湖南工学院
材料物理化学
第八章 固相反应习题与解答
1、什么是固相反应？发生固相反应的推动力是什么？
解：固相反应：固体参与直接化学反应并发生化学变化，同时至少在一个过程中起控制作用的反应。
固相反应推动力：系统化学反应前后的自由焓变化G<0△
2、什么是杨德尔方程式？它是依据什么模型推导出的？
解：杨德尔方程式：[1－（1－G ）1/3]2
＝K J T 杨德尔方程式依据球体模型推导出来，且扩散截面积一定的等径球体。
3、什么叫泰曼温度？
解：固相反应强烈进行，体积扩散开始明显进行，也就是烧结的开始温度。
4、固相反应中，什么是抛物线方程？什么是杨德尔方程？它们的适应范围分别是怎样的？
解：抛物线方程：X 2
＝Kt 表示产物层厚度与时间的关系。 杨德尔方程：[1－（1－G ）1/3]2＝K J T 说明物质转化率与时间的关系。 抛物线方程适应于平板模型推导出的固相反应系统。 杨德尔方程适应于球体模型推导出来的固相反应系统。
5、固相反应中，什么是杨氏方程？什么是金氏方程？适应范围分别是怎样的？
解：杨德尔方程 （1－（1－G ）1/3）2
=Kt 适应于球体模型扩散截面积恒定的情形。 金氏方程 X2（1－2/3·（X/R ））=Kt 适应于球体模型扩散截面积不恒定的情形。
6、由Al2O3和SiO2粉末反应生成莫来石，过程由扩散控制，如何证明这一点？已知扩散活化能为209 kJ/mol，1400℃下，1h完成10％，求1500℃下，1h和4h 各完成多少？（应用杨德方程计算）
解：如果用杨德尔方程来描述Al2O3和SiO2粉末反应生成莫来石，经计算得到合理的结果，则可认为此反应是由扩散控制的反应过程。
由杨德尔方程，得
又，故
从而1500℃下，反应1h和4h时，由杨德尔方程，知
所以，在1500℃下反应1h时能完成15.03%，反应4h时能完成28.47%。
7、粒径为1μm球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第1h有20％的Al2O3起了反应，计算完全反应的时间。（1）用杨德方程计算；（2）用金斯特林格方程计算。
解：(1)用杨德尔方程计算：
代入题中反应时间1h和反应进度20%，得
h-1
故完全反应（G=1）所需的时间h
(2)用金斯格林方程计算：
同理，代入题中反应时间1h和反应进度20%，得
h-1
故完全反应（G=1）时，
所以完全反应所需的时间h
8、由Al2O3和SiO2粉末形成莫来石反应，由扩散控制并符合扬德方程，实验在温度保持不变的条件下，当反应进行1h的时候，测知已有15％的反应物发生了反应。（1）将在多少时间内全部反应物都生成产物？（2）为了加速莫来石的生成，应采取什么有效措施？
解：（1）由杨德尔方程，得
反应完全(G=1)所需的时间为h
（2）可以采用一切有利扩散的因素来加速莫来石的生成：减小粒度，采用活性反应物(如Al2O3·3H2O)，适当加压等等
9、试分析影响固相反应的主要因素。
解：（1）反应物化学组成与结构的影响:反应物中质点作用力越大，反应能力越小；同一反应体系中，固相反应速度与各反应物间的比例有关；矿化剂的特殊作用。
（2）颗粒度和分布影响：粒径越小，反应速度越快；同一反应体系中由于物料尺寸不同，反应速度会属于不同动力学范围控制；少量较大尺寸的颗粒存在会显著延缓反应过程的完成。
（3）反应温度的影响：温度越高，质点热运动增强，反应能力和扩散能力增强。
（4）压力、气氛的影响：两固相间的反应，增大压力有助颗粒的接触面积，加速物质传递过程，使反应速度增加；对有液汽相参加的固相反应，提高压力不表现积极作用，甚至适得其反。
（5）矿化剂的影响：晶格能越大，结构越完整和稳定，反应活性越低。加入矿化剂可以提高固相反应。
10、如果要合成镁铝尖晶石，可供选择的原料为MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。从提高反应速率的角度出发，选择什么原料较好？请说明原因。
解：应选用MgCO3，Mg(OH)2和Al2O3·3H2O作原料较好。
因为MgCO 3，Mg(OH)2在反应中可以发生热分解，Al 2O 3·3H 2O 发生脱水反应和晶型转变，将获得具有较大比表面和晶格缺陷的初生态或无定形物质从而提高了反应活性，加剧了固相反应的进行。
11、若由MgO 和Al 2O 3球形颗粒之间的反应生成MgAl 2O 4是通过产物层的扩散进行的，
解：（1） 画出其反应的几何图形，并推导出反应初期的速度方程。（2） 若1300℃时D Al3＋＞D Mg2＋，O 2－基本不动，那么哪一种离子的扩散控制着MgAl 2O 4的生成？为什么？
解：（1）假设:
a ）反应物是半径为R 0的等径球粒B ，x 为产物层厚度。
b ）反应物A 是扩散相，即A 总是包围着B 的颗粒，且A ，B 同产物C 是完全接触的，反应自球表面向中心进行。
c ）A 在产物层中的浓度梯度是线性的，且扩散截面积一定。
反应的几何图形如图8-1所示：
根据转化率G 的定义，得
将（1）式代入抛物线方程中，得反应初期的速度方程为：
（2）整个反应过程中速度最慢的一步控制产物生成。D小的控制产物生成，即D Mg2+小，Mg2+扩散慢，整个反应由Mg2+的扩散慢，整个反应由Mg2+的扩散
