物化期末考试试卷A2015.doc

中山大学本科生期末考试
考试科目：《物理化学（上）》（A卷）
学年学期：2014学年第三学期 姓 名：
学 院/系：化学与化学工程学院 学 号：
考试方式：闭卷+A4纸双面小结 年级专业：
考试时长：120分钟 班 别：

警示 《中山大学授予学士学位工作细则》第八条：“考试作弊者，不授予学士学位。”

------------以下为试题区域，共3道大题，总分100分,考生请在答题纸上作答------------
一、选择题（共 15 小题，每小题 2 分，共 30 分）
1. 硫酸与水可形成H2SO4·H2O(s)、H2SO4·2H2O(s)、H2SO4·4H2O(s)三种水合物,问在 101 325 Pa 的压力下，能与硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少种? ( )
(A) 3 种 (B) 2 种
(C) 1 种 (D) 不可能有硫酸水合物与之平衡共存。

2. 理想气体卡诺循环的图为下列四种情况中的哪一种? ( B、C ) 答案为何无C?

3. 液体B比液体A易于挥发,在一定温度下向纯A液体中加入少量纯B液体形成稀溶液,下列几种说法中正确的是： ( )
(A) 该溶液的饱和蒸气压必高于同温度下纯液体A的饱和蒸气压
(B) 该液体的沸点必低于同样压力下纯液体A的沸点
(C) 该液体的凝固点必低于同样压力下纯液体A的凝固点(溶液凝固时析出纯固态A)
(D) 该溶液的渗透压为负值

4. 在下列状态变化中，哪些可以应用公式dU = TdS-pdV ?
(A) NO2气体缓慢膨胀，始终保持化学平衡NO2===NO+O2
(B) NO2气体以一定速度膨胀,解离出来的NO+O2总是落后于平衡组成
(C) SO3气体在不解离为SO2+O2的条件下膨胀
(D) 水在-10℃时等温结冰

5. 假定某原子的电子态有两个主要能级，即基态和第一激发态，能级差为1.3810-21 J，其余能级可以忽略，基态是二重简并的。则在100 K时，第一激发态与基态上的原子数之比为： ( )
(A) 3 (B) 0.184 (C) 1 (D) 0.01

6. 下列条件哪一个错误? ( )
理论上使公式ΔHp = Qp成立的条件是:
(A) 封闭体系 (B) 只做体积功
(C) 恒压可逆 (D) 等压不可逆

7. 主要决定于溶解在溶液中粒子的数目，而不决定于这些粒子的性质的特性叫________。
(A) 一般特性 (B) 依数性特征
(C) 各向同性特性 (D) 等电子特性

8. 25℃时，1 mol 理想气体等温膨胀，压力从 10p$ 变到p$，体系吉布斯自由能变化多少？
( )
(A) 0.04 kJ (B) -12.4 kJ
(C) 1.24 kJ (D) 5.70 kJ

9. 关于理想液体混合物，下面的表述中不正确的是： ( )
(A) 理想液体混合物一定是无热溶液，但无热溶液不一定是理想溶液
(B) 理想液体混合物可以是电解质溶液，也可是非电解质溶液
(C) 理想液体混合物中任一组分在所有浓度时都遵守拉乌尔定律
(D) 理想液体混合物是指所有分子之间的引力和分子体积都相仿的多组分体系

10. 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

11．已知化合物：①CaCO3的分解温度为897℃；②MnCO3的分解温度为525℃，它们在298K下分解反应的平衡常数Kp关系为：( )
(A) Kp① > Kp② ；   (B) Kp① < Kp② ；   (C) Kp① = Kp② ；   (D) 无法比较 。

12. 在等温等压下进行下列相变：
H2O (s, -10℃, p$) = H2O (l, -10℃, p$)
在未指明是可逆还是不可逆的情况下，考虑下列各式哪些是适用的? ( )
(1) Q/T = Δfus S (可逆过程) (2) Q = Δfus H (等压过程，非体积功等于零)
(3) Δfus H/T = Δfus S 可逆相变) (4) －Δfus G = 最大净功 (可逆过程)
(A) (1)，(2) (B) (2)，(3)
(C) (4) (D) (2)

