《考研资料》2004-物化二.pdf

华南理工大学华南理工大学华南理工大学华南理工大学2004200420042004年攻读硕士学位研究生入学考试试卷年攻读硕士学位研究生入学考试试卷年攻读硕士学位研究生入学考试试卷年攻读硕士学位研究生入学考试试卷(452452452452)参考答案参考答案参考答案参考答案科目名称：物理化学适用专业：材料物理与化学、化学工程、化学工艺、生物化工、工业催化、生物医学工程、应用化学、环境工程说明：说明：说明：说明：本答案由葛华才老师完成，试题做了规范化和少量处理，若有不恰当之处特别是错误之处，欢迎用电子邮件方式告知葛老师本人(邮箱：)。1.1.1.1.始态为始态为 25252525常压下的常压下的 10101010克固体萘克固体萘(C(C(C(C10101010H H HH8 8 88)置于含足够氧的弹式量热计中燃烧，最终置于含足够氧的弹式量热计中燃烧，最终产物为产物为 25252525的的 COCOCOCO2 2 22及液体水，过程放热及液体水，过程放热 400.911400.911400.911400.911k k kkJ J JJ。试求此过程的焓变。试求此过程的焓变H H HH(10101010分分)解：弹式量热计燃烧过程C10H8(s)+12O2(g)=10CO2(g)+4H2O(l)是恒容过程，故 U=QV=400.911kJH=U+pV=U+n(g)RT=400.911kJ+(2)(10g/128g)8.315298.15103kJ=401.298 kJ2.2.2.2.在绝热系统中将在绝热系统中将 273K273K273K273K、1mol1mol1mol1mol的水和的水和 373K373K373K373K、lmollmollmollmol的水混合的水混合,试计算此过程的熵变试计算此过程的熵变S S SS。设在此温度范围水的等压摩尔热容量为设在此温度范围水的等压摩尔热容量为 75J75J75J75J.K K KK1 1 11.molmolmolmol 1 1 11。(10101010分分)解：解：整个系统过程为恒压绝热过程，设终态温度为T，则Qp=H=1molCp(T273K)+1molCp(T373K)=0解得T=323K过程熵变S=S(冷水)+S(热水)=1mol75J75J75J75J.K K KK1 1 11.molmolmolmol 1 1 11ln(323/273)+1mol75J75J75J75J.K K KK1 1 11.molmolmolmol 1 1 11ln(323/373)=1.819 J J JJ.K K KK1 1 113.3.3.3.已知反应已知反应A A AA(g g gg)=2B2B2B2B(g g gg)在在 298K298K298K298K时时r r rrG G GGmmmm =4.754.754.754.75k k kkJ J JJ molmolmolmol 1 1 11,试求：试求：(1)(1)(1)(1)反应开始只有反应开始只有 A A AA，在，在 298K298K298K298K、100kPa100kPa100kPa100kPa下下A A AA(g g gg)的离解度？的离解度？(2)(2)(2)(2)当温度不变，总压增至当温度不变，总压增至 1000kPa1000kPa1000kPa1000kPa，A A AA(g g gg)的离解度？的离解度？(3)(3)(3)(3)反应开始时原料气中反应开始时原料气中A A AA(g g gg)与惰性气体的摩尔比为与惰性气体的摩尔比为 1 1 11：2 2 22，在在 298K298K298K298K、100kPa100kPa100kPa100kPa下下A A AA(g g gg)的离解度？的离解度？(4)(4)(4)(4)解释解释(2)(2)(2)(2)、(3)(3)(3)(3)的计算结果。的计算结果。(15151515分分)解：解：(1)(1)(1)(1)K=exp(r r rrG G GGmmmm /RT)=exp4.751000/(8.315298)=0.1471A(g)=2B(g)t=01mol0 mol平衡(1a)mol2amoln总=(1+a)molpA=(1a)p /(1+a)，pB=2a p /(1+a)K=(pB)2/(p pA)=2a/(1+a)2/(1a)/(1+a)=4a2/(1a2)=0.1471a=0.1883(2)pA=(1a)10p /(1+a)，pB=2a10p /(1+a)K=(pB)2/(p pA)=40a2/(1a2)=0.1471a=0.06053(3)(3)(3)(3)A(g)=2B(g)惰性气体t=01mol0 mol2mol平衡(1a)mol2amol2moln总=(3+a)molpA=(1a)p /(3+a)，pB=2a p /(3+a)K=(pB)2/(p pA)=2a/(3+a)2/(1a)/(3+a)=4a2/(32aa2)=0.14714a2=(3aa2)0.1471a=0.3636(4)反应是气相分子数增加的反应，从(2)计算可知，恒温时，增加总压不利于反应；而加入惰性气体相当于降低总压，故(3)情况有利于反应。