《物理化学》课程教学资源：试题资料（上册）试卷四

物理化学(上册)试卷4 班级姓名 分数 选择题(共1题5分) 1.5分(9025) 9025 lmol范德华气体从T1,V1绝热自由膨胀至T2,V,设定容热容Cr为常数,则过程的熵变应 为 (A)△S=Crn(T2/Ti (B)AS=nRIn((2-b)Vi-b) (C)A S=CHln(T2/T1)+nRIn((i-b)(r-b) (D)△S=0 填空题(共10题40分 2.5分(1524) 524 1N2和N1N分子的核间平均距离都为1.076×1010m,则N2的转动配分函数 q(N2)= gN N (在300Kk=1.38×10-23JK-1 h=6626×10-J·s) 3.5分(2929) 2910 Ag2O分解可用下面两个计量方程之一表示,其相应的平衡常数也一并列出: Ag, O(S))2Ag(s)+o,(g) Kp(1) 2Ag, O(s)>4Ag(s)+O2(g) kn(2) 设气相为理想气体,且已知反应是吸热的,试判断下列结论哪个是正确的: (A)Kp(2)=K2(1) (B)K2(2)=K(1) (C)Kn(2)随温度的升高而增大(D)O2气的平衡压力与计量方程的写法无关

物理化学(上册)试卷 4 班级 姓名 分数 一、选择题 ( 共 1 题 5 分 ) 1. 5 分 (9025) 9025 1 mol范德华气体从T1，V1绝热自由膨胀至T2，V2,设定容热容CV为常数,则过程的熵变应 为： ( ) (A) ΔS=CVln(T2/T1) (B) ΔS=nRln[(V2-b)/(V1-b)] (C) ΔS=CVln(T2/T1)+nRln[(V2-b)/(V1-b)] (D) ΔS=0 二、填空题 ( 共 10 题 40 分 ) 2. 5 分 (1524) 1524 14N2和14N16N分子的核间平均距离都为 1.0976 × 10-10 m，则14N2的转动配分函数 qr( 14N2)= ，qr( 14N16N)= 。（在 300 K,k=1.38 , h=6.626 ) 23 1 10 J K − − × ⋅ 10 J s 34 × ⋅ − 3. 5 分 (2929) 2910 Ag2O分解可用下面两个计量方程之一表示，其相应的平衡常数也一并列出： Ag O s Ag s O g 2 2 2 1 2 ( ) → + ( ) ( ) KP (1) 2 4 Ag2 2 O( )s → Ag( )s + O (g) Kp (2) 设气相为理想气体，且已知反应是吸热的，试判断下列结论哪个是正确的： （ ） （A） KP KP ( ) 2 ( ) 1 2 = 1 （B） K K p p ( ) 2 1 = ( ) （C） Kp (2) 随温度的升高而增大 （D）O2气的平衡压力与计量方程的写法无关

4.5分(1703) 1703 1mol水一乙醇溶液中,水的物质的量为04mol,乙醇的偏摩尔体积为575×106 m3mol,溶液的密度为8494kgm3,则溶液中水的偏摩尔体积V水m 已知M水=18×103 kg. mol,Mzn=46×103 kg. mor 5分(2658) 2658 ,B两个组分在定压下形成的二元相图如下图所示。 C D xB 在三相平衡时,体系的自由度∫ 但是,此时物系点都可以变化,而不至于导 致新相产生和旧相消失,这与自由度数目并不矛盾,因为 6.5分(1857) 1857 非理想气体B,压缩因子为Z对比压力为π,压力在0~1000kPa范围内,[(1)~π图 上的面积为0021,则在0~1000kPa范围内该气体的逸度系数为在1000kPa时该气体

4. 5 分 (1703) 1703 1 mol 水－乙醇溶液中，水的物质的量为 0.4 mol，乙醇的偏摩尔体积为 57.5×10-6 m 3 ⋅mol -1，溶液的密度为 849.4 kg⋅m -3，则溶液中水的偏摩尔体积V水,m= _________ m 3 ⋅mol -1。 已知 M水= 18×10-3 kg⋅mol -1，M乙醇 = 46×10-3 kg⋅mol -1。 5. 5 分 (2658) 2658 A，B 两个组分在定压下形成的二元相图如下图所示。 在三相平衡时，体系的自由度 f = 。但是，此时物系点都可以变化，而不至于导 致新相产生和旧相消失，这与自由度数目并不矛盾，因为， 。 6. 5 分 (1857) 1857 一非理想气体 B,压缩因子为 Z,对比压力为π ,压力在 0～1000 kPa 范围内,[(Z-1)]/π～π 图 上的面积为 0.021,则在 0～1000 kPa 范围内该气体的逸度系数为_____,在 1000 kPa 时该气体

