物理化學(xué)試題標(biāo)準(zhǔn)答案

1、 取1P=100 kPa一、 填空題（總20分，每空1分）1. 若說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，則包括以下四方面內(nèi)容： 熱平衡 、 力平衡 、 相平衡 、 和 化學(xué)平衡 。2. 判斷下列各熱力學(xué)量是大于，小于還是等于0：理想氣體自由膨脹過(guò)程： Q = 0，W = 0，DU = 0，DH = 0；3等溫等壓的條件下，若有nB的物質(zhì)B自動(dòng)由相轉(zhuǎn)移到相，則必定有B 大于 B（填大于，小于或等于）。4. 稀溶液的依數(shù)性包括 溶劑蒸汽壓下降 、 凝固點(diǎn)降低 、 沸點(diǎn)升高 和 滲透壓 。5. 反應(yīng)CO(g) + 1/2 O2 (g) = CO2 (g) 在2000K時(shí)的K = 6.44, 在相同溫度條件下

2、, 反應(yīng) 2CO(g) + O2 (g) = 2 CO2 (g)的K= 41.47 .6. NH4HCO3(s)放入真空箱中, NH4HCO3(s)按下式分解: NH4HCO3(s) = NH3(g) +H2O(g) +CO2(g), 此體系的獨(dú)立組分?jǐn)?shù)C=_1 _, 相數(shù)F=_2_,自由度f(wàn)=_1_.7. 典型復(fù)合反應(yīng)通常是指平行反應(yīng)、_對(duì)行_ 反應(yīng)以及_連串_ 反應(yīng)。8. 過(guò)渡態(tài)理論認(rèn)為：反應(yīng)物分子要變成產(chǎn)物，總要經(jīng)過(guò)足夠能量的碰撞形成高勢(shì)能的_活化絡(luò)合物 。二、 選擇題（總30分，15×2分）1. 理想氣體模型的基本特征是：( D ) A. 分子不斷地作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)、它們均勻分布

3、在整個(gè)容器中B. 各種分子間的作用相等,各種分子的體積大小相等C. 所有分子都可看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn), 并且它們具有相等的能量D. 分子間無(wú)作用力, 分子本身無(wú)體積2.下列哪個(gè)封閉體系的內(nèi)能和焓僅是溫度的函數(shù) ( D )A.理想溶液 B. 稀溶液 C. 所有氣體 D. 理想氣體3. 在100和25之間工作的熱機(jī)，其最大效率為：( A )A. 20% B. 25%C.75% D. 100%4. 在270K，1P下，1mol過(guò)冷水經(jīng)等溫等壓過(guò)程凝結(jié)為同樣條件下的冰，則系統(tǒng)熵變DS與該相變過(guò)程的實(shí)際熱溫商Q / T之間的關(guān)系為：( B ) A. DS < Q / TB. DS > Q / T C

4、. DS = Q / TD.無(wú)法確定5. 下列化學(xué)勢(shì)的表達(dá)式中哪個(gè)是偏摩爾量？( C )A. (¶H/¶nB) S, P, nc¹BB. (¶F/¶nB)T, V, nc¹BC. (¶G/¶nB)T, P, nc¹BD. (¶U/¶nB)S, V, nc¹B6. 一定量稀溶液的依數(shù)性僅取決于：( C )A. 溶劑的本性 B. 溶質(zhì)的本性C. 溶質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)D. 溫度7. 有反應(yīng) AB(g) = A(g) + B(g), DrHm = Qp >0。平衡將隨下列哪一組條件向右

