2008-2009年第一学期《材料物理化学》试卷答案

天津理工大学考试试卷 2008～2009 学年度第 一 学期 《材料物理化学》 期末考试试卷

课程代码： 0301010 试卷编号： 3-A 命题日期： 2008 年 12 月 8 日 答题时限： 120 分钟 考试形式：闭卷笔试

得分统计表： 大题号 一 总分

二 三 四 五 六 一、判断题（正确的打“√”，错误的打“Ｘ”， 每小题2分，共20分）

得分 1. 偏摩尔量就是化学势。（ Ｘ ）

2. 朗缪尔吸附等温式只适用于单分子层吸附。（ √ ）

3. 对理想气体反应，恒温恒容下添加惰性气体组分，平衡不移动。（ √ ） 4. 吉布斯所定义的表面过剩ΓB只能是正值，不能是负值。（ × ） 5. 若一个过程是可逆过程，则该过程的每一步都是可逆过程。（ √ ）

6. 在恒温、恒压、非体积功为零的条件下，某反应的△rＧm<０，则反应物全部变成产物，反应将进行到底。（ × ）

7. △fHΘm（C，金刚石，298.15K）=0（ × ）

8. 绝热过程Q＝0，由于Q＝ΔH，所以ΔH＝0。（ Ｘ ）

9. 在隔离系统中发生某化学反应，使系统的温度明显升高，则该系统的△U>0（ Ｘ ）

10. 在温度、溶剂种类一定条件下，某强电解质稀溶液随电解质浓度增加，电导率κ变大，而摩尔电导率Λm变小。（ √ ）

二、填空题（每空2分，共20分）

试卷编号： 3-A 第 1 页 共 5 页

得分 1. 在U、H、S、G四个热力学量中，系统发生恒温恒压可逆相变，不变的量是 G ，而绝热可逆过程中不变的量是 S 。

2. 1mol理想气体在298K下，从2×10-3m3等温可逆膨胀到20×10-3m3，此过程中系统的熵变△S为 19.15 J·K-1。（R为8.315 J·mol1·K1）。

－

－

3. 一定量的理想气体从同一始态出发，分别经绝热可逆压缩和恒温可逆压缩到相同的终态体积V2，则终态的压力p2（恒温） < p2（绝热）。（选填“>”、“<”“=”）

4. 反应2O3 = 3O2 的速率方程可表示为?dc(O3)?kc(O3)2c(O2)?1 或 dc(O2)?k?c(O3)2c(O2)?1则速度常数

dtdtk 和 kˊ 的关系为 3k = 2 kˊ 。 5. 某反应2A＋B

P 进行一段时间后，消耗A物质1mol，其ΔH＝200kJ，此时反应进度为 0.5

mol，反应的△rHm＝ 400 kJ?mol-1。

6. 已知250C下，反应C（石墨）＋2H2（g）＋0.5O2（g）→CH3OH（l）的C（石墨）、H2（g）和CH3OH（l）的标准摩尔燃烧焓ΔCHm分别为-393.51kJ?mol，-285.85kJ?mol和-726.51kJ?mol，则CH3OH（l）的标准摩尔生成焓ΔfHm为 －238.7 kJ?mol。 7. 400K时气相反应N2(g)+3H2(g)NH3(g)Θ

Θ

－1

Θ

－1

－1

－1

2NH3(g)的ΔrGm

Θ

＝－3.0kJ?mol-1 ，则反应

－

－

1/2N2(g)+3/2 H2(g) 在400K时的K为 0.638 。（R为8.315J·mol1·K1）

8. 在一定的T、p下，若物质A在?相和?相中的化学势满足?A(?)??A(?)，则A在两相中的迁移方向是 α→β ；若A在两相中达到平衡，则?A(?) = ?A(?)。

