…………………… 2008 —2009 学年 第 一 学期

化学与材料学院2006级应化、化教（本科）专业

《物理化学》期末试卷（A）

栏 … … 号…学…… … 息 线 … … … … … … 信 …名…姓订 … … … … … …生 … … 装 级…班… …）… 系…考（…院… … … … … … … … … … ……题号 分数

一

二 三 四（1）

四（2）

四（3）

四（4） 四（5） 四（6） 五

总分

评卷人

复核人

试卷类别： 开卷（ ）闭卷（√） 考试用时： 120 分钟 考试时间： 2009 年 01 月 14 日 上 午 考试地点： 考生考试诚信承诺书 在我填写考生信息后，表示我已阅读和理解《龙岩学院考试

注意事项

纪律与违纪处分办法》的有关规定，承诺在考试中自觉遵规守纪，1、学生的院（系）别、专业、班级、 如有违反将接受处理；我保证在本科目考试中，本人所提供的个姓名、学号必须填写在考生信息栏内指定 人信息是真实、准确的。 的位置。

2、学生在考试之前必须填写考试时间 和地点。

3、答题字迹要清楚，并保持卷面清洁。

考生签名：

物理化学（上）试卷B 共5页 第1页

………………………………………………装……………………订……………………线…………………………………… 院（系） 班级 姓名 学号 一、选择题（每题1分，共10分，填上正确答案）

1. 对于气相反应，当体系总压力p变化时，哪个说法正确 （A） （A）对Kf无影响 （B）对Kr无影响

（C）对Kp无影响 （D）对Kf、Kr、Kp均无影响

2. 对于理想气体间的反应，以各种形式表示的平衡常数中，其值与温度和压力皆

有关系的是 （D） （A）Ka （B）Kc （C）Kp （D）Kx 3. 下列理想气体分子中，哪个分子的转动配分函数qr=

（C）

?

?

?

?

8. H2O-NaCl-Na2SO4的三元体系中， Na2SO4 和 H2O能形成水合物

Na2SO4·10H2O(D)，在BGD区中存在的是 （C）

栏

（A） 水合物D和溶液G （B） 水合物D和Na2SO4 及NaCl三相共存 （C） 水合物D、NaCl和溶液G （D） NaCl，Na2SO4和溶液G 9. 系统按图中的路线循环一周，哪种情况所做的功最多 （A）

息 （A）N2 （B）He （C）HCl （D）NH3 4. Boltzmann统计中对于非定位系统分布x所拥有的微观状态tx为 （D）

（A）

（C）

（B） （D）

10. 对于同一粒子，各运动能级的大小次序是 （B）

（A） εt >εr >εv >εe >εn （B） ε t <εr <εv <εe < εn （C） εe <εt <εn <εr <εv （D） εn <εt <εe <εr <εv

（E） εv <εr <εt <εe <εn

信 5. CuSO4 与水可生成CuSO4·H2O，CuSO4·3H2O，CuSO4·5H2O三种水合物，则在

一定温度下与水蒸气平衡的含水盐最多为 （B） （A）3种 （B）2种 （C）1种 （D）不可能有共存的含水盐 6. 组分A(高沸点)与组分B(低沸点)形成完全互溶的二组分系统，在一定温度下

，向纯B中加入少量A，系统蒸气压力增大，则此系统为 （C） （A）有最高恒沸点的系统 （B）不具有恒沸点的系统 （C）具有最低恒沸点的系统

7. 对于一个N、U、V确定的体系, 沟通宏观和微观、热力学与统计力学的桥梁

公式是 （B） （A） A= -kTlnq （B） S = klnΩ （C） 配分函数q

U（D） ( ? ln q ) T （E） ? ? N i ? i p ?NkT,N?Vi生 二、判断题（每题1分，共10分，对打“√”，错打“×”）

1. 两种不同的理想气体，如果它们的平均平动能相同，密度也相同，则它们的压力一定也相同。 （×） 2. 定温定压下，任一组分B在全部浓度范围内，其化学势 uB为lnxB的线性函数的溶液即为理想溶液。 （×） 3. 定温定压下，溶质加入稀溶液中， 则不产生体积效应和热效应。 （×） 4. 熵增加原理就是隔离体系的熵永远增加。 （×）