5、移動(dòng)：( B )A. 溫度和壓力均下降 B. 溫度上升，壓力下降C. 溫度和壓力均上升D. 溫度下降，壓力上升8. 乙苯脫氫制苯乙烯的反應(yīng)：C6H5C2H5 (g ) à C6H5CH=CH2 (g) + H2 (g)可視為理想氣體反應(yīng), 達(dá)平衡后加入惰性氣體, 且保持體系的溫度T與總壓p不變, 則該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K值 ( C ): A. 增大B. 減小C. 不變D. 無(wú)法確定9. 在400K時(shí), 純A的飽和蒸汽壓為40 kPa, 純B的飽和蒸汽壓為60 kPa, 兩者形成理想液態(tài)混合物, 當(dāng)達(dá)氣液平衡時(shí), 溶液中A的摩爾分?jǐn)?shù)xA為0.6, 則氣相中B的摩爾分?jǐn)?shù)yB應(yīng)為（ C ）

6、A. 0.31 B. 0.4 C. 0.50D. 0.6010. 對(duì)于2組分體系，當(dāng)體系達(dá)平衡時(shí)最多可有( B )相共存.A. 3相B. 4相C. 5相D. 6相11. Clapeyron方程適用于 ( A ): A. 單組分兩相平衡體系 B. 單組分三相平衡體系C. 多組分兩相平衡體系 D. 多組分三相平衡體系12. 二元恒沸混合物的組成 ( C ) A. 固定 B. 隨溫度而變 C. 隨壓力而變 D. 無(wú)法判斷13. 對(duì)于反應(yīng)AP，如果反應(yīng)的半衰期與A的初始濃度成正比，則該反應(yīng)為 ( A ) A.零級(jí)反應(yīng) B. 一級(jí)反應(yīng) C. 二級(jí)反應(yīng) D. 三級(jí)反應(yīng)14. 某復(fù)雜反應(yīng)的表觀速率常數(shù)k與構(gòu)

7、成該反應(yīng)的各基元反應(yīng)率常數(shù)ki之間的關(guān)系為k=k1k3/k2，則表觀活化能Ea與各基元反應(yīng)的活化能Ei之間的關(guān)系為 ( D )A. Ea = E1+E2+E3 B. Ea = E1E2/E3 C. Ea = E1×E2×E3 D. Ea = E1+E3-E215.對(duì)于平行反應(yīng)，為提高主產(chǎn)物的生成速率，可采取 ( C )。A. 升溫 B. 降溫 C. 加入合適的催化劑 D. 增大反應(yīng)容器三、 簡(jiǎn)答題（總20分）1 何謂可逆過(guò)程，并簡(jiǎn)述其幾大特點(diǎn)。（10分）解：可逆過(guò)程是指系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與環(huán)境間在一系列無(wú)限接近平衡條件下進(jìn)行的過(guò)程。 可逆過(guò)程有如下三大特點(diǎn)： 以無(wú)限小的變化進(jìn)行

8、，每一步都可反向進(jìn)行，且反向進(jìn)行后系統(tǒng)與環(huán)境都能復(fù)原； 系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)限接近于平衡； 等溫可逆過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做最大功。2 有一非理想的完全互溶雙液系的蒸氣壓曲線如下圖所示，請(qǐng)分析該雙液系為哪種類型的系統(tǒng)，并繪出此二元體系的p-x-y和T-x-y相圖之簡(jiǎn)單示意圖？（10分）p總pBpABA解：根據(jù)該雙液系的蒸氣壓曲線圖可知，其p總出現(xiàn)最小值，也即對(duì)拉烏爾定律產(chǎn)生了最大負(fù)偏差，因而該雙液系為具有最大負(fù)偏差的系統(tǒng)。此二元體系的p-x-y和T-x-y相圖分別如下：TBApBA四、 計(jì)算題（總30分）1、(12分) 2 mol單原子分子理想氣體由始態(tài)(300 K, 10 P), 經(jīng)歷如下一些途徑膨脹到2

