2001-2009华南理工大学物理化学考研真题

华南理工大学物化考研10年真题

华南理工大学

2001年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)

科目名称:物理化学(含物理化学实验)

适用专业:化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程

1. C6H6在100kPa时的熔点为5℃,摩尔熔化焓为9916J mol-1,Cp,m(l)=126.8J K-1

mol-1,Cp,m(s)=122.6J K-1 mol-1。求100kPa、–5℃下1 mol过冷C6H6凝固成固态C6H6

的Q、△U、△H、△S、△A、△G,假设凝固过程的体积功可以忽略不计。(12分)

解:涉及过程如下:

H2+Cp,m(s)(T-T’) H3= Cp,m(l)(T’-T) + H2+ H1+ H=

=9916 J mol-1+(122.6-126.8)×(268-278) J mol-1

= 9958 J mol-1

H= 恒压 Q= 9958 J mol-1

H=9958 J mol-1 pV ≈ H- U=

S3= S2+ S1+ S= H2/T’+Cp,m(s)ln(T/T’) Cp,m(l)ln(T’/T) +

= H2/T’+[Cp,m(s)-Cp,m(s)]ln(T/T’)

=9916 J mol-1/278K+(122.6-126.8)ln(268/278) J K-1 mol-1

= 35.8 J K-1 mol-1

S = 9958 J mol-1-268K×35.8 J K-1 mol-1 = 363.6 H- A= G≈ J mol-1

2. 卫生部规定汞蒸气在1m3空气中的最高允许含量为0.01mg。已知汞在20℃的饱和蒸气

压为0.160Pa,摩尔蒸气发焓为60.7kJ mol-1(设为常数)。若在30℃时汞蒸气在空气中达到饱

和,问此时空气中汞的含量是最高允许含量的多少倍?汞蒸气看作理想气体,汞的摩尔质量为

200.6g mol-1。(10分)

解:本题主要利用克-克方程进行计算。30℃ 时汞蒸气压为

vapH (T ’-T )/RTT ’] p’= p exp[

= 0.160Pa×exp[60700×(303.15-293.15)/(8.315×293.15×303.15)]

=0.3638Pa

此时空气中汞含量是最高允许含量的倍数为

(pV/RT)M/0.01×10-3g =[0.3638×1/(8.315×303.15)]×200.6/10-5=2895

3.钙和镁能形成一种稳定化合物。该系统的热分析数据如下

质量百分数wCa/% 0 10 19 46 55 65

79 90 100

冷却曲线出现折点时T/K - 883 - 973 -

923 - 998 -

冷却曲线的水平线T/K 924 787 787 787 994

739 739 739 1116

(1) 画出相图(草图)并分析各相区的相态和自由度。

(2) 写出化合物的分子式,已知相对原子量:Ca,40;Mg,24。

(3) 将含钙35%的混合物1kg熔化后,放置冷却到787K前最多能获稳定化合物多少? (12

分)

解1) 相图如下。单相区 F=2,两相区 F=1,三相线 F=0。

(2) 化合物C含Ca 55%,可知其分子式为

华南理工大学物化考研10年真题

Ca:Mg= (55/40):(45/24) = 11/15

即为 Ca11Mg15。

(3) 根据杠杠规则,设能得到化合物为W,则

(1kg-W)×(35-19)= W×(55-35)

得

W= 0.444kg

4. 在25℃时,下列电池

Zn(s) | ZnCl2(b=0.005mol kg-1) | Hg2Cl2(s) | Hg(1)

的电动势E=1.227V。

(1) 写出电极反应和电池反应。

± 和活度a 。已知德 (2) 求25%时该ZnCl2水溶液的离子强度I,离子平均活度系数 拜

-许克尔极限公式中常数A=0.509kg1/2 mol-1/2。

。 (3) 计算电池的标准电动势E

(4) 。(13分) rG 求电池反应的

解:此题与霍瑞贞主编的《物理化学学习与解题指导》258页15题基本相同,但书上计算活度

部分是错误的!

(1) 正极反应:Hg2Cl2(s)+2e- = 2Hg(1)+2Cl-

负极反应:Zn(s) = Zn2++2e-

电池反应:Hg2Cl2(s)+Zn(s) = 2Hg(1)+ZnCl2

(2) b+=b,b-=2b,

bBzB2=0.5×[b×4+2b×1]=3b I=(1/2) =3×0.005mol kg-1=0.015mol kg-1

±=-Az+|z-|I1/2 = -0.509×2×0.0151/2= lg -0.1247

±=0.750

3 = (0.005) (2×0.005) ±3/b 3 =b+b-2 ±3 /b a=a±3=b±3 2×0.7503

=2.11×10-7

(3) 根据Nernst方程

=E+(0.05916V/2) E lga(ZnCl2)=1.227V+0.02958V×lg(2.11×10-7)=1.030V

= =-zFE rG (4) -2×96500×1.021J= -197.1kJ

5. v=3200K,转动特征温度 HI的摩尔质量M=127.9×10-3kg mol-1,振动特征温度 r=9.0K:已

知k=1.381×10-23J K-1,h=6.626×10-34J s,L=6.022×1023mol-1。

(1) 计算温度298.15K,100kPa时HI的平动、转动、振动配分函数qt、qr、qv0。

(2) 根据转动各能级的分布数,解释能级越高粒子分布数越小不一定正确。(10分)

解:(1) V=nRT/p=(1×8.315×298.15/100000)m3 =0.02479m3

=3.471×1031

= 298.15K/(9.0K×1)=33.13 r qr=T/

=1.000

(2) 根据玻尔玆曼分布,转动能级分布

r /T)/qr = (2J+1) nJ/N =gJexp(-J(J+1) r /T)/qr =gJ fJ exp(-J(J+1)

由gJ= (2J+1)和fJ决定,随着J增大,gJ增大,fJ减少,因此有可能出现一个极大值,即能级越高粒

子分布数越小不一定正确。

6. 在273K时用钨粉末吸附正丁烷分子,压力为11kPa和23kPa时,对应的吸附体积(标准体积)

分别为1.12dm3 kg-1和1.46dm3 kg-1,假设吸附服从Langmuir等温方程。

(1) 计算吸附系数b和饱和吸附体积V∞。

(2) 若知钨粉末的比表面积为1.55×104m2 kg-1,计算在分子层覆盖下吸附的正丁烷 分

华南理工大学物化考研10年真题

子的截面积。已知L=6.022×1023mol-1。(10分)

解:(1) Langmuir等温方程 V/ V∞= bp /(1+bp),两种不同压力下的数据相比数得

V/ V’ = (1+1/bp’)/(1+1/bp)

1.46/1.12=(1+1/11kPa/b)/ (1+1/23kPa/b)

可得 b=0.156 kPa-1

所以

V∞= V(1+bp) / bp=1.12dm3 kg-1×(1+0.156×11)/(0.156×11)

=1.77 dm3 kg-1

(2) 比表面 A0= V∞LA/(0.0224m3 mol-1) ,可得截面积为

A=(0.0224m3 mol-1)A0/ V∞L

= (0.0224m3 mol-1)×1.55×104 m2 kg-1/(1.77×10-3m3 kg-1×6.022×1023mol-1)

=3.257×10-19m2

7. 有下列反应

式中k1和k2分别是正向和逆向基元反应的速率常数,它们在不同温度时的数值如下:

温度/K 300 310

k1/s-1 3.50×10-3 7.00×10-3

)-1 7.00×10-7 k2/(s p 1.40×10-6

(1) 计算上述可逆反。 应在300K时的平衡常数Kp和K

(2) 分别计算正向反应与逆向反应的活化能E1和E2。

H。 (3) 计算可逆反应的反应焓

(4) ,问系统总压p’, 在300K时,若反应容器中开始时只有A,其初始压力p0为p

时所需时间为多少?(可适当近似)(13分)。 达到1.5p

解:(1) )-1=2000 p Kp=k1/k2=3.50×10-3s-1/7.00×10-7(s p

=2000 =Kp /p K

(2) E1=RTT’ln(k1’/k1)/( T’-T’)= [8.315×300×310×ln(7.00/3.50)/(310-300)]J mol-1

=53.6k J mol-1

E2=RTT’ln(k2’/k2)/( T’-T’)

