华南理工大学物理化学考研真题.docx

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1、华南理工大学2023 年攻读硕士学位争论生入学考试试卷(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)科目名称:物理化学(含物理化学试验)适用专业:化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程1. C6H6 在 100kPa 时的熔点为 5 , 摩尔熔化焓为 9916J mol-1,Cp,m(l)=126.8J K-1 mol-1,Cp,m(s)=122.6JK-1mol-1。求 100kPa、5下 1 mol 过冷 C6H6 凝固成固态C6H6 的 Q、U、H、S、A、G,假设凝固过程的体积功可以无视不计。(12 分)解:涉及过程如下:H2+Cp,m(s)(T-T)DH3= Cp,m(l)(T-T)

2、 + DH2+ DH1+ DH= D=9916 Jmol-1+(122.6-126.8)(268-278) Jmol-1= 9958 Jmol-1H=D 恒压 Q= 9958 Jmol-1H=9958 Jmol-1DpV D H-D U=DS3=DS2+ DS1+ DS= D H2/T+Cp,m(s)ln(T/T)DCp,m(l)ln(T/T) += H2/T+Cp,m(s)-Cp,m(s)ln(T/T)D=9916 Jmol-1/278K+(122.6-126.8)ln(268/278) JK-1mol-1= 35.8 JK-1mol-1S = 9958 Jmol-1-268K35.8 JK

3、-1mol-1 = 363.6DD H-D A=DGDJmol-12. 卫生部规定汞蒸气在 1m3 空气中的最高允许含量为 0.01mg。汞在 20的饱和蒸气压为 0.160Pa,摩尔蒸气发焓为 60.7kJmol-1(设为常数)。假设在 30时汞蒸气在空气中到达饱和,问此时空气中汞的含量是最高允许含量的多少倍?汞蒸气看作抱负气体,汞的摩尔质量为200.6gmol-1。(10 分)解:此题主要利用克-克方程进展计算。30 时汞蒸气压为vapH (T -T )/RTT Dp= p exp= 0.160Paexp60700(303.15-293.15)/(8.315293.15303.15)=0.

4、3638Pa此时空气中汞含量是最高允许含量的倍数为(pV/RT)M/0.0110-3g =0.36381/(8.315303.15)200.6/10-5=28953. 钙和镁能形成一种稳定化合物。该系统的热分析数据如下质量百分数 wCa/%010194655657990100冷却曲线消灭折点时T/K-883-973- 923-998-冷却曲线的水平线 T/K9247877877879947397397391116(1) 画出相图(草图)并分析各相区的相态和自由度。(2) 写出化合物的分子式,相对原子量:Ca,40;Mg,24。(3) 将含钙35%的混合物1kg 熔化后,放置冷却到787K 前最

5、多能获稳定化合物多少?(12分)解 1) 相图如下。单相区 F=2,两相区 F=1,三相线 F=0。(2) 化合物C 含Ca 55%,可知其分子式为Ca:Mg= (55/40):(45/24) = 11/15即为 Ca11Mg15。(3) 依据杠杠规章,设能得到化合物为W,则(1kg-W)(35-19)= W(55-35)得W= 0.444kg4. 在 25时,以下电池Zn(s) | ZnCl2(b=0.005molkg-1) | Hg2Cl2(s) | Hg(1)的电动势E=1.227V。(1)写出电极反响和电池反响。 和活度a 。德 D(2) 求25%时该ZnCl2 水溶液的离子强度I,离

6、子平均活度系数拜-许克尔极限公式中常数 A=0.509kg1/2mol-1/2。D(3) 计算电池的标准电动势E(4)。(13 分)DrGD求电池反响的解:此题与霍瑞贞主编的物理化学学习与解题指导258 页 15 题根本一样,但书上计算活度局部是错误的!(1) 正极反响:Hg2Cl2(s)+2e- = 2Hg(1)+2Cl-负极反响:Zn(s) = Zn2+2e-电池反响:Hg2Cl2(s)+Zn(s) = 2Hg(1)+ZnCl2 (2)b+=b,b-=2b,bBzB2=0.5b4+2b1=3bD I=(1/2) =30.005molkg-1=0.015molkg-1=-Az+|z-|I1/

