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华南理工大学 物理化学考研试题及参考答案

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华南理工大学2001年攻读硕士学位研究生入学考试试卷(请在答题纸上做答，试后本卷与答题纸一同交回)科目名称：物理化学(含物理化学实验)适用专业：化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程1. C6H6在100kPa时的熔点为5℃，摩尔熔化焓为9916J·mol-1，C p,m(l)=126.8J·K-1·mol-1，C p,m(s)=122.6J·K-1·mol-1。

求100kPa、–5℃下1 mol过冷C6H6凝固成固态C6H6的Q、△U、△H、△S、△A、△G，假设凝固过程的体积功可以忽略不计。

(12分)解：涉及过程如下：∆H= ∆H1+ ∆H2+ ∆H3= C p,m(l)(T’－T) +∆H2＋C p,m(s)(T－T’)＝9916 J·mol-1+(122.6－126.8)×(268－278) J·mol-1= 9958 J·mol-1恒压Q= ∆H= 9958 J·mol-1∆U= ∆H－ ∆pV ≈∆H=9958 J·mol-1∆S= ∆S1+ ∆S2+ ∆S3= C p,m(l)ln(T’/T) +∆H2/T’+C p,m(s)ln(T/T’)= ∆H2/T’+[C p,m(s)－C p,m(s)]ln(T/T’)＝9916 J·mol-1/278K+(122.6－126.8)ln(268/278) J·K-1·mol-1= 35.8 J·K-1·mol-1∆G≈∆A= ∆H－ T∆S = 9958 J·mol-1－268K×35.8 J·K-1·mol-1 = 363.6 J·mol-12. 卫生部规定汞蒸气在1m3空气中的最高允许含量为0.01mg。

已知汞在20℃的饱和蒸气压为0.160Pa，摩尔蒸气发焓为60.7kJ·mol-1(设为常数)。

若在30℃时汞蒸气在空气中达到饱和，问此时空气中汞的含量是最高允许含量的多少倍？汞蒸气看作理想气体，汞的摩尔质量为200.6g·mol-1。

(10分)解：本题主要利用克－克方程进行计算。

30℃时汞蒸气压为p’= p exp[∆vap H (T ’-T )/RTT ’]= 0.160Pa×exp[60700×(303.15－293.15)/(8.315×293.15×303.15)]=0.3638Pa此时空气中汞含量是最高允许含量的倍数为(pV/RT)M/0.01×10－3g =[0.3638×1/(8.315×303.15)]×200.6/10－5=28953.钙和镁能形成一种稳定化合物。

该系统的热分析数据如下质量百分数w Ca/%010194655657990100冷却曲线出现折点时T /K －883-973-923-998-冷却曲线的水平线T /K9247877877879947397397391116(1)画出相图(草图)并分析各相区的相态和自由度。

(2)写出化合物的分子式，已知相对原子量：Ca ，40；Mg ，24。

(3)将含钙35％的混合物1kg 熔化后，放置冷却到787K 前最多能获稳定化合物多少？(12分)解：(1) 相图如下。

单相区 F =2，两相区 F =1，三相线 F =0。

ᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓᰓ汔ᰓᰓ汔ᰓ ᰓ(2) 化合物C 含Ca 55%，可知其分子式为Ca ：Mg= (55/40):(45/24) = 11/15 即为 Ca 11Mg 15。

(3) 根据杠杠规则，设能得到化合物为W ，则(1kg －W )×(35－19)= W ×(55－35)得W = 0.444kg4. 在25℃时，下列电池Zn(s) | ZnCl 2(b=0.005mol ·kg -1) | Hg 2Cl 2(s) | Hg(1) 的电动势E ＝1.227V 。

(1)写出电极反应和电池反应。

(2) 求25％时该ZnCl 2水溶液的离子强度I ，离子平均活度系数γ± 和活度a 。

已知德 拜－许克尔极限公式中常数A ＝0.509kg 1/2·mol -1/2。

(3) 计算电池的标准电动势E θ。

(4)求电池反应的∆r G θ。

(13分)解：此题与霍瑞贞主编的《物理化学学习与解题指导》258页15题基本相同，但书上计算活度部分是错误的！(1) 正极反应：Hg 2Cl 2(s)＋2e － ＝ 2Hg(1)＋2Cl －负极反应：Zn(s) ＝ Zn 2＋＋2e －电池反应：Hg 2Cl 2(s)＋Zn(s) ＝ 2Hg(1)＋ZnCl 2(2) b +=b ，b －=2b ，I =(1/2)∑b B z B 2=0.5×[b ×4＋2b ×1]=3b =3×0.005mol ·kg －1＝0.015mol ·kg －1 lg γ±=－A z +|z -|I 1/2 = －0.509×2×0.0151/2= －0.1247 γ±=0.750a =a ±3=b ±3γ±3 /b θ3 =b +b -2γ±3/b θ3 = (0.005) (2×0.005) 2×0.7503 ＝2.11×10－7 (3)根据Nernst 方程E θ=E +(0.05916V/2) lg a (ZnCl 2)=1.227V+0.02958V ×lg(2.11×10－7)=1.030V (4)∆r G θ=－zFE θ= －2×96500×1.021J= -197.1kJ5. HI 的摩尔质量M ＝127.9×10-3kg ·mol -1，振动特征温度Θv ＝3200K ，转动特征温度 Θr ＝9.0K ：已知k ＝1.381×10－23J ·K -1，h ＝6.626×10-34J ·s ，L ＝6.022×1023mol -1。

