物化上 09-10第二學期 答案

1、中 國 科 學 技 術 大 學20092010學年第 二 學期考試試卷考試科目: 物理化學（上） 得分:_ 學生所在系:_ 姓名:_ 學號:_一、選擇題 ( 共10題 20分 )1. 下列四個偏微商中，哪個是化學勢? ( B ) 2 分(A) (¶U/¶nB)S, T, (B) (¶H/¶nB)S, p, (C) (¶A/¶nB)T, p, (D) (¶G/¶nB) S, p,2. 某一水溶液中有 n種溶質，其摩爾分數(shù)分別是 x1,x2,.,xn,若使用只允許水出入的半透膜將此溶液與純水分開,當達到滲透平衡時水面上

2、的外壓為 pw,溶液面上外壓為 ps，則該體系的自由度數(shù)為: ( C ) 2 分S = n + 1 , R = 0 , R' = 0 又C= n + 1， = 2 f = C + 3 - = n + 1 + 3 - 2 = n + 2 3.當多孔樹脂吸附油達到飽和時,自由油分子與吸附在樹脂表面的油分子比較,化學勢將：( C ) 2 分(A) 前者高 (B) 前者低 (C) 相等 (D) 不可比較 4. CuSO4與水可生成CuSO4×H2O,CuSO4×3H2O,CuSO4×5H2O三種水合物,則在一定壓力下，與CuSO4水溶液及冰共存的含水鹽有： ( C

3、 ) 2 分(A) 3種 (B) 2種 (C) 1種 (D) 不可能有共存的含水鹽 按 f*=2-+1=3- ，最多為=3 現(xiàn)已有溶液和冰兩相,故最多只有一種水合鹽5. 在 400 K 時，液體 A 的蒸氣壓為 4×104 Pa，液體 B 的蒸氣壓為 6×104 Pa，兩者組成理想液體混合物，平衡時在液相中 A 的摩爾分數(shù)為 0.6，在氣相中B的摩爾分數(shù)為： ( C ) 2 分(A) 0.31 (B) 0.40 (C) 0.50 (D) 0.60 6. 在一個密封的容器中裝滿了溫度為373.15 K的水，一點空隙也不留，這時水的蒸氣壓：( D ) 2 分 (A)等于零 (B

4、)等于101.325 kPa (C)小于101.325 kPa (D)大于101.325 kPa 根據(jù)水的相圖，欲使水在時穩(wěn)定存在，水的蒸氣壓必須大于它在該溫度下的平衡蒸氣壓101.325 kPa。 7. 對于理想液體混合物： ( C ) 2 分 (A) mixH = 0 mixS = 0 (B) mixH = 0 mixG = 0 (C) mixV = 0 mixH = 0 (D) mixV = 0 mixS = 0 8. 化學反應體系在等溫等壓下發(fā)生= 1 mol 反應,所引起體系吉布斯自由能的改變值rGm的數(shù)值正好等于體系化學反應吉布斯自由能 (¶G/¶)T,p,的條

5、件是： ( D ) 2 分 (A) 體系發(fā)生單位反應 (B) 反應達到平衡 (C) 反應物處于標準狀態(tài) (D) 無窮大體系中所發(fā)生的單位反應 9. 9. 已知苯乙醇雙液體系中,苯的沸點是353.3 K,乙醇的沸點是351.6 K,兩者的共沸組成為:含乙醇47.5%(摩爾分數(shù)),沸點為341.2 K.今有含乙醇77.5%的苯溶液,在達到氣液平衡后,氣相中含乙醇為y2,液相中含乙醇為x2。問: (1) 下列結論何者正確? ( C ) 2 分 (A) y2>x2 (B) y2=x2 (C) y2<x2 (D) 不確定 (2) 若將上述溶液精餾,則能得到 ( D ) 2 分 (A) 純苯