第七章 电化学 7、1 用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20A,经过15min 后,问:(1)在阴极上能析出多少质量的Cu?(2)在的27℃,100kPa 下阳极上能析出多少体积的的Cl 2(g)？ 解:电极反应为:阴极:Cu 2+ + 2e - → Cu 阳极: 2Cl - －2e - → Cl 2(g) 则:z= 2 根据:Q = nzF =It ()22015Cu 9.32610mol 296500 It n zF -?= ==?? 因此:m (Cu)=n (Cu)× M (Cu)= 9、326×10-2×63、546 =5、927g 又因为:n (Cu)= n (Cl 2) pV (Cl 2)= n (Cl 2)RT 因此:3223Cl 0.093268.314300Cl 2.326dm 10010 n RT V p ??===?（）（） 7、2 用Pb(s)电极电解PbNO 3溶液。已知溶液浓度为1g 水中含有PbNO 3 1、66×10-2g 。通电一定时间后,测得与电解池串联的银库仑计中有0、1658g 的银沉积。阳极区的溶液质量为62、50g,其中含有PbNO 31、151g,计算Pb 2+的迁移数。 解法1:解该类问题主要依据电极区的物料守恒(溶液就是电中性的)。显然阳极区溶液中Pb 2+的总量的改变如下: n 电解后(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 迁移(12 Pb 2+) 则:n 迁移(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 电解后(12 Pb 2+) n 电解(1 2Pb 2+)= n 电解(Ag ) = ()()3Ag 0.1658 1.53710mol Ag 107.9 m M -==? 223162.501.1511.6610(Pb ) 6.15010mol 12331.22 n -+--??==??解前（）电 2311.151(Pb ) 6.95010mol 12331.22 n +-==??解后电 n 迁移(12 Pb 2+)=6、150×10-3+1、537×10-3-6、950×10-3=7、358×10-4mol () 242321Pb 7.358102Pb 0.4791 1.53710(Pb )2n t n +-+-+?==?移解（）=迁电
物理化学期末复习 一、单项选择题 1. 涉及焓的下列说法中正确的是( ) (A) 单质的焓值均等于零 (B) 在等温过程中焓变为零 (C) 在绝热可逆过程中焓变为零 (D) 化学反应中系统的焓变不一定大于内能变化 2. 下列三种胶体分散系统中，热力不稳定的系统是：( ) A.大分子溶胶 B.胶体电解质 C.溶胶 3. 热力学第一定律ΔU=Q+W 只适用于( ) (A) 单纯状态变化 (B) 相变化 (C) 化学变化 (D) 封闭物系的任何变化 4. 第一类永动机不能制造成功的原因是( ) (A) 能量不能创造也不能消灭 (B) 实际过程中功的损失无法避免 (C) 能量传递的形式只有热和功 (D) 热不能全部转换成功 5. 如图，在绝热盛水容器中，浸入电阻丝，通电一段时间，通电后水及电阻丝的温度均略有升高，今以电阻丝为体系有（） (A) W =0，Q <0，U <0 (B). W＞0，Q <0，U >0 (C) W <0，Q <0，U >0 (D). W <0，Q =0，U >0 6. 对于化学平衡, 以下说法中不正确的是（） (A) 化学平衡态就是化学反应的限度 (B) 化学平衡时系统的热力学性质不随时间变化 (C) 化学平衡时各物质的化学势相等 (D) 任何化学反应都有化学平衡态 7. 封闭系统内的状态变化：（） A 如果系统的?S sys>0，则该变化过程自发 B 变化过程只要对环境放热，则该变化过程自发 C 仅从系统的?S sys，变化过程是否自发无法判断
8. 固态的NH4HS放入一抽空的容器中，并达到化学平衡，其组分数、独立组分数、相数及自由度分别是（） A. 1，1，1，2 B. 1，1，3，0 C. 3，1，2，1 D. 3，2，2，2 9. 在定压下，NaCl晶体，蔗糖晶体，与它们的饱和混合水溶液平衡共存时，独立组分数C f'：（） 和条件自由度 f'=1 B C=3，f'=2 A C=3， f'=2 D C=4，f'=3 C C=4， 10. 正常沸点时，液体蒸发为气体的过程中（） (A) ΔS=0 (B) ΔG=0 (C) ΔH=0 (D) ΔU=0 11. 如图，将CuSO4水溶液置于绝热箱中，插入两个铜电极，以蓄电池为电源进行电解，可以看作封闭体系的是（）。 A. 绝热箱中所有物质 B. 两个铜电极 C. 蓄电池和铜电极 D. CuSO4水溶液 12. 下面的说法符合热力学第一定律的是（） (A) 在一完全绝热且边界为刚性的密闭容器中发生化学反应时,其内能一定变化 (B) 在无功过程中, 内能变化等于过程热, 这表明内能增量不一定与热力学过程无关 (C) 封闭系统在指定的两个平衡态之间经历绝热变化时, 系统所做的功与途径无关 (D) 气体在绝热膨胀或绝热压缩过程中, 其内能的变化值与过程完成的方式无关 13. 