9、P: (1) 等溫可逆膨脹； (2) 等溫恒外壓(2 P)膨脹； (3) 絕熱可逆膨脹；(4) 絕熱恒外壓(2 P)膨脹；分別求上述途徑的w, Q, DU, DH, DS, DG? 解:(1)理想氣體等溫可逆過(guò)程:dT=0DU=0;DH=0Q=-W=nRTln(p1/p2)= 2×8.314×300×ln(10/2)= 8029 JDS=Qr/T=nRln(p1/p2)= 8029/300= 26.76 J.K-1 DG= nRTln(p2/p1)=8029 J(2) 等溫恒外壓(2p)膨脹:因?yàn)橥緩?2)與途徑(1)的始末態(tài)相同, 故狀態(tài)函數(shù)的變值相同, 故有:

10、DU=0, DH=0, DS=26.76 J.K-1, DG=8029 J.Q=-W=p2(V2V1)= p2V2p2V1p2V20.2p1V1=nRT(10.2)=0.8nRT= 3991 J(3) 絕熱可逆過(guò)程：Qr=0DS=(Qr/T) =0 單原子理氣 r=Cp,m / CV,m = 5/3 而對(duì)于理氣絕熱可逆過(guò)程有 P11-rT1r = P21-rT2r 代入已知條件，可得 T2 = 157.6 K DU = w = CV(T2- T1) = 2×1.5×8.314×(157.6300)=-3551.7 J DH = Cp(T2- T1) = 2

11、5;2.5×8.314×(157.6300)= -5919.5 J(4)絕熱恒外壓(2p)膨脹: Q=0 w =DU = CV(T2- T1) = 2×1.5×8.314×(T2300) 又 w =-p2(V2V1)= p2V1p2V20.2p1V1p2V2= nR (0.2 T1T2) = 2×8.314×(60T2) 所以 可解出 T2 = 204 K DU = w = CV(T2- T1) = 2×1.5×8.314×(204300)=-2394.4 J DH = Cp(T2- T1) =

12、 2×2.5×8.314×(204300)= -3990.7 J2、(10分)1P下水的正常沸點(diǎn)為373K，摩爾蒸發(fā)焓DvapHm40.70 kJ·mol-1；今將378K，1P下1mol液態(tài)水等溫等壓蒸發(fā)為同溫同壓的水蒸汽。已知Cp,m(H2O,g)=33.6 J.K-1.mol-1, Cp,m(H2O, l)= 75.3 J.K-1.mol-1，設(shè)水蒸氣可視為理想氣體。 （15分）(1) 計(jì)算該過(guò)程的Q、W、DU、DH、DS和DG； (2) 使用哪種判據(jù)，可以判別上述過(guò)程可逆與否？并判別之。解：(1) 水的此不可逆相變過(guò)程可設(shè)計(jì)下列可逆過(guò)程實(shí)現(xiàn)：37

13、8K, H2O(l), 100 kPa378K, H2O(g), 100 kPaDG DS1 DH1373K, H2O(l), 100 kPa373K, H2O(g), 100 kPaDS2 DH2DS3 DH3DS DH DGDH= DH1+ DH2+ DH3DS= DS1+ DS2+ DS3而DH1= n Cp,m (H2O, l) DT = 1×75.3×(373378)= 376.5 JDH2 = 40.70 kJ DH3 = = n Cp,m (H2O, g) DT =1×33.6×(378373)= 168 J所以 DH= DH1+ DH2+

14、 DH3 = 40491.5 J Q=Qp=DH = 40491.5 J而又DS1= n Cp,m (H2O, l) ln (373/378)= 1×75.3×ln (373/378) = 1.00J.K-1DS2= = 40700/373 = 109.12 J.K-1DS3= = n Cp,m (H2O, g) ln (378/373)= 1×33.6×ln(378/373)= 0.45 J.K-1所以 DS= DS1+ DS2+ DS3 = 108.559J.K-1DG=DHTDS=40491.5 J378K×108.559 J.K-1 =