6、(B) 純乙醇 (C) 純苯和恒沸混合物 (D) 純乙醇和恒沸混合物10. 凝固點的描述可圖示如下，其中哪一個是錯誤的 ( B ) 2 分 二、填空題 ( 共5題 10分 )1111. FeCl3和 H2O 能形成 FeCl3·6H2O，2FeCl3·7H2O，2FeCl3·5H2O， FeCl3·2H2O 四種水合物,則該體系的獨立組分數(shù)C和在恒壓下最多可能的平衡共存的相數(shù) F分別為: C為 2 ，相數(shù)為 3 2 分S = 6 , R = 4 , R' = 0,C= 6 - 4 - 0 = 2 f* = 2 -+ 1 = 3 -= 0 , =

7、312. 當溶液中組分采用不同標準態(tài)時，其化學勢的值 相同 ，活度值 不同 ，活度系數(shù)值 不同。(填相同和不同) 2 分13. 某氣體服從狀態(tài)方程，為與氣體性質和溫度有關的常數(shù)。根據(jù)相圖和相律可知，該氣體在氣相區(qū)、氣液共存區(qū)、臨界點時的自由度分別為 2，1，0 2 分14. 所謂正偏差溶液是指在不同分子間的引力弱于同類分子間的引力,故分子逸出液面的傾向增加,此時pA_>_pA*xA, mixV_>_0 , G_>_0。( 填 > , =, < ) 2 分15. A，B二組分形成下列各體系時,B物質的亨利常數(shù)kx,B與其飽和蒸氣壓pB*相比,應該是： (1) 當A，

8、B形成理想液態(tài)混合物時,kx,B_=_ pB* (2) 當A，B形成一般正偏差體系時,kx,B_>_ pB* (3) 當A，B形成一般負偏差體系時,kx,B_<_ pB* (填>,=,<) 2 分三、計算題 ( 共 7題 70分 )21. 16. 在298.15 K時，要從下列混合物中分出1 mol的純A，試計算最少必須作功的值。（1）大量的A和B的等物質的量混合物；（2）含A和B物質的量各為2 mol的混合物。 10 分 (5分) (5分)17. 已知某兩組分溶液, RT ln1= ax22，1為組分 1 的活度系數(shù)，x2為組分 2 的摩爾分數(shù)，a為常數(shù)。導出組分 2

9、 的活度系數(shù)2和 x1的函數(shù)關系。 10分答 由 GibbsDuhem 方程得： x1RTdln(1x1) = -x2RTdln(2x2) x1(dln1+ dlnx1) = -x2(dln2+ dlnx2) (2分) 又 ln1= ax22/RT 所以 dln1= 2ax2dx2/RT 故得: x1(2ax2dx2/RT)+dlnx1= -x2(dln2+dlnx2) (2分) 因為 dx1= -dx2 所以 2ax1x2dx2= -x2RTdln2 (2分) 2a(1-x2)dx2=(-RT)dln2 以亨利定律為基準 (2分) (積分區(qū)間:1到x2, ln1到ln2) RTln2= ax

10、12 (2分) 18. Bi-Zn 相圖如下圖所示，由相圖說明: 10分 (1) 各相區(qū)存在的相態(tài)； (2) 527 K 時，固相 Bi 與 13 Zn 的熔液達平衡，若以純固態(tài)Bi 為標準態(tài)， 計算熔液中 Bi 的活度； (3) 750 K 時，35 Zn 與 86 Zn 的熔液達平衡，若以純液態(tài) Bi 為標準態(tài)， 兩種熔液中 Bi 的活度應有什么關系? 純固態(tài) Bi 與熔液 (wZn = 13%) 達平衡 Bi(s)= Bi(l) , Bi(l) =*Bi(l)+RTlnaBi (2分) 以純固態(tài) Bi 為標準態(tài) Bi(s)= *Bi (s)+RTlnaBi aBi=1 750 K 時 l

