2012 年攻读硕士学位研究生理科《物理化学》试题及参考答案.pdf

葛华才编.华南理工大学 2012 年攻读硕士学位研究生理科物理化学试题及参考答案.日期：2012-12-05 1 629 华南理工大学 2012 年攻读硕士学位研究生入学考试试卷(请在答题纸上做答，试卷上做答无效，试后本卷必须与答题纸一同交回)科目名称：物理化学(一)适用专业：无机化学；分析化学；有机化学；物理化学；高分子化学与物理 本卷满分：150 分 共 3 页 说明：说明：本套本套试题稍繁！如第 2 和 7 道，需要较多数学知识且容易出错。知识点有一些重复，如第 2 和 4 题。葛老师已对试题作了少量规范化处理并完成解答，未参考标准答案。因此可能有不妥之处，欢迎用电子邮件告知，谢谢！更多信息请看主页： 葛华才老师的邮箱： 一、计算题 1、在等熵条件下，将1mol理想气体(CV,m=5R/2)从15、100kPa压缩到700kPa，然后保持体积不变，降温至15，求整个过程的Q、W、U、H及S。(15分)解：解：状态变化：(p1=100kPa,V1,T1=288.15K)(p2=700kPa,V2,T2)(p3,V2,T3=288.15K)U=H=0；W=4454J；Q=-4454J；S=-11.56 J.K-1 2、已知反应 4Na(g)+O2(g)2Na2O(s)(1)的rmG(T)1276222890.6(T/K)32.34(T/K)ln(T/K)J mol-1及反应 4Cr(s)+3O2(g)2Cr2O3(s)(2)的rmH(298K)2256.85 kJ mol-1，rmS(298K)547.77 J K-1 mol-1，rCp,m56 J K-1 mol-1。(1)求第(2)个反应的标准反应吉布斯函数rmG与温度T的关系式。(2)通过计算说明，在标准态下，温度必须控制在1062.9K以下Cr2O3才能被Na(g)还原。(15分)解解：(1)rmrmrmGHTS =-2273538+603.77(T/K)-56(T/K)ln(T/298K)J mol-1(2)还原反应：6Na(g)+Cr2O3(s)3Na2O(s)+2Cr(s)rmG=-777564+874.5(T/K)-20.51(T/K)ln(T/K)J mol-1 将 T=1062.8K 代入得rmG=-48.49 J mol-1；T=1062.9K 代入得rmG=22.61 J mol-1；葛华才编.华南理工大学 2012 年攻读硕士学位研究生理科物理化学试题及参考答案.日期：2012-12-05 2 即 T1062.88K 时反应能够进行。注意注意：此题求解非线性方程rmG=0，即可求反应的转变温度。此类问题可参考本人的本人的计算计算机在化学中的应用机在化学中的应用课程介绍的近似解法。3、60时甲醇(A)的饱和蒸气压是83.4kPa，乙醇(B)的饱和蒸压是47.0kPa。设二者可形成理想液态混合物，气体为理想气体。若60将6mol甲醇和4mol乙醇混合。(1)计算该液态混合物中乙醇的化学势B(l)，假设乙醇气体标准态化学势为-200kJ.mol-1。(2)计算与该液态混合物的平衡蒸气组成。(15分)解解：(1)B(l)=-204.6 kJ.mol-1；(2)yA=0.7279；yB=0.2721 4、反应Mn(s)+(1/2)O2(g)=MnO(s)的rmG=384900+74.48(T/K)+10(T/K)ln(T/K)Jmol-1，试求：(1)800 K 时MnO(s)的标准摩尔生成焓fmH。(2)在800K，MnO(s)解离压力等于多少？已知反应的rmH与温度有关。(15分)解解：(1)fmH=-392900Jmol-1；(2)解离压 p(O2)=3.193*10-31 Pa 5、25时测得用纯水配制的AgBr饱和水溶液的电导率为1.664 10-5S m-1，纯水的电导率为5.5 10-6 S m-1，且已知25时AgBr(s)的溶度积或活度积Ksp为6.305 10-13。(1)求AgBr(s)在25时的极限摩尔电导率m(AgBr(s)；(2)把AgBr的溶解反应AgBr(s)Ag+Br-设计在原电池中进行，请写出对应的原电池，并计算25该电池的标准电动势及反应的标准摩尔吉布斯自由能。