= [8.315×300×310×ln(1.40×10-6/7.00×10-7)/(310-300)]J mol-1

=53.6k J mol-1

H= E1-E2= 0 (3)

(4) A(g) = B(g) + C(g)

t=0 p p= p

-pA -pA p= 2p p -pA p t=t’ pA -p 即pA=2p

速率方程

-pA)2 ≈k1 pA ( ∵ -dpA /dt = k1 pA-k2 (p k2 p<<k1)

积分得

/(2p -p)]/t =ln[p /(2p t=ln(pA0/pA)/k1=ln[p )]/3.50×10-3s-1=198s -1.5p

8.在浓度为10 mol m-3的20cm3 AgNO3溶液中,缓慢滴加浓度为15 mol m-3的KBr溶液

10cm3 ,以制备AgBr溶胶。

(1) 写出AgBr溶胶的胶团结构表达式,指出电泳方向。

(2) 在三个分别盛10cm3 AgBr溶胶的烧杯中,各加入KNO3、K2SO4、K3PO4 溶液使其聚沉,

最少需加电解质的数量为:1.0 mol m-3的KNO3 5.8 cm3 ;0.01 mol m-3的K2SO4 ;8.8

cm3 ;1.5×10-3 mol m-3的K3PO4 8.0 cm3 ;计算各电解质的聚沉值以及它们的聚沉能

力之比。

华南理工大学物化考研10年真题

(3) 293K时,在两极距离为35cm的电泳池中施加的电压为188V,通电40min =1.03×10-3

Pa s r=80,粘度 电势为多大?已知293K时分散介质的相对介电常数 15s,测得AgBr溶胶粒

子移动了3.8cm。问该溶胶的 0=8.854×10-12F m-1。(10分) ,真空介电常数

解:(1) AgNO3过量,为稳定剂,胶团结构为

[(AgBr)m nAg+ (n-x)NO3- ]x+ xNO3-

胶粒带正电,电泳时向负极移动。

(2) KNO3 的聚沉值: 1.0mol dm-3×5.8cm3 / (10+5.8) cm3 = 0.367 mol dm-3

K2SO4的聚沉值: 0.01 mol dm-3×8.8cm3 / (10+8.8) cm3 = 4.68×10-3 mol dm-3

K3PO4 的聚沉值;0.0015 mol dm-3×8.0cm3 / (10+8.0) cm3 = 6.67×10-4 mol dm-3

聚沉能力之比 KNO3:K2SO4:K3PO4

= (1/0.357):(1/4.48×10-3):(1/6.67×10-4) =1:79.7:535

(3) / h得 (V/l) /h = E 由公式u=

0 V r V = ul h / = ulh /

= (0.038m/2415s) ×0.35m ×1.03×10-3Pa s/ (80×8.854×10-12F m-1×188V)

= 0.0426V

9. 在室温下氨基甲酸铵很不稳定,易分解,且分解平衡压力小于大气压。请你设计反应装置,

测量这个反应的平衡常数,粗略画出实验装置草图,说明部件要求什么条件,如何测量压力,并

推导平衡常数表达式。

NH2COONH4(s) = 2NH3(g) + CO2¬(g) (10分)

解:参考物理化学实验教材。

华南理工大学

2002年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)

科目名称:物理化学(含物理化学实验)

适用专业:化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程

1. 在绝热的条件下,将0.4mol某理想气体从200kPa压缩到1000kPa时,温度从300K上升到

900K,求该过程的W、△H、△S、△U、△G,判断过程的性质并指出判据,已知:该理想气体在

300K和200kPa时的摩尔熵为Sm=205J K-1 mol-1,定压摩尔热容为Cp,m=3.5R (12分)

解:分析过程:(p1=200kPa,V1,T1=300K) → (p2=1000kPa,, V2, T2=900K)

绝热 Q=0

理想气体 △U = nCV,m△T = n(Cp,m-R)△T

△H = nCp,m△T

故 W =△U -Q

过程熵

△S = nCp,mln(T2/ T1)+nRln(p1/ p2)

△G =△(H-TS) =△H-(T2S2-T1S1) =△H-(T2△S-S1△T)

过程绝热,所以只能用△S判断过程的方向。

注意:本题非恒外压,功一般由热力学第一定律式计算W =△U -Q。

2. 298K时,反应N2O4(g)=2NO2(g) =0.155,标准摩尔焓为57.24kJ mol-1(假定温度对反应焓的

影响可以忽略不计)。(共10分) 的平衡常数K

求 (1) 。 373K时反应的平衡常数K

时N2O4的离解度。 (2) 298K,总压为p

华南理工大学物化考研10年真题

(3) ,离解前N2O4和N2(惰性气体)物质的量为1:1时N2O4的离解度。 298K,总压为p

解:本题主要利用等压方程求不同温度下的平衡常数,以及与组成关系。

(1) /R(T2T1) rHm )= (T2-T1) / K1 等压方程:ln(K2

(2) N2O4(g) = 2NO2(g)

t=0 1mol 0 mol

t=∞时n 1-x 2x n总=1+x

/( 1+x) /( 1+x) 2x p 分压 (1-x) p

=[2x/( 1+x)]2/[(1-x)/( K1 1+x)] =4x2/(1-x2)

可求出x=

(3) N2O4(g) = 2NO2(g) N2

t=0 1mol 1mol

t=∞时n 1-x 2x 1mol n总=2+x

/( /( 2+x) 2x p 分压 (1-x) p 2+x)

=[2x/( 2+x)]2/[(1-x)/( 2+x)] =4x2/(2-x-x2) K1

可求出x=

3. 水的蒸气压与温度之间可用如下关系式表示:

lg (p/Pa) =-A/T+B

若已知水在77℃时的饱和蒸气压为41.847kPa,求:

(1) 常数A,B的值以及水的摩尔蒸发焓;

(2) 在多大外压下水的沸点可以改变为101℃;(共8分)

解:(1) vapHm 给出的关系式实际上为克-克方程的不定积分式。题目只给出一个温度下的蒸

气压,代入方程无法求解。所以必须考虑其他条件或常识,即水在100℃时的饱和蒸气压为

101.325kPa,代入自然就可得到A,B。至于 可用与A的关系计算:

vapHm = -2.303×AR

亦可用克-克方程的定积分式计算。

(2) 外压压力即为101℃时的水的饱和蒸气压。

4.(NH4)2SO4-H2O所组成的二组分系统,在-19.1℃时有一个低共熔点,此时冰、(NH4)2SO4(s)

和浓度为38.4%(质量分数,下同)的(NH4)2SO4水溶液平衡共存。在108.9℃时(NH4)2SO4饱

和溶液(浓度为51.8%)沸腾。

(1) 试绘出相图示意图。

(2) 分析各组分存在的相平衡。

(3) 含30%的(NH4)2SO4水溶液冷却能否得到纯固体(NH4)2SO4?若不能,如何得

到纯固体(NH4)2SO4?

(4) 1kg含51.8%的(NH4)2SO4水溶液在何温度下能得到最多的纯固体(NH4)2SO4,

计算出最多能得到的(NH4)2SO4的量。(共12分)

解:(1) 相图和各相组成如下

(3) 不能。可通过加热蒸发使硫酸铵的浓度增大至超过38.4%(或51.8%)即可.