7、2 = -0.50920.0151/2=Dlg-0.1247=0.750D3 = (0.005) (20.005)D3/bD3 =b+b-2D3 /bDa=a3=b3 20.7503=2.1110-7(3)依据Nernst 方程=E+(0.05916V/2)DE lga(ZnCl2)=1.227V+0.02958Vlg(2.1110-7)=1.030V=D=-zFEDrGD(4)-2965001.021J= -197.1kJ5. v=3200K,转动特征温度 DHI 的摩尔质量M=127.910-3kgmol-1,振动特征温度 r=9.0K: k=1.38110-23JK-1,h=6.6261

8、0-34Js,L=6.0221023mol-1。D(1) 计算温度 298.15K,100kPa 时HI 的平动、转动、振动配分函数qt、qr、qv0。(2) 依据转动各能级的分布数,解释能级越高粒子分布数越小不肯定正确。(10 分) 解:(1)V=nRT/p=(18.315298.15/100000)m3 =0.02479m3=3.4711031= 298.15K/(9.0K1)=33.13DrDqr=T/=1.000(2) 依据玻尔玆曼分布,转动能级分布r /T)/qr = (2J+1)D nJ/N =gJexp(-J(J+1) r /T)/qr =gJ fJD exp(-J(J+1)由g

9、J= (2J+1)和fJ 打算,随着J 增大,gJ 增大,fJ 削减,因此有可能消灭一个极大值,即能级越高粒子分布数越小不肯定正确。6. 在273K 时用钨粉末吸附正丁烷分子,压力为11kPa和23kPa 时,对应的吸附体积(标准体积)分别为 1.12dm3kg-1 和 1.46dm3kg-1,假设吸附听从Langmuir 等温方程。(1) 计算吸附系数b 和饱和吸附体积V。(2) 假设知钨粉末的比外表积为 1.55104m2kg-1,计算在分子层掩盖下吸附的正丁烷分子的截面积。L=6.0221023mol-1。(10 分)解:(1) Langmuir 等温方程 V/ V= bp /(1+bp

10、),两种不同压力下的数据相比数得V/ V = (1+1/bp)/(1+1/bp) 1.46/1.12=(1+1/11kPa/b)/ (1+1/23kPa/b) 可得 b=0.156 kPa-1所以V= V(1+bp) / bp=1.12dm3kg-1(1+0.15611)/(0.15611)=1.77 dm3kg-1(2)比外表 A0= VLA/(0.0224m3mol-1) ,可得截面积为A=(0.0224m3mol-1)A0/ VL= (0.0224m3mol-1)1.55104 m2kg-1/(1.7710-3m3kg-16.0221023mol-1)=3.25710-19m27. 有以

11、下反响式中 k1 和k2 分别是正向和逆向基元反响的速率常数,它们在不同温度时的数值如下: 温度/K300310k1/s-13.5010-37.0010-3)-17.0010-7 Dk2/(sp1.4010-6(1) 计算上述可逆反。D应在 300K 时的平衡常数Kp 和 K(2) 分别计算正向反响与逆向反响的活化能E1 和 E2。H。D(3)计算可逆反响的反响焓(4),问系统总压p,D在 300K 时,假设反响容器中开头时只有A,其初始压力p0 为 p时所需时间为多少?(可适当近似)(13 分)。D到达 1.5p解:(1) D)-1=2023 pDKp=k1/k2=3.5010-3s-1/7

12、.0010-7(sp=2023D=Kp /pDK(2) E1=RTTln(k1/k1)/( T-T)= 8.315300310ln(7.00/3.50)/(310-300)Jmol-1=53.6k Jmol-1 E2=RTTln(k2/k2)/( T-T)= 8.315300310ln(1.4010-6/7.0010-7)/(310-300)Jmol-1=53.6k Jmol-1 H= E1-E2= 0D(3)(4)A(g)=B(g)+ C(g) t=0p Dp= p-pAD -pAp= 2pDp -pADp t=tpA-pD即 pA=2p速率方程-pA)2 k1 pA( D-dpA /dt

13、= k1 pA-k2 (p k2DpV(l)。试求:。DfGmD(1)25水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数(2)25水的饱和蒸气压。(10 分)解:(1) 反响(a)-(b)为H2O(l)=H2O(g)= D +RTlnKbD(b) =-RTlnKaDGmD(a)-DGmD=DGmD (H2O,l)DfGmD (H2O-,Dg)fGmD整理得:)D /KaD(H2O,g)+RTln(KbDfGmD (H2O,g)=DfGmD= -237.13 kJmol-1+8.3150.29815kJmol-1ln6.94810-4/(2.210-5)= -228.57 kJmol-1(2) 把水的蒸发过程当