4.4.4.4.对于汞对于汞铊二组分系统，已知汞和铊的熔点分别为铊二组分系统，已知汞和铊的熔点分别为39393939和和 303303303303，它们可形成，它们可形成化合物化合物 TlTlTlTl2 2 22HgHgHgHg5 5 55，熔点为，熔点为 15151515；形成的低共熔点的组成分别为；形成的低共熔点的组成分别为8%8%8%8%、41%Tl41%Tl41%Tl41%Tl（质量分数），（质量分数），相相对应的温度分别为对应的温度分别为60606060、0 0 00；汞汞和铊的摩尔质量分别为和铊的摩尔质量分别为 200.5g200.5g200.5g200.5g molmolmolmol 1 1 11、204.3g204.3g204.3g204.3g molmolmolmol 1 1 11。(1)(1)(1)(1)画出汞画出汞铊二组分系统铊二组分系统的相图的相图(示意图示意图)。(2)(2)(2)(2)分析各区域和三相线对分析各区域和三相线对应的相态和自由度。应的相态和自由度。(15151515分分)解：(1)示意图见右。(2)各区相态如下：I.Hg(s)+Tl2Hg5(s)II.Tl2Hg5(s)+Tl(s)III.Hg(s)+LIV,V.L+Tl2Hg5(s)VI.L+Tl(s)VII.L020406080100-100-50050100150200250300350 Hg-Tl 金属相图Tl2Hg5FEDCBAIVIIIVVIVIIIIITlHgt/wTl/%三相线ABC:Hg(s)+L+Tl2Hg5(s)DEF:Tl(s)+L+Tl2Hg5(s)自由度F=C+1P=3P：单相区，F=2；两相区，F=1；三相线,F=0。5.5.5.5.已知已知 25252525时，反应：时，反应：Zn(s)+HgZn(s)+HgZn(s)+HgZn(s)+Hg2 2 22ClClClCl2 2 22(s)(s)(s)(s)ZnClZnClZnClZnCl2 2 22(b b bb)+Hg(l)+Hg(l)+Hg(l)+Hg(l)的的r r rrG G GGmmmm =198.8kJ198.8kJ198.8kJ198.8kJ molmolmolmol 1 1 11。将该反应设计为电池。将该反应设计为电池。(1 1 11)写出电池图式和电极反应。写出电池图式和电极反应。(2 2 22)求电池的标准电动势求电池的标准电动势E E EE。(3 3 33)若若 ZnClZnClZnClZnCl2 2 22溶液的质量摩尔浓度溶液的质量摩尔浓度b b bb=0.005mol0.005mol0.005mol0.005mol kgkgkgkg 1 1 11。求该电池的电动势。求该电池的电动势E E EE。已知德。已知德拜拜 休克尔极限公式中常数休克尔极限公式中常数A A AA=0.509kg=0.509kg=0.509kg=0.509kg1/21/21/21/2.molmolmolmol 1/21/21/21/2，法拉第常数，法拉第常数F F FF=96500C=96500C=96500C=96500C molmolmolmol 1 1 11。(15151515分分)解：解：(1)电极反应：Zn(s)Zn2+2eHg2Cl2(s)+2e2 Hg(l)+2Cl电池图示：Zn(s)|ZnCl2(b)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)(2)E=rGm/zF=198800J.mol1/(296500C.mol1)=1.030V(3)(4ln2ln233ZnCl2bbFRTEFRTEE，而，33Z n Cl2 bbaabbbbbb3/13/12/14)2()(离子强度=0.015mol.kg1iiiZbI121221kgmol)1005.024005.0(所以0.1252121015.0|12|509.0|lgIZZA得=0.750(0.005)0.750lg420.05916V1.030V)(4ln23333bbFRTEE=1.227V6.6.6.6.电池电池 Pt|Pt|Pt|Pt|H H HH2 2 22(p p pp)|)|)|)|HCl(HCl(HCl(HCl()|)|)|)|AgCl(s)AgCl(s)AgCl(s)AgCl(s)|AgAgAgAg在某指定条件下的电动势与温度在某指定条件下的电动势与温度t t tt的关系为：的关系为：E E EE/V=0.23659/V=0.23659/V=0.23659/V=0.236594.85644.85644.85644.856410101010 4 4 44t t tt/3.42053.42053.42053.420510101010 6 6 66(t t tt/)2 2 22求上述电池在求上述电池在 25252525、可逆放电、可逆放电 193C193C193C193C的电量时，反应过程的电功的电量时，反应过程的电功WWWWr r rr 、熵变熵变r r rrS S SS、焓变焓变r r rrH H HH及可逆热及可逆热Q Q QQr r rr。