(4) 冷却到接近-19.1℃时能得到最多的纯固体。设固体量为Ws,利用杠杆规则则有,

(51.8-38.4)(1kg-Ws)= (100-51.8)Ws

Ws=0.218kg

5.25℃时,电池Zn(s) | ZnCl2 (b=0.555mol kg-1) | AgCl(s) | Ag(s) 的电动势E=1.015V,(¶ E/¶T)p

= -4.02×10-4 (AgCl/Ag,Cl-)=0.2220V。 (Zn2+/Zn)=-0.7630V, E V K-1。已知E

(1) 写出电池反应。

(2) 。 求上述反应的平衡常数K

华南理工大学物化考研10年真题

(3) 求电解质溶液ZnCl2的平均活度系数。

(4) 求上述反应在定浓条件下,在恒压无其他功的反应器中进行或在电池中可逆地进行时吸

放的热量各为多少?(共12分)

解:(1) 电极反应:

Zn(s) → Zn2+ + 2e—

AgCl(s) + e—→ Ag(s) + Cl—

电池反应: Zn(s) + 2AgCl(s) →2 Ag(s) + ZnCl2(l)

/RT) = = exp(zFE (2) K exp[2×96500×(0.2220+0.7630)/8.315/298.2]= 1.983×1033

-(0.05916/2)lg[4 (3) =E )3] 3(b/b

,而 ,

代入 1.015=(0.2220+0.7630)-(0.05916/2)lg(4× 3×0.5553)

±=0.521

(4) 可逆电池 Qr= zFT(¶ E/¶T)p= 2×96500×298.2×(-4.02×10-4) J mol-1

= -23136J mol-1

非电池反应:

rG+Qr = -zFE+ Qr= rS = rG+T rH = Qp= -2× [96500×1.015+(-23136)] J mol-1

= -219031J mol-1

6. 25℃时乙醇水溶液的表面张力与溶液中乙醇的浓度c(单位mol dm-3)的关系为

/(N m-1)=[72-0.5(c/ mol dm-3)+0.2 (c/ mol dm-3) 2]×10-3

计算c=0.6mol dm-3时,(1)乙醇在液面的表面过剩;(2)将半径为10-3m的玻璃毛细管垂直插入

该溶液中(设乙醇水溶液完全润湿毛细管),溶液在毛细管中上升高度是多少?已知该溶液的密

度为986kg m-3,重力加速度为9.8N kg-1。(共8分)

/dc = -(c/RT)d 解:(1)

= -(c/RT)[0.4(c/ mol dm-3)-0.5]×10-3 N m-1/ (mol dm-3)

=-[0.6/(8.315×298.2)](0.4×0.6-0.5) ×10-3 mol m-2

= 6.29×10-8mol m-2

注意单位的处理!

gr = 2×(72-0.5×0.6+0.2×0.62) / (2) h=2 ×10-3/(986×9.8×10-3m)

=0.0149m

7. 乙醛热分解CH3CHO → CH4+CO是不可逆反应,在518℃及恒容条件下,有数据:

初始压力(纯乙醛) 0.400kPa 0.200kPa

100秒后系统总压 0.500kPa 0.229kPa

求(1)乙醛分解的反应级数;(2)计算518℃时的速率常数;(3)实验测得在538℃时的速率常数是

518℃时的两倍,计算该反应的活化能。(共12分)

解:本题与天津大学《物理化学》第四版教材11.33题基本相同。

设甲醛为A,因为是恒温恒容反应,可用压力代替浓度进行有关计算。

A → CH4 + CO

t=0 pA0 0 0 总压p=pA0

t=t pA pA0-pA pA0-pA 总压p=2pA0-pA

所以 pA=2pA0-p

(1) 可用多种方法求解。比较简单的是积分法。假设为级数n=1,

则 k=ln(pA0/pA)/t =ln[pA0/(2pA0-p)]/t

代入数据:

k1=ln[0.400/(2×0.400-0.500)]/100s=0.00288s-1

华南理工大学物化考研10年真题

k2=ln[0.200/(2×0.200-0.229)]/100s=0.00157s-1

速率常数相差太多,可否定为一级反应。

假设为二级反应,则 k=(pA-1-pA0-1) t

代入数据得:

k1=[(2×0.400-0.500)-1-0.400-1] kPa-1/100s=0.00833 kPa-1 s-1

k2=[(2×0.200-0.229)-1-0.200-1] kPa-1/100s=0.00848 kPa-1 s-1

速率常数非常接近,所以可认为是二级反应。

用n级反应的压力与时间式代入建立一个方程,用尝试法求n亦可。

(2) 速率常熟 k=(k1+k2)/2 =0.00841 kPa-1 s-1。

(3) Ea=RT1T2ln(k’/k)/( T2-T1)

=(8.315×793.15×813.15×ln2/20)J mol-1

=186 kJ mol-1

8.有一平行反应

在500K时,k1、k2分别为4.65s-1和3.74s-1。求(1) A转化90%所需要的时间;(2)求总反应的

表观活化能。已知两平行反应的活化能E1、E2分别为20kJ mol-1和26 kJ mol-1。(共10

分)

解:本题需掌握一级平行反应的规律才容易做。若没掌握,需自己推导。

(1) A的转化率x与时间的关系如下:

t = -ln(1-x)/(k1+k2) =-ln(1-0.90)/(4.65s-1+3.74s-1)= 0.2744s

(2) E=(k1 E1+k2 E2)/ (k1+k2)=(4.65×20+3.74×26) kJ mol-1/(4.65+3.74)

=22.67 kJ mol-1

双电层示意图

9.将稀KI和AgNO3(过量)溶液混合制成溶胶。(1)写出胶团结构示意图;(2)画出此胶团相对的

双电层电势差示意图;(3)如何确定胶粒是带正电还是带负电?(共8分)

解:(1) AgNO3为稳定剂,胶团结果如下

[(AgI)m nAg+ (n-x)NO3- ]x+ xNO3-

(2) 双电层电势差示意图见右。

(3) 胶粒带正电。主要由胶核吸附的离子决定。

10.在物理化学实验中为了测定反应:I-+ I2 = I3- 的平衡常数,一种方法是在水溶液系统中加

入CCl4溶剂。请试述在两系统中如何确定上述反应中各物质的平衡浓度,从而计算反应的平

衡常数?(共8分)

解:见实验教材。

华南理工大学

2003年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)

科目名称:物理化学

适用专业:材料物理化学、材料加工工程、环境工程、生物医学工程

点评:本套题题量偏多,至少多了3题,部分题难度偏大,且其中一道题所给的条件有误,使学生

根本无法计算。

1. 一绝热容器中装有10mol、80 ℃ 的纯水。已知液态水的恒压摩尔热容Cp,m(H2O,l) 为

75.3J mol-1 K-1;水的摩尔气化焓和冰的摩尔焓分别为40 kJ mol-1、46.004 kJ mol-1。在

101325Pa下,为了使容器中的水温降至50 ℃ 。试问:

(1) 需加入0℃的冰为多少?