(1)计算温度298.15K ，100kPa 时HI 的平动、转动、振动配分函数q t 、q r 、q v 0。

(2)根据转动各能级的分布数，解释能级越高粒子分布数越小不一定正确。

(10分)解：(1) V =nRT /p =(1×8.315×298.15/100000)m 3 =0.02479m 3hmkT q t 32/3)2()HI (π=33343/2123233m02479.0s)J 10626.6(K)15.298K J 10381.1)10022.6/kg 109.127(142.32[⨯⋅⨯⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=----=3.471×1031q r =T /Θr σ= 298.15K/(9.0K ×1)=33.13=1.000 (2) 根据玻尔玆曼分)K 15.298/K 3200exp(11)/exp(11)HI (0--=Θ--=T q v υ布，转动能级分布n J /N =g J exp(-J (J +1) Θr /T )/q r = (2J +1) exp(-J (J +1) Θr /T )/q r ＝g J f J由g J = (2J +1)和f J 决定，随着J 增大，g J 增大，f J 减少，因此有可能出现一个极大值，即能级越高粒子分布数越小不一定正确。

6. 在273K 时用钨粉末吸附正丁烷分子，压力为11kPa 和23kPa 时，对应的吸附体积(标准体积)分别为1.12dm 3·kg -1和1.46dm 3·kg -1，假设吸附服从Langmuir 等温方程。

(1)计算吸附系数b 和饱和吸附体积V ∞。

(2) 若知钨粉末的比表面积为1.55×104m 2·kg -1，计算在分子层覆盖下吸附的正丁烷 分子的截面积。

已知L ＝6.022×1023mol -1。

(10分)解：(1) Langmuir 等温方程 V/ V ∞= bp /(1+bp )，两种不同压力下的数据相比数得V/ V’ = (1+1/bp’)/(1+1/bp )1.46/1.12=(1+1/11kPa/b )/ (1+1/23kPa/b )可得 b =0.156 kPa -1所以V ∞= V (1+bp ) / bp ＝1.12dm 3·kg -1×(1+0.156×11)/(0.156×11) =1.77 dm 3·kg -1(2)比表面 A 0= V ∞LA /(0.0224m 3·mol －1) ，可得截面积为A ＝(0.0224m 3·mol －1)A 0/ V ∞L＝ (0.0224m 3·mol －1)×1.55×104 m 2·kg -1/(1.77×10－3m 3·kg -1×6.022×1023mol -1) ＝3.257×10－19m 27. 有下列反应A(g)B(g) + C(g)式中k1和k2分别是正向和逆向基元反应的速率常数，它们在不同温度时的数值如下：温度/K300310k1/s-1 3.50×10-37.00×10-3k2/(s·pθ)-17.00×10-7 1.40×10-6(1)计算上述可逆反应在300K时的平衡常数K p和Kθ。

(2)分别计算正向反应与逆向反应的活化能E1和E2。

(3)计算可逆反应的反应焓∆H。

(4)在300K时，若反应容器中开始时只有A，其初始压力p0为pθ，问系统总压p’,达到1.5pθ时所需时间为多少？(可适当近似)(13分)。

解：(1) K p=k1/k2=3.50×10－3s－1/7.00×10－7(s·pθ)-1＝2000 pθKθ＝K p /pθ =2000(2) E1=RTT’ln(k1’/k1)/( T’－T’)= [8.315×300×310×ln(7.00/3.50)/(310－300)]J·mol－1＝53.6k J·mol－1E2=RTT’ln(k2’/k2)/( T’－T’)= [8.315×300×310×ln(1.40×10－6/7.00×10－7)/(310－300)]J·mol－1＝53.6k J·mol－1(3) ∆H= E1－E2＝0(4) A(g) = B(g) + C(g)t=0 pθ p= pθt=t’ p A pθ -p A pθ -p A p=2pθ -p A即p A＝2pθ－p速率方程-d p A /d t = k1 p A－k2(pθ -p A)2≈k1 p A( ∵pθk2<<k1)积分得t=ln(p A0/p A)/k1=ln[pθ /(2pθ－p)]/t =ln[pθ /(2pθ－1.5pθ)]/3.50×10-3s-1=198s8．在浓度为10 mol·m-3的20cm3 AgNO3溶液中，缓慢滴加浓度为15 mol·m-3的KBr溶液10cm3 ，以制备AgBr溶胶。