考 物理化学（上）试卷B 共5页 第2页

………………………………………………装……………………订……………………线…………………………………… 院（系） 班级 姓名 学号 5. 体系由平衡态A变到平衡态B，则不可逆过程的熵变一定大于可逆过程的熵

变。 （×） 6. 热量是由于温差而传递的能量，它总是倾向于从含热量较多的高温物体流向含

热量较少的低温物体。 （×） 7. 定量理想气体从同一始态出发，分别经等温压缩、绝热压缩到具有相同压力的

终态，以H1和H2分别表示两个终态的焓值，则H1 < H2。 （√） 8. 液态CO2在 p 压力下的任何温度，都是不稳定的。（CO2三相点压力为

5.11×p）。 （√） 9. 在一个密封的钟罩内，一个烧杯盛有纯液体苯，另一烧杯盛有苯和甲苯溶液，

长时间放置，最后两个烧杯内溶液浓度相同。 （√） 10. 某温度时，NH4Cl(s)分解压力是p，则分解反应的平衡常数

?

?

Kp= 1/4。

?

?

自由度数?= 0 。

9. 10mol单原子理想气体(?H/?T)V =_ 207.85 J·K。

10. 1molA与5molB组成的溶液，体积为0.75dm3，A的偏摩尔体积VA,m= 0.150dm3·mol-1，那么B的偏摩尔体积VB,m为 0.12 dm3·mol-1。

栏 四、计算题(共7题，共60分)

1. (本题8分) 2mol单原子理想气体，在T1=298K和p1=100kPa压力下，经绝热可逆压缩到10.0dm3，试计算T2、p2、W、ΔU、ΔH。

解：p1V1=nRT1，V1=nRT1/p1=2×8.314×298/100=49.55dm3，γ=5/3 （1分）

p1? p( ) ? V 1? 2 V 2? , p 2 ? p 1( 1 ) ? ? 100 ? 1440 kPa （1.5分）

V10 2

3息 V49.551?55335信 (√)

p11???1001???1???p1T1?p2T2,T2?T1()?298?()p21440?866K三、填空题（每题2分，共10分，填上正确内容）

1. 最概然速率、根均方速率和数学平均速率的关系vm:u:va = 2 : 3 : 2 2? 。 2. 恒温时，B溶解于A形成溶液，若纯B的摩尔体积大于溶液中B的偏摩尔体

积，则增加压力将使B在A中的溶解度 增大 。

3. 在绝热封闭条件不，可逆过程的ΔS = 0，自发过程的ΔS ＞ 0，非自发过

程的ΔS ＞ 0。

4. 反应2NH3 ==N2 +3H2，在等温条件下，标准平衡常数为0.25，那么，在此条

件下，氨的合成反应1/2N2+3/2 H2==NH3的标准平衡常数为 2 。

5. 范德华方程中的常数a是度量 分子间作用力 的特征参数，常数b是度量

分子本身大小 的特征参数。

6. 对比温度τ＞1的气体 不能 被液化。

7. 公式ΔA=Wf 的适用条件是 等温 ， 封闭系统 。

8. 将固体NH4HCO3(s)放入真空容器中，等温在400 K，NH4HCO3按下式分解并

达到平衡：NH4HCO3(s) == NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)系统的独立组分数C= 1 ，

p2V2?p1V11440?10?100?49.55W?? ?14167. 5J ? （2分）5?13?1（1.5分）

ΔU=W=14167.5J， （1分） ΔH=△U+(p2V2-p1V1)

= 14167.5+(1440×10-100×49.55)= 23612.5J （1分） 2. (本题8分) 在373K及p条件下，使 2mol H2O(l)向真空气化为水汽，终态为p，373K，求此过程中的W，Q及ΔU，ΔH，ΔA，ΔG，ΔS。H2O的气化热为40.6kJ·mol-1。H2O在373K的密度为 979.8kg·m-3。（假设水汽可作为理想气体，MH2O=18）

解：W=0, ΔG=0 (1.5分)

ΔH=2×ΔvapHm=2×40.6=81.2 kJ (1分) ΔU=ΔH-(p2V2- p1V1)

?

