物理化学试题及答案二.docx
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物理化学试题及答案二.docx
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物理化学试题及答案二
物理化学试题及答案
一、填空题(每小题2分,共20分)
1、热力学第零定律是指:
。
2、熵与热力学概率之间的函数关系式是。
3、补全热力学函数关系式:
CP=(S/T)P
4、一定量的单原子理想气体定压下从T1变化到T2的熵变与定容下从T1变化到T2的熵变之比为:
5、化学势的表示式中,是偏摩尔量。
6、稀溶液的依数性包括、、和。
7、反应NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g),在298K时测得分解压为66.66Pa,则该温度下该反应的KpΘ=;Kp=。
8、1atm压力下水和乙醇系统的最低恒沸混合物含乙醇质量分数为0.9557,现将含乙醇50%的乙醇水溶液进行分馏,最终得到的物质为。
9、水在101.3kPa时沸点为373K,汽化热为40.67kJ/mol(设汽化热不随温度变化);毕节学院的大气压约为85.5kPa,则在毕节学院水的沸点为K。
10、反应NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)已达平衡;保持总压不变,往系统中充入一定量的惰性气体,平衡移动方向为。
得分
评卷人
二、选择题(每小题2分,共30分)
1、下列属于化学热力学范畴的是()
(A)物质结构与性能的关系(B)化学反应速率
(C)化学变化的方向和限度(D)反应机理
2、下列关于热力学方法叙述正确的是()
(A)热力学研究所得的结论不适用于分子的个体行为
(B)热力学可以解决某条件下怎样把一个变化的可能性变为现实性的问题
(C)经典热力学详细讨论了物质的微观结构
(D)经典热力学常需计算一个变化所需要的时间
3、下列函数中为强度性质的是:
()
(A)S(B)(G/p)T(C)(U/V)T(D)CV
4、一定量的纯理想气体,下列哪组量确定后,其他状态函数方有定值。
()
(A)T(B)V(C)T、U(D)T、p
5、对一化学反应,若知其△Cp,m=∑νBCp,m,B>0,则该反应的()
(A)△H随温度升高而增大(B)△H随温度升高而减少
(C)△H大于零(D)△H小于零
6、某气体的压缩因子Z>1,表示该气体()
(A)易于压缩(B)不易压缩(C)易于液化(D)不易液化
7、下列说法错误的是()
(A)热容的大小与系统所含物质的量有关
(B)对于气体来说,其Cp,m恒大于CV,m
(C)对于任意系统,因为体积随温度升高可能减小,所以其Cp,可能小于CV
(D)对于体积不变的刚性容器中的系统,因为定容,所以有CV而没有Cp值
8、某可逆热机的高温热源为T2,低温热源为T1
(1)若选用水蒸气为工作物质,其热机效率为ηW
(2)若选用汽油为工作物质,其热机效率为ηO
则下列关系正确的是:
()
(A)ηW>ηO(B)ηW<ηO
(C)ηW=ηO(D)无法比较
9、已知某温度下,∆fHmΘ(CO2)=-393.3kJ/mol,∆cHmΘ(CO)=-282.8kJ/mol,
则∆fHmΘ(CO)为()
(A)-110.5kJ/mol(B)110.5kJ/mol
(C)-676.1kJ/mol(D)-172.3kJ/mol
10、过饱和溶液中的溶质的化学势与纯溶质的化学势相比较,前者()
(A)大(B)小
(C)与后者相等(D)无法比较
11、两支烧杯各有1kg水,向A杯中加入0.01mol蔗糖,向B杯中加入0.01molNaCl,两支烧杯在相同条件下按同样的速度降温,则()
(A)A杯先结冰(B)B杯先结冰
(C)两杯同时结冰(D)都不会结冰
12、I2(s)与I2(g)平衡共存,系统自由度为()
(A)0(B)1
(C)2(D)3
13、化学反应等温式∆rGm=∆rGmΘ+RTlnQ,当选取不同标准态时()
(A)∆rGm和Q的值都改变(B)∆rGm和Q的值都改变
(C)∆rGm的值改变,Q不变(D)∆rGm不变,Q的值改变
14、反应C(s)+O2(g)=CO2(g),2CO(g)+O2(g)=2CO2(g),C(s)+1/2O2(g)=CO(g)的平衡常数分别为K1Θ、K2Θ、K3Θ,这三个平衡常数之间的关系是()
(A)K3Θ=K1ΘK2Θ(B)K3Θ=K1Θ/K2Θ
(C)K3Θ=K1Θ/
(D)K3Θ=
15、等温等压下,A和B组成的均相系统中,当改变浓度时A的偏摩尔体积增加,则B的偏摩尔体积将()
(A)增加(B)减小
(C)不变(D)随A和B的比例不同而不同
得分
评卷人
三、解答题(计算过程必须有公式、代入数据后的式子、计算结果以及必要的文字说明;回答问题须简要说明理由。
每小题10分,共50分)
1、在100kPa和373K时,将2.0molH2O(g)可逆压缩为液体(已知该条件下水的蒸发热为2258kJ/kg,摩尔质量为18.0g/mol。
水蒸气视为理想气体;计算中可以忽略液体体积)
(1)计算该过程的Q、W、△U、△H、△S、△A和△G;
(2)如果该气体是经过非可逆途径变化到相同终态,则Q、W、△U、△H、△S、△A和△G中有哪些与
(1)的相等?
