【正文】 華南理工大學(xué)2001年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試卷(請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上做答,試后本卷與答題紙一同交回)科目名稱:物理化學(xué)(含物理化學(xué)實(shí)驗(yàn))適用專業(yè):化學(xué)工程、化學(xué)工藝、工業(yè)催化、環(huán)境工程1. C6H6在100kPa時(shí)的熔點(diǎn)為5℃,摩爾熔化焓為9916J?mol1,Cp,m(l)=?K1?mol1,Cp,m(s)=?K1?mol1。求100kPa、–5℃下1 mol過(guò)冷C6H6凝固成固態(tài)C6H6的Q、△U、△H、△S、△A、△G,假設(shè)凝固過(guò)程的體積功可以忽略不計(jì)。(12分) 解:涉及過(guò)程如下:H2+Cp,m(s)(TT’)DH3= Cp,m(l)(T’T) + DH2+ DH1+ DH= D =9916 J?mol1+()(268278) J?mol1 = 9958 J?mol1 H=D 恒壓 Q= 9958 J?mol1H=9958 J?mol1DpV ≈ D HD 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 J?mol1/278K+()ln(268/278) J?K1?mol1 = J?K1?mol1 S = 9958 J?mol1268K J?K1?mol1 = HD A=DG≈D J?mol12. 。已知汞在20℃,?mol1(設(shè)為常數(shù))。若在30℃時(shí)汞蒸氣在空氣中達(dá)到飽和,問(wèn)此時(shí)空氣中汞的含量是最高允許含量的多少倍?汞蒸氣看作理想氣體,?mol1。(10分)解:本題主要利用克克方程進(jìn)行計(jì)算。30℃ 時(shí)汞蒸氣壓為vapH (T ’T )/RTT ’]Dp’= p exp[ = exp[60700()/()] =此時(shí)空氣中汞含量是最高允許含量的倍數(shù)為(pV/RT)M/103g =[1/()]。該系統(tǒng)的熱分析數(shù)據(jù)如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)wCa/% 0 10 19 46 55 65 79 90 100冷卻曲線出現(xiàn)折點(diǎn)時(shí)T/K 883 973 923 998 冷卻曲線的水平線T/K 924 787 787 787 994 739 739 739 1116(1) 畫(huà)出相圖(草圖)并分析各相區(qū)的相態(tài)和自由度。(2) 寫(xiě)出化合物的分子式,已知相對(duì)原子量:Ca,40。Mg,24。(3) 將含鈣35%的混合物1kg熔化后,放置冷卻到787K前最多能獲穩(wěn)定化合物多少? (12分)解1) 相圖如下。單相區(qū) F=2,兩相區(qū) F=1,三相線 F=0。 (2) 化合物C含Ca 55%,可知其分子式為 Ca:Mg= (55/40):(45/24) = 11/15 即為 Ca11Mg15。(3) 根據(jù)杠杠規(guī)則,設(shè)能得到化合物為W,則(1kgW)(3519)= W(5535)得W= 4. 在25℃時(shí),下列電池Zn(s) | ZnCl2(b=?kg1) | Hg2Cl2(s) | Hg(1) 的電動(dòng)勢(shì)E=。(1) 寫(xiě)出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。177。 和活度a 。已知德 g(2) 求25%時(shí)該ZnCl2水溶液的離子強(qiáng)度I,離子平均活度系數(shù) 拜許克爾極限公式中常數(shù)A=?mol1/2。q(3) 計(jì)算電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)E(4) 。(13分)qrGD求電池反應(yīng)的解:此題與霍瑞貞主編的《物理化學(xué)學(xué)習(xí)與解題指導(dǎo)》258頁(yè)15題基本相同,但書(shū)上計(jì)算活度部分是錯(cuò)誤的!(1) 正極反應(yīng):Hg2Cl2(s)+2e = 2Hg(1)+2Cl 負(fù)極反應(yīng):Zn(s) = Zn2++2e 電池反應(yīng):Hg2Cl2(s)+Zn(s) = 2Hg(1)+ZnCl2 (2) b+=b,b=2b, bBzB2=[b4+2b1]=3bS I=(1/2) =3?kg1=?kg1177。