的逸度为 7.5分(1860) 1860 A为非理想气体=(RTp}m(re)。现用图解积分法在(/RD)~p图上获得温度380K时压 力从0~10132.5kPa范围内的面积为0.211,则该气体的逸度系数A=在10132.5kPa压力 时的逸度fA= 8.5分(2340) 2340 298K时,A,B和C彼此不发生化学反应。三者所成的溶液与固相A和由B和C组 成的气相同时平衡,则该体系的自由度∫为 ,平衡共存的最大相数④为 在 恒温条件下如果向溶液中加组分A,则体系的压力将 。若向溶液中加入B,则体系的 压力将 9.2分(2736) 2736 在二级相变过程中:4_0,△S *.2分(2561) 下图为A和B的双液系相图,将s点所代表的物系分馏,并将馏液和残液分别冷却到 温度T1,残液的相数为 ,相点是 B 11.1分(2730) 2730 二级相变符合爱伦菲斯方程:dp/dT 三、计算题(共4题40分)

的逸度为___________。 7. 5 分 (1860) 1860 A为非理想气体,α=(RT/p)-V m(re)。现用图解积分法在(α/RT)～p图上获得温度 380 K时压 力从0～10 132.5 kPa范围内的面积为0.211,则该气体的逸度系数γA=____,在10 132.5 kPa压力 时的逸度fA=_____________ 。 8. 5 分 (2340) 2340 298 K 时，A，B 和 C 彼此不发生化学反应。三者所成的溶液与固相 A 和由 B 和 C 组 成的气相同时平衡，则该体系的自由度 f 为 ，平衡共存的最大相数Φ 为 ，在 恒温条件下如果向溶液中加组分 A，则体系的压力将 。若向溶液中加入 B，则体系的 压力将 。 9. 2 分 (2736) 2736 在二级相变过程中： ∆µ 0， ∆S 0。 *. 2 分 (2561) 2561 下图为 A和B的双液系相图, 将 s 点所代表的物系分馏，并将馏液和残液分别冷却到 温度 T1，残液的相数为 __________，相点是___________ 。 11. 1 分 (2730) 2730 二级相变符合爱伦菲斯方程:dp/dT = 。 三、计算题 ( 共 4 题 40 分 )

12.15分(0550 0550 用接触法制HSO4的过程中,由沸腾焙烧炉出来的气体经净化后,其组成为(体积分数SO2 O21%,N282%。进入第一段触媒层时,进口温度45℃,出口气体有70%SO2变为SO3,且触媒 层绝热良好试估算出口气体的温度。已知 SO(gH(1/2)O2(g)SO, (g) A,HS(298K)=98.31kJ'mol 各气体的Cnm为:O2313;N299:SO24649:SO36449JK1mol 13.10分(3325) 3325 在工业上,将空气和甲醇的混合气在550℃,101315Pa通过Ag催化剂聚合成甲醛, 发现Ag逐渐失去其金属光泽并有部分粉碎。试应用下列数据考查是否有Ag2O生成。已知: A, G S(Ag20, 298 K)=-10.84kJ-mor. A H(Ag20, 298 K)=-30.59 kJ mol C sam(Ag)=26.78 JK.mor, C m(AgO)=6569JK. mol Csm(CO2)=31.38J-K--mol- 14.10分(2877 2877 已知反应C(石墨)2H2(g)×CH4(g)的 △Gs/mor=75600525(T/K)g(T/K)-6335(7/K) (1)求1000℃C时反应的标准平衡常数K; (2)在1000℃,p3下CH4(g)-H(g)混合气体(其中CH体积分数为0.5%与合金达平衡求合 金中C的百分含量 (3)在1000℃,p3下,若要合金为石墨饱和试问混合气中CH最低压力为多少。1000℃,p3 下,FeC合金中C的百分含量与活度(以石墨为标准态)的关系如上 15.5分(3194) 3194 根据分子的对称数(o)值来估算下列气相反应的平衡常数是多少? (a)CO2+2H20=C O2+2H20 (b) PH2D+H2O= PH3+ HDO (c)2NH3+ ND3= 3NH2D 四、问答题(共2题15分) 16.10分(2543) 2543