11、1與 l2達平衡 Bi(l1) =Bi(l2) *Bi (l)+RTlna(Bi,1) =*Bi(l) + RTlna(Bi,2) a(Bi,1)=a(Bi,2) (但兩者的濃度并不等，因活度系數(shù)也不等) (2分) 19. (1) 反應CO2(g) + C(s) 2CO(g) 的平衡結果如下： T / K 總壓 p / kPa 物質的量分數(shù) x (CO2) 1073 260.40 26.45% 1173 233.10 6.92% (2) 2CO2(g) 2CO(g) + O2(g) 已知 1173 K 時碳的燃燒焓cH = - 390.66 kJ×mol-1，反應 (2) 的 K (

12、2) = 1.25×10-16,計算 1173 K 時,反應 (2) 的rH 及rS 。 10分 答 由反應 (1) 的平衡結果求 rH (1) 的近似值 K$(1)(1073 K) = x(CO)(p/p$)2/x(CO2)×(p/p$) = 5.256 (1分) 同理：K$(1)(1173 K) = 28.80 (1分) rH (1) RT1T2/(T2-T1)lnK(T2)/K(T1) = 1.78×105 J·mol-1 (2分) rH (2)= rH -cH = 5.687×105 J·mol-1 (2分) rG = -RT

13、 lnK (2) = 3.571×105 J·mol-1 (2分) rS = (rH -rG )/T=180.4 J·K-1·mol-1 (2分) 20. 20. 標準壓力下，A、B兩組分形成的凝聚相圖如圖所示，標明各相區(qū)相態(tài)、自由度數(shù)，畫出m點冷卻的步冷曲線并說明各轉折的意義。 10分T/K1234567ACBm答 各相區(qū)的相態(tài)及自由度如下：1：液相區(qū)，f=22：A（s）和C（s）形成的固溶體，f=23：液相+固溶體， 二相平衡，f=14：液相+ C（s），二相平衡，f=15：液相+ B（s）二相平衡，f=16：固溶體+ C（s），二相平衡，f=17：

14、固溶體+ B（s）二相平衡，f=1由m點冷卻的步冷曲線如圖：T開始析出B液相時間tC析出，C+B+溶液最后一滴溶液單相C21. 根據(jù)所示的(NH4)2SO4-Li2SO4-H2O三組分系統(tǒng)在298K時的相圖：(1)指出各區(qū)域存在的相和條件自由度；(2) 若將組成相當于x，y，z點所代表的物系，在298K等溫蒸發(fā)，最先析出哪種鹽的晶體？并寫出復鹽和水合鹽的分子式。 10分abcdA(H2O)E(0.141 H2O)C (Li2SO4)D 0.545(NH4)2SO4B (NH4)2SO4x·y·z· 解：(1) Aabcd為溶液(L)abB,為B(s)+ 溶液(L,

15、 B飽和)BbD為B(s)+D(s)+ 溶液(L, 組成為b)bcD為D(s)+ 溶液(L, D飽和)cDE為D(s)+ E(s)+溶液(L, 組成為c)cdE為E(s)+ 溶液(L, E飽和)DEC 為D(s)+ E(s)+C(s)(2)組成為x的體系：先析出B (NH4)2SO4組成為y的體系：先析出 D(NH4)2SO4· Li2SO4組成為z的體系：先析出 ELi2SO4· H2O22在密閉容器中放入 PCl5，并按下式分解： PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) (1) 在 T = 403 K 時體系的壓力是否有定值？ (2) 在 T = 403 K，101 325 Pa 時，實驗測得混合氣密度為 4.800 kg×m-3，計算反應在 403 K時的rG ； (3) 若總壓力仍維持在101 325 Pa而其中0.5×101 325 Pa 是惰性氣體Ar，求此時PCl5的解離度a。已知：Cl摩爾質量為35.5 kg×mol-1，P摩爾質量為31.0 kg×mol-1，氣體為理想氣體。 10分答 (1) 該體