9. 已知 EΘCu2+/Cu = 0.337V， EΘCu+/Cu = 0.521V， 由此可求出EΘCu2+/Cu+ = 0.153 V。 10. 在一抽空的容器中放有过量的NH4HS（s）发生分解反应，NH4HS（s）与其分解产物NH3（g）和H2S（g）成平衡，此平衡系统的相数P、组分数C、自由度数F分别为：2、 1、 1 。

三、选择题（每小题2分，共2 0分）

得分 1. 1mol单原子理想气体从273K及202.6kPa的初态经PT＝常数的可逆途径压缩至409.4kPa的终态，则此过程的△U为（ D ）。（R为8.315J·mol1·K1）

－

－

A. 1720J B －406.8J C. 406.8J D. －1720J

2. 已知反应 2NO（g）+O2（g）=2NO2（g） 的△rＨΘm（T）＜0，当上述反应达到平衡后，若要平衡向产物方向移动，可以采取（ D ）的措施。

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A. 升高温度，减小压力 B. 升高温度，增大压力 C. 降低温度，减小压力 D. 降低温度，增大压力

3. 对理想气体，下列关系式不正确的是（ A ）。 A．???U???0 B. ??T?p??H???H??0 C．?????0 D. ?V??T??p?T??U????0 ??V?T4. 不论是电解池还是原电池，极化的结果都将使（ C ）。

A. 阴、阳极电势同时增加 B. 阴、阳极电势同时减少 C. 阳极电势变大，阴极电势变小 D. 阳极电势变小，阴极电势变大

5. 在某一温度T下，由纯液态的A与B形成理想液态混合物。已知pA*

A．小于 B. 大于 C．等于 D. 不能确定

6. 100℃，101.325kPa下的水向真空气化为同温同压下的水蒸气，其△U（ C ）。

A.=0 B.＜0 C.＞0 D.无法确定

7. 发生下述变化时, （ A ）系统的熵值可能变化。

A. 可逆过程 B. 可逆循环 C. 不可逆循环 D. 绝热可逆

8. 在00C，101.325kPa的压力下，H2O（s）→H2O（l），此过程（ D ）。

A. W<0, ΔU<0, ΔG<0 B. W>0, ΔU>0, ΔG<0 C. W<0, ΔU>0, ΔG=0 D. W>0, ΔU>0, ΔG=0 9. 某基元反应为双分子反应，该反应的反应级数（ A ）。

A. 等于２ B. 大于２ C. 小于２ D. 无法确定

10. 若系统经历任意的不可逆过程，该系统的熵变（ C ）。

A 一定大于零 B.一定小于零 C.可能大于零，也可能小于零

四、简答题（共10分）

得分 1．理想气体等温膨胀后，由于△U=0，所以吸的热全部转化为功，这与热力学第二定律矛盾吗？为什么？

(3分)

答：不矛盾。（1分）

热力学第二定律指出不可能从单一热源吸热全部转化为功而不产生其它影响。理想气体恒温膨胀（△U=0）, 系统从热源吸的热全转变为对环境作的功（Q = -W）, 但同时系统的状态发生了变化 (膨胀了)。（3

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分）

2. “在等温，等压条件下，?rGm?0的反应一定不能进行”这种说法对吗，为什么？ （3分） 答：不正确。有非体积功的时候，?rGm?0的反应可以进行，如电解水。（5分）

3. 下图为水的相图，请简要解释冰水平衡线OB斜率为负值的原因（4分）

BA

l

s

P / KPa

0.61COg273.16dp?fusHm答：根据克拉配龙方程 由于冰的密度小于水的密度，所以V冰>V水，△fusVm<0，又因为?dTT?fusVm△fusHm>0 所以dp/dT<0，即冰水平衡线斜率为负值。

T/K五、计算题（共30分）

得分 *1. 已知液体甲苯（A）和液体苯（B）在 900C时的饱和蒸汽压分别为p*A＝54.22kPa和pB＝136.12kPa。

两者可形成理想液态混合物。今有系统组成为xB,0＝0.3的甲苯－苯混合物5mol，在900C下成气－液两相平衡，若气相组成为yB=0.4556，求 （10分） （1）平衡时液相组成xB及系统的压力p； （2）平衡时气、液两相的物质的量n（g），n（l）。