?

?

考 生 =81.2-(2×8.314×373/1000-100×2×18×10-3/0.9798)=78.67kJ (2分) Q=ΔU=78.67kJ (1.5分)

物理化学（上）试卷B 共5页 第3页

………………………………………………装……………………订……………………线…………………………………… 院（系） 班级 姓名 学号 ΔS=△ΔH/T=81.2×103/373=217.7 J·K-1 (1分) ΔA=ΔU-TΔS=78.67-81.2= -2.53kJ (1分) 3. (本题8分) 2mol苯和3mol甲苯在25℃和p下混合，设体系为理想液体混合物，

该过程的Q，W，ΔU，ΔH，ΔS，ΔA，ΔG。

解：Q=0，W=0，ΔU=0，ΔH=0 （2分） ΔG=RTnBlnxB =8.314×(273.15+25)×(2ln2/5+3ln3/5)=-4351.9J （2分）

ΔS= - RnBlnxB == - 8.314×(2ln2/5+3ln3/5)=14.60J·K-1 （2分） ΔA=ΔU-TΔS=ΔG==-4351.9J （2分） 4. (本题6分) 已知：

(1).Fe2O3(s)+3CO(g)==2Fe(s)+3CO2(g) Δr 1Hm = -24.7kJ·mol-1 (2).3Fe2O3(s)+CO (g)==2Fe3O4(s)+CO2(g) Δr 2Hm = -46.4kJ·mol-1 (3). Fe3O4(s)+CO(g)==3FeO(s)+CO2(g) 求反应 FeO(s)+CO(g)==Fe(s)+CO2(g)

?

Δr 3Hm= 36.1kJ·mol-1 ?Δr Hm=?

?

Δr Hm ??

?

解：(1) Au(A)与Sb(B)二组分低共熔相图： （3）各熔化物的步冷曲线：

息 栏 信

（4分） （1.6分） (2) M点指Au(s)—Au(l)两相平衡，f *=0 (0.2分) Q点指Sb(s)—Sb(l)两相平衡，f *=0 (0.2分)

解：由(1)-(2)-(3)可得：FeO(s)+CO(g)==Fe(s)+CO2(g)

?

根据黑斯定律：ΔrHm=

?

Δr1Hm-?

Δr2Hm-

(2分)

分)

N点指Au(s)—AuSb2(s) —组成为N的熔液三相平衡，f *=0 (0.2分)

O点指AuSb2(s) —Sb(s) —组成为O的熔液三相平衡，f *=0 (0.2分) ABN线指Au(s)—AuSb2(s)—组成为N的熔液三相平衡，f *=0 (0.2分) EOS线指AuSb2(s)—Sb(s)—组成为O的熔液三相平衡，f *=0 (0.2分) MNOQ线以上指熔液单相区，f *=2 (0.2分) MNBA区指Au(s)—熔液两相平衡，f *=1 (0.2分) NBEO区指AuSb2(s)—熔液两相平衡，f *=1 (0.2分) QOS区指Sb(s)—熔液两相平衡，f *=1 (0.2分) ABEDC区指Au(s)—AuSb2(s)两相平衡，f *=1 (0.2分) SOEDF区指Sb(s)—AuSb2(s)两相平衡，f *=1 (0.2分) (4) m(l)+m(s)=1.0kg，m(l)(0.75-0.60)=m(s)(0.60-0.553)

生 ?

