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物化上学期练习题
物理化学分章模拟试题
第一章热力学第一定律及其应用
一、选择题
1.理想气体卡诺循环的图为下列四种情况中的哪一种?
()
2.1mol单原子分子理想气体,从273K,202.65kPa,经pT=常数的可逆途径压缩到405.3kPa的终态,该气体的ΔU为:
()
(A)1702J(B)-406.8J
(C)406.8J(D)-1702J
3.Cl2(g)的燃烧热为何值?
()
(A)HCl(g)的生成热(B)HClO3的生成热
(C)HClO4的生成热(D)Cl2(g)生成盐酸水溶液的热效应
4.下述说法哪一个错误?
()
(A)封闭体系的状态与其状态图上的点一一对应
(B)封闭体系的状态即是其平衡态
(C)封闭体系的任一变化与其状态图上的实线一一对应
(D)封闭体系的任一可逆变化途径都可在其状态图上表示为实线
二、填空题
1、10mol单原子分子理想气体的(H/T)V=J·K-1。
2、对于任何宏观物质,其焓H一定_______内能U(填上>、<、=),因为_________;对于等温理想气体反应,分子数增多的ΔH一定_________ΔU,因为______
______。
3在一绝热刚性容器中进行某一化学反应,该体系的内能变化为______,焓变化为_______。
4如图。
两条等温线的温度分别为Ta,Tb。
1mol理想气体经过路径1231的WI与经过路径4564的WII大小关系是。
三、计算题
1在293K的房间里有一只电冰箱,试问:
(1)若使250g,273K的水在冰箱里结冰所需的功为多少?
若电冰箱的功率为100W,那么250g水全部结冰需要多少时间?
(2)若放入250g,20℃的水,那么在冰箱里结成273K的冰需要多少功?
(3)若放入的是298K的水,那么冷却到293K需要多少功?
已知水的凝固热为-6010J·mol-1,水的平均热容为4.184J·K-1·g-1。
2
(1)利用以下数据,计算298K时气态氯化氢的ΔfHm。
NH3(aq)+HCl(aq)=NH4Cl(aq)ΔH1(298K)=-50.4kJ·mol-1
物质(298K)NH3(g)HCl(g)NH4Cl(g)
ΔfHm/kJ·mol-1-46.2x-315
ΔsolHm/kJ·mol-1-35.7-73.516.4
(2)利用
(1)的结果和下列热方程式计算1000K时气态HCl的生成焓。
已知:
Cp(H2,g)/J·K-1·mol-1=27.8+3.4×10-3T/K
Cp(Cl2,g)/J·K-1·mol-1=34.8+2.4×10-3T/K
Cp(HCl,g)/J·K-1·mol-1=28.1+3.5×10-3T/K
四、问答题
对理想气体,试证明dV=(nR/p)dT-(nRT/p2)dp,并证明pdV不是某个函数的全微分。
参考答案
一、选择题
1.(B)2(D)3.(D)4.(C)
二、填空题
1[答]
=208J·K-1
2[答]一定大于(因为H=U+pV);一定大于;因为ΔH=ΔU+(Δn)RT,而Δγ为正。
3[答]0;p2V2-p1V1
4[答]WI=WII
三、计算题
1[答]β=T1/(T2-T1)
(1)β=273K/(293K-273K)=13.65
W=-q(吸)/β=-6108J,t=6108J/100W=61s
(2)由于温度变化,因此β也在发生变化
从293K的水冷到273K的水需功W1
δW(T1)=-δq(吸)/β=[nCp,m(293K-T1)/T1]dT1
=Cp,m[293ln(273/293)-(273-293)]
=(250×4.184)[293ln(273/293)-(273-293)]
=-747.7J
从273K的水冷到273K的冰需功W2=-6108J
所以W=W1+W2=-6856J
(3)由于体系温度高于环境温度,W=0
2[答]
(1)从所给数据可写出下述热化学方程式:
①NH3(aq)+HCl(aq)=NH4Cl(aq);ΔH1=-50.4kJ·mol-1
②NH3(g)+aq=NH3(aq);ΔH2=-35.7kJ·mol-1
③HCl(g)+aq=HCl(aq);ΔH3=-73.5kJ·mol-1
④NH4Cl(s)+aq=NH4Cl(aq);ΔH4=16.4kJ·mol-1
⑤1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g);ΔH5=-46.2kJ·mol-1
⑥1/2N2(g)+2H2(g)+1/2Cl2(g)=NH4Cl(s);ΔH6=-315kJ·mol-1
由①+②+③得⑦式:
NH3(g)+HCl(g)+aq=NH4Cl(aq);ΔH7=-159.6kJ·mol-1
⑥-⑤得⑧式:
1/2H2(g)+1/2Cl2(g)+NH3(g)=NH4Cl(s);ΔH8=-268.8kJ·mol-1
⑧+④得⑨式:
1/2H2(g)+1/2Cl2(g)+NH3(g)=NH4Cl(aq);ΔH9=-252.4kJ·mol-1
⑨-⑦得:
1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g);ΔfHm(HCl)=-92.8kJ·mol-1
(2)对于1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)在1000K时的生成焓由基尔霍夫定律有:
ΔfHm(1000K)=ΔfHm(298K)+
=-92800+
=-94773J·mol-1
四、问答题
[答]因为
又因为V=nRT/p
所以
,
所以dV=(nR/p)dT-(nRT/p2)dp
pdV=nRdT-(nRT/p)dp
若pdV是状态函数,则应满足对易关系
·····························
(1)
但
所以
(1)式不成立
所以pdV不是某个函数的全微分
第二章热力学第二定律
一、选择题
1.在标准压力p下,383.15K的水变为同温下的蒸气,吸热Qp。
该相变过程中,哪个关系式不能成立?
()
(A)ΔG<0(B)ΔH=Qp
(C)ΔSISO<0(D)ΔSISO>0
2.理想气体在等温条件下反抗恒定外压膨胀,该变化过程中体系的熵变
及环境的熵变
应为:
()
(A)
>0,
=0(B)
<0,
=0
(C)
>0,
<0(D)
<0,
>0
3.在101325kPa压力下,1.5molH2O(l)由10℃升至50℃,已知H2O(l)的平均摩尔定压热容为75.295J·K-1·mol-1,则此过程中体系的熵变为:
()
(A)6.48J·K-1(B)18225kJ·K-1(C)78.94J·K-1(D)14.93J·K-1
4.范德华气体绝热向真空膨胀后,气体的温度:
()
(A)上升(B)下降(C)不变(D)无法确定
二、填空题
1卡诺认为:
“。
”这就是卡诺定理。
2.从热力学第定律证明的定理是为了解决热机的最高效率可达多少这一问题的。
3.在某些条件下,体系通过和外界环境不断地交换物质和能量,以及通过内部进行的不可逆过程,体系的无序态有可能变成有序态,普里高津把这样形成的有序状态称为________,因为它的形成和维持需要__________。
4.由于隔离体系的____、____不变,故熵判据可以写作__________。
三、计算题
1在573.15K时,将1molNe(可视为理想气体)从1000KPa经绝热可逆膨胀到100kPa。
求Q,W,ΔU,ΔH,ΔS,ΔSiso和ΔG。
已知在573.15K,1000kPa下Ne的摩尔熵Sm=144.2J·K-1·mol-1。
2将400K和101325kPa的1mol某液态物质向真空容器中汽化成400K,101325kPa的气态物质(可视为理想气体),已知此条件下该物质的标准摩尔汽化热为16.74kJ·mol-1。
(1)计算该过程的ΔvapS总,ΔvapF,ΔvapG;
(2)ΔvapS总,ΔvapF,ΔvapG是否均可用来判别这一过程的方向?
并叙述理由,其判断结果如何?