?pBpBxB解：(1) yB? ??ppBxB?p?(1?x)AB?6代入数据得 0.455136.1xB2

136.1xB2?54.?2x2B(1) 解得 xB=0.25 （3分）

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?p?pBxB?p?A(1?xB)=136.12×0.25+54.22(1-0.25)=74.695kPa （2分）

(2) 杠杆规则

n(g)xB?xB,0 ?n(l)xB,0?yB 代入数据

n(g)0.2?50.3 ??0.3213 (1) （3分）

n(l)0.?30.4556 又因为n(g)?n(l)?5mol

(1) (2) 两式联立得 n(l) =3.784mol n(g)=1.216mol （2分） 说明：用杠杆规则的其它表达式也可以。

2. 已知373.15K、101.325kPa下水的摩尔蒸发焓△vapHm为40.63 kJ·mol1，水蒸汽与液体水的摩尔体积分

－

别为Vm（g）＝3.019×102 m3·mol1，Vm（l）＝1.800×105 m3·mol1。计算1mol液体水于373.15K、

－

－

－

－

101.325kPa 下向真空蒸发为同温同压下的水蒸汽的Q、W、△U、△H、△G（设水蒸汽为理想气体，R为8.315J·mol1·K1）。（8分）

－

－

解：1mol液体水于373.15K，101.325kPa向真空蒸发为同温同压下的水蒸汽与1mol液体水于373.15K，101.325kPa蒸发为同温同压下的水蒸汽的末态相同，因此状态函数的变化值△U、△H、△G 相同。

向真空蒸发，W＝0 （1分）

△G＝0 （1分）

△H＝n△vapHm=(1×40.63)kJ=40.63kJ （2分） △U=△H -p△V= △H –p{ nVm（g）-nVm（l）}

=40.63×103-101325×(3.019×102-1.800×105) =37.573 kJ (2分)

－

－

Q=△U-W=△U =37.573kJ （2分）

3. 已知下列电池Pt|H2(100kPa)|HBr（α±＝1）|AgBr（s）| Ag（s）在25oC时的电动势E＝0.0713V，电动势的温度系数?

??E?-4-1

?＝－5.0×10V·K。 （12分） ??T?p

求（1）写出电极反应和电池反应。（2分）

（2）计算该电池反应在25oC 时的?rHm、?rSm、?rGm （6分）

（3）若上述电池的HBr溶液的浓度b＝2.0mol·kg1，在25oC测得电池的电动势E＝0.0815V，求溶液

－

中HBr的活度?HBr。（4分）

解：（1）电极反应：阳极： 1/2H2 (g,100kPa) = H+ + e -

阴极： AgBr + e- = Ag (s)+Br- (1分）

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电池反应： 1/2 H2 (g,100kPa)+ AgBr = Ag (s)+HBr（α±＝1） (1分） （2）转移电荷数 z = 1

△rGm = -zFE = -1×96500C·mol-1×10.0713V = -6880J·mol-1 （2分） △rSm = zF(эE/эT)p = 1×96500C·mol-1 ×(-5.0×10-4V·K-1 )

= -48.25J·K-1·mol-1 （2分）

△rHm =△rGm + T△rSm = -6880J·mol-1 + 298.15K×(-48.25J·K-1 ·mol-1 ) = -21266J·mol-1

(2分) （3）当α（HBr）=1时，E=E，根据能斯特方程

Ф

E=E??RT?(HBr)ln?0.0815 （2分） ?1/2zF(p(H2)/p)298.15?8.315ln?(HBr)?0.0815

96500即 0.0713? 得出α（HBr）=0.672 （2分） 说明：若z＝2，则四个函数的变化值为z＝1时的2倍。

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