华南理工大学物化考研10年真题

(2) 水和冰混合过程的总熵变。(10分)

解:本题求解需冰的溶化焓,但题目没有给出,题目给的冰的摩尔焓没有任何意义,所以是一个

无法求解的题。也许,题目给的应该是冰的摩尔升华焓,这时冰的溶化焓可近似计算如下:

vapH= subH- fusH= 46.004 kJ mol-1-40kJ mol-1=6.004 kJ mol-1

(1) 设加入的冰量为x mol,根据绝热条件有

fusH +Cp,m(H2O,l)(50-0)K] H = n(H2O) Cp,m(H2O,l)(50-80)K+ x [ Qp= = 0

于是:

fusH +Cp,m(H2O,l)×50K] x = n(H2O) Cp,m(H2O,l)×30K/ [

= 10mol×75.3J mol-1 K-1×30K/[6004 J mol-1+75.3J mol-1 K-1×50K]

= 2.31 mol

S = n(H2O) Cp,m(H2O,l)×ln(333.15K/353.15K)+ (2)

fusH x [ /273.15K+Cp,m(H2O,l)×ln(333.15K/273.15K)]

=10mol×75.3J mol-1 K-1×ln(333.15K/353.15K)+

2.31mol×[6004 J mol-1 /273.15K+75.3J mol-1 K-1×ln(333.15K/273.15K)]

= 41.42 J K-1

2. 2mol 理想气体在101325Pa下由300K加热到500K,该过程的热为18kJ。已知系统终态的

摩尔熵Sm=25 G。(12分) A, S, H, U, J mol-1 K-1,在300K~500K温度范围内热容视为

常数,试求该过程的W,

解:W= -p(V2-V1) = - p2V2+p1V1 = nR(-T1+T2) = 2×8.315×(500-300) J =3326J

cp=Q/n(T2-T1)=18000J/[2mol×(500-300)K]=45 J mol-1 K-1

U=ncV(T2-T1)= 2×(45-8.315)×200 J = 14674J

H=ncp(T2-T1)= 2×45×200 J = 18000J

S=ncpln(T2/T1)= 2×45×ln(500/300) J K-1 = 45.97J K-1

S2=2Sm=50 J K-1

S= (50-45.97) J K-1 = 4.03 S1= S2- J K-1

TS= T2S2- T1S1 = (500×50-300×4.03)J = 23791J

TS= U- A = 14674J-23791J = -9117J

TS= 18000J-23791J = -5791J H- G =

3. 0.5mol 甲醇和0.5mol 乙醇组成液态混合物可视为理想液态混合物。已知甲醇、乙醇的正

常沸点分别为65℃、78.5℃ ,乙醇的摩尔气化焓为39.47 kJ mol-1,假设甲醇、乙醇的摩尔气

化焓不随温度而变。

(1) 该混合物在101325Pa 下,温度达到多高才开始沸腾?(设刚沸腾时气相组成为y乙醇

=0.45)

(2) 甲醇饱和蒸气压ln(p/Pa)与T的函数关系式。

(3) mixGm。(14分) mixUm和混合摩尔吉布斯函数变 在298K下混合,计算混合摩尔内

能变

解:(1) 设乙醇记为B,沸腾时pB=p总yB=101325Pa×0.45=45596Pa,根据拉乌尔定律,

p’=pB*=pB/xB=45596Pa/0.5=91192Pa

vapH=39.47 对于温度为T’,已知乙醇的T=78.5℃,p=101325Pa且 kJ mol-1,利用克-克方程得

vapH /R)(1/T-1/T’) ln(p/p’) = -(

ln(101325Pa/91192Pa)= -( 39470/8.315)(1/351.65-K/T’)

T’=348.93K=75.78℃

(2) 设甲醇为A,混合物刚沸腾时pA=101325Pa-45596Pa=55729Pa,纯A饱和蒸气压

p’=pA*=pA/xA=55729Pa/0.5=111458Pa

华南理工大学物化考研10年真题

利用其正常沸点的数据和克-克方程可算其气化焓

vapH /R=TT’1n(p/p’)/(T-T’)

=338.15K×348.93K×ln(101325Pa/111458Pa)/(338.15K-348.93K)

= 1043K

将正常沸点下的数据代入克-克方程得

ln(p/101325Pa) = -1043K×(1/T-1/338.15K)= -1043K/T +3.085

mixHm=0, (3) 混合焓变

mix mixHm- mixUm= pV=0-0=0

=(8.315×298) mixGm=RT(xAlnxA+ xAlnxA J mol-1×(0.5ln0.5+0.5ln0.5)

=-1718 J mol-1

4. 在25 ℃ 时,反应

=2.2×10-5 (a) CuSO4 H2O(s) = CuSO4(s) + H2O(g) K

CuSO4 H2O(s) = =6.948×10-4 (b) CuSO4(s) + H2O(l) K

水的标准摩尔生成吉布斯函数为 -237.13 kJ mol-1 ,设水蒸气为理想气体,且V(g)>>V(l)。试

求:

。 fGm (1) 25℃水蒸气的标准摩尔生成吉布斯函数

(2) 25℃水的饱和蒸气压。(10分)

解:(1) 反应(a)-(b) 为

H2O(l) = H2O(g)

= +RTlnKb (b) = -RTlnKa Gm (a)- Gm = Gm (H2O,l) fGm (H2O,g)- fGm

整理得:

) /Ka (H2O,g)+RTln(Kb fGm (H2O,g)= fGm

= -237.13 kJ mol-1+8.315×0.29815kJ mol-1×ln[6.948×10-4/(2.2×10-5)]

= -228.57 kJ mol-1

(2) 把水的蒸发过程当作一个反应即

H2O(l) = H2O(g)

p/p

/RT) Gm = exp(- = p/p 平衡(饱和)时 K =exp[(228570-237130)/(8.315×298.15)]=0.03166

所以饱和蒸气压 p=0.03166 =3.166kPa p

本题亦可用其他方法求解。

5. ZnCO3(s) 的分解反应为: ZnCO3(s)=ZnO(s) + CO2(g)

ZnCO3(s) ZnO(s) CO2(g)

(298K)/kJ mol-1 -731.52 –318.3 –394.36

(298K)/(J mol-1 K-1) 82.4 S 43.64 213.7

cp,m/(J mol-1 K-1) 79.71 40.3 37.1

试求:

; Um 和 (1)在298K时,ZnCO3(s)分解反应的标准平衡常数K

(2)在500K时,ZnCO3(s)的分解压力;

(3)在298K,p(CO2)=1000Pa下,ZnCO3(s)能否分解。(14分)

解:(1) = (-318.3-394.36+731.52) kJ mol-1= 18.86 kJ mol-1 B vB = Gm

= (43.64+213.7-82.4) J mol-1 K-1= 174.94 vBSB = Sm J mol-1 K-1

=(18.86+298×0.17494) kJ mol-1= 70.99 Sm +T Gm = Hm kJ mol-1

vBRT= (70.99-1×8.315×298×10-3) kJ mol-1 - Hm = Um

=68.51 kJ mol-1

华南理工大学物化考研10年真题

/RT) Gm =exp(- K =exp[-18860/(8.315×298)]=4.948×10-4

vBcp,m,B=(40.3+37.1-79.71) (2) J mol-1 K-1 = -2.31 J mol-1 K-1

计算500K时

vBcp,m,B×(500-298)K=(70.99-2.31×0.202) (298K)+ Hm (500K)= Hm kJ mol-1

=70.52 kJ mol-1

vBcp,m,B×ln(500K/298K) (298K)+ Sm (500K)= Sm

= [174.94-2.31×ln(500/298)] J mol-1 K-1

= 173.74 J mol-1 K-1

(500K)=(70.52-0.5×173.74) kJ mol-1 Sm (500K)-500K× Hm (500K)= Gm

= 16.35 kJ mol-1

/RT)=exp[(-16350/8.315×500)]=0.01959 Gm =exp(- K

ZnCO3(s)的分解压

=0.01959p p p=K

(3) =49.48Pa =4.948×10-4p p 在298K,ZnCO3(s)的分解压p=K<p(CO2),所以ZnCO3(s)不会

分解。

6. 用银电极电解AgNO3 溶液,通电一定时间后,测得在阴极上析出1.15g的Ag,在阴极区溶

液中Ag+ 的总量减少了0.605g。求AgNO3溶液离子迁移数。(10分)

解:NO3-不反应,阴极区溶液中Ag+ 的减少量即为NO3-的迁移量,所以

t(NO3-) = 0.605g/1.15g = 0.526

t(K+) =1-t(NO3-) = 1-0.526 = 0.474

) | H2SO4 (b=0.5mol kg-1) | Hg2SO4(s) | 7. 电池Pt | H2(p=p Hg(l) (Hg|Hg2SO4)=0.6258V。

