化工轻化材料专业AB卷标准答案.docx
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化工轻化材料专业AB卷标准答案
福建农林大学考试试卷（A）卷
2006——2007学年第一学期
课程名称：
物理化学（上）考试时间
化工、轻化、材料专业05年级班学号姓名
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总得分
得分
评卷人签字
复核人签字
得分
一、填空题（第1~4题每题1分，其它每题2分，共28分）
1．已知液态水在温度T时的标准摩尔生成焓为x，则氢气在该温度下的标准燃烧焓为___x__。
2．对于理想气体，有Cp,m-Cv,m=R。
3．反应进度的定义式：
dξ=dnB/νB。
4．组分相变化的方向总是从组分化学势高的相向组分化学势低的相变化。
（填高或低）
5．稀溶液的四个依数性分别是：
溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高、渗透压。
6．相律的公式为：
F=C-P+n或F=C-P-2。
今将NH4HS（s）放入一抽空的容器中，并与其分解产物NH3（g）和H2S（g）成平衡：
NH4HS（s）=NH3（g）+H2S（g）
则系统的独立组分数C=1、相数P=2、自由度数F=1。
7．影响平衡组成的因素有：
反应温度、压强、反应物摩尔比、惰性组分。
8．反应CaCO3（s）==CaO（s）+CO2（g）的Kθ写成平衡压力商的表达式为：
KӨ=Peq（CO2,g）/PӨ。
9．焦耳实验推出，理想气体有（
T=0，该式可以用文字表述为：
在恒温时,改变体积,气体的内能不变。
10．公式△H＝Qp的适用条件是：
恒压、非体积功为零。
11．由热力学基本公式dG=-SdT+Vdp，可以导出的两个偏导数是：
（∂G/∂T）P=–S、（∂G/∂P）T=V。
12．25℃下一瓶充氧气200atm（20.27MPa）的40dm3的钢瓶中装有11kg的氧气。
已知该状态下压缩因子z=0.95。
13．应用ΔG≤０作为变化方向或限度的判据的前提条件是：
恒温恒压非体积功为零。
14．1mol理想气体于恒压下升高1℃，气体与环境交换的功等于–8.314J。
15．对于任意的不可逆循环，ΔU=0，ΔH=0，△S（体系）=0，
△S（体系）+△S（环境）≠0。
（填≠、＝）
16．理想气体恒温可逆膨胀，△S（系）=nR㏑V2/V1____，理想气体自由膨胀，△S（系）=nR㏑V2/V1____。
（写出表达式）
得分
二、简答题（是非题每小题1分，其它每小题2分，共21分）
1．物理化学研究的两个基本问题？
热力学和动力学问题
2．是非题，判断结果填入下表
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
×
√
×
√
×
√
√
√
×
×
×
（1）隔离系统的熵永远增加。
（2）隔离系统的熵永不减少。
（3）可以用体系的熵值是增加或不变来判断过程是自发变化或达平衡。
（4）可逆绝热过程的熵变为零。
（5）纯物质在温度趋近于0K时熵规定为零。
（6）体系的熵值体现了其微观状态的混乱度。
（7）标准熵Smθ是一个相对值。
（8）过程的熵变总是大、等于过程热温商的积分。
（9）分子间一定存在范德华引力，分子间没有排斥力。
（10）水的三相点为0℃、1atm。
（11）理想气体进行绝热可逆压缩，Q=0，△H=0，△Ssys=0，△A=0，△G=0。
3．名词解释
（1）固溶体：
两种物质形成的液态混合物冷却凝固后,两物质形成以分子、原子或离子大小相互均匀混合的一种固相。
（2）超临界状态：
温度和压力高于临界点的状态。
（3）恒沸物：
具有恒沸点组成的混合物，其组成取决于压力。
4．气体的标准态是？
标准压力下表现出理想气体性质的纯气体状态。
得分
三、综合题（共51分）
（标准压力，25℃下）
物质
C（石墨）
H2（g）
N2（g）
O2（g）
CO（NH2）2（s）
Smθ/J/mol·K
5.740
130.68
191.6
205.14
104.6
ΔCHmθ/kJ/mol
-393.51
-285.83
0
0
-631.66
物质
NH3（g）
CO2（g）
H2O（g）
CO（NH2）2（s）
ΔfGmθ/kJ/mol
-16.5
-394.36
-228.57
?
