華南理工大學(xué)2015年852物理化學(xué)2（含答案）考研真題

852

華南理工大學(xué)

2015年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試卷

（試卷上做答無(wú)效，請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上做答，試后本卷必須與答題紙一同交回）

科目名稱：物理化學(xué)(二)

適用專業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程；材料物理與化學(xué)；生物醫(yī)學(xué)工程(專業(yè)學(xué)位)；化學(xué)工程；

化學(xué)工藝；生物化工；應(yīng)用化學(xué)；工業(yè)催化；能源化學(xué)工程；化學(xué)工程(專業(yè)學(xué)位)

共4頁(yè)

33

1.400K時(shí)1mol的O2(g)經(jīng)絕熱可逆過(guò)程從10dm壓縮到5dm，

然后再經(jīng)等溫可逆膨脹使體積復(fù)原，求該過(guò)程的W、Q、U和H。氧氣

設(shè)為理想氣體，其恒容摩爾熱容為2.5R。(15分)

2.1mol25℃的水在恒定100kPa下變?yōu)?50℃的水蒸氣，求過(guò)程的

W、Q、U、H、S和G。已知水和水蒸氣的平均恒壓摩爾熱容分別

為75.29和33.58J.K-1.mol-1，水在100℃時(shí)的摩爾蒸發(fā)焓為40.637kJ.mol-1

(近似為100kPa)，25℃時(shí)水的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵為69.91J.K-1.mol-1，水蒸氣可

近似為理想氣體。(15分)

3.某濱海區(qū)的地下水中，含可溶性鹽以氯化鈉為主。用凝固點(diǎn)下降

測(cè)得地下水的冰點(diǎn)為271.85K。

(1)問(wèn)該濱海區(qū)地下水含氯化鈉的摩爾分?jǐn)?shù)為多少?

(2)該地區(qū)的水與純水化學(xué)勢(shì)的差值為多少?

(3)300.15K時(shí)，利用反滲透裝置對(duì)該鹽水進(jìn)行反滲透淡化水，在鹽

水端至少需加多大壓力?設(shè)外壓為101kPa。

已知水的凝固點(diǎn)下降常數(shù)為1.86K.kg.mol-1，水的摩爾質(zhì)量為0.01802

kg.mol-1。(15分)

第1頁(yè)

4.Mg和Pb二組分凝聚系統(tǒng)相圖見下。

(1)Mg和Pb形成的化合物是穩(wěn)定還是不穩(wěn)定的？其組成如何？

(2)請(qǐng)指出圖中1~8區(qū)域的相態(tài)。

(3)請(qǐng)指出圖中相區(qū)3和5的相數(shù)和自由度數(shù)。

(4)圖中自由度數(shù)為0的線有多少條？

(5)繪制圖中點(diǎn)a和b的冷卻曲線。

(6)系統(tǒng)從a點(diǎn)(x=0.2)下降到f點(diǎn)時(shí)，各組分的組成大致為多少?

(7)從該二組分系統(tǒng)中能否得到純金屬Pb或Mg?(15分)

5.乙醇和水的沸點(diǎn)組成圖為典型的具有最大正偏差的系統(tǒng)相圖，恒

沸點(diǎn)的組成為乙醇的重量比為95.6%，溫度為78.1℃。已知常壓下乙醇

的沸點(diǎn)為78.4℃。試?yán)L制常壓下乙醇和水的相圖草圖，標(biāo)明各區(qū)域的相

態(tài)。如果系統(tǒng)的組成為重量含乙醇40%的水溶液，精餾后將得到什么組

分?試解釋之。(10分)

第2頁(yè)

6.某化合物在557K分解時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)為0.033s-1，反應(yīng)活化

能為144.3kJ.mol-1。

(1)求該反應(yīng)的級(jí)數(shù)和半衰期。

(2)若起始濃度為0.6mol.dm-3，求反應(yīng)至濃度為0.2mol.dm-3時(shí)所需

的時(shí)間。

(3)欲控制反應(yīng)在10min內(nèi)轉(zhuǎn)化率達(dá)90%，反應(yīng)溫度應(yīng)控制在多少

度？

(4)求阿倫尼烏斯常數(shù)中的指前因子k0(或A)。(15分)

