2012物理化学期中考试题答案(本科)

1．在300K 、400kPa 下，摩尔分数y B =0.40的5molA 、B 理想气体混合物。其中A 气体的分压力

p A 。

θθ{C (石墨)}=∆f H m 2. 在一定温度下，C(石墨) 的标准摩尔燃烧焓∆c H m 2 (g) )。

3． 在任意T 、p 下，理想气体的压缩因子Z= 1 ，实际气体若比理想气体难压缩，则Z > 1 4．理想气体自由膨胀Q = 0 ,W = 0 ,△U= 0 ,△H= 0 。

5．理想气体的定义 在任何压力和温度下均符合理想气体状态方程的气体，微观上足 分子间无相互作用力， 分子本身不占体积两个特征。

6．热力学平衡态满足哪些条件: 热平衡 ， 力平衡 ， 相平衡 ， 化学平衡 。 7．Q p =△H 的适用条件是

8. 一般有单原子分子理想气体的C v. m 为 3R/2_______,C p. m 为_____5R/2_______。.

9．用熵判据判断过程性质的适用条件是隔离系统，用△G ≤0判据的适用条件恒温恒压非体积功为零。 10．气体液化必须满足的条件是 液化温度在液体临界温度以下 。

θ

−→2B 、−→C 的标准摩尔反应焓分别为∆r H m 11．在温度为T 的标准状态下，反应(1) A −反应(2) 2A −(1) 、

θθθθ

−→4B 的标准摩尔反应焓为∆r H m ∆r H m (2) 。则反应(3) C−(3) = __2∆r H m (1) －∆r H m (2) __。

12. 甲烷气体在标准状况下(0℃,101.325kPa) 的密度是____0.716kg.m-3___。

13. 现有1mol 理想气体在202.65KPa, 恒温膨胀体积增加10倍，其△U 为__0____△S 为_19.14__J/mol__ 14．化学反应的标准摩尔反应焓数值在____△r C p. m =0__________条件下不随温度改变而变化。 15．1mol 理想气体在恒定压力下温度升高1度，系统对环境所做的功__ _8.314 J__。 16. 摩尔气体常数R 是由真是气体的_pV m ___对__p ___作图外推p →0处而求得。

17克劳修斯-

18．卡诺热机在T 1=600K的高温热源和T 2=300K的低温热源之间工作，热机效率为η=__50%____ 19．化学势的定义式为__(∂G /∂n B ) T , P , nC __, 其他表达式为__(∂U /∂n B ) S , V , nC ___, __(∂H /∂n B ) S , p , nC ___ , __(∂A /∂n B ) T , V , nC ____ 。

20. 理想液态混合物的定义为任一组分在全部组成范围内都符合拉乌尔定律的液体混合

物, 理想液态混合的混合性质混合过程无吸放热变化，无能量变化和体积变化。

1．写出封闭系统热力学四个基本方程式。 答： dU =T d S -p d V dH =T d S +V d p dA =-S d T -p d V dG =-S d T +V d p

2．3mol 单原子分子理想气体在等压条件下由300K 加热到600K ，试求该过程的W 、Q 、△U 、△H 、∆S 。 解： △U = n Cv.m (T 2-T 1)=3×3/2×8.314×(600-300)=11.2 KJ

△H = n Cp.m (T 2-T 1)=3×5/2×8.314×(600-300)=18.7 KJ

Q =△H =18.7 KJ

W =△U-Q =11.2-18.7=-7.5 KJ

∆S =n Cp.m ln T2/ T1=3×5/2×8.314×ln600/300=43.2 J/K

3．体积功的计算公式？理气恒温可逆体积功？绝热可逆体积功的计算？ 答： 一般： W =-∫V1 V2 p amb dV 恒外压：W =- p amb （V 2-V 1） 恒压：W = p1V 1-p 2V 2

理气恒温可逆体积功：W =nRT ln V1/ V2= nRT ln p2/ p1

绝热可逆：W = p1 V1γ/γ-1（1/V 2γ-1-1/V 1γ-1）或 W =△U = n Cv.m (T 2-T 1)