14、作一个反响即H2O(l)=H2O(g)p/p/RT)DGmD= exp(-D = p/p D平衡(饱和)时 K =exp(228570-237130)/(8.315298.15)=0.03166所以饱和蒸气压 p=0.03166 =3.166kPa D p此题亦可用其他方法求解。5. ZnCO3(s) 的分解反响为: ZnCO3(s)=ZnO(s) + CO2(g)ZnCO3(s)ZnO(s)CO2(g)(298K)/kJmol-1DD-731.52318.3394.36(298K)/(Jmol-1K-1)82.4DS43.64213.7cp,m/(Jmol-1K-1)79.7140.337.

15、1试求:;DUmD和D(1)在 298K 时,ZnCO3(s)分解反响的标准平衡常数K (2)在 500K 时,ZnCO3(s)的分解压力;(3)在 298K,p(CO2)=1000Pa 下,ZnCO3(s)能否分解。(14 分)解:(1) = (-318.3-394.36+731.52) kJmol-1= 18.86 kJmol-1 D BDvBD=DGmD= (43.64+213.7-82.4) Jmol-1K-1= 174.94 D vBSBD=DSmD Jmol-1K-1=(18.86+2980.17494) kJmol-1= 70.99DSmD +TDGmD =DHmD kJml-o

16、1 vBRT= (70.99-18.31529810-3) kJmol-1D-DHmD =DUmD=68.51 kJmol-1/RT)DGmD=exp(-DK =exp-18860/(8.315298)=4.94810-4 vBcp,m,B=(40.3+37.1-79.71)D(2)Jmol-1K-1 = -2.31 Jmol-1K-1计算 500K 时vBcp,m,B(500-298)K=(70.99-2.310.202)D (298K)+DHmD (500K)=DHmD kJmo-1l=70.52 kJmol-1 vBcp,m,Bln(500K/298K)D (298K)+DSmD (50

17、0K)=DSmD= 174.94-2.31ln(500/298) Jmol-1K-1= 173.74 Jmol-1K-1(500K)=(70.52-0.5173.74) kJmol-1DSmD(500K)-500KDHmD (500K)=DGmD= 16.35 kJmol-1/RT)=exp(-16350/8.315500)=0.01959DGmD=exp(-DKZnCO3(s)的分解压D=0.01959pDpDp=K(3) =49.48PaD=4.94810-4pDpD在 298K,ZnCO3(s)的分解压p=Kp(CO2),所以ZnCO3(s)不会分解。6. 用银电极电解 AgNO3 溶液

18、,通电肯定时间后,测得在阴极上析出 1.15g 的 Ag,在阴极区溶液中Ag+ 的总量削减了 0.605g。求AgNO3 溶液离子迁移数。(10 分)解:NO3-不反响,阴极区溶液中Ag+ 的削减量即为NO3-的迁移量,所以t(NO3-) = 0.605g/1.15g = 0.526t(K+) =1-t(NO3-) = 1-0.526 = 0.474) | H2SO4 (b=0.5molkg -1) | Hg2SO4(s) | D7. 电池Pt | H2(p=p Hg(l) (Hg|Hg2SO4)=0.6258V 。(14 分)D在 25时的电动势E=0.6960V,求该电解质溶液 H2SO4

19、 的平均活度系数。E 解:电池反响:Hg2SO4(s) + H2(g) Hg(l) + H2SO4(b)3D-(0.05916/2)lg4 3(b/bD=E,而 ,代入 0.6960=0.6258-(0.05916/2)lg(4 30.53)=0.204D8. v=2690K,试求 300K 时NO 分子的振动配分函数qv 及 qv0。(10 分)DNO 分子的振动特征温度解:qv=0.0113=1.0009. 请推导球形液滴的饱和蒸气压pr,与其曲率半径的r 关系式(开尔文公式)DM/rDRTln(pr/p)= 2并注明此式的适用条件。(8 分)解:在温度 T 时, 平液面和小液滴的饱和蒸气压分别 p 和 pr,蒸气为抱负气体。将 1