7.反應(yīng)H2+Cl2→2HCl

k

Cl2+M12Cl+M(1)

k

Cl+H22HCl+H(2)

k3

H+Cl2HCl+Cl(3)

k

2Cl+M4Cl2+M(4)

0.50.5

試證明速率方程為d[HCl]/dt=k[H2][Cl2]，其中k=2k2(k1/k4)。

(10分)

8.在101.325kPa外壓和100℃的水中產(chǎn)生一個(gè)半徑為1m的小氣

泡。已知該溫度下水的表面張力為0.05885N.m-1，密度為1000kg.m-3，

飽和蒸氣壓為101.325kPa，摩爾質(zhì)量為0.01802kg.mol-1。試求：

(1)小氣泡內(nèi)水的附加壓力。

(2)小氣泡內(nèi)水的飽和蒸氣壓。

(3)小氣泡內(nèi)的壓力，并判斷氣泡能否溢出液面?(15分)

第3頁(yè)

9.設(shè)反應(yīng)C2H2(g)+H2(g)→C2H4(g)為理想氣體反應(yīng)，已知298K

時(shí)C2H2(g)、H2(g)、C2H4(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓分別為-1299.6、-285.83、

.-1

-1411.0kJmol；C2H2(g)和C2H4(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)分別為

209.2和68.15kJ.mol-1。試解決如下問(wèn)題：

(1)該反應(yīng)在298K的常壓下能否進(jìn)行?

(2)該反應(yīng)的焓變？

(3)設(shè)反應(yīng)在298K的封閉容器中進(jìn)行且開始時(shí)兩反應(yīng)物的分壓均為

100kPa，平衡時(shí)產(chǎn)物的分壓為多少?

(4)反應(yīng)升溫或降壓對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響如何?(15分)

10.電池Ag|AgCl(s)|KCl(aq.)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)在298K時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為

-4.-1

0.0455V，電池電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)(E/T)p為3.38×10VK。解決下列

問(wèn)題：

(1)寫出正負(fù)極及電池反應(yīng)。

(2)計(jì)算電池反應(yīng)的rSm，rHm和rGm。

(3)可逆放電時(shí)的熱效應(yīng)。

(4)反應(yīng)在非電池即普通容器中常壓下進(jìn)行時(shí)的熱效應(yīng)。(15分)

11.可用設(shè)計(jì)電池測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)的方法測(cè)定AgBr的溶度積Ksp，

請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明之。(10分)

第4頁(yè)

葛華才編.華南理工大學(xué)2015年攻讀碩士學(xué)位研究生工科《物理化學(xué)》試題及參考答案.日期：2015-12-11

852

華南理工大學(xué)

2015年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試卷

（試卷上做答無(wú)效，請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上做答，試后本卷必須與答題紙一同交回）

科目名稱：物理化學(xué)(二)

適用專業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程；材料物理與化學(xué)；生物醫(yī)學(xué)工程(專業(yè)學(xué)位)；化學(xué)工程；

化學(xué)工藝；生物化工；應(yīng)用化學(xué)；工業(yè)催化；能源化學(xué)工程；化學(xué)工程(專業(yè)學(xué)位)

本卷滿分：150分

說(shuō)明：本套試題偏易！葛老師已對(duì)試題作了少量規(guī)范化處理并完成解答，未參考標(biāo)準(zhǔn)答案。因

此可能有不妥或錯(cuò)誤之處，歡迎用電子郵件告知，謝謝！

更多信息請(qǐng)看主頁(yè)：

葛華才老師的郵箱：ge1963@126.com

1.400K、1mol的氧氣經(jīng)絕熱可逆過(guò)程從10dm3壓縮到5dm3，然后再經(jīng)等溫可逆膨脹使體

積復(fù)原，求該過(guò)程的W、Q、U和H。氧氣可視為理想氣體，其恒容摩爾熱容為2.5R。(15分)