对于理想的水平液面，其值为零的表面物理量是（） (A) 表面能 (B) 比表面吉布斯函数 (C) 表面张力 (D) 附加压力 14. 实验测得浓度为0.200mol·dm-3的HAc溶液的电导率为0.07138S·m-1，该溶液的摩尔电导率Λm(HAc)为（） A. 0.3569S·m2·mol-1 B. 0.0003569S·m2·mol-1 C. 356.9S·m2·mol-1 D. 0.01428S·m2·mol-1 15. 某化学反应其反应物消耗7/8所需的时间是它消耗掉3/4所需的时间的1.5倍，则反应的级数为（） A. 零级反应 B. 一级反应 C. 二级反应 D. 三级反应
第八章 电化学 选择题 1．离子独立运动定律适用于 (A) 强电解质溶液 (B) 弱电解质溶液 (C) 无限稀电解质溶液 (D) 理想稀溶液 答案：C 3. 在电导测量实验中, 应该采用的电源是 (A) 直流电源 (B) 交流电源 (C) 直流电源或交流电源 (D) 测固体电导用直流电源, 测溶液电导用交流电源 答案：D 4. CaCl 2摩尔电导率与其离子的摩尔电导率的关系是 (A))()()(22-∞+∞∞Λ+Λ=ΛCl Ca CaCl m m m (B))(2)()(22-∞ + ∞∞Λ+Λ=ΛCl Ca CaCl m m m (C))()(2 1)(22-∞+∞∞Λ+Λ=ΛCl Ca CaCl m m m (D))}()({2 1)(22-∞+∞∞Λ+Λ=ΛCl Ca CaCl m m m 答案：B 5.电池Cu ∣Cu +‖Cu 2+,Cu +∣Pt 和Cu ∣Cu 2+‖Cu +,Cu 2+∣Pt 的反应均可简写作Cu+Cu 2+=2Cu +此电池的 (A) θm r G ?、θE 相同 (B)θm r G ?相同、θE 不同 (C)θm r G ?不同、θE 相同 (D)θm r G ?、θ E 均不同 答案：B 6. 恒温、恒压下可逆电池放电过程 (A) ΔH=Q (B)ΔHQ (D)ΔH 、Q 关系不定 答案：B 7．298K 时，当H 2SO 4溶液的浓度从0.01mol/kg 增加到0.1mol/kg 时，其电导率κ和摩尔电导率Λm 将 (A) κ减小，Λm 增加 (B) κ增加，Λm 增加 (C) κ减小，Λm 减小 (D) κ增加，Λm 减小 答案：D 8．下列电解质中，离子平均活度系数最大的是 Ａ. 0.01 mol/kg NaCl B. 0.01 mol/kg CaCl 2 C ．0.01 mol/kg LaCl 3 D. 0.01 mol/kg CuSO 4 答案：A
第二章热力学第一定律习题 一、选择题 1. 一定量的理想气体从同一始态出发，分别经(1) 等温压缩，(2) 绝热压缩到具有相同压力的终态，以H1，H2分别表示两个终态的焓值，则有：( ) (A) H1> H2(B) H1= H2 (C) H1< H2(D) 无法比较 2. 下列的过程可应用公式ΔH=Q进行计算的是：( ) (A) 不做非体积功，终态压力相同但中间压力有变化的过程 (B) 不做非体积功，一直保持体积不变的过程 (C) 273.15 K，pθ下液态水结成冰的过程 (D) 恒容下加热实际气体 3. 非理想气体进行绝热自由膨胀时,下述答案中哪一个错误?（） (A) Q=0 (B) W=0 (C) ΔU=0 (D) ΔH=0 4. 已知：Zn(s)+(1/2)O2??→ZnO Δr H m=351.5 kJ·mol-1 Hg(l)+(1/2)O2??→HgO Δr H m= 90.8 kJ·mol-1 因此Zn+HgO??→ZnO+Hg 的Δr H m是：( ) (A) 442.2 kJ·mol-1(B) 260.7 kJ·mol-1 (C) -62.3 kJ·mol-1(D) -442.2 kJ·mol-1 5. 在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱,将冰箱门打开,并接通电源使其工作,过一段时间之后,室内的平均气温将如何变化? ( ) (A) 升高(B) 降低 (C) 不变(D) 不一定 6. 对于理想气体的热力学能有下述四种理解： (1) 状态一定，热力学能也一定 (2) 对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的 (3) 对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值 (4) 状态改变时，热力学能一定跟着改变 其中正确的是：( ) (A) (1),(2) (B) (3),(4) (C) (2),(4) (D) (1),(3) 7. 按下列路线循环一周，哪种情况是系统对环境做功：( ) 8. 在一定T，p下,汽化焓Δvap H,熔化焓Δfus H和升华焓Δsub H的关系为：( ) (A) Δsub H＞Δvap H(B) Δsub H＞Δfus H (C) Δsub H=Δvap H+Δfus H(D) Δvap H＞Δsub H 上述各式中,哪一个错误?
