西南科技大学2012-2013下半学年物理化学A1期末考试试题(学生命题)
更新时间:2023-11-05 02:07:01 阅读量: 综合文库 文档下载
西南科技大学2012-2013第二学期物理化学A1期末考试试题
一、选择题(共20个小题,每题1分)
1. 已知NO和Cl2的临界参数为Tc.NO=177k,Pc.NO=6.4x10pa,Tc.Cl2=550K,Pc. Cl2=4.5x10pa,判断两种气体a、b的大小( ) A.a(NO)>a(Cl2)、b(NO)>b(Cl2) C.a(NO)b(Cl2)
B.a(NO)>a(Cl2)、b(NO)3
5
5
2.在289时,有2molN2( ),始态体积为15dm,保持温度不变,经可逆膨胀到终态,体
3
积为50dm,该过程中△U、△H、W和Q值 分别为( ) A. △U=0,△H=-5965.9J,W=-5965.9J,Q=5965.9J B. △U=-5965.9J,△H=0,W=0,Q=-5965.9J C. △U=0,△H=0,W=-5965.9J,Q=5965.9J D. △U=0,△H=0,W=5965.9J,Q=-5965.9J
3.理想气体经Joule实验后,气体的△U和△H值将( ) A.△U=0,△H<0 C.△U<0,△H=0
B.△U<0,△H<0 D.△U=0,△H=0
4.在含有C(s)、CO(g)、CO2(g)、O2(g)和H2O(g),五个物质的平衡系统中,其 独立组分数为( )
A.3 B.2 C.1 D.4
5.合成氨反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g),达到平衡后加入惰性气体,且保持系统温度总 压不变(气体为理想气体),则( )
A.N(N2)减少,N(H2)减少,N(NH3)增加,Kp不变 B.N(N2)减少,N(H2)减少,N(NH3)增加,Kp增加 C.N(N2)不变,N(H2)不变,N(NH3)不变,Kp不变 D.N(N2)增加,N(H2)增加,N(NH3)减少,Kp不变
6.在413K时,纯A(I)和纯B(I)的蒸汽压分别为125.24kpa和66kpa,两种液体能形 成理想混合液在101.33kpa沸腾,理想也太混合物的组成成分( )
A.XA=0.5957,XB=0.4043 B. XA=0.5892,XB=0.4108 C. XA=0.5346,XB=0.4654 D. XA=0.5109,XB=0.4043 7.理想气体向真空膨胀,则( )
A、△U=0,△S=0,△G=0 B、△U>0,△S>0,△G>0
○○○○
C、△U<0,△S<0,△G<0 D、△U=0,△S>0,△G<0
8.在298K已知2CO+O2→2CO2,,△rGm为—514.2KJ.Mol,则△rAm( ) A、△rAm= —514.2KJ.Mol
-1
-1
B、△rAm=0
D、△rAm<—514.2KJ.Mol
-1
C、△rAm>—514.2KJ.Mol
-1
9.使一过程时△A=0,应满足条件( )
A、绝热可逆过程 B、恒容绝热且不做非体积功过程 C、恒温恒压且不做非体积功可逆过程 D、 恒温恒容且不做非体积功可逆过程
10.可逆机的效率最高,在其他条件相同的情况下假设由可逆机牵引火车,其速度将( ) A.最快 B.最慢 C.中等 D.不确定 11.保持压力不变,在稀溶液中溶剂的化学势随温度降低而( ) A.降低 B增大 C不变 D不确定
12.反应CO(g) + H2O(g)=CO2(g) + H2(g),在 600℃、100kPa 下达到平衡后,将压力增 大到 5000kPa,这时各气体的逸度系数为γ(CO2) = 1.09、γ(H2) = 1.10、γ(CO) = 1.23、 γ(H2O) = 0.77。这时平衡点应当:( ) A.保持不变 B.无法判断
C.移向右方(产物一方) D.移向左方(反应物一方) 。
13.下列各系统中属于独立子系统的是( )
A.绝对零度的晶体 B.理想液体混合物 C.理想气体混合物 D.纯气体 14.对于一定量的理想气体,可能发生的过程是( ) (1)对外做功且放出热量 (2)恒容绝热升温且无非体积功 (3)恒压绝热膨胀 (4)恒温绝热膨胀
A(1),(4) B(2),(3) C(1),(3) D(2),(4)
15.对于组成不变的封闭系统,则
??G???p???应为( )
TA -S B V C T D ?V
16.在383 K,101 325 Pa下,1 mol过热水蒸气凝聚成水,则则系统、环境及总的熵变为
( )
A ⊿S系﹤0,⊿S环﹤0,⊿S总﹤0
B ⊿S系﹤0,⊿S环﹥0,⊿S总﹥0 C ⊿S系﹥0,⊿S环﹥0,⊿S总﹥0 D ⊿S系﹤0,⊿S环﹥0,⊿S总﹤0
17. 对于理想气体,焦耳-汤姆逊系数( )
A. 小于0 B.大于0 C. 等于0 D. 不确定
18.物质的量为n的单原子理想气体等压升高温度,从T1至T2,△U=( ) A. nCp,m△T B. nC v,m△T C. nR△T D. nRln(T2/T1)
19.在二组分双液T-x(或 p-x)相图中,状态点由单相区进入两相区时,体系的自由度( ) A. 增加 B. 减少 C. 不变 D. 不确定 20. 下列过程中△S为负值的是( )
