线的温度分别为Ta，Tb。1mol理想气体经过路径1231的W I与经过路径4564的WII大小关系是 。 三、计算题 1 在293 K的房间里有一只电冰箱,试问：(1)若使250 g,273 K的水在冰箱里结冰所需的功为多少?若电冰箱的功率为100W,那么250 g水全部结冰需要多少时间?(2)若放入250g,20的水,那么在冰箱里结成273 K的冰需要多少功?(3)若放入的是298 K的水,那么冷却到293 K需要多少功?已知水的凝固热为-6010 Jmol-1,水的平均热容为4.184 JK-1g-1。 2 (1) 利用以下数据,计算298 K时气态氯化氢的fHm 。 NH3(aq)+HCl(aq)=NH4Cl(aq) H1(298 K)=-50.4 kJmol-1 物质( 298 K) N H3(g) HCl(g) NH4Cl(g) fHm/kJmol-1 -46.2 x -315 solHm/kJmol-1 -35.7 -73.5 16.4 (2) 利用(1)的结果和下列热方程式计算1000 K时气态HCl的生成焓。 已知：Cp(H2,g)/JK-1mol-1 =27.8+3.410-3 T/K Cp(Cl2,g)/JK-1mol-1=34.8+2.410-3 T/K Cp(HCl,g) /JK-1mol-1=28.1+3.510-3 T/K四、问答题 对理想气体，试证明 dV= (nR/p)dT-(nRT/p2)dp，并证明pdV不是某个函数的全微分。 参考答案一、选择题 1. 答 (B) . 2 答 (D) 3. 答 (D) 4. 答 (C) 二、填空题 1答 =208 JK-12答 一定大于 (因为H=U+pV)；一定大于；因为H=U+ (n)RT，而为正。3答 0；p2V2-p1V14 答 WI =WII三、计算题1答 =T1/(T2-T1)(1) =273 K/(293 K-273 K)=13.65W=-q(吸)/=-6108 J，t=6108 J/100 W=61 s (2) 由于温度变化，因此也在发生变化从293 K的水冷到273 K的水需功W1W(T1)=-q(吸)/=nCp,m(293 K-T1)/T1dT1=Cp,m293ln(273/293)-(273-293) =(2504.184)293ln(273/293)-(273-293)=-747.7 J从273 K的水冷到273 K的冰需功W2=-6108 J所以W=W1+W2=-6856 J (3) 由于体系温度高于环境温度，W=0 2答 (1) 从所给数据可写出下述热化学方程式： NH3(aq)+HCl(aq)=NH4Cl(aq)；H1=-50.4 kJmol-1 NH3(g)+aq=NH3(aq)；H2=-35.7 kJmol-1 HCl(g)+aq=HCl(aq)；H3=-73.5 kJmol-1 NH4Cl(s)+aq=NH4Cl(aq)；H4=16.4 kJmol-1 1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)；H5=-46.2 kJmol-1 1/2N2(g)+2H2(g)+1/2Cl2(g)=NH4Cl(s)；H6=-315 kJmol-1由+得式：NH3(g)+HCl(g)+aq=NH4Cl(aq)；H7=-159.6 kJmol-1-得式：1/2H2(g)+1/2Cl2(g)+NH3(g)=NH4Cl(s)；H8=-268.8 kJmol-1+得式：1/2H2(g)+1/2Cl2(g)+NH3(g)=NH4Cl(aq)；H9=-252.4 kJmol-1-得： 1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)；fHm(HCl)=-92.8 kJmol-1 (2) 对于1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)在1000 K时的生成焓由基尔霍夫定律有：fHm(1000 K)=fHm(298 K)+ =-92 800+ =-94 773 Jmol-1 四、问答题 答 因为 又因为V=nRT/p 所以， 所以dV=(nR/p)dT-(nRT/p2)dp pdV=nRdT-(nRT/p)dp 若pdV是状态函数，则应满足对易关系 (1) 但 所以(1)式不成立 所以pdV不是某个函数的全微分 第二章 热力学第二定律一、选择题 1. 在标准压力p$下,383.15 K的水变为同温下的蒸气,吸热Qp。该相变过程中,哪个关系式不能成立? ( ) (A) G 0 (B) H = Qp (C) SISO 0 2. 