12. 15 分 (0550) 0550 用接触法制H2SO4的过程中,由沸腾焙烧炉出来的气体经净化后,其组成为(体积分数)SO2 7% , O2 11%, N2 82%。进入第一段触媒层时,进口温度 45℃,出口气体有 70% SO2变为SO3,且触媒 层绝热良好,试估算出口气体的温度。已知： SO2(g)+(1/2)O2(g)=SO3(g) ΔrH m $ (298 K)=-98.31 kJ·mol-1 各气体的Cp, m为：O2 31.3；N2 29.9；SO2 46.49；SO3 64.49 J·K-1 ·mol-1 13. 10 分 (3325) 3325 在工业上，将空气和甲醇的混合气在 550℃，101 315 Pa 通过 Ag 催化剂聚合成甲醛， 发现 Ag 逐渐失去其金属光泽并有部分粉碎。试应用下列数据考查是否有Ag2O 生成。已知： ΔrG m $ (Ag2O，298 K) = -10.84 kJ⋅mol -1 ΔrH m $ (Ag2O，298 K) = -30.59 kJ⋅mol -1 C p $ ,m(Ag) = 26.78 J⋅K-1⋅mol -1 , C , p $ m(Ag2O) = 65.69 J⋅K-1⋅mol -1 C , p $ m(CO2) = 31.38 J⋅K-1⋅mol -1 14. 10 分 (2877) 2877 已知反应C(石墨)+2H2(g) CH4(g)的 ΔrG m $ /J⋅mol -1 = -75 600+52.25(T/K)lg(T/K) -63.35(T/K)。 (1)求 1000℃时反应的标准平衡常数 K； (2)在 1000℃, p ∃ 下CH4(g)-H2(g)混合气体(其中CH4体积分数为 0.5%)与合金达平衡,求合 金中C的百分含量； (3)在 1000℃, p ∃ 下，若要合金为石墨饱和,试问混合气中CH4最低压力为多少。1000℃, p ∃ 下，Fe-C合金中C的百分含量与活度(以石墨为标准态)的关系如上。 15. 5 分 (3194) 3194 根据分子的对称数 (σ) 值来估算下列气相反应的平衡常数是多少？ (a) C18O2 + 2H2 16O ＝ C16O2 + 2H2 18O (b) PH2D + H2O ＝ PH3+ HDO (c) 2NH3+ ND3 ＝ 3NH2D 四、问答题 ( 共 2 题 15 分 ) 16. 10 分 (2543) 2543

假定纯物质A的液相在一定温度下处于平衡。在相同温度下在气相中通入与物质A完 全无关的气体B,物质A的蒸气压怎样变化?假设气体B在物质A的液相中不溶解 7.5分(1503) 503 我们能否断言,粒子按能级分布时,能级愈高则能级分布的有效状态数愈小。试计算HF 分子转动能级分布时各能级的有效状态数。已知HF的转动特征温度为30.3K,T=300K, 试验证上述结论的正误 物理化学(上册)试卷4答案 、选择题(共1题5分) 1.5分(9025) 9025 [答](C) 填空题(共10题40分) 2.5分(1524) 1524 答]q,(“N2) 8T kT =52.2 ha (3分) 1=/m2m2 8兀2T qcN N= (2分) 3.5分(2929) 2929 答:△G5=6752 kJ. mol- △H=17.19 kJ. mol1 (2分) △S=3478JK-·mol (2分) 4.5分(1703)

