華南理工大學2013年852物理化學2（含答案）考研真題

852

華南理工大學

2013年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷

（試卷上做答無效，請在答題紙上做答，試后本卷必須與答題紙一同交回）

科目名稱：物理化學(二)

適用專業(yè)：材料物理與化學，生物醫(yī)學工程(專碩)，化學工程，化學工藝，生物化工，

應用化學，工業(yè)催化，能源環(huán)境材料及技術(shù)，生物醫(yī)學工程，化學工程(專碩)

共3頁

1.1mol單原子理想氣體，始態(tài)為202650Pa，11.2dm3，經(jīng)pT=常數(shù)的可逆過程壓縮

到終態(tài)為405300Pa。求過程的Q，W，ΔU，ΔH。

-1-1

已知該氣體的Cp，m=29.37J?K?mol。（12分）

2.絕熱等壓條件下，將溫度為273K的一小塊冰投入263K，100g的過冷水中，最

終形成273K的冰水系統(tǒng)。解決下列問題：

（1）求在此過程中的Q，ΔH，ΔS。

（2）上述過程是否為可逆過程？通過計算說明。

（3）若不加入一小塊冰，此過程能否發(fā)生？為什么？冰起何作用？

-1-1-1

已知水相關(guān)數(shù)據(jù)：ΔfusHm(273K)=6.0kJ?mol，Cp,m(273K,l)=73.5J?K?mol，

-1-1

Cp,m(273K,s)=37.2J?K?mol（15分）

3.固態(tài)和液態(tài)UF4的蒸汽壓與溫度的關(guān)系分別為：

ln[p(s)/Pa]=41.67?(10.017×103K)/T

ln[p(l)/Pa]=29.43?(5.900×103K)/T

（1）試計算UF4三相點的溫度和壓力。

（2）求UF4的正常沸點。

（3）計算UF4三相點的摩爾熔化熱及摩爾熔化熵。

（4）計算由UF4三相點溫度增加0.012K時，其壓力變化多少？假設(shè)1mol液

3

態(tài)UF4的體積比固體大0.0091dm。（15分）

4.15℃時，0.5mol氫氧化鈉在4.6mol水中形成溶液的蒸汽壓為937Pa，純水的蒸

汽壓為1700Pa。試解決下列問題：

（1）該溶液中水的活度（以純水為標準態(tài)）。

（2）該溶液中水的化學勢與純水的化學勢的差值。

-1

（3）估算該溶液的凝固點溫度。已知水的Kf=1.86K?kg?mol（15分）

第1頁

5.將氯苯用水蒸氣蒸餾提純，在100kPa壓力下進行，冷凝后的水和氯苯完全不互

溶，已知該體系的共沸點為92℃，氯苯在共沸點下的蒸汽壓為29kPa。試解決下

列問題：

（1）氣相中氯苯的組成。

（2）欲蒸出100kg純氯苯，需要消耗多少水蒸氣？

已知氯苯的摩爾質(zhì)量為112.5g?mol-1。（10分）

6.Au和Bi可形成一個不穩(wěn)定的金屬化合物Au2Bi，該化合物在650℃時分解，此時

液相含Bi的摩爾分數(shù)為0.65。將含Bi摩爾分數(shù)為0.86的溶液冷卻到510℃時，

同時析出Au2Bi和Bi混晶。已知Au和Bi的熔點分別為1336.15℃和544.52℃。

（1）繪出Au-Bi系統(tǒng)的熔點-組成圖。

（2）在圖中標明各區(qū)域的相態(tài)和三相線的相態(tài)。

（3）分析各相區(qū)和三相線的自由度。

（4）畫出含Bi摩爾分數(shù)為0.5時的Au-Bi混合物的冷卻曲線及對應的相態(tài)。

（5）對含Bi摩爾分數(shù)為0.1時的Au-Bi混合物，加熱到1400℃熔融后冷卻，

待冷卻到660℃時分離出固體直接放入冷水中或?qū)⑾到y(tǒng)繼續(xù)冷卻得到固

體，這兩種固體是否不同？（15分）

?