13. 恒温下，单一组分的过冷液体的化学势比其固体的化学势： ( )
(A) 高 (B) 低
(C) 相等 (D) 不可比较

14. 把下列化学势与偏摩尔量区别开来： ( )
(1) (¶S/¶nB (2) (¶H/¶nB)S,p,
(3) (¶U/¶nB)T,V, (4) (¶F/¶nB)T,V,
(A) (1)、(4) 偏摩尔量；(2)、(3) 化学势
(B) (1) 偏摩尔量；(2) 化学势； (3)、(4) 都不是
(C) (1) 偏摩尔量；(2)、(4) 化学势；(3) 都不是
(D) (2) 化学势；(3)、(4) 偏摩尔量；(1) 都不是

15. 理想气体从状态 I 经自由膨胀到状态 II，可用哪个热力学判据来判断该过程的自发性？
( )
(A) ΔH (B) ΔG
(C) ΔS (D) ΔU
二、填空题（共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）
1. 已知反应2 H2(g) + O2(g)2 H2O(l)在298 K时恒容反应热QV =-564 kJ·mol-1，则 H2(g)在298 K时标准摩尔燃烧焓ΔcH= _-285.7_kJ·mol-1。 -284.4

2. 1 kg水中分别加入相同数量(0.01 mol)的溶质：葡萄糖, NaCl, CaCl2和乙醇溶液。相应的沸点为Tb（水），Tb（糖），Tb(NaCl) , Tb(CaCl2) , Tb（乙）。试将其沸点的次序由高到低排列： 。

3. 理想气体向真空膨胀，体积由V1变到V2，其ΔU _= 0____ ，ΔS _= nRln(V2/V1)____ 。

4. 已知Cl2的共价半径为1.98810-10 m, k =1.38, h =6.6, Cl原子的相对摩尔质量为35.0，的第一激发态的能量等于kT时转动运动对配分函数的贡献变得重要，则此时的温度T= 0.7 K 。

5. 在二级相变过程中： = 0， = 0。

6. 298 K, p$ 下，1 mol甲苯与1 mol苯混合形成理想溶液，混合过程的ΔmixH = __0___ ，ΔmixS = ___ 11.53 J·K-1。

7．设A和B可析出稳定化合物AxBy和不稳定
化合物AmBn，其T～x图如图所示，其中阿拉
伯数字代表相区，根据相图判断，要分离出
纯净的化合物AmBn，物系点所处的相区是：
(A)  9 ；     (B) 7 ；    
(C) 8      (D) 10 。

8．水蒸气蒸馏通常适用于某有机物与水组成的：
(A)  完全互溶双液系 ；       (B) 互不相溶双液系 ；
(C)  部分互溶双液系 ；       (D) 所有双液系 。

9．分配定律不适用下列哪个体系：
(A)  I2溶解在水与CCl4中 ；
(B)  Na2CO3溶解在正庚烷和二乙二醇醚中 ；
(C)  NH4Cl溶解在水与苯中 ；
(D)  Br2溶解在CS2与水中 。

10．如图是恒温恒压下的三组分盐水体系相图，复盐
可形成水合物，存在几个三相平衡区：
(A)      2个 ；  (B) 3个 ； 
(C) 4个 ；  (D) 5个 。

1.5CM
三、计算题（共 5 小题，每小题 10 分，共 50 分）
1. 已知甲醇在-10°C~80°C范围内蒸气压与温度的关系为：
lg(pT
根据我国法定计量单位的要求，毫米汞柱已被废除。
(1) 请将该式中压力单位改用Pa表示，并将常用对数改用自然对数表示，正确写出甲醇的蒸气压与温度关系的表达式。
lg(p/Pa) = lg(p/mmHg) + lg(mmHg/Pa) = 8.802 – 2001 K/T + lg(101325/760)答案计算有误？
(2) 试计算在此温度区间甲醇的蒸发热。
ln(p2/p1) = (ΔvapHm/R) (1/T1 – 1/T2) 答案少了（T2-T1）？