15、543.8 J <0W=-pexDV=-pDV=- p(VgVl) - pVg=-nRT=-1×8.31×378=-3.14 kJDU=Q+W=40491.5 J+(-3.14×103 J)=37.35 kJ(2) 該相變過(guò)程是在 dT=0dp=0的條件下進(jìn)行的，所以可以利用吉布斯函數(shù)判據(jù)來(lái)判斷過(guò)程可逆與否：DG=543.8 J <0 該相變過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行，也即為一不可逆過(guò)程。3. (8分) 某一級(jí)反應(yīng)，在298.15 K時(shí)的半衰期為160 min，在348.15 K時(shí)的為20 min，試計(jì)算：(1) 在298.15K時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率達(dá)80.0%

16、時(shí)，所需要的時(shí)間；(2) 反應(yīng)的活化能Ea。解：（1）對(duì)于一級(jí)反應(yīng)：k=ln2/t1/2 由一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程積分式 ln1/(1-xA) =kt 得: 反應(yīng)時(shí)間 t=k-1ln1/(1-xA)= t1/2 ln1/(1-xA)/ln2 =160 ln1/(1-0.8)/ln2=371.5 (min) (2) 由 k=ln2/t1/2得: k2/ k1=( t1/2)1/(t1/2)2再由阿倫尼烏斯方程 得: 活化能： 物理化學(xué)（B卷） 學(xué)院班級(jí) 任課教師 教研室主任 學(xué)生人數(shù) 交題時(shí)間： 年 月 日取1P=100 kPa一. 填空題（20分，每空1分）1. 按照系統(tǒng)與環(huán)境之間能量和物質(zhì)傳遞的

17、不同情況，可將系統(tǒng)分為 封閉系統(tǒng) 、 開(kāi)放系統(tǒng) 和 隔離系統(tǒng) 三類。2. 若說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，則包括以下四方面內(nèi)容： 熱平衡 、 力平衡 、 相平衡 、 和 化學(xué)平衡 。3. 某實(shí)際氣體, 經(jīng)歷了一不可逆循環(huán), 該過(guò)程的W= 400 J, 則此過(guò)程的Q為 -400 J 。（對(duì)于循環(huán)過(guò)程，體系的內(nèi)能不變，）4. 吉布斯函數(shù)判據(jù)G0適用的前提條件為 等溫 、 等壓 和 非體積功為零 。5. 理想氣體的混合過(guò)程小于還是等于0：DmixV = 0，DmixH = 0， DmixS > 0，DmixG < 0。6. 合成氨反應(yīng):N2(g) + 3H2(g)= 2NH3(g)可視為

18、理想氣體反應(yīng), 達(dá)平衡后加入惰性氣體, 且保持體系的溫度與總壓不變, 則有: 壓力商Jp值_變大_，而標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K值_不變_.7. 將NH4HS放入抽空的瓶中分解: NH4HS (s) = NH3 (g) + H2S (g), 達(dá)平衡后, 體系的獨(dú)立組分?jǐn)?shù)C = _1_, 相數(shù)F = _2_, 自由度f(wàn) = _1_.二. 選擇題（30分，15×2分）1. 熱力學(xué)第一定律只適用于（ D ）A. 單純狀態(tài)變化 B. 相變化 C. 化學(xué)變化 D. 封閉系統(tǒng)的任何變化2. 在恒溫可逆過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做：( B )A. 最小功 B. 最大功C. 不確定3. 下列物理量中屬于強(qiáng)度量的是： (

19、 C )A. U B. S C. B D. Cp 4.下列哪個(gè)封閉體系的內(nèi)能和焓僅是溫度的函數(shù) ( D )A.理想溶液 B. 稀溶液 C. 所有氣體 D. 理想氣體5. 體系的狀態(tài)改變了，其內(nèi)能值 ( C )A.必定改變 B. 必定不變 C.不一定改變 D. 狀態(tài)與內(nèi)能無(wú)關(guān)6. 在100和25之間工作的熱機(jī)，其最大效率為：( D )A100%B. 75%C. 25%D. 20%7. 在270K，1P下，1mol過(guò)冷水經(jīng)等溫等壓過(guò)程凝結(jié)為同樣條件下的冰，則系統(tǒng)熵變DS與該相變過(guò)程的實(shí)際熱溫商Q / T之間的關(guān)系為( B ) ADS < Q / TB. DS > Q / T C. DS