7.反應(CH3)2CHOH(g)=(CH3)2CO(g)+H2(g)在457.4K時的K=0.36，在298K時

?-1-1-1

的ΔrHm=61.5kJ?mol。已知反應的熱熔變?yōu)棣Cp,m=4.0J?K?mol且與溫度無

關(guān)。

（1）試導出lnK?與T的關(guān)系式。

（2）求500K時反應的K?（15分）

8.對N2O5的恒溫分解反應N2O5(g)→2NO2(g)+(1/2)O2(g)，實驗表明反應物的分解

分數(shù)與初壓無關(guān)。

（1）試求反應的級數(shù)。

（2）433K時在恒容容器中最初引入純的N2O5，3秒鐘后容器壓力增大一倍，

試求此時N2O5的分解分數(shù)和速率常數(shù)。

（3）若在同樣容器中改變溫度在T2下進行，3秒鐘后容器的壓力增大到最初的

-1

1.6倍，已知活化能是103kJ?mol，試求溫度T2及反應的半衰期。

（15分）

9.對于反應H2+Br2→2HBr，Christianse提出的鏈反應機理如下：

鏈的開始k1

Br2→2Br?

第2頁

鏈的傳遞k2

Br?+H2→HBr+H?

k3

H?+Br2→HBr+Br?

k4

H?+HBr→H2+Br?

鏈的終止k5

2Br?→Br2

試推導出用d[HBr]/dt表示的動力學方程。（8分）

10.正丁烷在298.15K，100kPa時完全氧化反應：

C4H10(g)+(13/2)O2(g)→4CO2(g)+5H2O(l)

?-1?-1-1

ΔrHm=-2877kJ?mol，ΔrSm=-432.7J?K?mol，將此反應設(shè)計成燃料電池。

（1）計算298.15K時最大的電功。

（2）計算298.15K時最大的總功。

（3）使用熔融氧化物作電解質(zhì)，將反應設(shè)計成電池，寫出電極反應并計算電池

的標準電動勢。（15分）

11.298K及1個標準大氣壓下，將1g的水分散成半徑r=10-6m的小水滴，已知293

K時水的密度為998kg?m-3，水的表面張力為72.8×10-3N?m-1，計算：

（1）該過程中環(huán)境至少需作多少表面功？

（2）該球形表面上，水的蒸汽壓是多少？已知該溫度下水的飽和蒸汽壓為

2338Pa。（15分）

第3頁

葛華才編.華南理工大學2013年攻讀碩士學位研究生工科《物理化學》試題及簡單參考答案.日期：2014-11-07

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華南理工大學

2013年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷

(請在答題紙上做答，試卷上做答無效，試后本卷必須與答題紙一同交回)

科目名稱：物理化學(二)適用專業(yè)：材料物理與化學，生物醫(yī)學工程(專碩)，化學工程，化

學工藝，生物化工，應用化學，工業(yè)催化，能源環(huán)境材料及技術(shù)，生物醫(yī)學工程，化學工程(專碩)

本卷滿分：150分共3頁

1.1mol單原子理想氣體，始態(tài)為202650Pa,11.2dm3，經(jīng)pT=常數(shù)的可逆過程壓縮到終態(tài)為

.-1.-1

405300Pa。試求過程的Q，W，U，H，已知該氣體的Cp,m=29.37JKmol。(12分)

1.[解]：T1=273.0K；T2=136.5K；H=-4009J；U=-2874J；W=2270J；Q=-5144J

可參考自編教材第1章的例題。

2.絕熱等壓條件下，將溫度為273K的一小塊冰投入263K，100g的過冷水中，最終形成273

K的冰水系統(tǒng)。解決下列問題：

(1)求在此過程中的Q，H，S。

(2)上述過程是否為可逆過程?通過計算說明。

(3)若不加入一小塊冰，此過程能否發(fā)生？為什么？冰起何作用？

-1-1-1

已知水相關(guān)的數(shù)據(jù)：fusHm(273K)=6.0kJ·mol，Cp,m(273K，l)=75.3J·K·mol

-1-1

Cp,m(273K，s)=37.2J·K·mol(15分)