Δr3Hm(2

=×(-24.7)+×(-46.4)-×36.1

= -16.65kJ·mol-1 (2分)

5.(本题10分) Au(A)与Sb(B)分别在1333K和903K时熔化；二者形成一种化合

物AuSb2在1073K有一异成分熔点，600K时该化合物与Sb形成低共熔混合物wSb=0.75。(1) 试画出Au(A)与Sb(B)形成的二组分低共熔相图；(2) 分析各点、线和面的相态和自由度；(3) 画出含Sb的质量分数为0.57、0.75、0.95的熔化物的步冷曲线。(4) 组成为含Sb的质量分数为0.60的熔液1kg，冷却过程中能得到最多纯AuSb2(s)为多少？(MAu=197，MSb=122)

考 物理化学（上）试卷B 共5页 第4页

………………………… m(l)=0.3133m(s)，0.3133m(s)+m(s)=1.0，m(s)=0.76kg (2分) 6. (本题10分)合成氨反应为3H2(g)+N2(g)==2NH3(g)，所用反应物氢气和氮气的摩尔比为4:1，在673K和900kPa压力下达成平衡，平衡产物中氨的摩尔分数为0.038，试求：(1) 该反应在该条件下的标准平衡常数K；

(2) 在该温度下，若要使氨的摩尔分数为0.05，应控制总压为多少？ 温度T2；(2) 过程的ΔH，ΔG，ΔS；(3) 计算说明此气体经节流膨胀后，温度如何变化？

解：(1) 自由膨胀：W=0，绝热：Q=0，故ΔU=0 （1分） ? U ? S RT ?pdU?TdS?pdV,()?T()?p?T()?p??p?0 TTV?V?V?TV?b?

栏 即U=U(T) ，故T2=T1 （2分） 号……解：

学…(2) ΔH=ΔU+Δ(pV)= Δ(pV)=(p2V2-p1V1)=(RT2+p2b)-(RT1+p1b)

(1) 3H2(g) + N2(g) == 2NH3(g) … =b(p2-p1)=bRT1/(V2-b)- bRT1/(V1-b) 息 线 起始时kPa： 4x x 0

… … ? G ? ? p 2pVdp ? 1? p 2 ( RT 1 / p ? b ) dp ? RT 1 ln p 2 / p 1 ? b (p2?p1) 平衡时kPa： 4x-3n0 x-n0 2n0 (1.5分) …

p1 ? RT V

1ln(1?b)/(V2?b)?bRT1/(V2?b)?bRT1/(V2?b) … p总=5x-2n0，x氨=p氨/p总= 2n0/900=0.038，n0=17.1kPa (0.5分) … … ΔS=(ΔH-ΔG)/T=-Rln(V1-b)/(V2-b) p总=5x-2n0=5x-2×17.1=900，x=186.84 (0.5分) 信 …名…姓订pH2=4x-3n0=4×186.84 -3×17.1=696.06kPa (0.5分) (3) dH ? TdS ? Vdp , ( ? H ) T ? T ( ? S ) T … ? p ?p? V ? V ? T ( ?? VT ) p ? V ? RT ? b pNH3=2n0=2×17.1=34.2kPa (0.5分) ? H p? H ?T(?H?p) … … pN0=186.84 -17.1=169.74kPa (0.5分)

H ? H ( T ，， ) T ,dH ? ( ? T ) ? p ? p ?TpdT?()Tdp?0,()H ( ?H? T ) p …2=x-n u?(?T( ? H … ?p)?p)TbJ?TH??(?H???0,T2>T1 ?T)pCp …生 …(2分)

…

装 级…(2) 班…

p总=5x-2n0，x氨=p氨/p总= 2n0/p总=0.05，n0=0.025 p总 (0.5分) …）… 5x=1.05 p总，x=0.21 p总 (0.5分)

系… ( 2 ? 0 . 025 p 总 ) 2 2 ? 4

考（…(4?0.21p?100?2.04?10(2分)

院…总?3?0.025p3总)(0.21p总?0.025p总)0.052 … 0 .765 3 ? 0 . 185 p 2 ? 100 ? 2. 04 ? 10?4 , p225?1042 总 ? 04 ? 0 .765 3 ? 0 . 185 ? 1479632总2. … … p总=1216.4kPa （1分）

… … 五、综合题（10分）

… … 已知1mol某气体的状态方程为：p(V-b)=RT（b为大于0的常数）。若该气体

… … …经一绝热自由膨胀过程由始态（T1，V1，）到达终态体积V2，求：(1) 终态的

…物理化学（上）试卷B 共5页 第5页

1.5分）

1.5分）

（1分） (2分) （1分）

（（