1．（共10分）
（1）利用上表1中各物质的Smθ、ΔCHmθ数据，求CO（NH2）2（s）在25℃时的ΔfSmθ、ΔfHmθ、ΔfGmθ。
（6分）
（2）利用上表2中各物质的ΔfGmθ数据，求25℃时反应CO2（g）+2NH3（g）==H2O（g）+CO（NH2）2（s）的ΔrGmθ和Kθ（4分）。
（1）CO（NH2）2（s）的生成反应C（石墨）+2H2（g）+N2（g）+O2（g）═CO（NH2）2（s）
ΔfSӨm=104.6─（5.74+2x130.68+191.6+0.5x205.14）
=─456.67J.mol-1.K-1
ΔfHӨm=─393.51─2x285.53+0+0─（─631.66）
=─333.51kJ.mol-1
ΔfGӨm=ΔfHӨm─TΔfSӨm
=─333.51x103─298.15x（─456.67）
=─197.35KJ.mol-1
（2）CO2（g）+2NH3（g）==H2O（g）+CO（NH2）2（s）
ΔrGӨm=ΔfGӨm[CO（NH2）2（s）]+ΔfGӨm[H2O（g）]─2ΔfGӨm[NH3（g）]─ΔfGӨm[CO2（g）]
=─197.35─228.57+2x16.5+394.36
=1.440KJ.mol-1
KӨ=exp（─ΔrGӨm/RT）=exp[─1400/（8.314x298.15）]=0.568
2．计算1mol水在1atm（沸点）下全部蒸发为蒸汽时的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG。
已知水的气化热40.668kJ·mol-1（12分，每答案2分）
∵过程恒压，∴Q=ΔH=40.668KJ
W=―PΔV=―P（Vg―Vl）≈―PVg=―8.314x373.15=―3.102KJ
ΔU=Q+W=40.668―3.102=37.566KJ
ΔH=ΔvapH=40.668KJ
ΔS=ΔH/T=40.668x103/373.15=108.986J/K
ΔA=ΔU―TΔS=37.566x103―373.15x108.986=―3.102KJ
∵过程为可逆相变，∴ΔG=0J
3.某反应在1100K附近，温度每升高1K，Kp比原来增大1%，求在此温度附近该反应的ΔrHmθ。
（4分）
法
（一）:
dKӨ/dT=KӨx1%═﹥dlnKӨ/dT=0.01
与dlnKӨ/dT=ΔrHӨm/RT2相比得
ΔrHӨm/RT2＝0.01═﹥ΔrHӨm＝100.6KJ
法
（二）:
lnK2Ө/K1Ө=ΔrHӨm/Rx（T2―T1）/T2T1
ΔrHӨm=RT2T1/（T2―T1）lnK1Ө（1+0.01）/K1Ө
=8.314x1101x1100/（1101―1100）ln0.01
=100.2KJ
4.15.6克的水中溶解了1.68克蔗糖后，加热到100℃，这时溶液上的饱和蒸气压为多少？
常压下沸腾了吗？
（5分）（蔗糖分子量342）
XA=（15.6/18）/（15.6/18+1.68/342）=0.9942分
PA=PA*xXA=101.325x103x0.994
=100.7KPa2分
∵PA﹤PA*
∴常压下没有沸腾。
1分
6．材料工程学院某老师欲用180℃的水蒸气加热软化木材，试用克-克方程估算该工艺所需设备应要能耐多大的压强（即该状态下的蒸气压有多大）？
已知水的气化热为40.668kJ·mol-1。
（4分）
lnP2/P1=ΔrHӨm/Rx（T2―T1）/T2T1
=40.668x103/8.314x（180-100）/[（180+273.15）x（100+273.15）]
=2.314
P2=101.325x103xexp（2.314）
=1.024MPa
