2007 —2008 学年 第 一 学期
化学与材料学院20XX 级材料科学与工程专业
《物理化学》期中试卷答案
注意事项
1、学生的院（系）别、专业、班级、姓名、学号必须填写在考生信息栏内指定的位置。
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，如有违反将接受处理；我保证在本科目考试中，本人所提供的个人信息是真实、准确的。
考生签名：
一、判断题（每题1分，其10分，正确的打“√”，错误的打“×”。）
1. 绝热过程都是等熵过程（×）。
2. 热力学第二定律的开尔文说法是：从一个热源吸热使之完全转化为功是不
可能的（×）。
3. 在等温等压条件下，?G> 0的过程一定不能进行（×）。
4. 在-10℃，101.325 kPa下过冷的H2O ( l )凝结为冰是一个不可逆过程，故此
过程的熵变大于零（×）。
5. 理想气体在恒定的外压力下绝热膨胀。因为是恒压，所以?H = Q；又因为
是绝热，Q = 0，故?H = 0（×）。
6. 100℃时，1 mol H2O(l)向真空蒸发变成1mol H2O(g)，这个过程的热量即为
H2O( l )在100℃的摩尔汽化焓（×）。
7. 系统从同一始态出发，经绝热不可逆到达终态，若经绝热可逆过程，则一
定达不到此终态（√）。
8. 在临界点，饱和液体与饱和蒸气的摩尔体积相等（√）。
9. 对应状态的两种不同气体，各自对于理想气体行为的偏离程度相同（√）。
10. 因为Q p = ?H，Q v= ?U，而焓与热力学能是状态函数，所以Q p与Q v也是
状态函数（×）。
二、选择题（每题1分，共10分，填上正确答案。）
1. 一定量的N2气在恒定的温度下增大压力，则其吉布斯函数( A )
A．增大B．不变C．减小
2. 理想气体从状态I等温自由膨胀到状态II，可用哪个状态函数的变量来判断
过程的自发性（C）。
A. △G
B. △U
C. △S
D. △H
3. 工作在100℃和25℃的两大热源间的卡诺热机，其效率（A）。
A．20 % B. 25 % C. 75% D. 100 %。
4. 在一定的温度和压力下，已知反应A→2B 反应的标准摩尔焓变为?r H ,1(T )
及反应2A→C 的标准摩尔焓变为?r H ,2(T )
则反应C→4B 的?r H ,3(T )是：
（D ）。 A. 2△r H ,1(T ) +△r H , 2(T ) B. △r H , 2(T )－2r △H ,1(T ) C. △r H
, 2(T ) +△r H
,1(T )
D. 2△r H ,1(T )－△r H
, 2(T )
5. 理想气体节流膨胀时，[
()
]??pV p H
= 0。（选填：>，=，<） 6. 25℃时有反应 C 6H 6(l) + 71
2O 2(g)?
→?3H 2O(l) + 6CO 2(g) 若反应中各气体物质均可视为理想气体，则其反应的标准摩尔焓变△r H 与反应的标准摩尔热力学能变?r U 之差约为：（1）。
A. －3.7 kJ·mol -1
B. 1.2 kJ·mol -1
C. －1.2 kJ·mol -1
D. 3.7 kJ·mol -1 7. 1 mol 理想气体从相同的始态（p 1，V 1，T 1）分别经绝热可逆膨胀到达终态（p 2，V 2，T 2），经绝热不可逆膨胀到达（，，）p V T 222''
，则T 2'
> T 2， V 2'
> V 2，S 2'
> S 2。（选填：>， =， <） 8. 范德华气体经绝热自由膨胀后，气体的温度：（2）。
A. 上升
B. 下降
C. 不变。
9. 某坚固容器容积100 dm 3，于25℃，101.3 kPa 下发生剧烈化学反应，容器内压力、温度分别升至5066 kPa 和1000℃。数日后，温度、压力降至初态（25℃和101.3 kPa ），正确的为：（D ）。
A. 该过程△U = 0，△H = 0
B. 该过程△H = 0，W ≠0
C. 该过程△U = 0，Q ≠0