四、问答题
已知:
pVm=RT+Bp,式中B与温度有关,试证明:
(Um/Vm)T=[RT2/(Vm-B)2]dB/dT
并再写出(Sm/Vm)T,(Sm/p)T和(Hm/p)T的表达式
参考答案
一、选择题
1.(C)2.(C)3.(D)4.(B)
二、填空题
1[答]所有工作在同一高温热源与低温热源之间的热机,其效率都不能超过可逆机。
2.[答]二卡诺
3.[答]耗散结构消耗能量
4.[答]U;V;N1,N2,···;(dS)U,N≥0
三、计算题
1[答]因该过程为绝热可逆过程,故Q=0,ΔS=0
T2=T1exp[(R/Cp,m)ln(p2/p1)]=228.2K
W=-ΔU=nCV,m(T1-T2)=4.302kJ
ΔU=-4.302kJ
ΔH=nCp,m(T2-T1)=-7.171kJ
ΔS环境=0
ΔSiso=ΔS+ΔS环境=0
ΔF=ΔU-nSm(T2-T1)=45.45kJ
ΔG=ΔH-nSm(T2-T1)=42.58kJ
2[答]
(1)可通过可逆过程进行计算。
ΔvapG=0;ΔvapS=nΔvapHm/T=41.85J·K-1
ΔvapF=ΔvapG-Δvap(pV)=-nRT=-3.3256kJ
ΔS环=Q环/T=-ΔvapU/T=-(ΔvapF-TΔvapS)/T
=-3.354kJ·K-1
ΔvapS总=ΔvapS+ΔvapS环=8.31J·K-1
(2)可用ΔvapS总判别。
因为ΔvapS总>0,故过程不可逆。
题意为封闭体系的恒温过程,故可用ΔvapF判椐,因W=0
所以ΔvapF<0,过程不可逆。
因过程不恒压,不能用ΔvapG来判别。
四、问答题
[答](
U/
V)T=T(
p/
T)V-p
由状态方程算出(
p/
T)V,代入上式得
(
U/
V)T=[RT2/(Vm-B)2](dB/dT)
(
S/
V)T=(
p/
T)V
=[R/(Vm-B)]+[RT/(Vm-B)2](dB/dT)
(
S/
p)T=-(
V/
T)p=(-R/p)-(dB/dT)
(
H/
p)T=V-T(
V/
T)p=B-T(dB/dT)
第三章统计热力学基础
一、选择题
1.一个体积为V、粒子质量为m的离域子体系,其最低平动能级和其相邻能级的间隔是:
()
(A)h2/(8mV2/3)(B)3h2/(8mV2/3)(C)4h2/(8mV2/3)(D)9h2/(8mV2/3)
2.在298.15K和101.325kPa时,摩尔平动熵最大的气体是:
()
(A)H2(B)CH4(C)NO(D)CO2
3.已知I2(g)的基本振动频率
=21420m-1,kB=1.38×10-23JK-1,h=6.627×10-34Js,c=3×108ms-1,则I2(g)的振动特征温度v为:
()
(A)2.13×10-14K(B)1.03×10-8K(C)308.5K(D)3.23×10-3K
4.假定某原子的电子态有两个主要能级,即基态和第一激发态,能级差为1.38
10-21J,其余能级可以忽略,基态是二重简并的。
则在100K时,第一激发态与基态上的原子数之比为:
()
(A)3(B)0.184(C)1(D)0.01
二、填空题
1玻耳兹曼统计的基本假设是____________________________。
2.一个分子的配分函数q在一定近似条件下可以分解为彼此独立的各种运动形式的配分函数的________________,即q等于________________。
3.I2分子的振动能级间隔为0.43×10-20J,在25℃时,某一能级与其较低能级上分子数的比值Ni+1/Ni=___________________。
4.当Cl2第一振动激发态的能量等于kT时,振动对配分函数的贡献变得很重要。
此时的温度为。
(已知振动特征温度
=801.3K)
三、计算题
1HCl分子的质量m=60.54
10-27kg,
r=15.24K,
v=4302K。
对T=298K,V=24dm3的HCl理想气体,请分别求算分子占据平动、转动、振动基态及第一激发能级上的概率。
(k=1.38