2、某温度下液体A与液体B能形成理想溶液。
(1)将1mol纯A与2mol纯B混合后总蒸气压为50.66kPa;若在混合物中再加入3mol纯A,则总蒸气压为70.93kPa,求纯A的饱和蒸气压和纯B的饱和蒸气压;
(2)若将1mol纯A与1mol纯B混合,求对应的气相中A的摩尔分数和B的摩尔分数。
3、某温度时反应①2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)的分解压为3.999kPa;
反应②CuSO4·5H2O(s)=CuSO4·3H2O(s)+2H2O(g)的分解压为6.053kPa。
计算
(1)反应①的标准平衡常数KpΘ1和反应②的标准平衡常数KpΘ2;
(2)该温度下NaHCO3(s)、Na2CO3(s)、CuSO4·5H2O(s)和CuSO4·3H2O(s)所组成的系统达到同时平衡时的压力。
4、标准压力下(NH4)2SO4-H2O系统的相图如下(ω表示质量分数)。
(1)图中各区域的自由度数分别为PΘ
多少?
并分别说明有哪些独立变量。
(2)EF线、EM线、E点分别表示
什么?
各有几个自由度?
分别说明
有哪些独立变量。
(3)通过作图和计算说明,在20℃将
80g(NH4)2SO4与20gH2O混合,平衡后
系统中存在哪些相?
各相组成是什么?
各相质量为多少?
5、标准压力,368.5K,斜方硫可逆相变转化为单斜硫吸热402J/mol。
在298K到369K范围内,斜方硫转变为单斜硫的∆Cpø,m=(0.356+2.76×10-3T)(J﹒K-1﹒mol-1)。
请表示出在该温度区间内斜方硫转变为单斜硫的∆Gmø随温度变化的关系式,并计算说明在标准压力,298.2K时两种硫单质的稳定性
一、填空题(每题2分,共20分)
1、若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态,则这两个系统彼此也必定处于热平衡。
2、S=klnΩ
3、T
4、5:
3
5、(偏摩尔吉布斯自由能)
6、蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低和渗透压
7、0.111;1.11×109Pa2
8、纯水和恒沸混合物
9、368
10、向右移动
二、选择题(每题2分,共30分)
CACDABDCAAABDCB
三、解答题(每题10分,共50分)
1、解:
(1)W=-P[V(l)-V(g)]≈PV(g)=nRT=(2×8.314×373)J=6.20kJ1分
Q=△H=2258kJ/kg×18.0×10-3kg/mol×2mol=-81.2kJ各1分
△U=Q+W=(6.20-81.2)kJ=-75.0kJ1分
△S=QR/T=-81.2×103J/373K=-218J/K1分
△A=WR=6.20kJ1分
△G=01分
(2)由于状态函数的改变量只决定于始、终态,与变化途径无关,
所以△U、△H、△S、△A和△G均与
(1)的相等。
3分
2、解:
(1)由道尔顿分压定律和拉乌尔定律,P总=PA+PB=PA*xA+PB*xB
所以50.66kPa=1/3PA*+2/3PB*2分
70.93kPa=4/6PA*+2/6PB*2分
联立这两个式子可得:
PA*=91.20kPa1分