第十章界面现象 10－1 请回答下列问题： (1) 常见的亚稳定状态有哪些？为什么产生亚稳态？如何防止亚稳态的产生？ (2) 在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间放置后，会出现什么现象？ (3) 下雨时，液滴落在水面上形成一个大气泡，试说明气泡的形状和理由？ (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？ (5) 在一定温度、压力下，为什么物理吸附都是放热过程？ 答：(1) 常见的亚稳态有：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成，要想防止这些亚稳状态的产生，只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后，大液滴会越来越大，小液滴会越来越小，最终大液滴将小液滴“吃掉”，根据开尔文公式，对于半径大于零的小液滴而言，半径愈小，相对应的饱和蒸汽压愈大，反之亦然，所以当大液滴蒸发达到饱和时，小液滴仍未达到饱和，继续蒸发，所以液滴会愈来愈小，而蒸汽会在大液滴上凝结，最终出现“大的愈大，小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形，因为雨滴在降落的过程中，可以看作是恒温恒压过程，为了达到稳定状态而存在，小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低，而此时只有通过减小表面积达到，球形的表面积最小，所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为范德华力，而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的，所以ΔG＜0，而ΔS＜0，由ΔG=ΔH－TΔS，得 ΔH＜0，即反应为放热反应。
10－2 在293.15K 及101.325kPa 下，把半径为1×10－3m 的汞滴分散成半径为1×10－9m 的汞滴，试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少？已知293.15K 时汞的表面张力为0.4865 N ·m －1。 解： 3143r π＝N×3243r π N ＝3 132 r r ΔG ＝2 1 A A dA γ?＝ (A 2－A 1)＝4·( N 2 2 r －21 r )＝4 ·(3 12 r r －21r ) ＝4× ×(339 (110)110 --??－10－6) ＝5.9062 J 10－3 计算时373.15K 时，下列情况下弯曲液面承受的附加压力。已知时水的表面张力为58.91×10－3 N ·m －1 (1) 水中存在的半径为0.1μm 的小气泡；kPa (2) 空气中存在的半径为0.1μm 的小液滴； (3) 空气中存在的半径为0.1μm 的小气泡； 解：(1) Δp ＝2r γ＝36 258.91100.110--???＝1.178×103 kPa (2) Δp ＝2r γ ＝36 258.91100.110--???＝1.178×103 kPa (3) Δp ＝4r γ＝36 458.91100.110--???＝2.356×103 kPa 10－4 在293.15K 时，将直径为0.1nm 的玻璃毛细管插入乙醇中。问需要在管内加多大的压力才能防止液面上升？若不加压力，平衡后毛细管内液面的高度为多少？已知该温度下乙醇的表面张力为22.3×10－3 N ·m －1，密度为789.4 kg ·m －3，重力加速度为9.8 m ·s －2。设乙醇能很好地润湿玻璃。
期末复习《物理化学》学习辅导材料之一 热力学 一、判断题： 1、在定温定压下，CO2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变， CO2的热力学能和焓也 不变。 ( ) 2、25℃时H2(g)的标准摩尔燃烧焓等于25℃时H2O(g)的标准摩尔生成焓。（） 3、稳定态单质的Δf H mΘ(800K)=0 。 ( ) 4、d U=nC v,m d T公式对一定量的理想气体的任何pVT过程都适用。 ( ) 5、系统处于热力学平衡态时，其所有的宏观性质都不随时间而变。（） 6、若系统的所有宏观性质均不随时间而变，则该系统一定处于平衡态。（） 7、隔离系统的热力学能是守恒的。（） 8、隔离系统的熵是守恒的。（） 9、一定量理想气体的熵只是温度的函数。（） 10、绝热过程都是定熵过程。（） 11、一个系统从始态到终态，只有进行可逆过程才有熵变。（） 12、系统从同一始态出发，经绝热不可逆过程到达的终态，若经绝热可逆过程，则一定达 不到此终态。（） 13、热力学第二定律的克劳修斯说法是：热从低温物体传到高温物体是不可能的。（） 14、系统经历一个不可逆循环过程，其熵变> 0。（） 15、系统由状态1经定温、定压过程变化到状态2，非体积功W’<0，且有W G和G<0， 则此状态变化一定能发生。（） 16、绝热不可逆膨胀过程中S >0，则其相反的过程即绝热不可逆压缩过程中S <0。（） 17、临界温度是气体加压液化所允许的最高温度。 ( ) 18、可逆的化学反应就是可逆过程。 ( ) 19、Q和W不是体系的性质，与过程有关，所以Q + W也由过程决定。 ( ) 20、焓的定义式H = U + pV是在定压条件下推导出来的，所以只有定压过程才有焓变。( ) 21、焓的增加量?H等于该过程中体系从环境吸收的热量。 ( ) 22、一个绝热过程Q = 0，但体系的?T不一定为零。 ( ) 23、对于一定量的理想气体，温度一定，热力学能和焓也随之确定。 ( ) 24、某理想气体从始态经定温和定容两过程达终态，这两过程的Q、W、?U及?H是相等的。 ( ) 25、任何物质的熵值是不可能为负值和零的。 ( ) 26、功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功。 ( ) 27、不可逆过程的熵变是不可求的。 ( ) 28、某一过程的热效应与温度相除，可以得到该过程的熵变。 ( ) 29、在孤立体系中，一自发过程由A→B，但体系永远回不到原来状态。 ( ) 30、绝热过程Q = 0，即，所以d S = 0。 ( )
OO六一二og 学年第一学期期末考试 物理化学试题A卷 注意：学号、姓名和所在年级班级不写、不写全或写在密封线外者，试卷作废—*.计算题。(本大题6分) 将某电导池盛以0.02 mol dm3 KC l溶液(25C时其电导率为0.277 S m1), 在25C 时测得其电阻为82.4 Q，再换用0.005 mol dm 3K2SO溶液，测得其电阻为326.0 Q。求： (1) 电导池常数K(l/A)； (2) KSO溶液的电导率； (3) KSO溶液的摩尔电导率 二. 问答题。请回答下列各题。(本大题4分) 在进行重量分析实验时，为了尽可能使沉淀完全，通常加入大量电解质 (非沉淀剂)，或将溶胶适当加热，为什么？试从胶体化学观点加以解释。 三. 计算题。请计算下列各题。(本大题10分) 均相反应2A+B3Y+Z在一定温度体积下进行，测得动力学数据如下: 其中C A,0及C B,0分别表示A及B的初始浓度；A,0表示A的初始消耗速率，即，假定反应速率方程的形式为 (1) 确定分级数，的值和总反应级数； (2) 计算反应的活化能。 四. 计算题。请计算下列各题。(本大题6分) CH 4气相热分解反应2CHGR +H2的反应机理及各元反应的活化能如下:
已知该总反应的动力学方程式为: 试求总反应的表观活化能。 五. 计算题。请计算下列各题。 (本大题8分) 下列电池的电动势在 25C 时为1.448 V : Pt | H 2 ( p ) | HCl ( b=0.1 mol - kg -1, =0.796 ) |Cl < p ) | Pt (1) 写出电极反应和电池反应； (2) 计算氯电极的标准电极电势 E (Cl |Cl 2 |Pt )。 六. 推导题。(本大题6分) 气相反应2A(g) Y(g), 是二级反应，反应开始时只有A ,压力为p”, 试推导反应系统的总压力p 与时间t 的函数关系式。 七. 选择题。在题后括号内，填上正确答案代号。(本大题共 22小题，总计60分) 1、 (3分)在等温等压下影响物质的表面吉布斯函数的因素：( ) (1) 是表面积A; (2)是表面张力 ； (3) 是表面积A 和表面张力 ；(4)没有确定的函数关 系。 2、 (3分)弯曲液面的饱和蒸气压总大于同温度下平液面的蒸气压。是不是 ? 3、 (2分)微小颗粒物质的熔点 与同组成大块物质的熔点 的关系是：( ) (1) ; (2) = ; (3) ; (4)不能确定。 4、 (4分)朗缪尔等温吸附理论的基本假设为： (2) CH CH 3- +H- E I =423 kJ -mol CH + CH4GH +H- 日=201 kJ -mol -+ CH 4 CH 3- +H E 3=29 kJ -mol -+ CH 3- CH 4 E -i =0 kJ -mol (D
第8章 表面和胶体化学 习题解答 1. 若一球形液膜的直径为2×10-3 m ，比表面自由能为0.7 J ·m -2 ，则其所受的附加压力是多少？ 解：球形液膜 3440.7 kPa 2.8 kPa 210/2 p r γ-??= ==? 2. 若水在293 K 时的表面力为72.75×10-3 N ·m -1 ，则当把水分散成半径为10-5 m 的小液滴时，曲 面下的附加压力为多少？ 解：34 52272.7510 Pa 1.4510 Pa 10 p r γ--???===? 3. 在293 K 时把半径1 mm 的水滴分散成半径为1 μm 的小水滴，问比表面增加了多少倍？表面吉 布斯函数增加了多少？完成该变化时，环境至少需做多少功？已知水的表面力为72.75×10-3 N ·m -1 。 解：设半径1 mm 水滴的表面积为A 1，体积为：V 1，半径为：R 1；半径1 μm 水滴的表面积为A 2，体积为：V 2，半径为：R 2；N 为小水滴的个数。 33 1212 44 , 33 V NV R N R ππ== 3 3 912 1 mm 101 μm R N R ????=== ? ????? 2 2 922211 4 1 μm 1010004 1 mm A N R A R ππ???=== ??? 12 22144 0.07288 N m 4() =9.14510 N m 9.14510 J A G dA NR R γπ---?==??-??=? 49.14510 J A W G -=-?=-? 4. 在298 K ，101.325 kPa 下，将直径为1 μm 的毛细管插入水中，问管需加多大压力才能防止水面上升？若不加额外压力，让水面上升达平衡后，管液面上升多高？已知：该温度下水的表面力为 0.072 N ·m -1，水的密度为1000 kg ·m -3，设接触角为0o ，重力加速度为9.8 m ·s -2 。 解：cos cos01θ==o 6 220.072 kPa 288 kPa 11102 s p R γ-?= =='?? 3 28810 m 29.38 m 10009.8 s p h g ρ?===? 5. 已知毛细管半径R = 1×10-4 m ，水的表面力γ = 0.072 N ·m -1 ，水的密度ρ = 103 kg ·m -3 ，接触角θ = 60o，求毛细管中水面上升的高度h 。 解：34 2cos 20.072cos 60 m 0.0735 m 109.810 h gR γθρ-?===??o 6. 303 K 时，乙醇的密度为780 kg ·m -3 ，乙醇与其蒸气平衡的表面力为2.189×10-2 N ·m -1 ，试计 算在径为0.2 mm 的毛细管中它能上升的高度?
浙江大学远程教育学院 《物理化学》课程作业（必做） 姓名： 邱海潇 学 号： 712124222021 年级： 2012秋 学习中心： 台州电大 ————————————————————————————— 第一章 热力学第一定律 一、填空题 1. △U=Q+W 适用于宏观上静止且无外力场存在的封闭系统。 2. △H=Q P 的适用条件是封闭系统在非体积功为0且等压。 3. 系统的性质分为广度性质和_强度性质___。 4. 水（101325Pa ，273.15K ）在等温等压下凝结成冰（101325Pa ，273.15K ）过程的W 小于零（填“小于”、“大于”或“等于” ）。 二、简答题 1. 什么是系统？什么是环境？ 答：将一部分物质从其他部分中划分出来，作为研究的对象，这一部分物质就称为系统；系统之外与系统密切相关的部分称为环境。 2. 什么是热力学第一定律？ 答：将能量守恒与转化定律应用于宏观的热力学系统即为热力学第一定律。 三、计算题 1. 1 mol 单原子理想气体在298K 时，分别按下列三种方式从15.00dm 3 膨胀到40.00 dm 3 ： （1）自由膨胀； 解：（1）自由膨胀过程，0)(0)(1212e ＝＝＝V V V V p W -?-- 因为理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数，而理想气体自由膨胀过程温度不变，所以： ΔU =ΔH =f (T )＝0 0=-?=W U Q （2）等温可逆膨胀