4．热力学第二定律的数学表达式？描述熵增加原理。 答：

d S ≥δQ /T 不可逆

可逆

熵增加原理：隔离系统（绝热过程），熵不可能减小

四、计算题（40分，每小题10分）

1．1mol,263.15K 的过冷水于恒定的101.325kPa 下凝固为263.15K 下的冰，求系统的熵变∆G 。已知水的凝固焓△s l H m (273.15K，101.325kPa)=-6020J.mol-1，冰的C p,m (冰)=37.6 J.mol -1K -1, 水的C p,m (水)=75.3 J.mol -1K -1。 解：

△s l H m (263.15K，101.325kPa)= △s l H m (273.15K，101.325kPa)+ △H 1 + △H 2

= △s l H m (273.15K，101.325kPa)+ ∫273.15 263.15[Cp,m (冰)- Cp,m (水)]dT =-6020J.mol-1+377 J.mol-1=-5643 J.mol-1 △s l S (263.15K，101.325kPa)=△s l S (273.15K，101.325kPa)+△S 1+△S 2

= △s l S (273.15K，101.325kPa)+ n Cp,m (水) ln T1/ T2+ n Cp,m (冰) ln T2/ T1

= n△s l H m (273.15K，101.325kPa) / T1+ n C p,m (水) ln T1/ T2+ n C p,m (冰) ln T2/ T1

=-6020/273.15+1×75.3×ln273.15/263.15+1×37.6×ln263.15/273.15 =-20.633 J/K

△G =△H -T d S =-5643-263.15×（-20.633）=-213.43 J

ΘΘΘ

2．计算25℃时，反应2CO(g)+4H2(g)=H2O(l)+C2H 5OH(l)的∆r H m 、∆r S m 、∆r G m

ΘΘΘ

(CO)=-110.52kJ/mol 、∆f H m (H2O.l)=-285.83kJ/mol、∆f H m (C2H 5OH.l)=-277.7kJ/mol ∆f H m

ΘΘΘ(CO)=197.67J/(mol·K) 、S m (H2)=130.68J/(mol·K) 、S m (H2O.l)=69.91J/(mol·K) S m

Θ

( C2H 5OH.l)=161J/(mol·K) S m

ΘΘΘΘ解：∆r H m =∆f H m (H2O.l)+ ∆f H m (C2H 5OH.l)-2∆f H m (CO)= -285.83-277.7-2×（-110.52）=-342.49

kJ/mol

ΘΘΘΘΘ

=S m (H2O.l)+ S m ( C2H 5OH.l)-2S m (CO)-4S m (H2)= 69.91++161-2×197.67-4×130.68= -687.15 ∆r S m

J/(mol·K)

ΘΘΘ=∆r H m -T ∆r S m =-342.49+298.15×（-0.68715）= -137.616 kJ/mol ∆r G m

3．现有蔗糖（C 12H 22O 11）溶于水形成某一浓度的稀溶液，其凝固点为-0.200℃，计算此溶液在25℃时的

蒸气压。已知水的K f =1.86K·mol ·kg ，纯水在25℃时的蒸气压为解：

b B =

∆T f K f

=

0. 200

mol ⋅kg -1=0. 10753mol ⋅kg -1

1. 86

-1

*p H =3. 617kPa 2O

。

;

x 糖=

0. 10753

=1. 9334⨯10-3

0. 10753+1000/18. 015

*-3

∴ p H 2O =p H x =3. 167(1-1. 9334⨯10) kPa =3. 161kPa O (l ) H O 22

4．氯苯(A)和溴苯(B)的混合物近乎于理想溶液。在140℃时，两纯物质的饱和蒸气压分别为6.80×104Pa 和1.19×105Pa 。计算溶液在140℃、1.013×105Pa 下气相和液相的组成。 解：∵氯苯(A)和溴苯(B)的混合物近乎于理想溶液

∴p A = pA *x A p B = pB *x B = pB *（1- xA ）

p 总= pA + pB =6.80×104 xA +1.19×105（1- xA ） 解得x A =0.347 xB =0.653

p A =6.80×104×0.347=2.36×104Pa

根据分压定律 yA = pA / p总=2.36×104/1.013×105=0.233

Y B =1-0.233=0.767