解：據(jù)題意，氮?dú)獾臓顟B(tài)變化框圖如下：

絕熱可逆等溫可逆

T1=400KT2=?T3=T2

333

V1=10dmV2=5dmV3=10dm

U=2657J，H=3719J，Q=3042J，W=-385J

2.1mol25℃的水在恒定100kPa下變?yōu)?50℃的水蒸氣，求過(guò)程的Q、W、U、H、S和

-1-1-1-1

G。已知水的Cp,m(l)=75.29J·K·mol，水蒸氣的Cp,m(g)=33.58J·K·mol，水在100時(shí)的摩爾蒸

發(fā)焓為40.637kJ·mol-1(近似為100kPa)，25℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵為69.91J·K-1·mol-1，水蒸氣可看近

似為理想氣體。(15分)

解：據(jù)題意，在恒定100kPa下1mol水的狀態(tài)變化框圖如下：

t1=25℃t2=100℃t2=100℃t3=150℃

H2O(l)(1)H2O(l)(2)H2O(g)(3)H2O(g)

-1

H=47.963kJ，S=130.0J·K，Qp=H=47.963kJ，U=44.445kJ，W＝-3.518kJ，G=-15.78kJ

考慮到實(shí)際加熱水的過(guò)程與上框圖類似，分步計(jì)算各過(guò)程的Q和W再累加，亦可認(rèn)為正確。當(dāng)

然Q和W是過(guò)程量，應(yīng)與實(shí)際過(guò)程有關(guān)。

3.某濱海區(qū)的地下水中，含可溶性鹽以NaCl為主。用凝固點(diǎn)下降測(cè)得地下水的冰點(diǎn)為271.85

K。

(1)問(wèn)該濱海區(qū)地下水含NaCl的摩爾分?jǐn)?shù)為多少？

1

葛華才編.華南理工大學(xué)2015年攻讀碩士學(xué)位研究生工科《物理化學(xué)》試題及參考答案.日期：2015-12-11

(2)該地區(qū)的水與純水化學(xué)勢(shì)的差值為多少？

(3)300.15K時(shí)，利用反滲透裝置對(duì)該鹽水進(jìn)行反滲透淡化水，在鹽水端至少需加多大壓力?設(shè)

外壓為101kPa。

已知水的凝固點(diǎn)下降常數(shù)為1.86Kkgmol-1，水的摩爾質(zhì)量為0.01802kg.mol-1。(15分)

-1-1

答案：b=0.3495mol·kg，x(H2O)=0.9937；(H2O)=-15.77J·mol

最小壓力=1846kPa

4.Mg和Pb二組分凝聚體系相圖如下：

(1)Mg和Pb可以形成穩(wěn)定化學(xué)物，其組成如何？

(2)請(qǐng)寫出圖中1~8區(qū)域的相態(tài)；

(3)請(qǐng)指出圖中3,5區(qū)域的相數(shù)和自由度數(shù)；

(4)圖中自由度為零的線有多少條？

(5)在右邊的溫度-時(shí)間圖上畫出系統(tǒng)從a、b點(diǎn)降溫的歩冷曲線；

(6)系統(tǒng)從a點(diǎn)(x=0.2)下降到f點(diǎn)時(shí)，各組分的組成大致為多少？

(7)從二組分系統(tǒng)中能否得到純金屬Pb或Mg?(15分)

參考答案：

（1）化合物C為Mg0.4Pb0.6;

（2）1-8區(qū)域的相態(tài)分別為Mg(s)+α，l+α，l，l+C(s)，α+C(S)，C(s)+l，l+Pb(s)，C(s)+Pb(s)；

（3）3,5區(qū)域的相數(shù)分別為1和2；3,5區(qū)域的自由度數(shù)分別為2,1。

（4）2條；

（5）略；

（6）液體l中，x=0.2；α相中x≈0.05.