D. 该过程W = 0，Q ≠0
10、H 2和O 2以2：1的摩尔比在绝热的钢瓶中反应生成H 2O ，在该过程中( D)是正确的。
A. △H = 0
B. △T = 0
C. pV γ = 常数
D. △U = 0。 三、填空题（共20分，在题中“____”处填上正确答案）
1. (本题2分)热力学基本方程dH =TdS +Vdp +∑μB dn B 的适用条件为组成 可 变
的 均相封闭 系统和 不做非体积功W f =0 。
2. (本题2分)今有等温等压下的化学反应：a A+b B == y Y+z Z 则用化学势表示
的该反应自发向正方向（向右）进行的条件为：)()(Z Y B A μμμμz y b a +>+ 或
0B B <∑μν 。
3. (本题2分)某些情况下混合气体中组分B 的逸度f B 可用路易斯-兰德尔规则f B =f B *.y B 计算，式中f B *是 纯物质B 在系统温度和总压力下的逸度 ，y B 是 物质B 在混合气体中的摩尔分数 。
4. (本题2分)已知△f H (FeO , s , 298 K) =－226.5 kJ·mol -1； △f H (CO 2 , g , 298 K) =－393.51 kJ·mol -1； △f H (Fe 2O 3 , s , 298 K) =－821.32 kJ·mol -1； △f H (CO , g , 298 K) =－110.54 kJ·mol -1；
则 Fe 2O 3(s) + CO(g) == 2FeO(s) + CO 2(g)反应的△r H (298K) = 85.35 kJ·mol -1 。
5. (本题2分)绝热不可逆膨胀过程系统的△S > 0，绝热不可逆压缩过程系统的△S > 0。（选填 >，< 或 = ）
6. (本题2分)1 mol 理想气体在绝热条件下向真空膨胀至体积变为原体积的10倍，则此过程的△S = 19.14 J·K -1 。
7. (本题2分)一绝热气缸带有一无磨擦无质量的活塞，内装理想气体，气缸内壁绕有电阻为R 的电阻丝，以电流I 通电加热，气体慢慢膨胀，这是一个 等压可逆 过程，当通电时间t 后，△H = I 2RT 。(以I ，R ，t 表示) 8. (本题6分)将一电热丝浸入水中（如图），通以电流，如图：
息
考 生 信 栏
院（系） 班级 姓名 学号
………………………………………………装……………………订……………………线……………………………………
（1）以电热丝为系统，Q < 0，W > 0，△U > 0； （2）以电热丝和水为系统，Q = 0，W > 0，△U > 0； （3）以电热丝、电源、水及其他一切有关的部分为系统 Q = 0，W = 0，△U = 0。（选填： >、= 或< ） 四、计算题(共40分)
1、(本题5分) 20℃时，乙醚（A ）的蒸气压为58.955 kPa ，今在100 g 乙醚中溶入某非挥发性有机物质（B ）10.0 g ，乙醚的蒸气压降低为56.795 kPa ，试求该有机物质的摩尔质量。(M A =74.08g .mol -1) 解：由拉乌尔定律:
????
??+-=-==B B A A B B *A B *A A *A A ///1)1(M m M m M m p x p x p p
=58.955 kPa×???? ?
?+?-
B 1-B g/10mol g g/74.08100g/101M M
=56.795 kPa
解得：M B =195 g·mol -1 （5分）
2、(本题5分) 已知樟脑(C 10H 16O)的正常凝固点为178.4℃，摩尔熔化焓为6.50 kJ·mol -1
，计算樟脑的摩尔降低系数k f = ?（M 樟脑=152.2 g·mol -1
。)
解：k f = R T M H ()*f A
fus m
2?
=
8.314 J K mol (451.6 K)152.210 kg mol J mol 11231
1
····-----????650103.