(15151515分分)解：E/V=0.236594.8564104253.4205106252=0.2223q=zF=193CWWWWr r rr qE=193C0.2223V=42.90JS=zF(E/T)p=193C(4.85641043.4205106225)V.K1=0.1267J.K1Qr=S=298.15K(0.1267J.K1)=37.78JH=G+S=WWWWr r rr +Qr=42.90J37.78J=80.68J注意：通常算的是 1 摩尔反应过程的有关量变化，但本题并不是 1 摩尔反应。7.7.7.7.273K273K273K273K时，用木炭吸附时，用木炭吸附COCOCOCO气体，气体，当当 COCOCOCO平衡分压分别为平衡分压分别为 24.0kPa24.0kPa24.0kPa24.0kPa、41.2kPa41.2kPa41.2kPa41.2kPa时时,对对应的平衡吸附量为应的平衡吸附量为 5.5675.5675.5675.56710101010 3 3 33dmdmdmdm3 3 33 kgkgkgkg 1 1 11、8.6688.6688.6688.66810101010 3 3 33dmdmdmdm3 3 33 kgkgkgkg 1 1 11,设该吸附服从兰格缪设该吸附服从兰格缪尔尔吸附等温式吸附等温式,计算当固体表面覆盖率达计算当固体表面覆盖率达0.90.90.90.9时时,COCOCOCO的平衡分压是多少的平衡分压是多少?(10101010分分)解：兰格缪尔吸附等温式解：兰格缪尔吸附等温式Va/Va=bp/(1+bp)取倒数Va/Va=11/(bp)代入数据Va/5.5675.5675.5675.56710101010 3 3 33dmdmdmdm3 3 33 kgkgkgkg 1 1 11=11/(b24.0kPa)Va/8.668.668.668.66810101010 3 3 33dmdmdmdm3 3 33 kgkgkgkg 1 1 11=11/(b41.2kPa)解得：b=0.006956kPa1，Va=38 8 88.91.91.91.9110101010 3 3 33dmdmdmdm3 3 33 kgkgkgkg 1 1 11当Va/Va=0.9 时，p=1/b(Va/Va1)=1/0.006956kPa1(1/0.91)=1294kPa8.8.8.8.在在 101325Pa101325Pa101325Pa101325Pa外压，外压，100100100100的某液体产生一个半径为的某液体产生一个半径为 1 1 1110101010 5 5 55mmmm的小气泡。的小气泡。(1)(1)(1)(1)计算小气泡所承受的压力。计算小气泡所承受的压力。(2)(2)(2)(2)判断该气泡能否逸出液面？说明理由。判断该气泡能否逸出液面？说明理由。已知此温度下该液体的表面张力为已知此温度下该液体的表面张力为 58.558.558.558.510101010 3 3 33N N NN mmmm 1 1 11,密度为密度为 1000100010001000kgkgkgkg mmmm 3 3 33,饱和蒸气饱和蒸气压为压为 102000Pa,102000Pa,102000Pa,102000Pa,该液体的摩尔质量为该液体的摩尔质量为 3030303010101010 3 3 33kgkgkgkg molmolmolmol 1 1 11。忽略液体静压的作用。忽略液体静压的作用。(10101010分分)解：解：(1)(1)(1)(1)p=2/r=258.5103N m1/1105m=11700Pa承受压力=外压p=101325Pa+11700Pa=113025Pa(2)计算气泡上的饱和蒸气压pr,开尔文公式：ln(pr/p)=2M/RTr即pr=pexp(2M/RTr)=102000Paexp258.510330103/8.315373.151000(105)=101989Pa 承受压力=113025Pa故气泡无法逸出液面。9.9.9.9.已知反应已知反应 A(g)+B(g)A(g)+B(g)A(g)+B(g)A(g)+B(g)C(g)C(g)C(g)C(g)，20202020时时k k kk1 1 11=0=0=0=0.3.3.3.3dmdmdmdm3 3 33 molmolmolmol 1 1 11 s s ss 1 1 11，k k kk 1 1 11=4.0=4.0=4.0=4.0 10101010 3 3 33s s ss 1 1 11，30303030时，时，k k kk1 1 11=0.6=0.6=0.6=0.6dmdmdmdm3 3 33 molmolmolmol 1 1 11 s s ss 1 1 11。(1)(1)(1)(1)求求 20202020时反应的时反应的r r rrG G GGmmmm 。(2)(2)(2)(2)求正向反应活化能。