（7）控制在第7區(qū)進(jìn)行固液分離即可得到純金屬Pb；因?yàn)闊o(wú)純金屬M(fèi)g相關(guān)相區(qū)，所以無(wú)法得

到純金屬M(fèi)g。

5.乙醇和水的沸點(diǎn)組成圖為典型的具有最大正偏差的系統(tǒng)相圖，恒沸點(diǎn)的組成為重量比95%

的乙醇與5%的水，溫度為78.1℃。乙醇和水常壓下沸點(diǎn)分別為78.4℃和100℃，試畫出相圖草圖，

2

葛華才編.華南理工大學(xué)2015年攻讀碩士學(xué)位研究生工科《物理化學(xué)》試題及參考答案.日期：2015-12-11

并標(biāo)明各區(qū)域相態(tài)。如果系統(tǒng)的組成為60%的乙醇，精餾后得到什么？試解釋說(shuō)明。(10分)

參考答案：(1)

110

100

g

90

l+g

C

ol+g

//80

t

l

70

60

020406080100

HOCHOH

2w(%)25

(2)得到純水和含95%乙醇的恒沸混合物。

6．某化合物在557K分解時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)為0.033s-1，反應(yīng)活化能為144.3kJ·mol-1。

(1)求該反應(yīng)的級(jí)數(shù)和半衰期；

(2)若起始濃度為0.6mol·dm-3，求反應(yīng)至濃度為0.2mol·dm-3時(shí)所花的時(shí)間；

(3)欲控制反應(yīng)在10min內(nèi)轉(zhuǎn)化率達(dá)90%，反應(yīng)溫度應(yīng)控制在多少度？

(4)求阿侖尼烏斯關(guān)系式中的指前因子k0(或A)。(15分)

12-1

解:(1)一級(jí)；t1/2=21(s)；(2)t=33.3s；(3)T2=520K；(4)k0=1.12×10s

7.反應(yīng)H2+Cl2→2HCl的鏈反應(yīng)機(jī)理如下：

k

1.

Cl2+M2Cl+M(1)

k

..2

Cl+H2HCl+H(2)

k

..3

H+Cl2HCl+Cl(3)

k

.4

2Cl+MCl2+M(4)

1/21/2

試證明速率方程為d[HCl]/dt=k[H2][Cl2],其中：k=2k2(k1/k4)。(10分)

證明：可參看教材。

8.在101.325kPa外壓，100℃的水中產(chǎn)生一個(gè)半徑為10-5m的小氣泡。已知該溫度下水的

表面張力為0.05885N·m-1，密度1000kg·m-1，飽和蒸氣壓為101.325kPa，摩爾質(zhì)量為0.018.02

kg·mol-1。試求：（1）小氣泡內(nèi)水的附加壓力；（2）小氣泡內(nèi)水的飽和蒸氣壓；（3）小氣泡內(nèi)的壓

力，并判斷氣泡能否溢出液面。(15分)

解：（1）p=-11770Pa；（2）pr=101.315kPa；（3）氣泡不能溢出液面。

9.設(shè)反應(yīng)C2H2(g)+H2(g)＝C2H4(g)為理想氣體反應(yīng)，，已知298K

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葛華才編.華南理工大學(xué)2015年攻讀碩士學(xué)位研究生工科《物理化學(xué)》試題及參考答案.日期：2015-12-11

時(shí)C2H2(g)、H2(g)、C2H4(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓分別為-1299.6、-285.83、

-1

-1411.0kJ.mol；C2H2(g)和C2H4(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)分別為

209.2和68.15kJ.mol-1。試解決如下問(wèn)題：

(1)298K下該反應(yīng)在常壓下能否進(jìn)行？

(2)該反應(yīng)的焓變？

(3)設(shè)反應(yīng)在298K的封閉容器中進(jìn)行且開始時(shí)兩反應(yīng)物的分壓均為100kPa，平衡時(shí)產(chǎn)物的分

壓為多少?

(4)反應(yīng)升溫或降壓是否有利?(15分)

1

解：(1)ΔrmG(298K)＝kJ·mol<0,可以進(jìn)行。

124

(2)ΔrmH=kJ·mol<0,放熱。(3)K＝5.269×10，p=100kPa（3分）

(4)升溫不利；加壓有利

10.電池Ag|AgCl(