物理化学练习题讲解.docx
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物理化学练习题讲解
计算、分析与证明题
*1.设有300K的1mol理想气体做等温膨胀,起始压力为1500kPa,终态体积为10dm3。
试计算该过程的Q,W及气体的ΔU,ΔH。
2、在水的正常沸点(373.15K,101.325Kpa),有1molH2O(l)变为同温同压的H2O(g),已知水的
△VapH
=40.69kJ·mol-1,请计算该变化的Q、W、△U、△H各为多少?
3、已知下列反应在标准压力和298K时的反应焓为:
(1)CH3COOH(l)+2O2==2CO2+2H2O(l)ΔrHm(l)=-870.3kJ·mol-1
(2)C(s)+O2(g)==CO2ΔrHm(l)=-393.5kJ·mol-1
(3)H2+
O2(g)==H2O(l)ΔrHm(l)=-285.8kJ·mol-1
试计算反应:
(4)2C(s)+2H2(g)+O2==CH3COOH(l)的ΔrHmθ(298K)。
4、在P
及298K下,反应:
(1)CuSO4(s)+800H2O(l)─→CuSO4.800H2O,ΔrH
(1)=-68.74kJ.mol-1
(2)CuSO4.5H2O(s)+795H2O(l)—→CuSO4.800H2O,ΔrH
(2)=10.13kJ.mol-1
求反应:
(3)CuSO4(s)+5H2O(l)─→CuSO4.5H2O的热效应ΔrH
(3)
*5、1mol单原子理想气体在298K、1×106Pa下,绝热可逆膨胀到1×105Pa。
计算系统在此过程中的W、Q、△U、△H。
6、在P
下,把25g、273K的冰加到200g、323K的水中,假设系统与环境无能量交换,计算系统熵的增加。
已知水的比热为4.18kJ·kg-1.K-1,冰的熔化焓为333kJ.kg-1,设它们为常数。
7、某化学反应在等温、等压下(298K,Pθ)进行,放热40.00kJ,若使该反应通过可逆电池来完成,则吸热4.00kJ。
(1)计算该化学反应的ΔrSm;
(2)当该反应自发进行时(即不做电功时),求环境的熵变及总熵变(即ΔrSm,体+ΔrSm,环);
(3)计算系统可能做的最大电功为多少?
8、请计算1mol苯的过冷液体在-5℃,pθ下凝固的ΔS和ΔG。
(已知:
-5℃时,固态苯和液态苯的饱和蒸气压分别为2.25kPa和2.64kPa;-5℃,pθ时,苯的摩尔熔化焓为9.860kJ·mol-1)
*9、苯的正常沸点为353K,摩尔气化焓是ΔvapHm=30.77kJ·mol-1,今在353K,pθ下,将1mol液态苯向真空等温气化为同温同压的苯蒸气(设为理想气体)。
(1)计算该过程中苯吸收的热量Q和做的功W;
(2)求苯的摩尔气化自由能ΔvapGm和摩尔气化熵ΔvapSm;
(3)求环境的熵变;
(4)可以使用哪种判据判别上述过程可逆与否?
并判别之。
10、已知298K下,CO2(g)、CH3COOH(l)、H2O(l)的标准生成焓
分别为-393.5、-487.02、-285.8KJ.mol-1,试求:
(1)反应
的恒压反应热
(298);
(2)若设反应的
=18.0J.K-1mol-1且不随温度的变化而变化,求反应在353K下进行时的
(353)。
11、把0.450g的某非电解质化合物溶于30.0g的水中,凝固点降低0.150K,此化合物的摩尔质量等于多少?
(已知水的凝固点降低常数kf为1.86K.kg.mol-1)
*12、293K时,苯
(1)的蒸气压是13.332kPa,辛烷
(2)的蒸气压是2.6664kPa,现将1mol辛烷溶于4mol苯中,形成理想液态混合物,试计算:
(1)系统的总蒸气压
(2)系统的气相组成
(3)将气相完全冷凝至气液平衡时,气相组成如何?
13.298K时,以A、B两组分等摩尔组成理想溶液0.5mol与纯组分A0.5mol混合,试求此过程的ΔV(混)、ΔH(混)、ΔS(混)、ΔG(混).