h=6.626
)
22 对N个单原子氟理想气体,在1000K下实验测得它在电子基态、第一激发态和第二激发态的简并度和能谱分别为:
g0=4,g1=2,g2=6,
0=0,
1=4.04×104m-1,
2=1.024×107m-1,略去其它更高的能级,计算电子在这三个能级上的分布数。
四、问答题
对于纯物质的理想气体,请证明:
H=NkT2(lnq/T)p
参考答案
一、一、选择题
1.(B)2.(D)3.(C)4.B
二、填空题
1基本假定是:
(1)粒子之间彼此独立无关
(2)等概率定理(3)玻耳兹曼熵定理
2.[答]乘积;qt.qv.qr.qe.qn
3.[答]Ni+1/Ni=exp(-Δ/kT)=0.352
4.[答]1202K对第一振动激发态
三、计算题
1[答]分子占据能级εi概率的为
平动基态,
g
=1,
平动第一激发态
g
=3
转动
振动
2[答]因为
=1/=/c=h/hc=/hc
所以qe=g0exp(-0/kT)+g1exp(-1/kT)+g2exp(-2/kT)
=5.118
电子在基态上分布分数为:
N0/N=g0/qe=0.782
电子分配在第一激发态上分布分数为:
N1/N=[g1exp(-1/kT)]/qe
=0.218
电子分配在第二激发态的分布分数为:
N2/N=[g2exp(-2/kT)]/qe
≈0
四、问答题
[答]对于纯物质理想气体
H=U+pV=NkT2(lnq/T)V+NkT
dlnq=(lnq/T)VdT+(lnq/V)TdV
dV=(V/T)pdT+(V/p)Tdp
所以dlnq=[(lnq/T)V+(lnq/V)T(V/T)p]dT
+(lnq/V)T(V/p)Tdp
(lnq/T)p=(lnq/T)V+(lnq/V)T(V/T)p
=(lnq/T)V+[p/(NkT)](Nk/p)
=(lnq/T)V+1/T
所以H=NkT2[(lnq/T)V-(1/T)]+NkT=NkT2(lnq/T)p
第四章溶液
一、选择题
1.恒温、恒压下,形成理想溶液混合物时:
V0;
H0;
U0;
S0。
(填>,<,=)
2.已知373K时液体A的饱和蒸气压为133.24kPa,液体B的饱和蒸气压为66.62kPa。
设A和B
形成理想溶液,当A在溶液中的摩尔分数为0.5时,在气相中A的摩尔分数为:
()
(A)1(B)1/2
(C)2/3(D)1/3
3.当溶液中溶质浓度采用不同浓标时,下列说法中哪一个是正确的。
()
(A)溶质的活度相同(B)溶质的活度系数相同
(C)溶质的标准化学势相同(D)溶质的化学势相同
4.根据下图所示,在逸度组成图中当溶液组成为x1时,下面诸表示式中错误的是:
()
(A)
=fB*xB(B)
=fB*a
(C)
=
(D)
=kxa
一、一、填空题
1所谓正偏差溶液是指在不同分子间的引力弱于同类分子间的引力,故分子逸出液面的倾向增加,此时pA____pA*xA,ΔmixV____0,ΔG____0。
(填>,=,<)
2.288K时,1mol氢氧化钠溶在4.559mol水中所形成的溶液的蒸气压为596.5Pa,在该温度下纯水的蒸气压为1705Pa,该溶液中水的活度为____________,水在溶液中和纯水中的化学势之差为____________,以纯水为参考态。
3.液体A和B可形成理想液体混合物。
在外压为101325Pa时,该混合物于温度T沸腾,该温度下p
为40kPa,p
为120kPa,则在此平衡状态下,液相组成为xB=;xA=。
4.298K时,纯碘(I2,固)在水中的溶解度为0.00132mol·dm-3,今以1mol·dm-3浓度的I2的水溶液为参考态,并假设此溶液中I2遵守亨利定律,则在此参考态时I2的摩尔生成Gibbs自由能为____________。
三、计算题
1在293.15K时,某有机酸在水中和乙醚中分配系数为0.4。
(1)将该有机酸5×10-3kg溶于0.100dm3水中,若每次用0.020dm3乙醚萃取,连续萃取两次(所用乙醚事先被水饱和,因此萃取时不会有乙醚溶于水),求水中还剩有多少kg有机酸?