7．（10分）25℃丙醇（A）-水（B）系统气-液两相平衡时蒸气总压和气、液相组成如下：
P/kPa
2.90
3.67
4.16
4.72
4.78
4.72
4.53
3.80
3.17
xB
0
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
0.95
0.98
1
yB
0
0.294
0.430
0.561
0.605
0.617
0.682
0.824
1
（1）画出压力—组成图，并标出气相线、液相线以及各相区的平衡相态；（4分）
（2）在图中标出，组成为xB=0.3的系统在平衡压力为4.16kPa下气、液两相的相点。
依杠杆规则，两相物质量的比为多少？
（4分）
（3）对应上图，拟出温度—组成图的大致形状。
已知水和丙醇的沸点为100、98℃，恒沸温度为87℃。
（2分）
压力-组成图
8.用热力学基本方程证明：
1）
（6分）2）对理想气体，有
1）∵dH=TdS+VdP∴（∂H/∂P）T=T（∂S/∂P）T+V
（1）
又∵dG=–SdT+Vdp
G（T,P）,dG=（∂G/∂T）PdT+（∂G/∂P）TdP
据麦克斯韦关系式有
（∂S/∂P）T=–（∂V/∂T）P
（2）
（2）式代入
（1）式得
（∂H/∂P）T=V–T（∂V/∂T）P4分
2）对理想气体有：
V=nRT/P
P不变的条件下，V对T求导得
（∂V/∂T）P=[∂（nRT/P）/∂T]P=nR/P
将（∂V/∂T）P＝nR/P代入（∂H/∂P）T=V–T（∂V/∂T）P得
（∂H/∂P）T=V–TxnR/P=V–V=02分
福建农林大学考试试卷（B）卷
2006——2007学年第一学期
课程名称：
物理化学（上）考试时间
化工、轻化、材料专业05年级班学号姓名
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总得分
得分
评卷人签字
复核人签字
得分
一、填空题（除标注分值的题外，每题2分，共31分）
1．200℃、400MPa下H2的压缩因子为1.21，此时5molH2的体积为5.95x105m3。
2．理想气体等温可逆膨胀，过程ΔH=0，ΔU=0，W<0，Q>0。
（填＞、＜、＝）
3．1mol理想气体向真空自由膨胀，体积增大10倍，则物系的熵变为
△S（系）=19.14J.K-1____。
4．1mol单原子分子理想气体（CV，m=3R/2）从300K绝热压缩至500K，其焓变为：
ΔH=4.2KJ____。
5．相律的公式为：
F=C-P+n或F=C-P-2。
反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）成平衡时，系统的独立组分数C=2、相数P=3、自由度数F=1。
6．反应C（石墨）+H2O（g）===H2（g）+CO（g）在1000K和1200K时Kθ分别为2.505和38.08，则此温度范围内的平均反应热ΔrHmθ==1.36x105J/mol____。
7．影响平衡组成的因素有：
反应温度、压强、反应物摩尔比、惰性组分。
8．公式△U＝QV的适用条件是：
恒容、非体积功为零。
9．应用ΔA≤０作为变化方向或限度的判据的适用条件是：
恒容、恒温且非体积功为零。
10．由热力学基本公式dA=-SdT-PdV，可以导出的两个偏导数是：
（∂A/∂T）V=–S、（∂A/∂V）T=–P。
11．当系统对环境作功时，以可逆途径所作的功绝对值最大。
（填大或小）（1分）
12．已知CO2在温度T时的标准摩尔生成焓为x，则石墨在该温度下的标准燃烧焓为_____x___。
（1分）
13．化学势的定义式：
μ=（∂G/∂nB）T,P,nC。