假定纯物质 A 的液相在一定温度下处于平衡。在相同温度下在气相中通入与物质 A 完 全无关的气体 B,物质 A 的蒸气压怎样变化?假设气体 B 在物质 A 的液相中不溶解。 17. 5 分 (1503) 1503 我们能否断言，粒子按能级分布时，能级愈高则能级分布的有效状态数愈小。试计算 HF 分子转动能级分布时各能级的有效状态数。已知 HF 的转动特征温度为 30.3 K，T = 300 K， 试验证上述结论的正误。 物理化学(上册)试卷 4 答案 一、选择题 ( 共 1 题 5 分 ) 1. 5 分 (9025) 9025 [答] (C) (2 分) 二、填空题 ( 共 10 题 40 分 ) 2. 5 分 (1524) 1524 [答] 52.2 8π ( N ) 2 2 2 14 r = = h σ IkT q (3 分) 2 1 2 1 2 r m m m m I ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + = , σ = 2 108 8π ( N N) 2 2 14 16 r = = h IkT q (2 分) 3. 5 分 (2929) 2929 答： （1 分） 1 r m G 6.752 kJ mol − ∆ = ⋅ $ 1 r m H 17.119 kJ mol − ∆ = ⋅ $ （2 分） （2 分） 1 r mS 34.78 J K mol − ∆ = ⋅ ⋅ $ −1 4. 5 分 (1703)

1703 [答]V=康陈m+花吃m (3分) (1)式=(2)式得 lm=1.618×105 m.mol (2分) 5.5分(2658) 2658 答:0在CD线上(不包括两个端点)各种组成的体系都存在三相平衡,改变体 系的总组成,只是改变三相的相对数量,而三相的组成恒定不变,总组成不是自由度,故自 由度为零 (第一空1分,第二空4分) 6.5分(1857 1857 [答]10212 10212kP a=(RT/p)-V m=(RT/pl-PV m/(RDI =(RTp)(1-2) RTI=RTIn(p) a dp (积分区间:0到p,下同) =(RT/p)(1-z)d 令lm="(z-1)/m1d =【(Z-1)/r]dz=0021 =1.0212 1010102(在中p=0:p=100 7.5分(1860) [答]0.8098 8205×10°Pa 8.5分(2340) 2340 5:不变:升高 分) 9.2分(2736) 2736

1703 [答] V = n水V水,m+ n乙V乙,m ------------ (1) V = m/p = ( m水+ m乙)/ρ = ( M水n水+ M乙n乙)/ρ ------------ (2) (3 分) (1) 式 = (2) 式得 V水,m= 1.618×10-5 m 3 ·mol-1 (2 分) 5. 5 分 (2658) 2658 答：0 在 CD 线上（不包括两个端点）各种组成的体系都存在三相平衡，改变体 系的总组成，只是改变三相的相对数量，而三相的组成恒定不变，总组成不是自由度，故自 由度为零。 （第一空 1 分，第二空 4 分） 6. 5 分 (1857) 1857 [答] 1.0212 ； 10212 kPa α=(RT/p)-V =(RT/p)[1-p V /(RT)] re m re m =(RT/p)(1-Z) RT lnγ=RTln(f/p) = - α∫ dp (积分区间：0 到 p,下同) = ( ∫ RT/p)(1-Z)dp 令 lnγ= ∫ − π π π 0 [( Z 1) / ]d = ∫ − = 0.021 2 1 [( 1)/ ]d p p Z π π γ=1.0212 f= pγ =(1000 kPa)×1.0212=10 212 kPa (在 中 p p p 1 2 ∫ 1=0；p2=1000 kPa) 7. 5 分 (1860) 1860 [答] 0.8098； 8.205×106 Pa 8. 5 分 (2340) 2340 答：2；5；不变；升高 （5 分） 9. 2 分 (2736) 2736

答 (2分) 2分(2561) 2561 和b 11.1分(2730) 2730 [答]△Cp/(7△a)[a=(l/aVoT,x(1/0Wap)(1分) 三、计算题(共4题40分) 15分(0550) [答]设反应前气体总量为100mol,其中SO27mol,O211mol,N282mol;则出口气组 成:SO3:7×70%=49mol,SO2:7-49=2.lmol N2:82mol,O2:l1-1/2×49=855mol (3分) 70+1102+82V2723K △ →2102+85502+82N2+4.903TK △H1 △B3 7s0+110+8N298K →D1sO2+8.5502+82小2 49S02298K 图中△Hm=△H+△,Hn2+△H3=0, △,Hmn2=49×(-9831严4817k (2分) △H1 Cpm(SO2+lICpm(O2)+82CP-m(N2)dT 1327 k].mol (3分) H==21CmSO)+851(O+82CmN)+49CmaSO)r 3.133(7-298K) kJmol (3分) 1327-481.7+3.133(1-298K)0 得7=876K(603℃) (2分) 13.10分(3325) 3325 [答]2Ag(s)+(1/2)O2(g)=Ag2O(s) △GB(298K)=1084kJ △H(298K)=3059 k].mol1 △Cnm=-3.56 JK.mol1 △HB(D=△H(298K)+△ Com dT