14、在298K下,将2g某化合物溶于1kg水中,其渗透压与在298K下0.8g将葡萄糖(C6H12O6)和1.2g蔗糖(C12H22O11)溶于1kg水中的渗透压相同。
已知水的冰点下降常数kf=1.86K·kg·mol-1,298K时水的饱和蒸气压为3167.7Pa,稀溶液密度可视为与水相同。
(1)求此化合物的摩尔质量
(2)求化合物溶液的凝固点降低多少?
(3)求此化合物溶液的蒸气压降低多少?
*15、PCl5的分解反应为PCl5(g)====PCl3(g)+Cl2(g),在523.2K、P
下反应达平衡后,系统的密度为2.695Kg.m-3。
试计算
(1)平衡时PCl5的解离度α;
(2)523.2K下PCl5解离反应标准平衡常数K
。
16、反应CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)的标准平衡常数与温度的关系为lgKPθ=2150K/T-2.216,当CO,H2O,H2,CO2的起始组成的摩尔分数分别为0.3,0.3,0.2,0.2,总压为101.3kPa时,问在什么温度以下(或以上)反应才能向生成产物的方向进行?
17、甲烷转化反应CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g),在900K下的标准平衡常数为1.28,若取等物质的量的甲烷与蒸气反应,求在900K及标准压力下,达平衡时物系的组成.
*18、水煤气变换反应为:
CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)
已知有关数据如下:
物质ΔfG
(298)/KJ.mol-1ΔfH
(298)/KJ.mol-1Cp
/J.K-1.mol-1
CO(g)-137.27-110.5226.54
H2O(g)-228.60-241.8330.00
CO2(g)-394.38-393.5128.66
H2(g)__29.07
(若视为理想气体反应,且n0(CO):
n0(H2O)=1:
1,起始无产物。
)
(1)计算298K时反应的ΔrG
、K
及平衡转化率α;
(2)求该反应的K
与温度的关系式;
(3)由关系式计算400K时反应的K
及ΔrG
。
*19、已知298K时反应:
①C(s)+O2(g)CO2(g),ΔrH
(298)=-394.2kJ·mol
②H2(g)+O2(g)H2O(l),ΔrH
(298)=-280.0kJ·mol
③C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l),ΔrH
(298)=-1394kJ·mol
且298K时C(s)、H2(g)、C2H4(g)的S
分别为5.85、130.5、218.4、(单位为J.K.mol-1)。
(1)计算298K反应2C(s)+2H2(g)=C2H4(g)的ΔrG
(298)和平衡常数Kθ
(2)求该反应的平衡常数与温度的关系式(假设此温度下各物质不发生分解,反应热看作常数)。
(3)通过计算说明:
在P(H2)=10Pθ、P(C2H4)=0.1Pθ条件下,反应
2C(s)+2H2(g)=C2H4(g)能够正向进行时的温度。
20、CO2的固态和液态蒸气压,分别由以下两个方程给出:
ln(ps/Pa)=27.604-3132.1K/Tln(p1/Pa)=22.406-2012.8K/T
计算:
(1)二氧化碳三相点的温度和压力
(2)二氧化碳在三相点的气化焓和气化熵
*21、乙酸(A)与苯(B)的相图如下面图所示。
已知低共熔温度为265K,低共熔混合物中含苯的质量分数为0.64.
(1)指出各相区所存在的相和自由度
(2)说明CE,DE,FG三条线上平衡共存的相及自由度(3)含苯为0.25和0.75的溶液自298K冷却到260K,指出冷却过程中的相变化及画出步冷曲线
*22、某盐和水组成的二组分固—液平衡系统相图如图所示。
据图回答下列问题:
(1)分别写出1、2、3区域平衡共存的相及可能存在的自由度数。
(2)作出物系点由S点降温到P点的步冷曲线。
(画在右图上)
(3)用杠杆规则计算200KgS点组成的溶液,降温到R点时析出固体盐的质量。
(已知y点的组成及R点的组成分别为41%和58%)
*23、如图是物质A、B组成的二元系统固—液平衡相图。
据图回答:
(1)该系统形成了什么类型的化合物(写稳定或不稳定)?
写出该化合物的化学式。
(2)相图中区域4和5分别存在哪些相?
E点的物理意义是什么?