理想气体在等温条件下反抗恒定外压膨胀，该变化过程中体系的熵变及环境的熵变应为： （ ） (A) 0，=0 （B） 0，0 （D） 03. 在 101.325 kPa 压力下，1.5 mol H2O(l) 由 10 升至 50，已知 H2O(l) 的平均摩尔定压热容为 75.295 J K-1 mol-1，则此过程中体系的熵变为： ( ) (A) 6.48 J K-1 (B) 1.8225 kJ K-1 (C) 78.94 J K-1 (D) 14.93 J K-1 4. 范德华气体绝热向真空膨胀后，气体的温度： ( ) (A) 上升 (B) 下降 (C) 不变 (D) 无法确定 二、填空题 1 卡诺认为：“ 。”这就是卡诺定理。2. 从热力学第 定律证明的 定理是为了解决热机的最高效率可达多少这一问题的。3. 在某些条件下,体系通过和外界环境不断地交换物质和能量,以及通过内部进行的不可逆过程，体系的无序态有可能变成有序态,普里高津把这样形成的有序状态称为_，因为它的形成和维持需要_。 4. 4. 由于隔离体系的_、_不变,故熵判据可以写作_。三、计算题 1 在573.15 K时，将1 mol Ne（可视为理想气体）从1000 KPa经绝热可逆膨胀到100 kPa。求Q,W,U,H,S,Siso和G。已知在573.15 K,1000 kPa下Ne的摩尔熵Sm=144.2 JK-1mol-1。2 将 400 K 和 101.325 kPa 的1 mol某液态物质向真空容器中汽化成 400 K，101.325 kPa的气态物质（可视为理想气体），已知此条件下该物质的标准摩尔汽化热为 16.74 kJmol-1。 (1) 计算该过程的vapS总，vapF，vapG ； (2) vapS总，vapF，vapG是否均可用来判别这一过程的方向？并叙述理由，其判断结果如何？ 四、问答题 已知：pVm= RT + Bp，式中 B 与温度有关，试证明： (Um/Vm)T =RT2/(Vm- B)2dB/dT 并再写出 (Sm/Vm)T，(Sm/p)T 和 (Hm/p)T的表达式参考答案一、选择题 1. 答 (C) 2. 答 （C） 3. 答 (D) 4. 答 (B) 二、填空题 1 答 所有工作在同一高温热源与低温热源之间的热机，其效率都不能超过可逆机。2. 答 二 卡诺 3. 答 耗散结构 消耗能量 4. 答 U; V; N1,N2, ;(dS)U,N 0 三、计算题1答 因该过程为绝热可逆过程，故Q=0, S=0 T2=T1exp(R/Cp,m)ln(p2/p1)=228.2 K W=-U=nCV,m(T1-T2)=4.302 kJ U= -4.302 kJ H=nCp,m(T2-T1)= -7.171 kJ S环境=0 Siso=S+S环境=0 F=U-nSm(T2-T1)=45.45 kJ G=H-nSm(T2-T1)=42.58 kJ 2答 (1)可通过可逆过程进行计算。 vapG = 0；vapS = nvapHm/T = 41.85 JK-1 vapF = vapG -vap(pV) = -nRT = -3.3256 kJ S环= Q环/T = -vapU/T = -(vapF-TvapS)/T = -3.354 kJK-1 vapS总= vapS + vapS环= 8.31 JK-1 (2) 可用vapS总判别。因为vapS总 0，故过程不可逆。 题意为封闭体系的恒温过程，故可用 vapF 判椐，因 W = 0 所以 vapF , , =, ) 2. 288 K时,1 mol氢氧化钠溶在4.559 mol水中所形成的溶液的蒸气压为596.5 Pa,在该温度下纯水的蒸气压为1705 Pa,该溶液中水的活度为_,水在溶液中和纯水中的化学势之差为_,以纯水为参考态。 3. 液体A和B可形成理想液体混合物。在外压为101 325 Pa时，该混合物于温度T沸腾，该温度下p为40 kPa，p为120 kPa, 则在此平衡状态下，液相组成为xB= ; xA= 。4. 298 K时,纯碘(I2,固)在水中的溶解度为0.001 32 moldm-3,今以1 moldm-3浓度的I2的水溶液为参考态,并假设此溶液中I2遵守亨利定律,则在此参考态时I2的摩尔生成Gibbs自由能为_。 三、计算题 1 在293.15 K时,某有机酸在水中和乙醚中分配系数为0.4。 (1) 将该有机酸 510-3 kg 溶于 0.100 dm3水中,若每次用 0.020 dm3乙醚萃取,连续萃取两次(所用乙醚事先被水饱和,因此萃取时不会有乙醚溶于水),求水中还剩有多少kg 有机酸? (2) 若一次用 0.040 dm3乙醚萃取,问在水中还剩有多少有机酸? 2. 纯净的氮以足够慢的速率通过一由3.0 g非挥发性有机物(2)溶于2