(15分)解解：(1)m(AgBr(s)=0.01403 S m2.mol-1 (2)负极：Ag(s)Ag+e-正极：AgBr(s)+e-Ag(s)+Br-原电池：Ag(s)|Ag+|Br-|AgBr(s)|Ag(s)rmG=69644 J.mol-1；rm/EGzF=-0.7217 V 6、某二组分凝聚系统的相图如下图所示。(1)标出各区域(1-9)的相态；(2)指出所有的三相平衡线及其对应的相平衡关系(冷却时)；(3)绘出图中组成为a点对应的冷却曲线；(4)该二组分系统通过冷却能否得到纯A(s)固体，为什么吗？(5)B1点对应的自由度数为多少？(15分)葛华才编.华南理工大学 2012 年攻读硕士学位研究生理科物理化学试题及参考答案.日期：2012-12-05 3 解解：(1)1:l；2：l+a；3:a；4:l1+l2；5:l+C(s)；6:l+C(s)；7:a+C(s)；8:l+B(s)；9:C(s)+B(s)。(2)三相线：A3O1B2:l+B(s)C(s)；A2O2C1:l1+l2+C(s)l+C(s)；A1O3C2：l+C(s)a。(3)冷却曲线见图。(4)相图中没有纯A(s)区域，两组分系统冷却得不到纯A(s)固体。(5)B1点为纯B的熔点，C=1，P=2,F=C+1-P=0。7、自催化反应中产物对反应其起催化作用。例如，反应A P的反应速率可表示为 v=kAP，即反应速率正比于产物P的浓度。反应起始时通常会先由其它反应途径来生成一定量的产物P，随后参与自催化反应。(1)对反应A P有v=kAP，反应起始时A和P的浓度分别为A0和P0，试证明：0Pexp()(1)P1exp()katbbkat 式中a=A0+P0，b=P0/A0。(2)计算反应速率最大时的反应物和产物浓度。(15分)解：解：(1)v=dP/dt=kAP，物料守恒得 dP/dt=k(a-P)P，积分整理得 P/P0=(b+1)exp(kat)/1+bexp(kat)(2)v=k(a-P)P=kaP-kP2，最大速率时：dv/dt=0；得 P=a/2，A=a-P=a/2 8、(1)如下数据是273 K温度下CO在木炭表面的吸附。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，计算吸附系数a。(a=ka/kd，ka 和kd分别为吸附和脱附速率常数)p/kPa 26.7 80.0 V/cm3 18.6 41.6 (2)采用同样的木炭，在不同温度下测量了吸附CO达到10 cm3(校正到101.325 kPa)时对应的平衡压力，测量结果如下。计算在此吸附量下的吸附焓。(15分)T/K 200 250 葛华才编.华南理工大学 2012 年攻读硕士学位研究生理科物理化学试题及参考答案.日期：2012-12-05 4 p/kPa 4.00 9.85 解：解：(1)a=0.00768 kPa-1 (2)吸附过程：CO(g)+木炭(s)木炭-CO(s)在吸附体积(即吸附量)相同时，过程相当于相变并且可近似为单种物质的相变。利用克-克方程有：Ha=-H升华=-7493 J.mol-1 二、简答题 9、1mol液态水在100、101.325kPa下等温向真空蒸发为100、101.325kPa的水蒸气，该过程的 G是大于0、小于0、还是等于0？能否用 G值判断过程的可逆性？为什么？(8分)答：答：G=0；实际过程非恒压，不能用 G判断过程方向，应用 S隔离。10、解释肾为什么可以阻止血液中的糖分进入尿液。(7分)答：答：肾是一个半透膜，仅允许水分子及尿素等小分子透过，血糖分子较大，难以透过。11、简要说明水蒸汽蒸馏的原理。(8分)答：答：水蒸汽蒸馏的原理是将不溶于水的有机物(含有水溶性杂质)与水混合一起蒸馏，然后将气相产物冷凝后分离出有机物的方法。由于其沸点低于水的沸点，可防止避免有机物的分解，有可提纯有机物。12、简述Tyndall现象。(7分)答：答：Tyndall现象是胶体对光的散射现象。当光通过胶体时，在垂直于光线的一侧使用显微镜可观察到胶体溶液呈现许多亮点。天空或海水呈蓝色就是太阳光散射引起的。