2009-2010年第一学期材料物理化学期末考试试卷A 答案

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第一页 天津理工大学考试试卷 2009~2010 学年度第 一 学期 《材料物理化学》 期末考试试卷

课程代码: 0303010 试卷编号: 1-A 命题日期: 2009 年 12 月 20 日 答题时限: 120 分钟 考试形式:闭卷笔试

得分统计表: 大题号 总分 一 二 三 四 五 六

一、判断题(共10分,每小题1分,你认为正确的在括号中填“√”,错的填“X”) 得分 1.偏摩尔量就是化学势。( X ) 2.隔离系统的热力学能是守恒的。( √ ) 3.绝热过程Q=0,由于Q=ΔH,所以ΔH=0。( X ) 4.朗缪尔吸附等温式只适用于单分子层吸附。( √ ) 5.单组分系统的相数最多为3。(√ ) 6.恒温下,稀电解质溶液的浓度增大时,摩尔电导率增大。(X ) 7.理想气体绝热过程功的计算式为W=nCv,m(T2-T1),此式无论绝热过程是否可逆均适用。( √ ) 8.反应 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),恒温下若增大体系的总压,反应正向进行。(X ) 9.若一个过程是可逆过程,则该过程的每一步都是可逆过程。( √ ) 10.稀溶液的沸点一定高于纯溶剂的沸点。( X ) 二、填空题(共20分,每小题2分) 得分 第二页

1. 在U、H、S、G四个热力学量中,系统发生恒温恒压可逆相变,不变的量是 G ,而绝热可逆过程中不变的量是 S 。 2. 已知250C下,反应C(石墨)+2H2(g)+0.5O2(g)→CH3OH(l)中的C(石墨)、H2

(g)和CH3OH(l)的标准摩尔燃烧焓ΔCHmΘ分别为-393.51kJ•mol-1,-285.85kJ•mol-1和

-726.51kJ•mol-1,则CH3OH(l)的标准摩尔生成焓ΔfHmΘ为 -238.7 kJ•mol-1。 3. 某反应在20oC时的速率常数为0.01s-1,该反应的级数为 一级 ,20oC时反应的半衰期为 69.31S 。 4. 400K时气相反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的mrG=-3.0kJ·mol-1 ,则反应NH3(g)21N2(g)+23H2(g) 在400K时的KΘ为 0.637 。(R为8.315 J·mol-1·K-1) 5.已知 EΘCu2+/Cu = 0.337V, EΘCu+/Cu = 0.521V, 由此可求出EΘCu2+/Cu+ = 0.153 V。 6.在一抽空的容器中放有过量的NH4HS(s)发生分解反应,NH4HS(s)与其分解产物NH3

(g)和H2S(g)成平衡,此平衡系统的相数P、组分数C、自由度数F分别为: 2,1,1 。

7.在一定的T、p下,若物质A在相和相中的化学势满足)A()A(,则A在两相中的迁移方向是 α→β ;若A在两相中达到平衡,则)A( = )A((选填“>”,“<”,“=”)。 8. n mol 某理想气体在恒容下由T1加热到T2,其熵变为ΔS1,相同量的该气体在恒压下由T1

加热到T2,其熵变为ΔS2,则ΔS1与ΔS2的大小关系为 ΔS1

9. 在300K时,48.98dm3的理想气体从100kPa变到500kPa,△G为 7.88 kJ。 10. 理想气体反抗恒外压绝热膨胀时, U < 0 ,T < 0(选填“>”,“<”,“=”)

三、选择题(共24分,每小题2分) 得分 1. 对理想气体,下列关系式不正确的是( A )。 A.0pUT B. 0THV C.0THp D. 0TUV

2. 高分散度固体表面吸附气体后,可使固体表面的吉布斯函数( A )。 A.减小 B.增大 C. 不改变 D. 无法确定 3.电解质溶液的摩尔电导率可以看成是正负离子的摩尔电导率之和,这一规律适用于( B )。 第三页