20、 = Q / TD. 無(wú)法確定8熱力學(xué)中關(guān)于熱溫商的表述中，下列說(shuō)法中哪種不正確？( B )A可逆循環(huán)過(guò)程的熱溫商之和等于零；B不可逆過(guò)程的熱溫商與系統(tǒng)的熵變相等；C可逆過(guò)程的熱溫商與途徑無(wú)關(guān)；D系統(tǒng)的熵變?cè)跀?shù)值上等于系統(tǒng)始末態(tài)之間任意可逆過(guò)程的熱溫商。9. 下列化學(xué)勢(shì)的表達(dá)式中哪個(gè)是偏摩爾量？( C )A(¶H/¶nB) S, P, nc¹BB(¶F/¶nB)T, V, nc¹BC(¶G/¶nB)T, P, nc¹BD. (¶U/¶nB)S, V, nc¹B10關(guān)于化學(xué)反應(yīng)

21、的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K表述中，下列說(shuō)法中哪種不正確？( C )AK的值與化學(xué)計(jì)量方程的寫(xiě)法有關(guān)；BK在數(shù)值上等于平衡壓力商Jpeq；C反應(yīng)系統(tǒng)壓力p的變化會(huì)影響K的值；D定溫下，反應(yīng)系統(tǒng)壓力p的變化不會(huì)影響K的值，但可能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。11. 有反應(yīng) AB(g) = A(g) + B(g), DrHm = Qp <0. 平衡將隨下列哪一組條件向右移動(dòng) ( C ). A. 溫度和壓力均下降 B. 溫度和壓力均上升C. 溫度上升, 壓力下降D. 溫度下降, 壓力上升12. 對(duì)于單組分體系，當(dāng)體系達(dá)平衡時(shí)最多可有( A )相共存.A. 3相B. 4相C. 5相D. 6相13. 由A、B兩液體形成

22、的液體混合物在T-x圖上出現(xiàn)最低點(diǎn)，則該混合物對(duì)拉烏爾定律產(chǎn)生： ( C )A. 一般正偏差 B. 一般負(fù)偏差 C. 最大正偏差 D. 最大負(fù)偏差 14. 關(guān)于反應(yīng)速率，表達(dá)不正確的是 ( C )A. 與體系的大小無(wú)關(guān)而與濃度大小有關(guān)    B. 與各物質(zhì)濃度標(biāo)度選擇有關(guān)C. 可為正值也可為負(fù)值D. 隨反應(yīng)時(shí)間的變化而變化15. 某復(fù)雜反應(yīng)的表觀速率常數(shù)k與構(gòu)成該反應(yīng)的各基元反應(yīng)率常數(shù)ki之間的關(guān)系為k=k1k3/k2，則表觀活化能Ea與各基元反應(yīng)的活化能Ei之間的關(guān)系為 ( D )A. Ea = E1+E2+E3 B. Ea = E1E2/E3 C. Ea =

23、E1×E2×E3 D. Ea = E1+E3-E2三. 簡(jiǎn)答題（20分，2×10分）1 何謂可逆過(guò)程，并簡(jiǎn)述其幾大特點(diǎn)。解：可逆過(guò)程是指系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與環(huán)境間在一系列無(wú)限接近平衡條件下進(jìn)行的過(guò)程。 可逆過(guò)程有如下三大特點(diǎn)： 以無(wú)限小的變化進(jìn)行，每一步都可反向進(jìn)行，且反向進(jìn)行后系統(tǒng)與環(huán)境都能復(fù)原； 系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)限接近于平衡； 等溫可逆過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做最大功。2 簡(jiǎn)述稀溶液的幾大依數(shù)性。稀溶液的依數(shù)性包括 溶劑蒸汽壓下降、凝固點(diǎn)降低、沸點(diǎn)升高和滲透壓。四.1、（15分）設(shè)2mol單原子理想氣體，始態(tài)為300K，10P，經(jīng)歷以下三個(gè)過(guò)程：(1) 在300K下等溫可逆膨脹