解：因为理想气体的热力学能和焓都只是温度的函数，所以等温过程 ΔU=ΔH=0 W=-nRTln(v2/v1)=-1x8.314x298ln(40/15)=-2430J Q=-w=2430J （3）在恒定外压为终态压力下等温膨胀。 分别求上述三种过程的Q、W、ΔU和ΔH。 ΔU=ΔH=0 P=nRT/V=(1×8.314×298)/(40/1000)=61.94KPa W=-61.94 × (40-15) =-1548.5J Q=-w=1548.5J 2.已知298.2K时，NaCl(s)、H2SO4(l)、Na2SO4 (s)和HCl(g)的标准摩尔生成焓分别为-411、 -811.3、-1383和-92.3 kJ·mol-1，求下列反应 2NaCl(s) + H2SO4(l) = Na2SO4(s) + 2HCl(g) 在298.2K时的△r H m?。 解：2NaCl(s) + H2SO4(l) = Na2SO4(s) + 2HCl(g) △r H m?=（∑H）产物-（∑H）反应物=（-1383-92.3*2）-（-411*2-811.3）=65.7KJ/mol 第二章热力学第二定律 一、单选题 1.反应 NH4Cl (s) = NH3(g) + HCl (g)的△r S m? C 。 A．大于零 B．小于零 C．等于零 D．不确定 二、填空题 1.热力学第二定律主要是解决了过程方向限度问题。 2.水和乙醇混合过程的ΔS大于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。 3.理想气体的卡诺循环由等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、等温可逆压缩和绝热可逆压缩所 组成。 4.吉布斯能判据的适用条件是封闭系统等温等压和非体积功为零。 5.合成氨反应的ΔS小于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。 三、简答题 1.什么是热力学第二定律？ 答：热量由低温物体传给高温物体而不引起其他变化，是不可能的。
2015物理化学复习题 下册
选择题： 1.对于一个一级反应，如其半衰期t1/2在0.01s以下，即为快速反应，此时它的速率常数 k值在：（ A ） A. 69.32s-1以上； B. 6.932s-1以上； C. 0.06932s-1以上； D. 6.932s-1以下 2. 反应A→产物为一级反应，2B→产物为二级反应，t1/2(A)和t1/2(B)分别表示两反应的半衰期，设A和B的初始浓度相等，当反应分别进行的时间为t=2t1/2(A)和t=2t1/2(B)时，A、B物质的浓度c A、c B大小关系为： ( C ) A.c A﹥c B; B. c A=c B； C. c A﹤c B; D.两者无一定关系 3. 两个活化能不相同的反应，如E2﹥E1，且都在相同的升温区间内升温，则( A ) A.dlnk2/dT﹥dlnk1/dT; B. dlnk1/dT﹥dlnk2/dT; C. dlnk1/dT=dlnk2/dT; D. dk2/dT﹥dk1/dT 4. 电池在下面三种情况下放电：（1）电流趋于零；（2）有一定大小的工作电流；（3）短路。 则电池的电动势： A. 相同；B.不相同（ A ） 电池的端电压： C. 相同；D.不相同（ D ） 5. 半径为r，表面张力为σ，则肥皂泡内、外压力差为（ C ） A. △p= 0； B. △p=2σ/r; C. △p=4σ/r; D. 无法确定 6. 在相同温度下，同一液体被分散成具有不同曲率半径的物系时，将具有不同的饱和蒸汽压，以p平、p凹、p凸分别表示平面、凹面和凸面液体上的饱和蒸汽压，则三者之间的关系是 （ C ） A. p 平﹥p凹﹥p凸; B. p凹﹥p平﹥p凸;C. p凸﹥p平﹥p凹;D. p凸﹥p凹﹥p平
第二章 热力学第一定律 五．习题解析 1．（1）一个系统的热力学能增加了100 kJ ，从环境吸收了40 kJ 的热，计算系统与环境的功的交换量。 （2）如果该系统在膨胀过程中对环境做了20 kJ 的功，同时吸收了20 kJ 的热，计算系统的热力学能变化值。 解：（1）根据热力学第一定律的数学表达式U Q W ?=+ 100 k J 40 k J 6 W U Q =?-=-= 即系统从环境得到了60 kJ 的功。 （2）根据热力学第一定律的数学表达式U Q W ?=+ 20 k J 20 k J U Q W ?=+=-= 系统吸收的热等于对环境做的功，保持系统本身的热力学能不变。 2．在300 K 时，有10 mol 理想气体，始态的压力为1 000 kPa 。计算在等温下，下列三个过程所做的膨胀功。 （1）在100 kPa 压力下体积胀大1 dm 3 ； （2）在100 kPa 压力下，气体膨胀到终态压力也等于100 kPa ； （3）等温可逆膨胀到气体的压力等于100 kPa 。 解：（1）这是等外压膨胀 33e 100 kPa 10m 100 J W p V -=-?=-?=- （2）这也是等外压膨胀，只是始终态的体积不知道，要通过理想气体的状态方程得到。 2e 212 2 11()1n R T n R T p W p V V p n R T p p p ????=--=--=- ? ? ?? ?? 100108.3143001 J 22.45 kJ 1000 ?? ??=???-=- ???? ?? ? （3）对于理想气体的等温可逆膨胀 122 1 ln ln V p W nRT nRT V p == 100(108.314300) J ln 57.43 kJ 1000 =???=- 3．在373 K 的等温条件下，1 mol 理想气体从始态体积25 dm 3，分别按下列
关于物理化学课后习题 答案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
第一章两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。若将其中的一个球加热到 100 C，另一个球则维持 0 C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。 解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。 标准状态： 因此， 如图所示，一带隔板的容器中，两侧分别有同温、不同压的H2与N2，P(H2）=20kpa，P(N2)=10kpa,二者均可视为理想气体。 H2 3dm3 P(H2） T N2 1dm3 P(N2) T （1） 两种气体混合后的压力； （2）计算混合气体中H2和N2的分压力； （3）计算混合气体中H2和N2的分体积。 第二章 1mol水蒸气（H2O,g）在100℃，下全部凝结成液态水，求过程的功。假 设：相对水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。 1mol某理想气体与27℃，的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态， 在恒容升温至℃，。求过程的W,Q, ΔU, ΔH。已知气体的体积Cv,m=*mol-1 *K-1。 容积为 m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0 C，4 mol的Ar(g)及150 C，2 mol的Cu(s)。现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度
