最新物理化学试题-标准答案
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所以 ∆S= ∆S 1+ ∆S 2+ ∆S 3 = 108.559J.K -1
∆G=∆H -T ∆S=40491.5 J -378K ×108.559 J.K -1 =—543.8 J <0 W=-p ex ∆V=-p ∆V=- p (V g -V l ) ≈ - pV g =-nRT=-1×8.31×378=-3.14 kJ ∆U=Q+W=40491.5 J+(-3.14×103 J)=37.35 kJ
(2) 该相变过程是在 dT=0 dp=0的条件下进行的,所以可以利用吉布斯函数判据来判断过程可逆与否:
∆G=—543.8 J <0 该相变过程可以自发进行,也即为一不可逆过程。
3. (8分) 某一级反应,在298.15 K 时的半衰期为160 min ,在348.15 K 时的为20 min ,试计算: (1) 在298.15K 时,当反应物的转化率达80.0%时,所需要的时间; (2) 反应的活化能Ea 。
解:
(1)对于一级反应:k=ln2/t 1/2 由一级反应动力学方程积分式 ln[1/(1-x A )] =kt 得: 反应时间 t=k
1ln[1/(1
x A )]= t1/2 ln[1/(1-x A )]/ln2 =160 ln[1/(10.8)]/ln2
=371.5 (min)
(2) 由 k=ln2/t1/2得: k2/ k1=( t1/2)1/(t1/2)2
再由阿伦尼乌斯方程 ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛--=121211ln T T R
E k k
a
得: ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛--=1222/112/111)()(ln T T R
E t t a
活化能:
1/2112211/221
()8.314298.15348.15160
ln ln
()348.15298.152035.89 (kJ mol )
a t RT T E T T t -⨯⨯==--=⋅
物理化学(B 卷) 学院
班级
任课教师教研室主任学生人数
交题时间:年月日
补充:
1、作图分析题(20分)
A, B两金属的步冷曲线如下图, 被测体系中x B = 0; 0.1; 0.25; 0.4; 0.5; 0.6; 0.75; 0.9 和1.0共9条;已知两金属可形成分子比为1:1的稳定化合物C, 且两者不形成固溶体。(1) 请绘出A,B两合金的相图; (2) 标明相图中各区域相的组成和自由度; (3) 绘出x B = 0.3的步冷曲线;(4) 相图中有几条三相平衡共存线,并分别指明每条有哪三相平衡共存?
1、2 mol单原子分子理想气体由始态(300 K, 10 Pθ), 经历如下一些途径膨胀到2 Pθ:
(1) 等温可逆膨胀; (2) 等温恒外压(2 Pθ)膨胀; (3) 绝热可逆膨胀;
(4) 绝热恒外压(2 Pθ)膨胀;
分别求上述途径的w, Q, ∆U, ∆H, ∆S, ∆G?
解: (1) 理想气体等温可逆过程:
∵dT=0 ∴∆U=0; ∆H=0
Q=-W=nRTln(p
1/p
2
)= 2×8.314×300×ln(10/2)= 8029 J
∆S=Q
r /T=nRln(p
1
/p
2
)= 8029/300= 26.76 J.K-1
∆G= nRTln(p
2/p
1
)=-8029 J
(4)等温恒外压(2pθ)膨胀:
因为途径(2)与途径(1)的始末态相同, 故状态函数的变值相同, 故有: ∆U=0, ∆H=0, ∆S=26.76 J.K-1, ∆G=-8029 J.
Q=-W=p
2(V
2
-V
1
)= p
2
V
2
-p
2
V
1
=p
2
V
2
-0.2p
1
V
1
=nRT(1-0.2)=0.8nRT= 3991 J
(5)绝热可逆过程:Q
r =0 ∆S=∫(δQ
r
/T) =0
单原子理气r=C p,m / C V,m = 5/3 而对于理气绝热可逆过程有
P
11-r T
1
r = P
2
1-r T
2
r代入已知条件,可得 T
2
= 157.6 K
∆U = w = C
V (T
2
- T
1
) = 2×1.5×8.314×(157.6-300)=-3551.7 J
∆H = C
p (T
2
- T
1
) = 2×2.5×8.314×(157.6-300)= -5919.5 J
(4)绝热恒外压(2pθ)膨胀: Q=0 w =∆U = C
V (T
2
- T
1
) = 2×1.5×8.314×(T
2
-300)
又w =-p
2(V
2
-V
1
)= p
2
V
1
-p
2
V
2
=0.2p
1
V
1
-p
2
V
2
= nR (0.2 T
1
-T
2
)
= 2×8.314×(60-T
2
)
所以可解出 T
2
= 204 K
∆U = w = C
V (T
2
- T
1
) = 2×1.5×8.314×(204-300)=-2394.4 J
∆H = C
p (T
2
- T
1
) = 2×2.5×8.314×(204-300)= -3990.7 J
2、1pθ下水的正常沸点为373K,摩尔蒸发焓∆
vap H
m
=40.70 kJ·mol-1;今将383K,1pθ下1mol
液态水等温等压蒸发为同温同压的水蒸汽。已知C
p,m (H
2
O,g)=33.6 J.K-1.mol-1, C
p,m
(H
2
O, l)=
75.3 J.K-1.mol-1,设水蒸气可视为理想气体。
(1) 计算该过程的Q、w、∆U、∆H、∆S和∆G;
(2) 使用哪种判据,可以判别上述过程可逆与否?并判别之。
(3) 环境的熵变。
解:(1) 水的此不可逆相变过程可设计下列可逆过程实现:
∆H= ∆H
1+ ∆H
2
+ ∆H
3
∆S= ∆S
1
+ ∆S
2
+ ∆S
3
而∆H
1
=⎰373
383d)l(T
C
p = n C
p,m
(H
2
O, l) ∆T = 1×75.3×(373-383)= -753 J
∆H2 = 40.70 kJ
∆H3 = ⎰383
373d)g(T
C
p = n C
p,m
(H
2
O, g) ∆T =1×33.6×(383-373)= 336 J