14．属于强度性质的状态函数有：
T、P，属于广延性质的有：
V、U，不属于状态函数的物理量有：
Q、W（各举2例）。
（3分）
15．97.11℃下，乙醇摩尔分数为0.012的乙醇水溶液上水的蒸气压为90.2kPa，则此温度下纯水的饱和蒸气压为91.3KPa。
16．在真空的容器中放入固态的NH4HS，于25℃下分解为NH3与H2S，测得平衡时容器内的压力为66.66kPa，则反应NH4HS（s）=NH3（g）+H2S（g）的Kθ为0.1111。
得分
二、简答题（是非题每小题1分，其它每小题2分，共20分）
1．物理化学研究的两个基本问题？
热力学问题和动力学问题
5．是非题，判别结果填入下表
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
√
√
×
×
×
√
×
√
×
√
1）体系经过一个循环过程，不论过程是否可逆，体系的熵变为零。
2）甲烷气燃烧过程可以近似看作恒压绝热过程。
3）单质的标准摩尔生成焓一定为零。
4）不可逆过程的逆过程是不可以实现的。
5）有恒定熔点或沸点的物质是纯物质。
6）ΔrGmθ和Kθ只与温度有关，不受压强影响。
7）化学反应的Qp总大于QV。
8）一般来说，某物质的Cp,m总大于CV,m。
9）在100℃、1atm下1mol水蒸发为水蒸气，过程的△S（系）=0，△A=0，△G=0。
10）任何一个过程，体系的熵变不能小于该过程热温商的积分。
6．名词解释
1）状态函数：
系统的性质均为状态的函数
2）内能：
反映系统内部能量的函数
3）标准摩尔生成焓变：
在一定温度的标准态，下由热力学稳定单质生成化学计量数νB＝1的物质B的标准摩尔反应焓。
7．盐、糖、小分子有机物都具有使细胞失水的作用（如盐、糖在制作凉拌菜时会腌出大量水，生理盐水、糖、乙醇的浓溶液具有使菌体细胞脱水而抑制病菌生长的作用等）。
试用化学势在相变化中的应用来解释这一现象。
μ内，水>μ外，水
得分
三、综合题（共49分）
1.今有1mol理想气体始态为0℃、1MPa，令其反抗恒定的0.1MPa的外压，膨胀到体积为原来的10倍，压力等于外压。
计算此过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA、ΔG。
已知CV，m=12.471J/mol·K。
（12分）
已知该气体为理想气体
∴P1V1/nRT1=P2V2/nRT2，
即：
1x106V1/Rx273.15=0.1x106x10V1/RT2
T2=T1=273.15K
W=-P外（V2-V1）=-0.1x106x（10V1-V1）=-0.1x106x9V1
=-0.1x106x9x8.3145x273.15/1x106
=-2.04x103J2分
∵过程中温度不变，理想气体的内能和焓变只是温度的函数
∴ΔU=ΔH=02分
ΔU=Q+W=>Q=-W=2.04x103J2分
ΔS=nCv,mlnT2/T1+nRlnV2/V1
=8.3145xln10=19.14J.K-12分
ΔA=ΔU-TΔS=-273.15x19.14=-5.23x103J2分
ΔG=ΔH-TΔS=-273.15x19.14=-5.23x103J2分
2．25℃、标准压力下，金刚石与石墨的标准熵分别为2.38、5.74J/mol·K，标准摩尔燃烧焓分别为-395.407、-393.510kJ/mol。
计算25℃、标准压力下，石墨金刚石的ΔrGmθ。
根据计算结果说明此条件下哪一种晶型较为稳定？
（7分）
ΔrHӨm=ΔcHӨm,石墨–ΔcHӨm,金刚石
=–393.510–（–395.407）=1.897KJ/mol2分
ΔrSӨm=ΔSӨm,金刚石–ΔSӨm,石墨