-1

2.[解]：(1)ΔH=Qp=0；ΔS=0.29J·K；(2)過程不可逆；

(3)過程不可能發(fā)生，因水處于亞穩(wěn)態(tài)。冰起晶種作用，催化相變過程。

3.固態(tài)和液態(tài)UF4的蒸氣壓與溫度的關(guān)系分別為：

ln[p(s)/Pa]=41.67-(10.017×103K)/T

ln[p(l)/Pa]=29.43-(5.900×103K)/T

1

葛華才編.華南理工大學2013年攻讀碩士學位研究生工科《物理化學》試題及簡單參考答案.日期：2014-11-07

(1)試計算UF4三相點的溫度和壓力；

(2)求UF4的正常沸點；

(3)計算UF4三相點的摩爾熔化熱及摩爾熔化熵；

(4)計算由UF4三相點溫度增加0.012K時，其壓力變化多少？

3

假設(shè)1mol液態(tài)UF4的體積比固體大0.0091dm。(15分)

3.[解]：(1)T=336.356K;p(s)=145.66kPa;

(2)Tb=329.5K;

-1-1-1

(3)ΔfusHm=34.23kJ·molΔfusSm=101.8J·K·mol;

(4)Δp=134.2kPa

4、15℃時，0.5mol氫氧化鈉在4.6mol水中形成溶液的蒸汽壓為937Pa，純水的蒸汽壓為

1700Pa。試解決下列問題：

(1)該溶液中水的活度(以純水為標準態(tài))。

(2)該溶液中水的化學勢與純水的化學勢的差值。

..-1

(3)估算該水溶液的凝固點溫度。已知水的Kf=1.86Kkgmol。(15分)

-1

4.[解]：設(shè)H2O為A。(1)aA=0.551;(2)A=-1.428kJ.mol;(3)Tf=-22.4℃

注意:電解質(zhì)溶液的濃度應使用活度或離子濃度。

5.將氯苯用水蒸氣蒸餾提純，在100kPa壓力下進行，冷凝后的水和氯苯完全不互溶，已知該

系統(tǒng)的共沸點為92℃，氯苯在共沸點下的蒸氣壓為29kPa。試解決下列問題：

(1)氣相中氯苯的組成；

(2)欲蒸出100kg純氯苯，需要消耗多少水蒸氣？氯苯的摩爾質(zhì)量為112.5g·mol－1。(10分)

5.[解]：(1)y氯苯=0.29；(2)W水=39.2kg

參考自編教材第5章的習題。

6.Au和Bi可形成一個不穩(wěn)定的金屬化合物Au2Bi，該化合物在650℃時分解，此時液相含Bi

摩爾分數(shù)為0.65。將含Bi摩爾分數(shù)為0.86的溶液冷卻到510℃時，同時析出Au2Bi和Bi混晶。已

知Au和Bi的熔點分別為1336.15℃和544.52℃。

(1)繪出Au-Bi系統(tǒng)的熔點-組成圖。

(2)在圖中標明各區(qū)域的相態(tài)和三相線的相態(tài)。

(3)分析各相區(qū)和三相線的自由度。

(4)畫出含Bi摩爾分數(shù)為0.5時的Au-Bi混合物的冷卻曲線及對應的相態(tài)。

(5)對含Bi摩爾分數(shù)為0.1時的Au-Bi混合物，加熱到1400℃熔融后冷卻，待冷卻到660℃時

分離出固體直接放入冷水中或?qū)⑾到y(tǒng)繼續(xù)冷卻得到固體，這兩種固體是否不同?(15分)

6.[解]：(1)見圖。(2)見圖。

(3)F=C+1-P=3-P，單相區(qū)，F(xiàn)=2;兩相區(qū)，F(xiàn)=1;三相線，F(xiàn)=0。

2

葛華才編.華南理工大學2013年攻讀碩士學位研究生工科《物理化學》試題及簡單參考答案.日期：2014-11-07

(4)見圖。

1400

P

1200l

l

1000

Au(s)+l

800Au(s)+l

CAu(s)+C(s)+l

oON

/

t600M

QC(s)+l

Au(s)+C(s)+lC(s)+l

l+Bi(s)C(s)+l+Bi(s)

400DF

E

C(s)+l+Bi(s)

C(s)+Bi(s)

200Au(s)+C(s)

C(s)+Bi(s)

0.00.20.40.60.81.0

AuBi(C)

Au2xBi

Bi