(3)在右图上分别画出a、b、c三个组分的物系降温时的步冷曲线(画在右图上)。
(4)若要通过降温结晶法得到纯的生成化合物固体,物系的浓度应在什么范围?
*24、某二组分固—液平衡系统相图如图所示。
y
据图回答下列问题:
(1)指出1、2、6相区平衡共存的相及自由度。
(2)作出物系点由a、b、c点降温到a’、b’、c’点的步冷曲线。
(画在右图上)
(3)用杠杆规则计算10mola点组成的溶液降温到R点时析出固体AB2的物质的量。
(已知液相点y点的组成及R点的组成分别为xB=0.25、0.33)
25、水与NaCl的相图如下图(b)所示,C表示NaCl·2H2O,是一个不稳定化合物,在264K时分解为NaCl和H2O,
(1)指出各相区所存在的相和自由度
(2)说出FG线平衡共存的相和自由度
(3)如要用冷却的方法得到纯的NaCl·2H2O,溶液组成应落在哪个浓度范围之内为好
*26、一定量理想气体分别在恒压和恒容下,从T1加温到T2。
证明:
恒压的熵变值是恒容熵变值的γ倍,γ=CP.m/CV.m。
27、证明:
两块质量相同而温度不同的铁块接触时,热传导是不可逆过程(提示:
由熵变值证明)。
28、证明:
理想气体等温等容混合定理,nmolA和nmolB理想气体分别处在(T,V,p)与(T,V,p)状态,在等温等容下混合为(T,V,2p)的混合气体,则ΔU=0、Δ(PV)=0、ΔH=0、ΔS=0。
29、摩尔数均为n的两个同种液体,其温度分别为T1与T2,试证明在等压绝热下混合的熵变为:
ΔS=2nCP.mln[(T1+T2)/2(T1·T2)1/2],且当T1≠T2时ΔS>0,CP.m是液体热容,不随温度改变。
*41、证明:
等温等压下组分1与组分2混合形成理想液态混合物过程中,
30、将一定量的气态物质A加入到一恒体积的容器中,按总反应A(g)=B(g)+D(g)进行分解,。
在473K时,测得系统的总压力随时间变化如下:
时间(h)051535
p(总)(kPa)88132154165
(1)、求出所列各个时刻A(g)的分压力(列表表示);
(2)、用偿试法确定该反应的级数,计算速率常数;
(3)、写出速率方程(以压力代替浓度);
31、乙酸乙酯(E)水解能被酸催化,且反应能进行到底。
其速率方程为
r=k[H+][E]
当[E]=0.100mol·dm-3,[HCl]=0.010mol·dm-3,在298.2K测得k=2.80×10-2mol-1·dm3·s-1。
求反应的t1/2。
(反应中,盐酸浓度不变)
32.298K时测得SrSO4饱和水溶液的电导率为1.482×10-2S·m-1,该温度时水的电导率为1.5×10-4S·m-1。
试计算在该条件下SrSO4在水中的溶度积Ksp。
*28.将下列化学反应设计成可逆电池,并写出电动势能斯特方程式。
(1)
(2)
*33.经实验确定,反应CO+Cl2COCl2的速率方程式为
d[COCl2]/dt=k[CO][Cl2]3/2
其机理可能如下:
Cl22Cl(快),Cl+COCOCl(快),
COCl+Cl2
COCl2+Cl(慢)
请证明该机理是可能的,写出总速率常数k与各基元步骤速率常数ki的关系
*34.乙醛的气相热分解反应机理为
试证明该反应的速率方程式近似为:
,给出总速率常数k与各步反应速率常数的关系。
35.气相反应
的机理可能是
(1)
(2)
(3)
设反应
(1)为快速对峙反应,H的浓度可用稳态法处理。
试证明反应的速率方程式为:
,给出总速率常数k与各步反应速率常数k的关系。
*36.化学反应
是一个均相基元反应,起始浓度
=0.10mol.(D)m-3。
在298K时测得半衰期t1/2为12分钟,在318K时测得半衰期t1/2为5分钟。
(1)、求该反应在两个温度下的速率系数k;
(2)、计算该反应的实验活化能Ea;
(3)、求该反应在308K进行时的半衰期t1/2。
37.298K时,乙酸乙酯与NaOH皂化作用的速率系数为6.36dm3·mol-1·min-1,若起始时酯和碱的浓度均为0.02mol·dm-3,试求10min后酯的水解分数。