t及过程的。已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容分别为 及，且假设均不随温度而变。 解：图示如下 假设：绝热壁与铜块紧密接触，且铜块的体积随温度的变化可忽略不计 则该过程可看作恒容过程，因此 假设气体可看作理想气体，，则 冰（H2O,S）在100kpa下的熔点为0℃，此条件下的摩尔熔化焓 ΔfusHm=*mol-1 *K-1。已知在-10~0℃范围内过冷水（H2O,l）和冰的摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=*mol-1 *K-1和Cpm（H2O,S）=*mol-1 *K-1。求在常压及-10℃下过冷水结冰的摩尔凝固焓。 O, l）在100 C的摩尔蒸发焓。水和水蒸气已知水（H 2 在25~100℃间的平均摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=*mol-1 *K-1和Cpm （H2O,g）=*mol-1 *K-1。求在25C时水的摩尔蒸发焓。 应用附录中有关物资的热化学数据，计算 25 C时反应 的标准摩尔反应焓，要求：（1）应用25 C的标准摩尔生成焓数据；
物理化学第二章热力学第二定律练习题及答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第二章 热力学第二定律练习题 一、判断题（说法正确否）： 1．自然界发生的过程一定是不可逆过程。 2．不可逆过程一定是自发过程。 3．熵增加的过程一定是自发过程。 4．绝热可逆过程的?S = 0，绝热不可逆膨胀过程的?S > 0，绝热不可逆压缩过程的?S < 0。 5．为了计算绝热不可逆过程的熵变，可以在始末态之间设计一条绝热可逆途径来计算。 6．由于系统经循环过程后回到始态，?S = 0，所以一定是一个可逆循环过程。 7．平衡态熵最大。 8．在任意一可逆过程中?S = 0，不可逆过程中?S > 0。 9．理想气体经等温膨胀后，由于?U = 0，所以吸的热全部转化为功，这与热力学第二定律矛盾吗 10．自发过程的熵变?S > 0。 11．相变过程的熵变可由 T H S ?= ?计算。 12．当系统向环境传热时(Q < 0)，系统的熵一定减少。 13．一切物质蒸发时，摩尔熵都增大。 14．冰在0℃，p 下转变为液态水，其熵变 T H S ?= ?>0，所以该过程为自发过程。 15．自发过程的方向就是系统混乱度增加的方向。 16．吉布斯函数减小的过程一定是自发过程。 17．在等温、等压下，吉布斯函数变化大于零的化学变化都不能进行。 18．系统由V 1膨胀到V 2，其中经过可逆途径时做的功最多。 19．过冷水结冰的过程是在恒温、恒压、不做其他功的条件下进行的，由基本方程可得?G = 0。 20．理想气体等温自由膨胀时，对环境没有做功，所以 -p d V = 0，此过程温度不变，?U = 0，代入热力学基本方程d U = T d S - p d V ，因而可得d S = 0，为恒熵过程。 21．是非题： ⑴“某体系处于不同的状态，可以具有相同的熵值”，此话对否？ ⑵“体系状态变化了，所有的状态函数都要变化”，此话对否？ ⑶ 绝热可逆线与绝热不可逆线能否有两个交点？ ⑷ 自然界可否存在温度降低，熵值增加的过程？举一例。 ⑸ 1mol 理想气体进行绝热自由膨胀，体积由V 1变到V 2，能否用公式： ???? ??=?12 ln V V R S 计算该过程的熵变？ 22．在100℃、p 时，1mol 水与100℃的大热源接触，使其向真空容器中蒸发成 100℃、p 的水蒸气，试计算此过程的?S 、?S (环)。 23． ? ??? ??=?12ln V V R S 的适用条件是什么？ 24．指出下列各过程中，物系的?U 、?H 、?S 、?A 、?G 中何者为零？
第七章 电化学 7.1 用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20A ，经过15min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu?（2）在的27℃，100kPa 下阳极上能析出多少体积的的Cl 2（g ）？ 解：电极反应为：阴极：Cu 2+ + 2e - → Cu 阳极： 2Cl - －2e - → Cl 2（g ） 则：z= 2 根据：Q = nzF =It ()22015 Cu 9.32610mol 296500 It n zF -?= ==?? 因此：m （Cu ）=n （Cu ）× M （Cu ）= 9.326×10-2×63.546 =5.927g 又因为：n （Cu ）= n （Cl 2） pV （Cl 2）= n （Cl 2）RT 因此：3 223 Cl 0.093268.314300Cl 2.326dm 10010 n RT V p ??===?（）（） 7.2 用Pb （s ）电极电解PbNO 3溶液。已知溶液浓度为1g 水中含有PbNO 3 1.66×10-2g 。通电一定时间后，测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区的溶液质量为62.50g ，其中含有PbNO 31.151g ，计算Pb 2+的迁移数。 解法1：解该类问题主要依据电极区的物料守恒（溶液是电中性的）。显然阳极区溶液中Pb 2+的总量的改变如下： n 电解后(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 迁移(1 2Pb 2+) 则：n 迁移(12Pb 2+)= n 电解前(12Pb 2+)+ n 电解(12Pb 2+)- n 电解后(1 2 Pb 2+) n 电解(12 Pb 2+)= n 电解(Ag ) = ()()3Ag 0.1658 1.53710mol Ag 107.9 m M -==? 2 23162.501.1511.6610(Pb ) 6.15010mol 1 2331.22 n -+--??==??解前（）电 2311.151(Pb ) 6.95010mol 1 2331.22 n +-==??解后电 n 迁移(1 2 Pb 2+)=6.150×10-3+1.537×10-3-6.950×10-3=7.358×10-4mol () 242321Pb 7.358102Pb 0.4791 1.53710 (Pb )2 n t n + -+ -+?==?移解（）=迁电