=2.38–5.74=–3.36J/mol·K2分
ΔrGӨm=ΔrHӨm–TΔrSӨm
=1.897x103–298.15x（–3.36）=2.899KJ/mol2分
3．（共12分）欲用苯和乙烯在一定催化剂下进行烷基化反应制备乙苯：
C6H6（g）+C2H4（g）====C6H5-C2H5（g）
物质
C6H6（g）
C2H4（g）
C6H5-C2H5（g）
ΔfGmθ/kJ/mol
129.7
68.12
130.45
ΔfHmθ/kJ/mol
82.93
52.26
29.76
今查表得相关数据（298K）
1）求298K时该反应的Kθ。
根据Kθ的计算结果，预测该温度下这个合成方法有否实用价值？
（6分）
2）为了加快反应速率，欲将反应温度选择在100℃。
试计算100℃时的Kθ。
从反应速率的提高和转化率变化两方面综合考虑，请你对这个选择作一评价。
（6分）
（以上两个问题皆不要求计算，仅作简单说明）。
1）ΔrGӨm=ΔfGӨm,C6H5–C2H5–（ΔfGӨm,C6H6+ΔfGӨm,C2H4）
=130.45–（129.7+68.15）=–67.4KJ/mol2分
∵ΔrGӨm=–RTlnKӨ
∴KӨ=exp（–ΔrGӨm/RT）=exp（67.4x103/8.3145x298）
=6.53x10112分
平衡常数很大，意味反应向右进行彻底，产物在平衡组成中占的比例大，故该温度下这个合成方法有实用价值。
2分
2）ΔrHӨm=ΔfHӨm,C6H5–C2H5–（ΔfHӨm,C6H6+ΔfHӨm,C2H4）
=29.76–（82.93+52.26）=–105.43KJ/mol2分
∵lnK2Ө/K1Ө=–ΔrHӨmx（1/T2–1/T1）/R
即lnK2Ө/6.53x1011=105.43x103x（1/373.15–1/298）/8.3145
∴K2Ө=1.25x1082分
虽然平衡常数有所减小，但其值还是较大，表明转化率仍旧较大；且升高温度会使反应速率增大，故这个选择是可取的。
2分
4．甲醇（A）与乙醇（B）组成的溶液可视为理想液态混合物。
在70℃时，它们的蒸气压分别为930和446mmHg，求：
在760mmHg、70℃时沸腾时的溶液组成xB及其对应的蒸气的组成yB。
（注：
1atm=760mmHg柱）（5分）
∵溶液为理想液态混合物，满足拉乌尔定律
即PA=PA*xXA,PB=PB*xXB1分
P总=PA+PB
∴760=930xXA+446xXB,XA+XB=1
XB=0.3512分
yB=PB/P总=44646x0.351/760=0.2062分
8．（共6分）用热力学基本方程证明1）
（4分）
2）对于符合状态方程pV=nRT+bp的实际气体，有
（2分）
1）∵dU=TdS–PdV
∴（U/V）T=T（S/V）T–P1分
又∵dA=–SdT–PdV,dA=（A/T）VdT+（A/V）TdV
据麦克斯伟关系式有（S/V）T=（P/T）V2分
∴（U/V）T=T（P/T）V–P1分
2）∵P=nRT/（V–b）,（U/V）T=T（P/T）V–P1分
∴（U/V）T=T·{[nRT/（V–b）]/T）V–P
=T·nR/（V–b）–P
=P–P=01分
6.（共7分）标出右边二元凝聚系统的相图中各相区的平衡相态（2分），并分别标出固溶体、稳定化合物或不稳定化合物（3分），指出二条三相线对应的是哪三相平衡（2分）。
溶液—L
固溶体—D
稳定化合物—B
不稳定化合物—C
MON:
固溶体D、不稳定化合物C和溶液L三相平衡线
FEG:
稳定化合物B、不稳定化合物C和溶液L三相平衡线
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