*38.某物质的分解反应是一级反应,当起始浓度为0.1mol·dm-3时,经过反应50min,分解20%。
计算:
(1)反应的速率系数k
(2)该反应的半衰期t1/2
(3)反应物分解60%所需要的时间。
39.均相简单反应
。
当反应进行20min后,A已有30%被转化。
设起始反应物浓度
请进行以下计算。
(1)若a=b=0.10mol.dm-3,计算该反应的速率系数、半衰期及A转化90%所需时间;
(2)若a远小于b,计算反应在此情况下的速率系数、半衰期及A转化90%所需的时间。
40.电池的
与温度T的关系式为:
(1)写出电极反应式与电池反应式;
(2)求T=298K时正极
与AgBr的ksp,巳知
(3)求T=298K电池反应的平衡常数K
得分
评卷人
*41.设计一可逆电池,使该电池反应为
,并写出该电池电动势能斯特方程式。
*42.298K时电池Pt|Cl2(p
)|HCl(0.1mol.kg-1|AgCl(s)|Ag的有关数据如下:
试求:
(1)298K时该电池电动势;
(2)电池电动势的温度系数:
(3)298K下AgCl(s)的分解压力[分解反应为:
AgCl(s)==Ag(s)+1/2Cl2(g)]。
*43.设计一可逆电池,使该电池反应为
,并写出该电池电动势能斯特方程式。
44.试验测得BaSO4饱和水溶液在298K时的电导率为3.590×10-4S·m-1,配溶液所用水的电导率为0.618×10-4S·m-1,已知Ba2+和SO42-无限稀释时的离子摩尔电导率分别为1.27×10-2S·m2·mol-1与1.60×10-2S·m2·mol-1(假定溶解的BaSO4在溶液中全部解离)。
计算298K时BaSO4的溶度积。
45.已知电池Pt(s)|H2(p
)|NaOH(aq)|Ag2O(s)|Ag(s)在25℃时的E=1.172V,并且已知25℃,H2O(l)的标准生成吉布斯自由能为-237.18kJ·mol-1。
(1)写出上述电池的电极反应及电池反应;
(2)计算25℃时,Ag2O(s)的分解压。
(分解反应:
Ag2O(s)=AgO(s)+1/2O2(g))
46.一电池为:
Pt(s)|H2(p
)│HCl(0.01mol·kg-1)│AgCl(s)|Ag(s)。
已知298K时
(Ag+/Ag)=0.7991V,AgCl(s)的溶度积Ksp=1.745×10-10(H可看作理想气体)。
(1)写出电极反应和电池反应。
(2)求298K时的
(AgCl/Ag)。
(3)计算上述电池在298K时的电动势。
(已知0.01mol·kg-1的HCl溶液的γ±=0.889)
47.分别写出下列两电池在作为原电池和电解池时的电池反应,并判断是否能成为可逆电池。
(1)Zn(s)|H2SO4(aq)|Cu(s)
(2)Pt|H2(p)|HCl(aq)|AgCl(s)A|Ag(s)
*48.反应Zn(s)+CuSO4(a=1)→Cu(s)+ZnSO4(a=1)在电池中进行,298K时,测得E=1.0934V,电池的温度系数(аE/аT)p=-4.29×10-4V·K-1.
(1)写出电池表示式和电极反应
(2)求电池反应的ΔrGmθ,ΔrHmθ,ΔrSmθ和Kθ.
49.燃料电池的电池反应为H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l).已知Eθ(O2,H+,H2O)=1.229V。
(1)写出电池表示式和电极反应
(2)当H2,O2的压力都为pθ,计算电动势值
(3)计算电池反应的平衡常数
(4)计算每摩尔H2(g)所能做的最大电功。
*50.设计一个电池,在其中进行下述反应:
Fe2+(a2)+Ag+(a1)→Ag(s)+Fe3+(a3)
(1)写出电池的表达式
(2)计算上述电池反应在298K时的平衡常数Kθ
(3)设将过量磨细银粉加到浓度为0.05mol·kg-1的Fe(NO3)3溶液中,当反应达平衡后Ag+的浓度为多少?