A.强电解质溶液 B. 无限稀释电解质溶液 C. 弱电解质溶液 D. 物质的量浓度为1的溶液 4. 化学反应的级数是个宏观的概念,是实验的结果,其值( D )。 A. 只能是正整数 B. 只能是整数 C. 只能是正数 D. 以上都不对 5. 0.1mol·kg-1的LaCl3溶液的离子强度I为( B )。 A. 1.2 mol·kg-1 B. 0.6mol·kg-1 C. 0.3mol·kg-1 D. 0.2mol·kg-1 6.对反应式(1) A + B = 2C 和 (2) (1/2)A + (1/2)B = C, 在相同条件下存在关系( B )。A.(1)2(2),(1)(2)rmrmGGKK,B.2(1)2(2),(1)(2)rmrmGGKK C.2(1)(2),(1)(2)rmrmGGKK,D.(1)(2),(1)(2)rmrmGGKK 7.不论是电解池还是原电池,极化的结果都将使( C )。 A.阴、阳极电势同时增加 B. 阴、阳极电势同时减小 C.阳极电势变大,阴极电势变小 D. 阳极电势变小,阴极电势变大 8. 在298.15K和100kPa下水汽化为同温同压的水蒸气,则系统与环境的熵变( C ) A. ΔS(系)< 0,ΔS(环)<0 B. ΔS(系)< 0,ΔS(环)>0 C. ΔS(系)>0,ΔS(环)<0 D. ΔS(系)>0,ΔS(环)>0 9.理想气体绝热向真空自由膨胀过程中( D ) A.W = 0,Q > 0,ΔU > 0,ΔH = 0 B. W = 0,Q=0, ΔU = 0,ΔH > 0 C.W< 0,Q > 0,ΔU = 0,ΔH = 0 D. W=0,Q = 0, ΔU = 0,ΔH = 0 10.在某一温度T下,由纯液态的A与B形成理想液态混合物。已知**ABpp,当气-液两相达到平衡时,气相组成By总是( B )液相组成Bx。 A. 小于 B. 大于 C.等于 D. 不能确定 11. 在溶剂中加入非挥发性溶质后沸点升高,表明与未加溶质时相比,该溶剂的化学势( B )。 A. 增加 B. 减小 C.不变 D. 不能确定 12. 某理想气体从同一始态出发,分别经过恒温可逆压缩和绝热可逆压缩至同一体积,若环境所作的功的绝对值分别为WT和WA,问WT和WA的大小关系如何?( B ) A.WT>WA B. WT第四页

四、简答题(共10分,每小题5分) 得分 1. 写出应用S、A、G三个状态函数作为过程方向的判据及其应用条件? 答:

(1)绝热条件下,ΔS≥0 不可逆= 可逆 (1分)

或isosysambSSS0  不可逆= 可逆

(2)ΔG≤0 自发= 平衡 (恒温,恒压,非体积功为0) (2分) (3)ΔA≤0 自发= 平衡 (恒温,恒容,非体积功为0) (2分) 说明:用微分式表示也正确。 2. 在恒温、恒压、非体积功为零的条件下,某反应的△rGm<0,则反应物全部变成产物,反应将进行到底,这种说法对吗?简述其理由。(5分) 答:这种说法不正确。(2分) △rGm<0只是在给定反应进度那一时刻的判定条件。当反应进行后,△rGm会发生改变,

当△rGm=0时,反应达到平衡,一般情况下反应物不能全部都变成产物。(3分)

五、计算题(共36分) 得分

1.甲醇在337.65K的饱和蒸气压p*=101.325kPa,在此温度压力下,甲醇的摩尔蒸发焓△vapHm=35.32kJmol-1。求在337.65K、101.325kPa下,2mol气态甲醇全部凝结成液态甲醇时的Q、W、△U、△H、△S、△A和△G。(12分)

解:甲醇在337.65K的饱和蒸气压p*=101.325kPa,在此温度压力下,气态甲醇凝结成液态甲醇为可逆相变。

n=2mol ,摩尔凝结焓为△Hm =-△vapHm=-35.32kJmol-1。 第五页

△H=n*△Hm=-2*35.32kJ=-70.64kJ (2分) 可逆相变热为恒压热,即Q=△H=-2*35.32kJ=-70.64 kJ (1分) W = -P*(Vl-Vg)≈-P*(-Vg)=P*(nRT/p)=nRT=2*8.315*337.65J = 5.618kJ (2分) △U = Q + W = (-70.64+5.618) kJ = -65.02 kJ (2分) 可逆相变△S = △H/T = {-70.64/337.65} kJ·K-1 = -0.2091 kJ·K-1 (2分) △A = △U- T*△S = △U - △H = -65.02 kJ-(-70.64kJ) = 5.62KJ (2分) 可逆相变,由吉布斯判据△G = 0 (1分)

2.已知下列电池Pt|H2(100kPa)|HBr(α±=1)|AgBr(s)| Ag(s)在25oC时的电动势E=0.0713V,电动势的温度系数pET=-5.0×10-4V·K-1。 (12分) 求(1)写出电极反应和电池反应。(2分) (2)计算该电池反应在25oC 时的rmH、rmS、rmG (6分) (3)若上述电池的HBr溶液的浓度B=2.0mol·kg-1,在25oC测得电池的电动势E=0.0815V,求溶液中HBr的活度HBr。(4分)

解:(1)电极反应:阳极: 1/2H2 (g,100kPa) = H+ + e - 阴极: AgBr + e- = Ag (s)+Br- (1分) 电池反应: 1/2 H2 (g,100kPa)+ AgBr = Ag (s)+HBr(α±=1) (1分) (2)转移电荷数 z = 1 △rGm = -zFE = -1×96500C·mol-1×10.0713V = -6880J·mol-1 (2分) △rSm = zF(эE/эT)p = 1×96500C·mol-1 ×(-5.0×10-4V·K-1 ) = -48.25J·K-1·mol-1 (2分) △rHm =△rGm + T△rSm = -6880J·mol-1 + 298.15K×(-48.25J·K-1 ·mol-1 ) = -21266J·mol-1 (2分)

(3)当α(HBr)=1时,E=EФ 根据能斯特方程