答：=、= （2 分） *. 2 分 (2561) 2561 [答] 2； a 和 b 11. 1 分 (2730) 2730 [答] ∆Cp/(TV∆α) [α=(1/V)( ∂ V/ ∂ T), x=-(1/V)( ∂ V/ ∂ p)T] (1 分) 三、计算题 ( 共 4 题 40 分 ) 12. 15 分 (0550) 0550 [答] 设反应前气体总量为 100 mol，其中SO2 7 mol，O2 11 mol，N2 82 mol；则出口气组 成：SO3：7×70%= 4.9 mol，SO2：7-4.9=2.1 mol， N2：82 mol， O2：11-1/2×4.9=8.55 mol (3 分) 图中 ∆rHm =ΔH1+∆rHm,2 +ΔH3=0， ∆rHm,2 = 4.9×(-98.31)= -481.7 kJ·mol-1 (2 分) ΔH1= 7C 298K 723K [ ∫ p,m(SO2)+11Cp,m(O2)+82Cp,m(N2)]dT =-1327 kJ·mol-1 (3 分) ΔH3= 2.1C T 298K [ ∫ p,m(SO2)+8.55Cp,m(O2)+82Cp,m(N2)+4.9Cp,m(SO3)]dT =3.133(T-298 K) kJ·mol-1 (3 分) -1327-481.7+3.133(T-298 K)=0 得 T=876 K (603℃) (2 分) 13. 10 分 (3325) 3325 [答] 2Ag(s) + (1/2) O2(g) = Ag2O(s) ΔrG m $ (298 K) = -10.84 kJ·mol-1 ΔrH (298 K) = -30.59 kJ·mol m $ -1 ΔCp,m= -3.56 J·K-1 ·mol-1 ΔrH m (T) =Δ $ rH m (298 K) + C $ ∫ ∆ 2 1 T T p,m dT

-7057J-mol--0.85T.. mol-I (4分) (△G/2)-(△G1/T)=-(△H7dT 得△G2=△,G(823K)=25066 k].mol" (3分) A S(823 K)=-RT InK S=-RT In(1/(po.lp)I Po2=1.537×108Pa (3分) 现体系压力为101315Pa,反应中不能生成Ag2O。 14.10分(2877) [答](1)△.Gm=(-75600+5225×12731g1273-6335×1273)Jmol=50.270Jmol k5=eyp{-△GB(R)}=8654×103 (2分) (2)p(CH4)=00523 p(H2)=0.9 Ka=[p(CH4/3y{[P(H2y2ac=0005(09950)=8654×103 ac=0.584,由图查得合金中C的百分含量为1.0% (3分) (3)当石墨饱和时合金中的活度aC=1 P(CH4FKap(H2/p'=(Kdp )(p-P(CHA)) (2分) 代入数据后 8.54×105(CH)-1.0173p(CH)+0.8768=0 解方程得p(CH=0.878kPa (3分) 15.5分(3194) 3194 [答](1)四种分子的σ=2 KI=U(H2OVCO2)/f(H2oncO2)exp(-AUSIRT =0(H2O)dC020(H2O)o(cO2)1 (2分) (2)因为(HDO=1o(PH2D)=o(H2O)=2o(PH3)=3 所以K2≈4/3 (2分) (3)因为a(NH2D)=2a(NH3)=0(ND3)=3 所以K3≈27/8 (1分) 四、问答题(共2题15分) 16.10分(2543) [答]在起初状态建立平衡时,必有u()=(g) 加入B气体后仍然建立平衡,必须(1)+dp()=(g)dp(g) 所以,d(1)=d(g) (4分) 以表示气相的总压,以pA表示物质A的蒸气压即气相中A组分分压)