(2)若一次用0.040dm3乙醚萃取,问在水中还剩有多少有机酸?
2.纯净的氮以足够慢的速率通过一由3.0g非挥发性有机物
(2)溶于200g苯
(1)构成的溶液后,再通过纯苯,此时得知溶液减轻了2.1540g,同时苯减轻了0.0160g,求该有机物的分子量。
已知苯的摩尔质量为0.078kgmol-1。
四问答题
1液体A和B可形成理想液态混合物。
把组成为yA=0.400的二元蒸气混合物放入一带有活塞的气缸中进行恒温压缩。
已知该温度时p
和p
分别为40530Pa和121590Pa。
(1)计算刚开始出现液相时的蒸气总压;
(2)求A和B的液态混合物在上述温度和101325Pa下沸腾时液相的组成。
参考答案
一、选择题
1.=;=;=;>2.(B)3.(D)4.(D)
二、填空题
1.>,>,>,>.2.
3.[答]p=p
+(p
-p
)xB
101325=40000+(120000-40000)xB
xB=0.767
xA=0.233
4.[答]16427J·mol-1
三、计算题
1[答]设在V1溶液中含溶质的质量为m,若萃取n次,每此都用V2新鲜溶剂,则最后原溶液中
所剩溶质的量mn为:
mn=m[KV1/(KV1+V2)]n
(1)m2=5×10-3kg[0.4×0.100dm3/(0.4×0.100dm3+0.020dm3)]2
=2.22×10-3kg
(2)m1=5×10-3kg[0.4×0.100dm3/(0.4×0.100dm3+0.040dm3)]
=2.5×10-3kg
2.[答]通过溶液后,苯在气相中的分压为p1,即为溶液中溶剂的蒸气分压。
再通过纯苯后,
苯在气相中的分压就是苯在该浓度下的饱和蒸气压p1*,设最后出口处气体总体积为V,
气体总压为p。
p1=(m1/M1)(RT/V)=2.1540g(RT/M1V)
p1*=[(m1+m2)/M1](RT/V)=(2.1540+0.0160)RT/M1V
p1/p1*=2.1540/(2.1540+0.0160)=0.9926
根据Raoult's定律:
p1=p1*x1x1=0.9926
x2=1-x1=0.007373
x2=(3.0/M2)/[(3.0/M2)+(200/78)=0.007373
M2=0.157kg·mol-1
四、问答题
.[答]
(1)
联立
(1),
(2)式解得:
(2)
第五章相平衡
一、选择题
1.二级相变服从的基本方程为:
()
(A)克拉贝龙方程(B)克拉贝龙—克劳修斯方程
(C)爱伦菲斯方程(D)以上三个方程均可用
2.硫酸与水可形成H2SO4·H2O(s)、H2SO4·2H2O(s)、H2SO4·4H2O(s)三种水合物,问在101325Pa的压力下,能与硫酸水溶液及冰平衡共存的硫酸水合物最多可有多少种?
()
(A)3种(B)2种(C)1种(D)不可能有硫酸水合物与之平衡共存。
3.NaCl水溶液和纯水经半透膜达成渗透平衡时,该体系的自由度是:
()
(A)1(B)2(C)3(D)4
4.当乙酸与乙醇混合反应达平衡后,体系的独立组分数C和自由度f应分别为:
()
(A)C=2,f=3(B)C=3,f=3(C)C=2,f=2(D)C=3,f=4
二、填空题
1二级相变的特点是:
,,和。
2.在二级相变过程中:
0,
0。
3.当由A和B组成的二组分溶液的沸点和露点(冷凝点)相合时只有在:
。
4.相律与质量作用定律所讨论的对象虽然都是平衡体系,但相律只能对体系作出的叙述。
例如相律可以确定有几个能对复杂系统中的相平衡发生影响,但相律却不能告诉我们这些数目具体代表哪些或哪些。
三、计算题
1由实验得酚-水体系的数据列于下表:
表中
分别代表酚在水层和酚层中的质量分数。
(1)根据表中数据绘制T-x图;
(2)确定临界溶解
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