24、至2P；(2) 在1P外壓下，等溫等外壓膨脹至1P；(3) 在等壓條件下，體系由300K升溫至500K，分別求以上三個(gè)過(guò)程的Q、W、DU、DH、DS和DG？2.（15分）在 97.11°C時(shí), 純水（H2O）的飽和蒸氣壓為91.3 kPa。在此溫度下，乙醇（C2H5OH）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3%的乙醇水溶液上，蒸氣總壓為 101.325 kPa。今有另一乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)為2%的乙醇水溶液，求此水溶液在 97.11°C 下的蒸氣總壓。解： 補(bǔ)充：1、作圖分析題（20分）A, B兩金屬的步冷曲線如下圖, 被測(cè)體系中xB = 0; 0.1; 0.25; 0.4; 0.5; 0.6; 0.

25、75; 0.9 和1.0共9條；已知兩金屬可形成分子比為1:1的穩(wěn)定化合物C, 且兩者不形成固溶體。 (1) 請(qǐng)繪出A,B兩合金的相圖; (2) 標(biāo)明相圖中各區(qū)域相的組成和自由度; (3) 繪出xB = 0.3的步冷曲線；(4) 相圖中有幾條三相平衡共存線，并分別指明每條有哪三相平衡共存？1、2 mol單原子分子理想氣體由始態(tài)(300 K, 10 P), 經(jīng)歷如下一些途徑膨脹到2 P: (1) 等溫可逆膨脹； (2) 等溫恒外壓(2 P)膨脹； (3) 絕熱可逆膨脹；(4) 絕熱恒外壓(2 P)膨脹；分別求上述途徑的w, Q, DU, DH, DS, DG? 解:(1)理想氣體等溫可逆過(guò)程:d

26、T=0DU=0;DH=0Q=-W=nRTln(p1/p2)= 2×8.314×300×ln(10/2)= 8029 JDS=Qr/T=nRln(p1/p2)= 8029/300= 26.76 J.K-1 DG= nRTln(p2/p1)=8029 J(4) 等溫恒外壓(2p)膨脹:因?yàn)橥緩?2)與途徑(1)的始末態(tài)相同, 故狀態(tài)函數(shù)的變值相同, 故有:DU=0, DH=0, DS=26.76 J.K-1, DG=8029 J.Q=-W=p2(V2V1)= p2V2p2V1p2V20.2p1V1=nRT(10.2)=0.8nRT= 3991 J(5) 絕熱可逆過(guò)程：

27、Qr=0DS=(Qr/T) =0 單原子理氣 r=Cp,m / CV,m = 5/3 而對(duì)于理氣絕熱可逆過(guò)程有 P11-rT1r = P21-rT2r 代入已知條件，可得 T2 = 157.6 K DU = w = CV(T2- T1) = 2×1.5×8.314×(157.6300)=-3551.7 J DH = Cp(T2- T1) = 2×2.5×8.314×(157.6300)= -5919.5 J(4)絕熱恒外壓(2p)膨脹: Q=0 w =DU = CV(T2- T1) = 2×1.5×8.314

28、15;(T2300) 又 w =-p2(V2V1)= p2V1p2V20.2p1V1p2V2= nR (0.2 T1T2) = 2×8.314×(60T2) 所以 可解出 T2 = 204 K DU = w = CV(T2- T1) = 2×1.5×8.314×(204300)=-2394.4 J DH = Cp(T2- T1) = 2×2.5×8.314×(204300)= -3990.7 J2、 1p下水的正常沸點(diǎn)為373K，摩爾蒸發(fā)焓DvapHm40.70 kJ·mol-1；今將383K，1p下1mol液態(tài)水等溫等壓蒸發(fā)為同溫同壓的水蒸汽。已知Cp,m(H2O,g)=33.6