PB*=30.39kPa1分
(2)yA=PA/P总=PA*xA/(PA*xA+PB*xB)
=91.20×0.5/(91.20×0.5+30.39×0.5)=0.753分
yB=1-yA=0.251分
3、解:
(1)KpΘ1=[(P1/2)/(pΘ)]2=[(3999Pa/2)/(105Pa)]2=3.998×10-42分
KpΘ2=(P2/pΘ)2=(6053Pa/105Pa)2=3.66×10-32分
(2)同时平衡时,由反应②的平衡条件可知
P(H2O)=P2=6.053kPa2分
由反应①的平衡条件KpΘ1=P(H2O)﹒P(CO2)/(pΘ)2
P(CO2)=KpΘ1﹒(pΘ)2/P(H2O)
=3.998×10-4×(105Pa)2/6053Pa=660.5Pa=0.661kPa2分
所以系统的平衡压力为P(H2O)+P(CO2)=6.053+0.661=6.714(kPa)2分
4、答:
(1)在定压下,二组分系统相律为f=C-Φ+1=3-Φ,
所以单相时自由度为2,两相共存时自由度为1。
即:
溶液区的自由度为2,独立变量为温度、浓度;1分
冰+溶液区和固体硫酸铵+溶液区自由度均为1,
温度和浓度只有一个是独立变量。
各1分
冰+固体硫酸铵区域,自由度均为1,独立变量为温度。
1分
(2)EF线为溶液的冰点下降曲线,表示出冰+溶液两相平衡时,溶液组成
与温度的关系。
自由度均为1,温度和浓度只有一个是独立变量。
1分
EM线为溶解度曲线,表示出固体硫酸铵+溶液两相平衡时,溶液组成
与温度的关系。
自由度均为1,温度和浓度只有一个是独立变量。
1分
E点为三相点,表示冰+溶液+固体硫酸铵三相共存。
该点的温度及浓度
均取决于系统自身特性,自由度为0,没有独立变量。
1分
(3)由图可知,系统中为
硫酸铵质量分数为0.45的溶液和固体硫酸铵两相。
1分
由杠杆原理:
m溶液×(0.8-0.45)=m固体×(1-0.8)1分
又m溶液+m固体=100g
联立这两式,可得m溶液=36.4gm固体=63.6g1分
5、解:
S(斜方)S(单斜)
由基尔霍夫定律,d∆Hmø=∆Cpø,mdT,
将∆Cpø,m随温度变化的关系式代入上式作不定积分得
∆Hmø=∆H0ø+0.356T+1.38×10-3T2(J﹒mol-1)2分
将T=368.5K时∆Hmø=402J/mol代入上式,求得∆H0ø=84J﹒mol-1
所以∆Hmø与温度的关系式为∆Hmø=84+0.356T+1.38×10-3T2(J﹒mol-1)2分
由吉-亥公式,d(∆Gmø/T)=-(∆Hmø/T2)dT
将∆Hmø与温度的关系式代入上式作不定积分得
∆Gmø/T=84/T-0.356lnT-1.38×10-3T+I(J﹒K-1﹒mol-1)2分
即:
∆Gmø=84-0.356TlnT-1.38×10-3T2+IT(J﹒mol-1)
将T=368.5K时∆Gmø=0代入上式,求得I=2.38J﹒K-1﹒mol-1
所以∆Gmø与温度的关系式∆Gmø=84-0.356TlnT-1.38×10-3T2+2.38T(J﹒mol-1)2分
将T=295.2代入上式,得∆Gmø=67J﹒mol-1>0
所以在标准压力,298.2K时斜方硫稳定。
物理化学试题及答案
一、是非题
下列各题中的叙述是否正确?