2. 某量热学实验如下进行：(1)在一封闭的绝热恒容量热器中，盛有初始温度为298.15 K、质量为1.298 g乙酸乙酯。在过量O2存在下燃烧后，量热器温度升高2.13 K；(2)然后让量热器冷却到 298.15 K；(3)再使电流强度为2.134 76 A的电流通过量热器中电阻为125.9 W的加热线圈75.26 s，引起温度升高2.78 K，试求：
(A) 步骤 (1) 中，整个实验装置的ΔrU 0 （因为Q=W=0
(B) 步骤 (3) 中，整个实验装置的ΔrU = W = I2Rt
(C) 由最初状态的反应物变成最终产物的ΔrU = n(EA)ΔcHm(298.15K) + [n(EA) Cv,m(EA) + n(O2) Cv,m(O2)]ΔT1 =ΔT1ΔrU(B)/ΔT2
(D) 该反应 (CH3COOC2H5+ 5O2= 4CO2+ 4H2O) 在 298.15 K的ΔrUm =

3. 已知 25℃ 下列各物质的热力学数据:
ΔfH/kJ×mol-1 ΔfG/kJ×mol-1 Cp,m/J×K-1×mol-1
CaCO3(s) -1206.9 -1128.8 82.3＋49.8×10-3T
CaO(s) -635.1 -604.2 41.8＋20.3×10-3T
CO2(g) -393.5 -394.4 28.7＋35.7×10-3T
试计算298 K时 CaCO3的分解压及平衡常数与温度的关系式。
Kp = exp(-ΔrG m /RT), Kp = p(CO2)/pq （联立求出p(CO2)即为分解压）
ΔrH m = òΔCp,mdT+ΔH0 （将298 K的相关数据代入，求出ΔH0）
ΔrG m /T= -ò(ΔrH m /RT2)dT+I0 （将298 K的相关数据代入，求出I0）
ΔrG m (T) =ΔH0 - (41.8 +28.7 -82.3)TlnT – 0.5(20.3 + 35.7 – 49.8)T2 + I0T
lnK =ΔrG m (T) / (-R T2) （将上式代入即可）

4. 333 K时,苯胺和水的蒸气压分别是0.760 kPa和19.9 kPa,在此温度下苯胺和水部分互溶形成两相,两相中苯胺的摩尔分数分别为0.732和0.088，(1)假设每一相中溶剂遵守拉乌尔定律、溶质遵守亨利定律,计算两个亨利常数k1(苯胺层中)和k2. (水层中)， (2)求出水层中每个组分的活度系数，活度的标准态分别先以拉乌尔定律为参考，后以亨利定律为参考。
(1)k(H2O)= p*(H2O) x(H2O ,水层) / x(H2O ,苯胺层)
k(苯胺)= p*(苯胺) x(苯胺,苯胺层) / x(苯胺,水层)
(2) 在水层中以拉乌尔定律为参考
γ (H2O)= a(H2O) /x(H2O) = p (H2O)/[p*(H2O) x(H2O)] = 1
γ (苯胺)= a(苯胺)/x(苯胺)=p(苯胺)/[p*(苯胺) x(苯胺)]
= k(苯胺) x(苯胺)/[p*(苯胺)x(苯胺)]
= k(苯胺) /p*(苯胺)
在水层中以亨利定律为参考：
γ (H2O)= p(H2O)/[k(H2O) x(H2O)]
= p*(H2O) x(H2O)/[k(H2O)x(H2O)]
= p*(H2O) /k(H2O)
γ (苯胺)= p(苯胺)/[k(苯胺)x(苯胺)]= 1

5. 有一固定的导热良好的隔板(a)将一个带有无摩擦的绝热活塞的绝热气缸分为左右两室，左室中充入1 mol单原子分子理想气体，右室中充入2 mol双原子分子理想气体（始态如下图所示）。若将绝热活塞上的销钉拔掉，求达到平衡时体系终态的温度及过程的W，U，，ΔS。已知外压=101.325 kPa。

Q=0， ΔU=W， （W的正负问题）
ΔU=nACV,m(A)(T2-T1)+nBCV,m(B)(T2-T1)
W= -p外(- VB)= -nBR(T2-T1)p外/pB
（联立上式求T2，从而求出ΔU、W）
ΔH=nACp,m(A)(T2-T1)+nBCp,m(B)(T2-T1)
ΔSA=nACV,m(A)ln(T2/T1)
ΔSB=nBCp,m(B)ln(T2/T1)+nBRln(pB/p外)
ΔS=ΔSA+ΔSB