=Az+|z|I1/2 = 2177。=3 = () (2)q177。3/bg3 =b+b2q177。3 /bga=a177。3=b177。3 2 =107 (3) 根據(jù)Nernst方程=E+()qE lga(ZnCl2)=+lg(107)==q=zFEqrGD(4) 296500= 5. v=3200K,轉(zhuǎn)動(dòng)特征溫度 QHI的摩爾質(zhì)量M=103kg?mol1,振動(dòng)特征溫度 r=:已知k=1023J?K1,h=1034J?s,L=1023mol1。Q (1) ,100kPa時(shí)HI的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)配分函數(shù)qt、qr、qv0。(2) 根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)各能級(jí)的分布數(shù),解釋能級(jí)越高粒子分布數(shù)越小不一定正確。(10分)解:(1) V=nRT/p=(1)m3 = =1031 = (1)==T/= (2) 根據(jù)玻爾玆曼分布,轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)分布r /T)/qr = (2J+1)Q nJ/N =gJexp(J(J+1) r /T)/qr =gJ fJQ exp(J(J+1)由gJ= (2J+1)和fJ決定,隨著J增大,gJ增大,fJ減少,因此有可能出現(xiàn)一個(gè)極大值,即能級(jí)越高粒子分布數(shù)越小不一定正確。6. 在273K時(shí)用鎢粉末吸附正丁烷分子,壓力為11kPa和23kPa時(shí),對(duì)應(yīng)的吸附體積(標(biāo)準(zhǔn)體積)??kg1,假設(shè)吸附服從Langmuir等溫方程。(1) 計(jì)算吸附系數(shù)b和飽和吸附體積V∞。(2) 104m2?kg1,計(jì)算在分子層覆蓋下吸附的正丁烷 分子的截面積。已知L=1023mol1。(10分)解:(1) Langmuir等溫方程 V/ V∞= bp /(1+bp),兩種不同壓力下的數(shù)據(jù)相比數(shù)得V/ V’ = (1+1/bp’)/(1+1/bp) (1+1/11kPa/b)/ (1+1/23kPa/b)可得 b= kPa1所以V∞= V(1+bp) / bp=?kg1(1+11)/(11) = dm3?kg1(2) 比表面 A0= V∞LA/(?mol1) ,可得截面積為A=(?mol1)A0/ V∞L= (?mol1)104 m2?kg1/(103m3?kg11023mol1) =1019m2 7. 有下列反應(yīng)式中k1和k2分別是正向和逆向基元反應(yīng)的速率常數(shù),它們?cè)诓煌瑴囟葧r(shí)的數(shù)值如下:溫度/K 300 310k1/s1 103 103)1 107 qk2/(s?p 106(1) 計(jì)算上述可逆反。q應(yīng)在300K時(shí)的平衡常數(shù)Kp和K(2) 分別計(jì)算正向反應(yīng)與逆向反應(yīng)的活化能E1和E2。H。D(3) 計(jì)算可逆反應(yīng)的反應(yīng)焓(4) ,問(wèn)系統(tǒng)總壓p’,q在300K時(shí),若反應(yīng)容器中開(kāi)始時(shí)只有A,其初始?jí)毫0為p 時(shí)所需時(shí)間為多少?(可適當(dāng)近似)(13分)。解:(1) q)1=2000 pqKp=k1/k2=103s1/107(s?p =2000q=Kp /pq K(2) E1=RTT’ln(k1’/k1)/( T’T’)= [300310ln()/(310300)]J?mol1 = J?mol1 E2=RTT’ln(k2’/k2)/( T’T’)= [300310ln(106/107)/(310300)]J?mol1 = J?mol1 H= E1E2= 0D(3) (4) A(g) = B(g) + C(g) qt=0 p q p= p pAq pA p= 2pq p pAqp t=t’ pA pq即pA=2p速率方程 pA)2 ≈k1 pA ( ∵qdpA /dt = k1 pAk2 (p k2qpk1)積分得q /(2pq p)]/t =ln[pq /(2pq t=ln(pA0/pA)/k1=ln[p )]/103s1= mol?m3的20cm3 AgNO3溶液中,緩慢滴加濃度為15 mol?m3的KBr溶液10cm3 ,以制備AgBr溶膠。