正确的在题后括号内画“√”,错误的画“⨯”。
1.某一反应在定温、定压且无非体积功的条件下,当该反应的∆rGm<0时,则该反应能正向进行。
()
2.如果某一化学反应的∆rH
<0,该反应的K
随着温度升高而减小。
()
3.对理想气体反应:
0=∑BνBB,在定温定压下当∑BνB>0时,随着惰性气体的加入而平衡向左移动。
()
4.对理想气体反应:
0=∑BνBB,在定温定压下当∑BνB>0时,随着惰性气体的加入而平衡向左移动。
(9.如果某一化学反应的∆rH
不随温度变化,那么其∆rS
也不随温度变化,但是其∆rG
却与温度有关。
()
5.对于真实气体混合物的反应,该反应的标准平衡常数K
仅仅是温度的函数。
()
二、选择题
选择正确答案的编号,填在各题后的括号内:
1.PCl5的分解反应PCl5(g)==PCl3(g)+Cl2(g)在473K达到平衡时PCl5(g)有48.5%分解,在573K达到平衡时,有97%分解,则此反应是()
(1)吸热反应;
(2)放热反应;
(3)反应的标准摩尔焓变为零的反应;
(4)在这两个温度下标准平衡常数相等的反应。
2.设反应aA(g)==yY(g)+zZ(g),在101.325kPa、300K下,A的转化率是600K的2倍,而且在300K下系统压力为101325Pa的转化率是2×101325Pa的2倍,故可推断该反应()
(1)标准平衡常数与温度,压力成反比;
(2)是一个体积增加的吸热反应;
(3)是一个体积增加的放热反应;
(4)标准平衡常数与温度成正比,与压力成反比。
3.理想气体反应N2O5(g)==N2O4(g)+1/2O2(g)的∆rH
为41.84kJ⋅mol-1,
。
要增加N2O4(g)的产率可以()
(1)降低温度;
(2)提高温度;
(3)提高压力;(4)定温定容加入惰性气体。
4.影响任意一个化学反应的标准平衡常数值的因素为:
()。
(1)催化剂;
(2)温度;
(3)压力。
5.温度升高时,固体氧化物的分解压力(分解反应是吸热反应):
()
(1)降低;
(2)增大;
(3)恒定;
(4)无法确定。
6.反应2NO(g)+O2(g)==2NO2(g)是放热的,当反应在某温度、压力下达平衡时,若使平衡向右移动。
则应采取的措施是:
()
(1)降低温度和减小压力;
(2)降低温度和增大压力;
(3)升高温度和减小压力;(4)升高温度和增大压力。
三、填空题
在以下各小题的“⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽”处填上答案。
1.某气相反应A==Y+Z是吸热反应,在25℃时其标准平衡常数K
=1,则25℃时反应的∆rS
⎽⎽⎽⎽⎽0,此反应在40℃时的K
⎽⎽⎽⎽⎽25℃时的K
。
(选填>,=,<)
四、计算题
1.将丁烯脱氢制取丁二烯的反应如下:
C4H8(g)=C4H6(g)+H2(g)
各物质在298K的△fHm和Sm的数值为:
物质
C4H8(g)
C4H6(g)
H2(g)
△fHm/(kJ·mol-1)
0.125
110.06
0
Sm/(J·mol-1·K-1)
305.3
278.5
130.6
(1)计算该反应298K的△rHm和△rSm;
(2)计算该反应在298K的△rGm和K;
(3)计算该反应830K的K(假定该反应的△rHm不隨温度而变);
(4)为提高丁烯的转化率,在反应时加入惰性气体水蒸气。
若反应开始时,丁烯与水蒸气物质的量之比为1:
15,反应在830K,202.65kPa条件下进行,C4H8(g)的平衡转化率为多少?
2.在1500K下,金属Ni土存在总压为101.325kPa的CO(g)和CO2(g)混合气体,可能进行的反应为:
Ni(s)+CO2(g)=NiO(s)+CO(g)
为了不使Ni(s)被氧化,在上述混合气体中CO2(g)的分压力p(CO2)不得大于多大的压力?
已知下列反应的△rGm与温度T的关系为:
(ⅰ)2Ni(s)+O2(g)=2NiO(s),△rGm,i=(-489.1+0.1917T/K)kJ·mol-1
(ⅱ)2C(石墨)+O2(g)=2CO(g),△rGm,ii=(-223.0-0.1753T/K)kJ·mol-1
(ⅲ)C(石墨)+O2(g)=CO2(g),△rGm,iii=(-394.0-0.84×10-3T/K)kJ·mol-1
3.已知下列反应在373K时,K=1.25×108
CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g)
(1)已知上述反应的△rSm(373k)=-125.52J·mol-1·K-1,求COCl2(g)的解离反应在373K下的△rHm=___;
(2)设反应的∑νBCp,m=0,且反应开始时系统中只有COCl2(g),则保持系统压力的条件下,若要COCl2(g)的解离度为0.001,则反应温度为_______(p=100kPa)。
4.在200K~400K湿度范围内,反应
NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)的标准平衡常数与T的关系为:
(1)计算300K时,反应的△rHm,△rGm,△rSm;
(2)在300K时,若反应开始只有NH4Cl(s)放在一真空容器内,求平衡时HCl(g)的分压;
化学平衡习题答案
一、是非题
1.√2.√3.⨯4.√5.√
二、选择题
1.
(1)2.
(2)3.
(1)4.
(2)5.