= 39.7 K·kg·mol -1
( 5 分)
3、(本题15分)1 mol 理想气体(C p,m = 5R / 2)从0.2 MPa ，5 dm 3等温(T 1)可
逆压缩到1 dm 3；再等压膨胀到原来的体积(即5 dm 3)，同时温度从T 1变为T 2，最后在等容下冷却，使系统回到始态的温度T 1和压力。
( 1 )在p -V 图上绘出上述过程的示意图； ( 2 )计算T 1和T 2；
( 3 )计算每一步的Q ，W ，?U 和?H 。
解：( 1 ) （2分）
( 2 ) T 1 =p 1V 1/nR= 0.2×106 Pa×5×10-3 m 3 /8.314 = 120.3K (1分) T 2 = p 2V 2/nR =1×106 Pa×5×10-3 m 3 /8.314= 601.4 K (1分) ( 3 ) A → B ：
△H = 0，?U = 0。 (1分)
W nRT V V ==－ln
2
1
1×8.314×120.3ln 1/5=1.61kJ (1分)
Q =－W =－1.61 kJ 。 (1分) B → C:
△H = nC p,m ( T C －T B ) = 1×2.5×8.314×(601.4-120.3)=10kJ (1分) △U = nC v,,m( T C －T B ) = 1×1.5×8.314×(601.4-120.3)=6.0kJ (1分) W =－p e ( V C －V B ) =1×106 Pa×(5-1)×10-3 m 3=－4.0 kJ (1分)
Q p =△H =10.0kJ (1分) C → A:
△H =nC p,m (T A －T C )=1×2.5×8.314×(120.3-601.4)=－10 kJ (1分) △U = nC v,m (T A －T C ) = 1×1.5×8.314×(120.3-601.4)=－6.0 kJ (1分) W = 0 (1分) Q v =△U =－6.0 kJ (1分) 4. (本题15分)将1molO 2(g)从298K ，200kPa 的始态，绝热可逆压缩到800kPa
，试求该过程的Q ，W ，△U ，△H ，△A ，△G ，△S 和△S iso 。 (已知O 2(g)的C p,m =3.5R ，S =205.14J .K -1.mol -1)
息 考
生
信
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院（系） 班级 姓名 学号
………………………………………………装……………………订……………………线……………………………………
解：∵绝热可逆，∴Q =0，?S =0 (2分) T 2γ=T 1γ(p 1/p 2) 1-γ (2分) γ=C p,m /C v,m =7/5 (1分) lnT 2=lnT 1+(1-1/γ)ln 4，T 2/T 1=42/7， T 2=442.8K (2分)
?U =nC v,m (T 2-T 1)=1×2.5×8.314×(442.8-298)= 3009.7J (1分) ?H =nC p,m (T 2-T 1) =1×3.5×8.314×(442.8-298)= 4213.5J (1分) W=?U = 3.01kJ (1分) S 2 =S 1+?S= S 1 (1分)
?G =?H -?(TS )=?H-S (T 2-T 1)
= 3009.7-205.14×(442.8-298)= -26694.57 (1分)
?A =?U -?(TS )=?U-S (T 2-T 1)
=4213.5-205.14×(442.8-298)= -25490.77J (1分)
?S sub =0 (1分) ?S iso =?S sys +?S sub =0 (1分) 五、证明题（每题10分，共20分）
1. (本题10分)试证明物质的量恒定的单相纯物质，只有p ，V ，T 变化过程的 证明：
(3分) (3分)
设S=S (p ，V )，则： (2分)
即证。 (2分) 2、(本题10 )试证明：μ??J T m m
-=-1C H p
p T ,()，μJ-T 为焦耳-汤姆孙系数 dV V
T
T nC dp p T T nC dS p m p V m V ))(/())(
/(,,??+??=T nC T C T
S
S T C S T T U S H T m p p p p p p p p //)(,)()()()(
,==????=????=??=dV
V T
T S dp p T T S dV V S dp p S dS p p V V p V )()()()()()(
????+????=??+??=dV V
T
T nC dp p T T nC p m p V m V ))(/())(
/(,,??+??=T nC T C T
S S
T C S
T T
U S
U T m V V V V
V V V V //)(,)()()()(,==????=????=??=
证明：设H m = H m （T ，p ） （2分）
（2分）
当d H m = 0时，上式对T 求导即得： （1分）
（2分） 由 ， 可得： （2分） μ??J T m
m
-=-1
C
H p p T ,(
) （
1分） p m p m H T
H p H p T )/()()(????-=??dp p
H dT T
H dH T
m p
m m
)()(??+??=H K J p
T u )(??=-p
m m p T
H C )(,??=