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华南理工物理化学(二)2001(含答案)

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求100kPa、–5℃下1 mol过冷C6H6凝固成固态C6H6的Q、△U、△H、△S、△A、△G，假设凝固过程的体积功可以忽略不计。

(12分)解：涉及过程如下：∆H= ∆H1+ ∆H2+ ∆H3= C p,m(l)(T'－T) +∆H2＋C p,m(s)(T－T')＝9916 J·mol-1+(122.6－126.8)×(268－278) J·mol-1= 9958 J·mol-1恒压Q= ∆H= 9958 J·mol-1∆U= ∆H－ ∆pV ≈∆H=9958 J·mol-1∆S= ∆S1+ ∆S2+ ∆S3=C p,m(l)ln(T'/T) +∆H2/T'+C p,m(s)ln(T/T')= ∆H2/T'+[C p,m(s)－C p,m(s)]ln(T/T')＝9916 J·mol-1/278K+(122.6－126.8)ln(268/278) J·K-1·mol-1= 35.8 J·K-1·mol-1∆G≈∆A= ∆H－ T∆S = 9958 J·mol-1－268K×35.8 J·K-1·mol-1 = 363.6 J·mol-12. 卫生部规定汞蒸气在1m3空气中的最高允许含量为0.01mg。

2019华南理工大学无机化学考研629物理化学(一)与866无机化学考试真题试卷与真题答案

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2007年华南理工大学物理化学考研试题及参考答案

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试计算：(1) 甲烷的vapH m ，vapG m ，vapS m 及该过程的 Q，W；
(2) 环境的S 环和总熵变S。(10 分) 解：(1)利用克-克方程
vapH m =RT2dlnp/dT=2.303RT2dlgp/dT=2.303RT2×(445/T2)K
=2.303×8.315×445J.mol -1 =8522 J.mol -1
(3) H=Qp =0，U=HpV H=0 S =S1+S2 =ncp,m(l)ln( T2/T1+x凝固 Hm/T2 =(18.02×4.184×ln(273.15/268.15) 0.06274×6009/273.15) J.K-1 =0.01269 J.K-1 (4) 过程绝热且S>0，为自发，不是可逆。
注意：本题先算 Q 比算 W 要方便。
3．在 100~120K 的温度范围内，甲烷的蒸气压与绝对温度 T 如下式所示： lg( p/Pa) = 8.974 - 445/(T/K) 甲烷的正常沸点为 112 K。在 105 Pa 下，下列状态变化是等温可逆地进行的。 CH4(l) ＝ CH4(g) (p，112 K)
(2) 绝热可逆膨胀后，等压加热到终态。(15 分)
恒压 解：(1) 状态变化：(T1=298.2K，p1=506.5kPa, V1) (T2=?，p2= p1, V2) 恒容 (T3=298.2K，p3=101.3kPa, V3=V2)
其中：V3=V2=nRT3/p3=(1×8.315×298.2/101300) m3=0.02448m3 理想气体始终态温度相同，U=H=0 S =nRln( p1/p3)= {1×8.315×ln(506.5/101.3)} J.K-1=13.38 J.K-1 G=H-TS=(0-298.2×13.38)J =-3990J
2013年华南理工物化二考研试题及参考答案(工科)-完整

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(5 分)
/ RT 代入得 将 ln K r Gm
ln K {r H m (298K) r C p ,m (T 298K) T [r Sm (298K) r C p ,m ln(T / 298K)]} / RT
将数值代入有：
(298K) +4.0*ln(457.4/298)]}/(8.315*457.4) ln0.36=-{61500+4.0*(457.4-298)-457.4*[ r Sm
3. 固态和液态 UF4 的蒸气压与温度的关系分别为： ln[p(s)/Pa]=41.67-(10.017× 103 K)/T ln[p( l ) /Pa]=29.43-(5.900× 103 K)/T (1) 试计算 UF4 三相点的温度和压力； (2) 求 UF4 的正常沸点； (3) 计算 UF4 三相点的摩尔熔化热及摩尔熔化熵； (4) 计算由 UF4 三相点温度增加 0.012 K 时，其压力变化多少？ 假设 1 mol 液态 UF4 的体积比固体大 0.0091dm3。 3. [解]：(1) 41.67-10.017 10 K/T=29.43-5.900 10 K/T
5. 将氯苯用水蒸气蒸馏提纯，在 100kPa 压力下进行，冷凝后的水和氯苯完全不互溶，已知该 系统的共沸点为 92℃，氯苯在共沸点下的蒸气压为 29 kPa。试解决下列问题： (1) 气相中氯苯的组成； (2) 欲蒸出 100 kg 纯氯苯，需要消耗多少水蒸气？氯苯的摩尔质量为 112.5 g·mol 1。(10 分)
(4 分) (2 分)
=RT2[dln(p(l)/Pa)]/dT=49.05 kJ· mol-1 kJ· mol-1 (6 分)
subHm fusHm fusSm