(14分) 在25℃时的电动势E=0.6960V,求该电解质溶液H2SO4的平均活度系数。已知E

解:电池反应:Hg2SO4(s) + H2(g)→ Hg(l) + H2SO4(b)

)3] -(0.05916/2)lg[4 3(b/b =E

,而 ,

代入 0.6960=0.6258-(0.05916/2)lg(4× 3×0.53)

±=0.204

8. v=2690K,试求300K时NO分子的振动配分函数qv及qv0。(10分) 已知NO分子的振动

特征温度

解:qv=

=0.0113

=1.000

9. 请推导球形液滴的饱和蒸气压pr,与其曲率半径的r关系式(开尔文公式)

M/r RTln(pr/p)= 2

并注明此式的适用条件。(8分)

解:在温度T时, 平液面和小液滴的饱和蒸气压分别p和pr,蒸气为理想气体。将1mol

物质的平面液体分散成半径为r的小液滴,设想如下路径:

路径a:(1)、(2)、(3)

G1=0; (1) 恒温平衡相变

G2= ; (2) 恒温过程

G3=0。 (3) 恒温平衡相变

路径b:

G=

/r,Vm(l) = p=2 r) 附加压力( M / ( = 2 ) M /

华南理工大学物化考研10年真题

G3 G2 + G1 + G= 因为:

所以: ,即得开尔文公式。

适用条件:恒温单组分系统。

10. 与浓度c的关系为(b为常数) RSO3H是一种强酸,R表示长链烷烃,25℃时,此强酸水溶液

的表面张力 0为纯水的表面张力,As为RSO3H分子的横截面积,k为玻尔玆曼常数。(10

分) )As=(1/2)kT,式中 0- 0-bc2。请推导表面吸附达饱和时,有关系式( =

解:溶液的表面超量

)/RT 0- /dc = -(c/RT)(-2bc) =2bc2/RT =2( = -(c/RT)d

∞与截面积的关系为(注意与吸附体积的关系式不同!) 吸附达饱和时,表面超量

)/RT 0- = 1/[L2( ∞ As=1/L ]

移项后得

)As = (1/2)T(R/L)=(1/2)kT 0- (

11. 1,2-二氯丙醇在NaOH存在的条件下,发生环化作用生成环氧氯丙烷的反应。实验测得该

反应为二级,活化能为125.24 kJ mol-1。 试计算:

(1) 在20 ℃ 下,当1,2-二氯丙醇与NaOH的起始浓度均为0.328 mol dm-3 ,反应的半衰期为

35.868min,反应经过 31min,1,2-二氯丙醇的转化率可达多少?

(2) 在30 ℃ 下,当1,2-二氯丙醇与NaOH的起始浓度分别为0.327和0.360 mol dm-3 ,若1,2-

二氯丙醇的转化率达90%时,需要多长时间?(12分)

解:(1) 起始浓度相同的二级反应,转化率x与时间t的关系式如下:

t = x/kc0(1-x)

速率常数为

k =1/c0t1/2 = 1/(0.328 mol dm-3×35.868min)=0.0850 mol-1 dm3 min-1

当t’=31min时,

x’= kc0t’/( kc0t’+1) = 0.0850×0.328×31/(0.0850×0.328×31+1) =0.464

(2) 已知20℃时的速率常数k和反应活化能Ea,可先算出30℃时的速率常数k’:

ln(k’/k) = Ea(T’-T)/RT’T

ln(k’/0.0850 mol-1 dm3 min-1)=125240×10/(8.315×293.15×303.15)

k’=0.4629 mol-1 dm3 min-1

本题两反应物的初浓度不同,最好自己推导积分式:设NaOH为A, 1,2-二氯丙醇为B,则

A + B = 环氧氯丙烷

t=0 cA0 cB0 0

t=t cA0-y cB0-y y

dy/dt = k(cA0-y)( cB0-y)

移项

kdt =dy/(cA0-y)( cB0-y)= [1/(cA0-y)-1/( cB0-y)] dy/(cB0- cA0)

积分得

t=ln{[cA0(cB0-y)]/[cB0 ( cA0-y)]}/[k(cB0- cA0)]

当 y=0.327 mol dm-3×0.90= 0.2943mol dm-3时

t=ln{[0.360×(0.327-0.2943)]/[0.327×(0.360-0.2943)]}/[0.4629×(0.327-0.360)] min

=39.38 min

说明:本题求解过繁,积分公式难记。

12. 有氧存在时,臭氧分解的机理为:

(1) 试利用稳态近似法推证反应的动力学方程式为:

-dc(O3)/dt = kc(O3)2c(O2)-1 式中k=2k2K

华南理工大学物化考研10年真题

(2) 已知上述反应在70℃-100℃间进行时,表观活化能为119.2 kJ mol-1,且知臭氧的标准生成

焓为142.3 kJ mol-1 ,氧原子的标准生成焓为247.4 kJ mol-1,求第二步反应的活化能E2。(14

分)

解:(1) 根据稳态法,对中间物氧原子有

dc(O)/dt = k1c(O3)-k-1c(O2)c(O)-k2c(O3)c(O)=0

得 c(O)=k1c(O3)/[k-1c(O2)+k2c(O3)]

-dc(O3)/dt = k1c(O3)-k-1c(O2)c(O)+k2c(O3)c(O)

= 2 k2c(O3)c(O) (利用稳态法式代入)

= 2 k1k2c(O3)2 /[k-1c(O2)+k2c(O3)]

由于第二步反应慢,因此有 k-1c(O2)>>c(O3)

所以

-dc(O3)/dt = 2 k1k2c(O3)2 /k-1c(O2) =kc(O3)2c(O2)-1 式中k=2k2K

(2) k=2k2K=2k2k1/ k-1

所以 H1 E=RT2dlnk/dT=RT2dlnk2/dT+RT2dlnk1/dT-RT2dlnk-1/dT=E2+E1-E-1= E2+

H1 E2= E- = [119.2-(247.4-142.3)] kJ mol-1

= 14.1 kJ mol-1

13. 有一Al(OH)3溶胶,在加入KCl使其最终浓度为80×10-3 mol dm-3 时恰能聚沉。加入

K2C2O4浓度为0.4×10-3 mol dm-3 时恰能聚沉。

(1) Al(OH)3溶胶所带电荷是正还是负?

(2) 为使该溶胶聚沉,大约需要CaCl2 浓度为多少?

(3) 若Al(OH)3溶胶以NaOH作稳定剂,写出胶团结构式,并指明胶粒的电泳方向。(12分)

解:(1) 根据负离子价数增大,聚沉值降低的实验结果可知该溶胶带正电。

(2) 溶胶带正电,CaCl2 与KCl相比,Ca2+的价态比K+高, 起消弱聚沉作用,所以

CaCl2 的聚沉浓度应该大于80×10-3 mol dm-3。

(3) 胶核首先吸附OH-,胶团结构如下,胶粒的运动方向为正极。

{[Al(OH)3]m nOH- (n-x)Na+}x- xNa+

2003年物理化学试卷(合化工原理一部分内容)

化工类专业

1. 1mol 水在100℃、101.325kPa下正常气化, G。 (15分) S、 H、 U、 已知水的正常

蒸发焓为40.64 kJ mol-1,求此过程的Q、W、

VapHm= H=n 解:Q= 1mol×40.64 kJ mol-1= 40.64kJ (注:若题目未给出蒸发焓,可以不算出

数值)

H/T= S= 40.64kJ/373.15K= 108.9J K-1 (可逆相变过程)

G=0

W= -p[V(g)-V(l)]≈ -pV(g) = -nRT= -1mol×8.3145J K-1 mol-1 ×373.15K=-3103J

U=Q+W= 40.64kJ-3103J = 37.54kJ

2. 已知反应 2NaHCO3(s)  Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)

rHm与温度无关,试求: 温度为50℃、100℃时系统的平衡总压分别为3950Pa、96300Pa。

设反应的

(1) rGm。 计算50℃时该反应的K、

rHm。 (2) 计算该反应的

(3) 计算NaHCO3(s)的分解温度。(15分)