Chap 11、Semiconductors 11.1 (a) For a semiconductor, show that np product obtained from Eq.(11.27) is proportional to exp(-βE g ) and thus is independent of the position of the chemical potential μ in the bandgap. Eq.(11.27): (b) The law of mass action in semiconductors for reaction creating pairs of electrons and holes [e.g., Eq.(11.28)] has the form n(T)P(T)∝exp(-βE g ). Explain the significance of this law. (Hint: The law of mass action is described in Section 4.6) Eq.(11.28): (c) Evaluate the np product at T=300K for Si with E g =1.11ev and m eds ﹡=1.05m and m hds ﹡=0.58m. 11.2 Using Eq.(11.30) and m eds ﹡=1.05m and m hds ﹡=0.58m for Si, calculate the change in the position of the chemical potential μ in the energy gap of intrinsic Si between T=0 and 300K. Eq.(11.30): 11.3 Calculate the values of N c and N v as defined in Eq.(11.27) for Si at T=300K. The appropriate of density-of-states effective masses for Si are m eds ﹡=1.05m and m hds ﹡=0.58m. 11.4 Consider a semiconductor with a bulk energy gap E g =1.5ev and g E v c i i e T N T N T p T n β-=)()()()()()(2/32)()2(2)()(μβμβπ----*===c c E c E B eds i e T N e T k T n T n m )()(2/32)()2(2)()(v v E v E B h ds i e T N e T k T p T p m ----*===μβμβπ ** +=eds hds B g m m T k E T ln 432)(μ
第二章热力学第一定律 1mol理想气体在恒定压力下温度升高1℃，求过程中系统与环境交换的功。解：理想气体n = 1mol 对于理想气体恒压过程,应用式（2.2.3） W =－p ambΔV =－p(V2-V1) =－(nRT2-nRT1) =－ 1mol水蒸气(H2O,g)在100℃,下全部凝结成液态水。求过程的功。假设：相对于水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。 解: n = 1mol 恒温恒压相变过程,水蒸气可看作理想气体, 应用式（2.2.3） W =－p ambΔV =－p(V l-V g ) ≈ pVg = nRT = 在25℃及恒定压力下，电解1mol水(H2O,l)，求过程的体积功。
H2O(l) ＝ H2(g) + 1/2O2(g)解: n = 1mol 恒温恒压化学变化过程, 应用式（2.2.3） W=－p ambΔV =－(p2V2-p1V1)≈－p2V2 =－n2RT=－ 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a的Q a=,Wa=－；而途径b的Q b=－。求W b. 解: 热力学能变只与始末态有关,与具体途径无关,故ΔU a= ΔU b 由热力学第一定律可得Qa + Wa = Q b + W b ∴ W b = Q a + W a－Q b = － 始态为25℃，200 kPa的5 mol某理想气体，经途径a，b两不同途径到达相同的末态。途经a先经绝热膨胀到 -28.47℃，100 kPa，步骤的功；再恒容加热到压力200 kPa的末态，步骤的热。途径b为恒压加热过程。求途径b的及。
解：先确定系统的始、末 态 311106190200000 1529831485m ...P nRT V =××== 3210160100000 58 24431485m ...P nRT V V =××== = kJ .kJ )..(Q W U Δa a 85194225575=+=+=－ 对于途径b ，其功为 kJ .J ..V Δp W b 932706190101602000001－）－（－－=== 根据热力学第一定律 4mol 某理想气体，温度升高20℃, 求ΔH－ΔU 的值。 解：根据焓的定义
第七章 电化学 7－1．用铂电极电解CuCl 2溶液。通过的电流为20 A ，经过15 min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu ？ (2) 在阳阴极上能析出多少体积的27℃, 100 kPa 下的Cl 2(g )? 解：(1) m Cu ＝ 201560635462.F ???＝5.527 g n Cu ＝201560 2F ??＝0.09328 mol (2) 2Cl n ＝2015602F ??＝0.09328 mol 2Cl V ＝00932830015 100 .R .??＝2.328 dm 3 7－2．用Pb (s )电极电解Pb (NO 3) 2溶液，已知溶液浓度为1g 水中含有Pb (NO 3) 21.66×10－2g 。通电一段时间，测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区溶液质量为62.50g ，其中含有Pb (NO 3) 21.151g ，计算Pb 2+的迁移数。 解： M [Pb (NO 3) 2]＝331.2098 考虑Pb 2+：n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝262501151166103312098(..)..--??－11513312098..＋01658 21078682 ..? ＝3.0748×10－3－3.4751×10－3＋7.6853×10－4 ＝3.6823×10－4 mol t ＋(Pb 2+ )＝4 4 36823107685310..--??＝0.4791 考虑3NO -： n 迁＝n 后－n 前 ＝1151 3312098 ..－262501151166103312098(..)..--??＝4.0030×10－3 mol t －(3 NO -)＝4 4 40030107658310..--??＝0.5209 7－3．用银电极电解AgNO 3溶液。通电一段时间后，阴极上有0.078 g 的Ag 析出，阳极区溶液溶液质量为23.376g ，其中含AgNO 3 0.236 g 。已知通电前溶液浓度为1kg 水中溶有7.39g 的AgNO 3。求Ag +和3NO -的迁移数。 解： 考虑Ag +： n 迁＝n 前－n 后＋n e ＝3233760236739101698731(..)..--??－023********..＋00781078682 .. ＝1.007×10－ 3－1.3893×10－ 3＋7.231×10－ 4