華南理工物理化學(xué)(二)2001(含答案)

華南理工大學(xué)2001年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試卷(請在答題紙上做答，試后本卷與答題紙一同交回)科目名稱：物理化學(xué)(含物理化學(xué)實(shí)驗(yàn))適用專業(yè)：化學(xué)工程、化學(xué)工藝、工業(yè)催化、環(huán)境工程

1.C6H6在100kPa時的熔點(diǎn)為5℃，摩爾熔化焓為9916J·mol-1，Cp,m(l)=126.8J·K-1·mol-1，Cp,m(s)=122.6J·K-1·mol-1。求100kPa、–5℃下1mol過冷C6H6凝固成固態(tài)C6H6的Q、△U、△H、△S、△A、△G，假設(shè)凝固過程的體積功可以忽略不計。(12解：涉及過程如下：H=H1+H2+H3=Cp,m(l)(T'－T)+H2＋Cp,m(s)(T－T')＝9916J·mol-1+(122.6－126.8)×(268－278)J·mol-1=9958J·mol-1恒壓Q=H=9958J·mol-1U=H－pV≈H=9958J·mol-1S=S1+S2+S3=Cp,m(l)ln(T'/T)+H2/T'+Cp,m(s)ln(T/T')=H2/T'+[Cp,m(s)－Cp,m(s)]ln(T/T')＝9916J·mol-1/278K+(122.6－126.8)ln(268/278)J·K-1·mol-1=35.8J·K-1·mol-1G≈A=H－S=9958J·mol-1－268K×35.8J·K-1·mol-1=363.6J·mol-1

2.衛(wèi)生部規(guī)定汞蒸氣在1m3空氣中的最高允許含量為0.01mg。已知汞在20℃的飽和蒸氣壓為0.160Pa，摩爾蒸氣發(fā)焓為60.7kJ·mol-1(設(shè)為常數(shù))。若在30℃時汞蒸氣在空氣中達(dá)到飽和，問此時空氣中汞的含量是最高允許含量的多少倍？汞蒸氣看作理想氣體，汞的摩爾質(zhì)量為200.6g·mol-1。解：本題主要利用克－克方程進(jìn)行計算。30℃p'=pexp[vapH(T'-T)/RTT']=0.160Pa×exp[60700×(303.15－293.15)/(8.315×293.15×303.15)]=0.3638Pa此時空氣中汞含量是最高允許含量的倍數(shù)為(pV/RT)M/0.01×10－3g=[0.3638×1/(8.315×303.15)]×200.6/10－5

3.鈣和鎂能形成一種穩(wěn)定化合物。該系統(tǒng)的熱分析數(shù)據(jù)如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)wCa/%010194655657990100冷卻曲線出現(xiàn)折點(diǎn)時T/K－883-973-923-998-冷卻曲線的水平線T/K9247877877879947397397391116(1)

畫出相圖(草圖)并分析各相區(qū)的相態(tài)和自由度。(2)

寫出化合物的分子式，已知相對原子量：Ca，40；Mg，24。(3)

將含鈣35％的混合物1kg熔化后，放置冷卻到787K前最多能獲穩(wěn)定化合物多少？(12分)解：(1)相圖如下。單相區(qū)F=2，兩相區(qū)F=1，三相線F=0。(4)

在300K時，若反應(yīng)容器中開始時只有A，其初始壓力p0為p，問系統(tǒng)總壓p',達(dá)到1.5p時所需時間為多少？(可適當(dāng)近似)(13分)。解：(1)Kp=k1/k2=3.50×10－3s－1/7.00×10－7(s·p)-1＝2000pK＝Kp/p=2000(2)E1=RTT'ln(k1'/k1)/(T'－T')=[8.315×300×310×ln(7.00/3.50)/(310－300)]J·mol－1＝53.6kJ·mol－1E2=RTT'ln(k2'/k2)/(T'－T')=[8.315×300×310×ln(1.40×10－6/7.00×10－7)/(310－300)]J·mol－1＝53.6kJ·mol－1(3)H=E1－E2＝0(4)A(g)=B(g)+C(g)t=0pp=pt=t'pAp-pAp-pAp=2p-pA即pA＝2p－p速率方程-dpA/dt=k1pA－k2(p-pA)2≈k1pA(∵pk2<<k1)積分得t=ln(pA0/pA)/k1=ln[p/(2p－p)]/t=ln[p/(2p－1.5p)]/3.50×10-3s-1=198s

8．在濃度為10mol·m-3的20cm3AgNO3溶液中，緩慢滴加濃度為15mol·m-3的KBr溶液10cm3，以制備AgBr溶膠。(1)寫出AgBr溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)表達(dá)式，指出電泳方向。(2)在三個分別盛10cm3AgBr溶膠的燒杯中，各加入KNO3、K2SO4、K3PO4溶液使其聚沉，最少需加電解質(zhì)的數(shù)量為：1.0mol·m-3的KNO35.8cm3；0.01mol·m-3的K2SO4；8.8cm3；1.5×10－3mol·m-3的K3PO48.0cm3；計算各電解質(zhì)的聚沉值以及它們的聚沉能力之比。(3)293K時，在兩極距離為35cm的電泳池中施加的電壓為188V，通電40min15s，測得AgBr溶膠粒子移動了3.8cm。問該溶膠的電勢為多大？已知293K時分散介質(zhì)的相對介電常數(shù)r＝80，粘度＝1.03×10-3Pa·s，真空介電常數(shù)0＝8.854×10-12F·m-1。(10分解：(1)AgNO3過量，為穩(wěn)定劑，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為[(AgBr)mnAg＋·(n－x)NO3－]x+·xNO3－膠粒帶正電，電泳時向負(fù)極移動。(2)KNO3的聚沉值：1.0mol·dm-3×5.8cm3/(10+5.8)cm3=0.367mol·dm-3K2SO4的聚沉值：0.01mol·dm-3×8.8cm3/(10+8.8)cm3=4.68×10-3mol·dm-3K3PO4的聚沉值；0.0015mol·dm-3×8.0cm3/(10+8.0)cm3=6.67×10-4mol·dm-3聚沉能力之比KNO3：K2SO4：K3PO4=(1/0.357)：(1/4.48×10-3)：(1/6.67×10-4)=1：79.7：535(3)由公式u=E/h=(V/l)/h得=ulh/V=ulh/r0V=(0.038m/2415s)×0.35m×1.03×10-3Pa·s/(80×8.854×10-12F·m-1×=0.0426V9.在室溫下氨基甲酸銨