(2)6
(2)
三、填空题
1.>,>
四、计算题
1.【题解】:
(1)△rHm(298K)=∑νB△fHm(B,298K)
=[110.6-(-0.125)]kJ·mol-1
=110.19kJ·mol-1
△rSm(298K)=∑νBSm(B,298K)
=103.8J·mol-1·K-1
(2)△rGm(298K)=△rHm(298K)-298K×△rSm(298K)
=(110.19-298×103.8×10-3)kJ·mol-1
=79.26kJ·mol-1
由△rGm(298K)=-298RlnK(298K)
㏑K(298K)=
解得K=1.278×10-14
(3)由
㏑
解得 K(830K)=3.07×10-2
(4)C4H8(g)=C4H6(g)+H2(g)
开始:
n/mol100
平衡:
neq/mol1-xAxAxA
平衡:
∑neq=[(1-xA)+xA+xA+15]=(16+xA)mol
代入p=202.65kpa,解得,C4H8(g)的平衡转化率xA=0.389
【剖析】:
本题从物质的热力学数据△fHm(298K)、Sm(298K)出发计算反应的△rHm(298K)及△rSm(298K),继而算出△rGm(298K),并算得K(298K),再忽略温度对△rHm的影响,由范特荷夫方程算出830K时的K(830K),最后利用K(830K),计算C4H8(g)脱氢制取丁二烯时,C4H8(g)的平衡转化率。
比较全面考察了标准平衡常数的热力学计算及其应用。
这一整套热力学计算的思路,是必须掌握的重点内容。
2.【题解】:
可能进行的反应=
故可能进行的反应的
则
得 △rGm(1500K)=55.45kJ·mol
由△rGm(T)=-RTlnK(T)
△rGm(1500K)=-1500KRlnK(1500K)
55.45kJ·mol-1=-1500K×8.0314J·mol-1·K-1K(1500K)
解得K(1500K)=0.0117
而
为使可能进行的反应不发生,则根据范特荷夫定温方程
△rGm(1500K)=-RTlnK(1500K)+RTlnJ(1500K)
J>K,△rGm(1500K)>0才行。
故
即p(CO2)不得大于100.15kPa
【剖析】:
本题所给反应是理想气体纯固体的多相反应。
(i)先由给定的三个反应△rGm与温度T的关系式通过线性组合求出可能发生的反应的△rGm(1500K),进而求出K(1500K);(ii)再列出J(1500K)的表达式,此时应注意对有纯固体参加的多相反应的表达式,式中只出现气体的分压;(iii)最后根据范特荷夫定温方程,确定防止可能进行的反应发生,CO2(g)分压的最大值。
3.【题解】:
(1)已知COCl2(g)的合成反应K(373K)=1.25×108,则其解离反应的
故COCl2解离反应的△rGm’(373K)=-RTlnK’(3773K)
=-8.314J·mol-1·K-1×373Kln(0.8×10-8)
=57816.8J·mol-1
而解离反应的△rSm’(373K)=-△rSm(373K)=125.52J·mol-1·K-1
所以解离反应△rHm’(373K)=△rGm’(373K)+373K△rSm’(373K)
=57816.8J·mol-1+373K×125.52J·mol-1·K-1
=104635J·mol-1
(2)COCl2(g)=CO(g)+Cl2(g)
开始n/mol:
100
平衡neq/mol:
1-0.0010.0010.001
平衡∑neq/mol=1-0.001+0.001+0.001=1+0.001
代入p=200kPa,解得K’(T)=2×10-6
因解离反应的△rCp,m=0,即△rHm’与温度无关,则由范特荷夫方程:
代入K’(373K)=0.8×10-8,△rHm’(373K)=104635J·mol-1,
解得T=446K
【剖析】:
解本题需要正确应用最基本的热力学公式外,关键还在于要把COCl2(g)解离反应与合成反应的标准平衡常数的关系(互为倒数,即
)以及热力学函数变化值的关系[正、负号相反,如
]理顺,这是是否得到正确结果的关键所在,稍不留神就会铸成错误。
4.【题解】:
(1)若视△rHm与温度无关,可视为常数,则
△rHm=9127K×8.314J·mol-1·K-1
=75882J·mol-1
300K时,由K=f(T)关系式,代入T=300K,得
K=6.65×10-7
△rGm(300K)=-RTlnK(300K)
=-8.314J·mol-1·K-1×300Kln(6.65×10-7)
=35476J·
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