(设活度因子均等于1)
[已知:
Eθ(Ag+|Ag)=0.7991V,Eθ(Fe3+|Fe2+)=0.771V]
51.已知在298K时,水在平面上的饱和蒸气压为3167Pa,请计算在相同温度下,半径为2nm的水滴表面的蒸气压为若干?
设水的摩尔质量为18.016×10-3kg·mol-1,密度为1×103kg·m-3
水的表面张力为0.07197N·m-1
52.已知293K时,水-空气的表面张力为0.0728N·m-1,汞-水间的表面张力为0.375N·m-1,
汞-空气的表面张力为0.483N·m-1,判断水能否在汞的表面上铺展开来?
53.实验证明,表面活性剂加入到乳状液中,能使乳状液变得稳定。
请说明表面活性剂能使乳状液稳定的原因。
*54.373K时,水的表面张力为0.0589N.m–1,密度为958.4kg.m-3。
(1)试计算在373K时,直径为1×10-7m的气泡内的蒸气压值;
(2)在101.325kPa外压下,能否从373K的水中蒸发出1×10-7m的蒸气炮?
*55.在293K时,把10g水分散成半径为1×10–6m的小水滴,试计算这些小水滴的总表面积和体系吉布斯自由能增加量。
(已知293K时水的表面张力为0.07288N.m-1,水的密度为1000kg/m3)
*56.由反应
可制备AgI溶胶。
请写出该溶胶的胶团结构式,并指出胶核、胶粒、胶团部位。
若该溶胶在直流电场作用下,胶粒朝哪极移动?
理化学复习题客观题答案
一、单选题
1D2C3A4A5D6B7A8A9A10B11D12B13D14D15A16B17B18B19C20B21B22D23C24A25B26C27D28A29B30C31D32D33C34C35D36D37B38B39B40C41A42A43A44C45C46A47B48A49C50B51D52B53D54C55B56C57A58C59C60B61D62C63A64D65D66C67D68C69B70B71C72B73A74D75B76B77A78C79A80B81A82D83A84D85D86B87D88D89A90D91B92C93A94A95A96C97B98D99C100B101B102B103D104D105B106A107B108C109C110B111B112B113C114A115B116B117A118C119D120C121D
二、判断题
1×2√3√4×5×6√7×8×9×10√11√12×13×14√15√
16×17√18√19√20√21×22×23×24×25×26×27√28×
29×30√31×32×33√34×35×36√37√38×39×40×41×
42√43×44×45√46√47×48√49√50√51√52√
3.46 求证:
(2)对理想气体
证明:
对理想气体,
3.47 求证:
(2)对理想气体
证明:
用Jacobi行列式证
对理想气体,
3.48 证明:
(1)
(2)对理想气体
证明:
对于理想气体,
3.49 求证:
(1)
(2)对vanderWaals气体,且
为定值时,绝热可逆过程方程式为
证明:
对于绝热可逆过程dS=0,因此
就vanderWaals气体而言
积分该式
3.50 证明
(1) 焦耳-汤姆逊系数
(2) 对理想气体
证明:
对理想气体
一隔板将一刚性容器分为左、右两室,左室气体的压力大于右室气体的压力。
现将隔板抽去,左、右室气体的压力达到平衡。
若以全部气体作为系统,则U、Q、W为正?
为负?
或为零?
答:
因为容器时刚性的,在不考虑存在其他功德作用下系统对环境所作的功W=0;容器又是绝热的,系统和环境之间没有能量交换,因此Q=0,根据热力学第一定律U=Q+W,系统的热力学能(热力学能)变化U=0。
3.若系统经下列变化过程,则Q、W、Q+W和U各量是否完全确定?
为什么?
(1)使封闭系统由某一始态经过不同途径变到某一终态
(2)若在绝热的条件下,使系统从某一始态变化到某一终态【答】
(1)对一个物理化学过程的完整描述,包括过程的始态、终态和过程所经历的具体途径,因此仅仅给定过程的始、终态不能完整地说明该过程。
Q、W都是途径依赖(path-dependent)量,其数值依赖于过程的始态、终态和具体途径,只因为Q+W=U,只要过程始、终态确定,则U确定,因此Q+W也确定。
(2)在已经给定始、终态的情况下,又限定过程为绝热过程,Q=0,Q确定;W