华南理工大学物化考研10年真题

解:(1) 设平衡总压为p,则

2NaHCO3(s)  Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)

平衡 p/2 p/2

K=p[H2O(g)] p [CO2(g)]/ p2 = (p / p)2/4 =(3950Pa/100000Pa)2/4=0.0003901

rGm= -RTln K= -8.3145J K-1 mol-1×323.15K×ln(0.0003901)= 21089 J mol-1

(2) T’=373.15K时,K‘= (p’ / p)2/4 =(96300Pa/100000Pa)2/4=0.2318

rHm= [RT’T/(T’-T)] ln (K’/ K)

=[8.3145J K-1 mol-1×373.15K×323.15K/(373.15K-323.15K)]×ln(0.2318/0.0003901)

=128075J mol-1=128.1 kJ mol-1

(3) 若分解温度即为平衡总压p=101325Pa时对应的温度T”,此时

K“= (p”/ p)2/4 =(101325Pa/100000Pa)2/4=0.2567

rHm/ R )(1/T -1/T”) 利用等压方程ln (K”/ K) = (

即 ln(0.2567/0.0003901)=(128100kJ mol-1/8.3145J K-1 mol-1)(1/323.15K-1/T”)

T”= 374.06K

3.硫酸在常压下与水可形成3种水合物,其相图如右。

H2O-H2SO4系统的相图

(1) 指出三个水合物的组成。已知硫酸和水分子的相对质量分别为 98、18。

(2) 指出各区和三相线的相态和自由度。

(3) 生产过程中用管道输送液态硫酸,若是98%的浓硫酸,会不会出现问题?若是93%的浓硫酸,

又会如何? (15分)

答:(1) 组成分别为H2SO4 4H2O(C)、H2SO4 2H2O(D)、H2SO4 H2O(E)。

(2) 在常压下,硫酸与水的相图看起来似乎复杂,实际上很简单,是H2O—H2SO4 4H2O、

H2SO4 4H2O—H2SO4 2H2O、H2SO4 2H2O—H2SO4 H2O、H2SO4 H2O—H2SO4固相完

全不互溶的相图的组合,因此各区和三相线的相态很容易确定,自由度为F=C-P+1=3-P,具体相

态(L为液体,S为固体)和自由度数值见下表:

相区 I II III IV V VI VII

相态 L 冰+L L+C(s) 冰+ C(s) C(s)+L L+

D(s) C(s)+ D(s)

自由度 2 1 1 1 1 1 1

相区 VIII IX X XI XII XIII

相态 D(s) + E(s) E(s)+L D(s)+L E(s)+L L+ B(s)

E(s)+ B(s)

自由度 1 1 1 1 1 1

三相线的相态(F=0)

三相线 FGH JKL MNO PQR

相态 冰+L+ C(s) L+ C(s)+ D(s) L+ D(s)+ E(s) L+ E(s)+

B(s)

(3) 从相图上可知道,98%的浓硫酸在温度降至0℃左右时会产生固体硫酸,影响管道输送,所

以冬天时将无法输送。对于93%的浓硫酸,其凝固点约-35℃,一般的室温都高于此温度,故用

管道输送时将不会因产生固体而堵塞管道的问题。

4. 298K时,已知反应 2Hg(l) + 2AgCl(s) → Hg2Cl2(s)+2Ag(s)的 DrGm = -201.88kJ

mol-1, E(Ag+/Ag)=0.799V,Ksp(AgCl)=1.76×10-10。

(1) 将反应设计成电池并计算出该电池的标准电动势。

(2) 计算E[AgCl(s)/Ag,Cl-]。

华南理工大学物化考研10年真题

(3) 若该电池电动势的温度系数( E/ T)p=1×10-4V K-1,计算该电池反应的DrSm、

DrHm、Qr。(15分)

解:(1) 正极: 2AgCl(s) +2e- → 2Ag(s)+2Cl-

负极: 2Hg(l) +2Cl-→ Hg2Cl2(s) +2e-

电池: Hg(l) | Hg2Cl2(s) | Cl-(a) | AgCl(s) | Ag

电动势 E= - DrGm/zF= -(-201880J mol-1)/(2×96500C mol-1)=1.046V

(2) 将反应 AgCl(s) → Ag++Cl- 设计成电池:

正极: AgCl(s) +e- → Ag(s)+Cl-

负极: Ag(s) → Ag+ + e-

电池:Ag(s) | Ag+ | Cl- | AgCl(s) | Ag(s)

E= RTlnK/zF= RTlnKsp/zF = E[AgCl(s)/Ag,Cl-]- E[Ag+/Ag]

E[AgCl(s)/Ag,Cl-]= E[Ag+/Ag]+RTlnKsp/zF= 0.799V+0.05916V×ln(1.75×10-10)

= 0.222V

(3) DrSm=zF( E/ T) p =2×96500C mol-1×1×10-4V K-1=19.3 J K-1 mol-1

Qr=TDrSm= 298.15K×19.3 J K-1 mol-1=5754J mol-1

DrHm=DrGm+TDrSm=DrGm+Qr = -201.88kJ mol-1+5754J mol-1

= -196.1kJ mol-1

5. 某溶液含有 NaOH 和 CH3CO2C2H5,浓度均为 0.0100mol dm-3。298.2K 时,反应经600s

有39.0% 的CH3CO2C2H5分解;而在308.2K 时,反应经600s 有55.0% 的分解。已知该皂

化反应为二级反应。

(1) 求反应在两种温度下的速率常数。

(2) 求反应的活化能。

(3) 计算288.2K时的速率常数

(4) 计算288.2K时600s能分解多少? (15分)

解:(1) 反应为 NaOH +CH3CO2C2H5 → CH3CO2Na + C2H5OH

该反应为二级且初浓度相同,故有 -dcA/dt=kcA2 , cA=cA0(1-x),

积分后得

k= (1/t)(1/cA-1/cA0) = x/tcA0(1-x)

298.2K 时,k=0.390/[600s×0.0100mol dm-3×(1-0.390)]=0.107 mol-1 dm3 s-1

308.2K 时,k’=0.550/[600s×0.0100mol dm-3×(1-0.550)]=0.204 mol-1 dm3 s-1

(2) Ea = RTT’ln(k’/k)/(T’-T)

= 8.3145J K-1 mol-1×298.2K×308.2K×ln(0.204/0.107)/(308.2K-298.2K)

= 49.3 kJ mol-1

(3) 288.2K时的速率常数k”:

ln(k”/k)=Ea (T”-T)/ RTT”

ln(k”/0.107 mol-1 dm3 s-1)=49300J mol-1×(288.2K-298.2K)

/(8.3145J K-1 mol-1×298.2K×288.2K)

k”= 0.0537 mol-1 dm3 s-1

(4) x =1/(1+1/ktcA0) = 1/[1+1/( 0.0537 mol-1 dm3 s-1×600s×0.0100mol dm-3)]

= 0.244 =24.4%

6. 某液体的表面张力与温度的关系如下:

/(10-3N m-1) = 21.50 - 0.086( t /℃)

今将该液体在80℃ 及101325Pa 下等温可逆分散成球形小液滴,计算:

(1) 小液滴半径为1.00×10-7m 时的附加压力。

华南理工大学物化考研10年真题

(2) 该小液滴的饱和蒸气压。

为20°，则管中液面将上升多少？ (3) 若将半径为1.00×10-7m 的毛细管插入该液体中,

已知润湿角

已知80℃ 及101325Pa时该液体的密度为882kg m-3,摩尔质量为74×10-3 kg mol-1,不考虑

分散度对表面张力的影响。(15分)