求正向反应活化能。(3)(3)(3)(3)若忽略逆反应，设若忽略逆反应，设30303030时反应物时反应物 A A AA和和 B B BB起始浓度均为起始浓度均为 0.10.10.10.1molmolmolmol dmdmdmdm 3 3 33，求，求反应级数反应级数、半衰期及半衰期及 2 2 22分钟后反应物分钟后反应物 A A AA的转化率。的转化率。(15151515分分)k1k-1解解:(1)Kc=k1/k1=0.3 dm3mol1s1/4.0103s1=75103m3mol1K=Kc(p/RT)vB=75103105/(8.315293.15)1=3.077rGm=RTlnK=8.315293.15ln(3.077)Jmol1=2740Jmol1(2)Ea=RT1T2ln(k2/k1)/(T2T1)=8.315293.15303.15ln(0.6/0.3)/(3020)Jmol1=51219 Jmol1(3)忽略逆反应时，反应级数为 2，两种反应物的初浓度相同时，dcA/dt=k1cA2半衰期t1/2=1/k1cA0=1/(0.6 dm3mol1s10.1moldm3)=16.67s当t=2min=120s 时，cA=1/(k1t+1/cA0)=1/(0.6 dm3mol1s1120s+1/0.1moldm3)=0.0122moldm3转化率xA=(cA0cA)/cA0=(0.10.0122)/0.1=0.87810.10.10.10.一氧化氮气相氧化反应一氧化氮气相氧化反应 2NO2NO2NO2NO+O O OO2 2 222NO2NO2NO2NO2 2 22反应机理为：反应机理为：2NO2NO2NO2NON N NN2 2 22O O OO2 2 22O O OO2 2 22+N N NN2 2 22O O OO2 2 222NO2NO2NO2NO2(1)(1)(1)(1)设设 N N NN2 2 22O O OO2 2 22是活泼不稳定物质，导出用生成物是活泼不稳定物质，导出用生成物 NONONONO2 2 22表示的反应速率方程。表示的反应速率方程。(2)(2)(2)(2)设设式正逆反应活化能均很小，式正逆反应活化能均很小，式活化能大，导出用式活化能大，导出用 NONONONO2 2 22表示的反应速率方表示的反应速率方程。程。(15151515分分)解：解：(1)用稳态法求中间物浓度dcN N NN2 2 22O O OO2 2 22/dt=k1cNO2k2cN2O2 k3cN2O2cO2=0得cN2O2=k1cNO2/(k2+k3cO2)dcNONONONO2 2 22/dt=2k3cN2O2cO2=2k1k3cNO2cO2/(k2+k3cO2)(2)式易达平衡，用平衡近似法cN2O2/cNO2=k1/k2即cN2O2=k1/k2cNO2dcNONONONO2 2 22/dt=2k3cN2O2cO2=(2k1k3/k2)cNO2cO2注意：用分压代替浓度亦可。11.11.11.11.在三氧化二砷的饱和水溶液中，缓慢通入在三氧化二砷的饱和水溶液中，缓慢通入H H HH2 2 22S S SS可制备可制备 A A AAs s ss2 2 22S S SS3 3 33溶胶，溶胶，H H HH2 2 22S S SS为稳定剂。为稳定剂。(1)(1)(1)(1)写出胶团结构式，说明胶粒电泳方向。写出胶团结构式，说明胶粒电泳方向。(2)(2)(2)(2)说明说明 电势与表面电势的主要区别及电势与表面电势的主要区别及 电势的物理意义。电势的物理意义。(3)NaCl(3)NaCl(3)NaCl(3)NaCl，MgSOMgSOMgSOMgSO4 4 44，MMMMgClgClgClgCl2 2 22何者聚沉能力最弱？电解质引起聚沉是影响斯特恩双电层模何者聚沉能力最弱？电解质引起聚沉是影响斯特恩双电层模型的哪个电势？型的哪个电势？(15151515分分)解：解：(1)As2S3mnS22(nx)H+2x2xH+，胶粒带负电，电泳朝正极移动。k1k2k3(2)根据 Stern 双电层模型，电势是滑动面与溶液本体间的电势差；而表面电势是固体表面与溶液本题的电势差，大于电势。主要差别：只有固液两相发生相对移动时，才呈现电势，并且电势与胶粒带电程度有关；而表面电势始终存在，与胶粒无关。本题最好画出双电层模型。(3)反离子价数越小，聚沉能力越小，故 NaCl 聚沉能力最弱。电解质引起聚沉是影响斯特恩双电层模型电势或 Stern 电势。12.12.12.12.根据能量零点的选择不同，给出粒子的两种不同形式的配分函数：根据能量零点的选择不同，给出粒子的两种不同形式的配分函数：和和kTiiiegq/ikTiiegq/)(00(1)(1)(1)(1)在在q q qq和和q q qq0 0 00中，分别规定粒子基态能级的能量为何值？中，分别规定粒子基态能级的能量为何值？(2)(2)(2)(2)写出写出q q qq和和q q qq0 0 00的定量关系。的定量关系。(5 5 55分分)解：(1)0和 0。(2)q=q0exp(0/kT)