(1) 寫(xiě)出AgBr溶膠的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)表達(dá)式,指出電泳方向。(2) 在三個(gè)分別盛10cm3 AgBr溶膠的燒杯中,各加入KNOK2SOK3PO4 溶液使其聚沉,最少需加電解質(zhì)的數(shù)量為: mol?m3的KNO3 cm3 。 mol?m3的K2SO4 。 cm3 。103 mol?m3的K3PO4 cm3 。計(jì)算各電解質(zhì)的聚沉值以及它們的聚沉能力之比。(3) 293K時(shí),在兩極距離為35cm的電泳池中施加的電壓為188V,通電40min =103 Pa?shr=80,粘度e電勢(shì)為多大?已知293K時(shí)分散介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)x15s,。問(wèn)該溶膠的 0=1012F?m1。(10分)e,真空介電常數(shù)解:(1) AgNO3過(guò)量,為穩(wěn)定劑,膠團(tuán)結(jié)構(gòu)為[(AgBr)m nAg+?(nx)NO3 ]x+ ?xNO3膠粒帶正電,電泳時(shí)向負(fù)極移動(dòng)。(2) KNO3 的聚沉值: ?dm3 / (10+) cm3 = mol?dm3 K2SO4的聚沉值: mol?dm3 / (10+) cm3 = 103 mol?dm3 K3PO4 的聚沉值。 mol?dm3 / (10+) cm3 = 104 mol?dm3 聚沉能力之比 KNO3:K2SO4:K3PO4= (1/):(1/103):(1/104) =1::535(3) / h得z(V/l) e/h =zEe由公式u= 0 Ver eV = ul h /e = ulh /z = () 103Pa?s/ (801012F?m1188V)= 9. 在室溫下氨基甲酸銨很不穩(wěn)定,易分解,且分解平衡壓力小于大氣壓。請(qǐng)你設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置,測(cè)量這個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù),粗略畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置草圖,說(shuō)明部件要求什么條件,如何測(cè)量壓力,并推導(dǎo)平衡常數(shù)表達(dá)式。NH2COONH4(s) = 2NH3(g) + CO2172。(g) (10分) 解:參考物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材。華南理工大學(xué)2002年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試卷(請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上做答,試后本卷與答題紙一同交回)科目名稱:物理化學(xué)(含物理化學(xué)實(shí)驗(yàn))適用專業(yè):化學(xué)工程、化學(xué)工藝、工業(yè)催化、環(huán)境工程1. 在絕熱的條件下,溫度從300K上升到900K,求該過(guò)程的W、△H、△S、△U、△G,判斷過(guò)程的性質(zhì)并指出判據(jù),已知:該理想氣體在300K和200kPa時(shí)的摩爾熵為Sm=205J?K1?mol1,定壓摩爾熱容為Cp,m= (12分)解:分析過(guò)程:(p1=200kPa,V1,T1=300K) → (p2=1000kPa, V2, T2=900K)絕熱 Q=0理想氣體 △U = nCV,m△T = n(Cp,mR)△T△H = nCp,m△T 故 W =△U Q 過(guò)程熵△S = nCp,mln(T2/ T1)+nRln(p1/ p2) △G =△(HTS) =△H(T2S2T1S1) =△H(T2△SS1△T) 過(guò)程絕熱,所以只能用△S判斷過(guò)程的方向。 注意:本題非恒外壓,功一般由熱力學(xué)第一定律式計(jì)算W =△U Q。2. 298K時(shí),反應(yīng)N2O4(g)=2NO2(g) =,?mol1(假定溫度對(duì)反應(yīng)焓的影響可以忽略不計(jì))。(共10分)q的平衡常數(shù)K求 (1) 。q373K時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K時(shí)N2O4的離解度。q(2) 298K,總壓為p(3) ,離解前N2O4和N2(惰性氣體)物質(zhì)的量為1:1時(shí)