解:(1) /(10-3N m-1) = 21.50 - 0.086×80 =14.62 80℃时的表面张力

/r = p = 2 2×14.62×10-3N m-1/ 1.00×10-7m = 2.924×105Pa

(2) 由开尔文公式 RTln(pr/p) = r M/ 2

8.3145J K-1 mol-1 ×353.15K×ln(pr/101325Pa)=2×14.62×10-3N m-1×74×10-3

kg mol-1/(882kg m-3×1.00×10-7m)

pr = 102175Pa

/r’ = cos /r =2 p== 2 (3) gh

gr’ = / cos h =2 2×14.62×10-3N m-1×cos20°/(882kg m-3×9.80m s-2×1.00×10-7m)

= 31.8m

7 (1) 10cm3、0.02mol dm-3 AgNO3 溶液,缓慢地滴加到60cm3、0.003 mol dm-3 的KBr

溶液中,可制得AgBr溶胶,写出其胶团结构的表示式,并指出该溶胶的电泳方向。

(2) 对上溶胶,比较加入电解质CaCl2、NaCl、Na2SO4 、Na3PO4的聚沉能力 (10分)

解:

(1) 该系统AgNO3过量,起稳定剂作用,其胶团结构如右。

胶粒带正电,电泳时往正极移动。

(2) 胶粒带正电,加入电解质起聚沉作用的主要是负离子的价态,价态越高,聚沉能力越强;对

相同价态的负离子,正离子起消弱聚沉作用,且价态越高,消弱作用越强,所以聚沉能力如下:

CaCl2<NaCl<Na2SO4 <Na3PO4

华南理工大学

2003攻读硕士学位研究生入学考试试卷

(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)

科目名称:化工原理

适用专业:纸浆造纸工程、制糖工程、环境工程

一.填空(在括号内填入适当的文字)(40分)

1. 流量计安装时,孔板流量计可以在( )方向安装,转子流量计( )方向安装,

流体流动方向应取( )。

2. 图示,流体在园管中自上而下流动,通过l段的摩擦阻力损失为h∫ab,压强差为△pab,指示

液高度为R1,若流量及其他条件都不变,使流体自下而上流动通过该l 段,则改变流动方向后

的阻力损失h∫ba 与改变前h∫ab的关系为( ),改变后的压强差△pba与改变前的△

pab 关系为( )。改变前R1与改变后R2( )。

3. 当流体的温度升高时,离心泵的安装高度( );流量不变,当吸入管的管径减

少时,离心泵的安装高度( )。

4. 固体颗粒在一长方体的沉降室中沉降,沉降过程符合stocks定律;气体的处理量不变,若在

沉降室的1/2高度处加一与沉降面积相同的隔板,此时该沉降室能沉降最小颗粒的直径是原

来的( )倍。

华南理工大学物化考研10年真题

5. 一台转筒真空过滤机,其他条件不变,

提高真空度,不利于提高生产能力( );

提高悬浮液的温度,有利于提高生产能力( );

增加浸没度,有利于提高生产能力( );

6. 为了减少保温瓶的热损失,

在瓶胆的夹层中抽真空是为了减少( )形式的热损失;

在瓶胆的夹层中镀水银是为了减少( )形式的热损失;

7. 在大容器内饱和液体沸腾时,影响沸腾状态的主要因素是( );工业生产中一

般总是设法液体沸腾控制在( )状态下操作。

8. 理想物系,平衡时测得气相组成是液相组成的两倍。若将含轻组分50%的该物系进行平衡

蒸馏分离,控制液化率50%,分离后馏出物轻组分浓度是原料含轻组分浓度的( )倍。

9. 蒸馏是利用各组分的( )不同特性实现分离的。精馏是通过多次的( )和

( )的过程分离混合物。

10. 吸收操作时,吸收塔总压增加一倍,相平衡常数m( )倍,增加压力对吸收操作

( );吸收塔温度增加,相平衡常数m( ),增加温度对吸收操作

( )。

11. 假定吸收系统的相平衡常数m为零,填料高度及其他条件不变,若增加气体流量,吸收率将

变( )。

12. 影响恒速干燥速率的主要因素是( )

影响降速干燥速率的主要因素是( )

13. 恒速干燥过程中,如果其他条件不变,空气的相对湿度增大,干燥速率将

( );空气的相对湿度达到饱和,干燥速率将为( ),写出作为以

上分析依据的表达式( )。

二.(15分)有一输水系统如图所示,管子规格为φ48×4,已知管路阻力(直管和局部阻

力)损失为:

试求:(1)该体系的流量;

(2)若欲使流量增大20%,水箱的高度应增加多少米?(设摩擦阻力系数不变)

三.(13分)已知泵特性方程为He=20-2V2(m),其中V———体积流量,m3/min),单泵的流量为

1m3/min,两敞口容器的液面高差为10m,试问当流量为1.5m3/min时,采用两泵串联还是并联

操作,才能满足输送要求?设阻力系数为常数。

四.(12分)有一转筒过滤机,转速为2分钟转一周,生产能力为4m3/h,现将生产能力增大到

5m3/h,试问转速应增加到多少?滤饼厚度为原来的多少倍?

五.(15分)一列管式换热气,壳程120℃的蒸气冷凝放热,将管程中20℃的空气加热到

80℃,若将该换热气改为双管程,其他条件不变,设空气作完全湍流,物性随温度的变化可忽略,

此时空气的出口温度为多少?

六.(15分)一常压操作的精馏塔用来分离苯和甲苯的混合物,已知进料中含苯0.5(摩尔分率,下

同),泡点进料。塔顶产品组成为0.9,塔底产品组成为0.03,塔顶为一个分凝器和一个全凝器,

泡点回流,系统的平均相对挥发度为2,回流比是最小回流比的2倍,试求:

(1)精馏段操作线方程。

(2)离开塔顶第一块理论板的上升蒸气组成。

七.(15分)在逆流操作的吸收塔中,用清水吸收氨——空气混合气中的氨,混合气进塔时氨的浓

度Yt=0.01(摩尔比),吸收率90%,操作压力760mmHg,溶液为稀溶液,系统平衡关系服从拉乌尔

定律,操作温度下,氨在水溶液的饱和蒸气压力为684mmHg,传质单元高度为0.5米,试求:

(1)最小单位吸收剂用量。

华南理工大学物化考研10年真题

(2)当吸收剂用量为最小用量的2倍时,填料层的高度为多少米?

(3)出口液体的浓度为多少?

八.(10分)已知一个干燥系统的操作示意图如下:

(1)在I—H图中画出过程示意图

(2)求循环空气量L

九.(15分)料组成xt=0.2,以饱和蒸气状态自精馏塔底部进料,塔底不再设再沸器,

xp=0.95,xn=0.11,平均相对挥发度为2.5。

试求:(1)操作线方程

(2)若离开第一块板的实际液相组成为0.85,则塔顶第一块板以气相表示的单板效

率为多少?