= -7057 J·mol -1- 0.85T J·K-1 ·mol-1 (4 分) (ΔG2/T2) - (ΔG1/T1) = - ΔH/T ∫ 2 1 ( T T 2 )dT 得 ΔG2=ΔrG m $ (823 K) = 25.066 kJ·mol-1 (3 分) ΔrG m $ (823 K) = -RT lnK = -RT ln[1/(p /p p $ O2 ∃ ) 1/2] p = 1.537×10 O2 8 Pa (3 分) 现体系压力为 101315 Pa，反应中不能生成Ag2O。 14. 10 分 (2877) 2877 [答] (1) ΔrG m $ =(-75 600+52.25×1273lg1273-63.35×1273) J·mol -1=50.270 J·mol -1 K $ p = exp{-ΔrG m $ /(RT)} = 8.654×10-3 (2 分) (2) p(CH4)=0.005p ∃ p(H2)=0.995p ∃ Ka=[p(CH4)/p ∃ ]/{[p(H2)/p ∃ ] 2 aC }=0.005/(0.9952 aC) = 8.654×10-3 aC=0.584, 由图查得合金中C的百分含量为 1.0% (3 分) (3) 当石墨饱和时合金中的活度 aC=1 p(CH4)=Kap 2 (H2)/p ∃ =(Ka/p ∃ )[p ∃ -p(CH4)]2 (2 分) 代入数据后 8.54×10-5 p 2 (CH4)- 1.0173p(CH4) + 0.8768 = 0 解方程得 p(CH4)=0.878 kPa (3 分) 15. 5 分 (3194) 3194 [答] (1) 四种分子的σ = 2 K1=[f 2 (H2 18O)f(C16O2) /f 2 (H2 16O)f(C18O2)]exp(-ΔU 0,m $ /RT) =σ 2 (H2 16O) σ(C18O2)/[ σ 2 (H2 18O)σ(C16O2)]≈ 1 (2 分) (2) 因为σ(HDO) = 1 σ(PH2D) =σ(H2O) = 2 σ(PH3) = 3 所以K2≈ 4/3 (2 分) (3) 因为σ(NH2D) = 2 σ(NH3) =σ(ND3) = 3 所以K3≈ 27/8 (1 分) 四、问答题 ( 共 2 题 15 分 ) 16. 10 分 (2543) 2543 [答] 在起初状态建立平衡时,必有 µ (l)= µ(g) 加入 B 气体后仍然建立平衡,必须 µ(l)+dµ(l)= µ(g)+dµ(g) 所以, dµ(l)=dµ(g) (4 分) 以p表示气相的总压,以pA表示物质A的蒸气压,(即气相中A组分分压)

气相施于液相总压若变化dp,则A物质的蒸气压也相应变化d。 在定温下:d()=Vm(l)dp;du(g)=Vm(gyp 所以Vm(l)dp=Vm(gyp HP(apA/ap)r=Vm()/Vm(g0 提高气相的总压液体的蒸气压也提高,但由于Vm(g)>Vm()这种效应很小。(2分) 17.5分(1503) 1503 [答]分子按转动能级分布的有效状态数为 8×exp(-E/k7=2/+1)exp-J+1)8r =(2/+1)exp{-0.101J+1) (2分) 转动量子数J为不同数值时计算结果如下 3 (2分) ep(-R12451327276208321.19390.53150.1869 可见=2时能级分布数出现极值(27276,所以不能断言粒子按能级分布时,能级愈 高能级分 布数愈小

气相施于液相总压若变化 dp,则 A 物质的蒸气压也相应变化 dp。 在定温下：dµ(l)=Vm(l)dp；dµ(g)=Vm(g)dp 所以 Vm(l)dp=Vm(g)dp 即( ∂ pA/ ∂ p)T =Vm(l)/Vm(g)>0 (4 分) 提高气相的总压,液体的蒸气压也提高,但由于Vm(g)>>Vm(l),这种效应很小。(2 分) 17. 5 分 (1503) 1503 [答] 分子按转动能级分布的有效状态数为 gi×exp(-εi/kT)=(2J+1)exp[-J(J+1)8r/T] =(2J+1)exp[-0.101J(J+1)] (2 分) 转动量子数 J 为不同数值时计算结果如下： 可见,J=2 时,能级分布数出现极值(2.7276),所以不能断言粒子按能级分布时,能级愈 高能级分 布数愈小。 (1 分)