华南理工大学

2005攻读硕士学位研究生入学考试试卷

(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)

科目名称:化工原理

适用专业:纸浆造纸工程、制糖工程、环境工程

一、 各专业考生都必须做的题目:

UV 应用条件是 ; ; 1、QV = 。(6分)

2、由克拉佩龙方程导出克-克方程的积分式时,所做的三个近似处理分别

是 ; ; 。(6分)

3、一级反应的特征是 ; ; 。(6分)

4、兰缪尔等温吸附理论的基本假设为 。(8分) ; ;

;

107 5、氧气和乙炔气溶于水中的亨利系数分别是7.2 mol-1,由亨利定律系数可知,在相同

条件下, 在水中的溶解度大于 kg 108 Pa mol-1 和133 kg Pa 在水中的

溶解度。 (4分)

6、对于化学反应 0 = ,其标准平衡常数的定义是 = ,

式中 = ,称为 。 (6分)

7、已知电池反应为 PbO2 + Pb +2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 设2H2SO4的浓度为

1mol kg-1,水的活度为1。构成原电池后,在0~60℃范围内,电动势

E/V=1.91737 + 5.61×105(t/ ℃) + 1.08×108(t/ ℃)2。又知25℃电池的标准电动势为2.041

伏。

(1)设计原电池,写出电极反应、电池反应;

(2)计算1mol kg-1 H2SO4的平均活度系数,硫酸的活度和硫酸的离子平均活度。 (12分)

8、一般药物的有效期可通过升温时测定一定时间的分解率来确定。例如某药物分解30%即

无效,今在50℃、60℃测得它每小时分解0.07%、0.16%。若浓度改变不影响每小时分解的百

分数。

(1)求此药物分解反应的活化能Ea。

(2)此药物在25℃保存,有效期是多少? (12分)

9、100℃时水的表面张力为58.9 mN m-1,密度为958.4 kg m-3。问直径为10-7 m的球形凹

华南理工大学物化考研10年真题

面上,100℃时水蒸气压为多少?在101325Pa外压下能否从100℃的水中蒸发出直径为10-7 m

的水蒸气泡? (12分)

10、1.0mol 理想气体由500K、1.0Mpa,反抗恒外压绝热膨胀到0.1Mpa,然后恒容升温至500K,

求整个过程的W、Q、△U和△H。已知CV,m mol-1。(12分) K-1 =20.786J

11、若1.0mol斜方硫转变为单斜硫时,体积增加3.53X10-6m3(设此值不随温度、压力而改变)。

在298K、101325Pa下,斜方硫和单斜硫的摩尔燃烧焓分别为

mol-1。在101325Pa下,两种晶型的正常转化温度为96.7℃,问在100℃、5 X mol-1和—

297.1kJ —296.7kJ 101325Pa 下,硫的那一种晶型较稳定?假定硫的两种晶型的

CP,m 相等。 (12分)

12、已知Br2(l)的饱和蒸气压p*(Br2 ,l)= 28 574 Pa, 求反应 Br2(l) = Br2(g)的 (298K)。

(12分)

13、在330.3K,丙酮(A)和甲醇的液态混合物在101325Pa下平衡,平衡组成为液相XA=0.400,

气相YA=0.519,(纯组分的蒸气压力p =104791Pa, p =73460Pa)试说明该液态混合物是否是

理想液态混合物,为什么?若不是理想液态混合物,计算各组分的活度和活度因子。(均以纯液

态为标准态) (12分)

请考生注意:按所报专业分别做以下题目!做错题目,不记成绩!

二、只要求报考 环境科学、无机化学、分析化学、物理化学的考生做的题目:

-26 10 1、设Ar气在体积为V的立方体容器中,已知Ar分子的质量m=6.634 1。-23 J K 10 -34

J s,玻耳兹曼常数k=1.381 10 kg,普朗克常数h=6.626

(1)若 ,求量子数nx=1,ny=2,nz=3的状态和基态间粒子分布数的比值。

-6 m3时的配分函数。 (2)求T = 300K,V = 10 (10分)

2、有一Al(OH)3溶胶,在加入KCl使其最终浓度为80 mmol L-1时恰能聚沉,加入K2C2O4

浓度为0.4 mmol L-1时恰能聚沉。

(1)Al(OH)3溶胶电荷是正是负?

(2)为使该溶胶聚沉,大约需要CaCl2的浓度为多少?这三种电解质聚沉能力之比为多少? (10分)

3、简单说明统计热力学研究的对象与任务以及它的研究方法。 (10分)

三、只要求报考 高分子化学与物理的考生做的题目:

= 0.36,本反应的 = 0 , 1、已知反应: A(g) = B(g) + C(g) 在457.4K时 K 。 mol-1 ,

求500K时的K (298.15K)= 61.50kJ (10分)

2、泡压法测定丁醇水溶液的表面张力。20℃时测最大泡压力为 0.4217kPa; 20℃时测得水的

最大泡压力为 0.5472kPa, m-1,请计算丁醇水溶液的表面张力。 已知20℃时

水的表面张力为 72.75 mN (10分)

3、856℃时氨在钨丝上的催化分解反应2NH3→N2+3H2不同时间t与系统总压p总的数据

如下:

t/s 200 400 600 1000

p总/Pa 30398 33331 36397 42397

请写出总压p总随时间t的变化率(dp总/dt)的动力学方程并求出反应级数n。(10分)

华南理工大学

2004攻读硕士学位研究生入学考试试卷

(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)

科目名称:化工原理

适用专业:纸浆造纸工程、制糖工程、环境工程

一. 2 mol 乙醇在正常沸点(78.4℃)下,变为蒸汽,其摩尔汽化焓为41.50KJ.mol-1,乙醇蒸汽可

华南理工大学物化考研10年真题

视为理想气体。

(1) 试求该相变过程的Q,W,△U,△S,△A,△G。

(2) 若乙醇摩尔汽化焓可认为与温度无关时,那么50℃时乙醇的饱和蒸汽压应为多少?

(3) 当2mol乙醇蒸汽在101325Pa下,从78.4℃升温至100℃时,△H,△S各为多少?(已知Cp, m(C2H5OH,g)=65.44 J.mol-1 K-1)。

(本题15分)

二. 已知在298K,100 kPa下,反应:

C2H4 (g)+H2O (l)==C2H5OH (l)

数据如下:(C2H4(g)视为理想气体)

C2H4 (g) H2O (l) C2H5OH (l)

△fHm /KJ.mol-1 52.26 -285.83 -277.7

Sm /J.mol-1.K-1 219.6 69.91 161

Cp,m/J.mol-1.K-1 43.56 75.291 111.5

(1) 试求在298K下,反应的标准平衡常数K 。

(2) 在298K时,当乙烯的压力为200kPa,能否生成C2H5OH (l)?

(3) 在500K,100kPa下,反应的△rHm 和△rSm 各为多少？升高温度对C2H5OH (l)生成是否有利?

(本题20分)

三. 电池Pt│H2 (100 kPa) │HCl (0.1mol.Kg-1) │Hg2Cl2(S)│Hg

在298K时电动势为0.3724V,标准电动势为0.3335V,电动势的温度系数为1.526×10-4 V.K-1。

(1) 写出正、负极及电池反应。

(2) 计算在298K时该反应的标准平衡常数K , △rGm, Qr, m。

(3) 计算在298K时,HCl (0.1mol.Kg-1)水溶液的活度、平均活度a±及离子平均活度系数。

(本题15分)

四. 某电镀液含有Sn2+,Cu2+离子,其活度分别为: aSn2+=1, aCu2+=1,

已知E Sn2+/Sn= -0.1366V, E Cu2+/Cu=0.3400V,不考虑超电势,在298K下,进行电镀。

(1) 何者首先在阴极上析出?

(2) 当第二种金属也开始析出时,原先析出的金属离子在镀液中的浓度为多少?

(3) 为了得到铜锡合金,你认为应采取何种措施?

(本题15分)

五. A、B两液体能形成理想液态混合物,已知在t℃ 时,纯A、纯B的饱和蒸汽压分别为PA*=40 kPa, PB*=120 kPa。

(1) 若将A、B两液体混合,并使此混合物在100kPa,t℃下开始沸腾,求该液态混合物的组成及沸腾时饱和蒸汽压的组成(摩尔分数)?

(2) 在298K,100kPa下,1mol A和1mol B混合,求混合过程的△mixGm, △mixHm, △mixSm以及A的化学势μA(已知△fGm0(A,l,25℃)=123KJ.mol-1)。

(本题10分)

六. 水-异丁醇系统液相部分互溶,在101325 Pa下,系统的共沸点为89.7℃,气(G),液(L1),液(L2)三相平衡时的组成(含异丁醇%质量)依次为70.0%,8.7%,85.0%。已知水,异丁醇正常沸点分别为100℃,108℃。

(1) 画出水-异丁醇系统平衡的相图(t ~ w%图)(草图),并标出各相区的相态。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9itq.html