A.液态溴蒸发成气态溴 B. SnO2(S)+2H2(g)=Sn(s)+2H20(l) C.电解水生成H2和O2 D.公路上撒盐使冰融化
二、填空题(共14题,每空1分)
1.给自行车打气时,把气筒内的空气作为系统,设气筒,橡皮管和轮胎均不导热,则该过程 Q____0(填“大于”、“等于”或“小于”)。
2.绝热系统或隔离系统达到平衡时, 最大,等温、等压不做非膨胀功的条件下,系统 达到平衡时______ 最小。
3.已知反应 C(g)+ O2(g)→CO2(g) △rHm<0 若该反应在恒容、绝热条件下进行,则△U____ 0 , △T____ 0 , △H____0(填“大于”、“等于”或“小于”)。
4.1mol理想气体在温度T时,从10dm3恒温可逆膨胀,若某熵变为57.6KJ·mol。则其终态的体积为_____。
θ-4
5.已知反应NH2COONH4(s)= 2NH3(g)+C02(g)在303K平衡常数K=6.55X10,则此时NH2COONH4(s)时分解压力约为_______。
6.理想气体A(g)+2B(g)=C(g)达到平衡,当T不变P↑,则反应平衡常数K______(填增大,变小,不变),平衡_____移动(填向右,向左或不变)。 7.真空中,NH4CL(s)=NH3+HCL(g)达到某一温度到分解平衡,则系统组分数C=___,相数=______,自由度=_____。
8.将空气通过红热的焦炭制备发生炉煤气,若有92%的氧变为CO,其余的变为CO2,在同温同压下,每通过一单位体积的空气可产生发生炉煤气的体积为_________。
9.2mol理想气体B,在300K时等温膨胀,W = 0时体积增加一倍,则其?S(J·K)为________。
-1
θ
-1
10.一定物质的量的某种实际气体,向真空绝热膨胀之后,系统的p与V之积变小,温度降低,则此过程的⊿S_______0(填“大于”、“等于”或“小于”)。
11.将NH4Cl固体置于一抽空的容器中发生分解反应,今控制温度为298 K,达到分解平衡后,系统的自由度数为________。
12.在一定温度下,CaCO3(s),CaO(s)及CO2(g)的平衡系统压力为p,已知它们之间存在着反应CaCO3(s) ?CaO(s)+CO2(g),若向该平衡系统中加入CO2(g),当重新达到平衡时,系统的压力将________(填“变大”、“变小”或“不变”)
13. 5mol某理想气体由27°C,10kPa恒温可逆压缩到100kPa,则该过程的Q=
14. 2mol物质A和3mol物质B在等温等压下混合形成液体混合物,该系统中A和B的偏 摩尔体积分别为1.79×10m/mol,2.15×10m/mol,则混合物的总体积为__
三、判断题(共20题,每题0.5分)
1. 气缸内有一定的理想气体,反抗一定外压做绝热膨胀,则△H=QP=0。 ( ) 2. 绝热循环过程一定是可逆循环过程。 ( ) 3. 反应CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g),因为反应前后分子数相等,所以无论压力如何变化,对于
平衡均无影响。 ( ) 4. 在分子配分函数的表达式中与压力有关的是电子运动的配分函数。 ( ) 5. 绝热过程,只要系统变化的始终态相同。那么变化过程的功就一定相同。 ( ) 6. 把水箱全套放置在室内然后打开冰箱,让冰箱的制冷机运转,整个室温下降。 ( ) 7. 分子能量零点的选择不同,所有与的热力学函数值因此发生改变。 ( ) 8. 当系统向环境传热时(Q < 0),系统的熵一定减少。 ( ) 9.在等温等压条件下,?rGm > 0的反应一定不能进行。 ( ) 10.两瓶不同种类的理想气体,如果他们的平均平动能相同,密度相同,则他们的压力也相同。 ( )
11.状态固定后,状态函数也一定,反之亦然。 ( ) 12.熵增加过程都是自发过程。 ( ) 13.溶液的化学势等于溶液中各组分的化学势之和。 ( ) 14.纯水在临界点呈雾状,气液共存,两相平衡,根据相律
-53
-53
f?C?2???1?2?2?1( )
15. Dalton分压定律适用于任何气体。 ( ) 16.恒温过程一定是可逆过程。 ( ) 17. Cp恒大于Cv。 ( )
18.若A、B两液体完全不互溶,那么当有B存在时,A的蒸气压与系统中A的摩尔分数成正比。 ( ) 19.对于纯组分,则化学势等于其自由能。 ( ) 20. 溶液的化学势等于溶液中各组分的化学势之和。 ( ) 四、计算题(共5题,每题6分)
1.在一个带有活塞的绝热装置中,盛有298 K,1 mol的氮气,活塞上的压力为300 kPa,突然将活塞上的压力降至100 kPa,气体膨胀,试计算氮气在膨胀过程中的⊿U,⊿H。已知氮
-1-1
气的CV,m=20.71 J·mol·K。
2.在10g的水中加入1g 273.2k的冰,求该过程的Q,W,△U,△H,△S的值各位多少? 已知冰的熔化热为6025J.mol,水的热熔Cp,m=75.31J.mol-.k
3. 1mol单原子理想气体,由298K、5P的始态膨胀到压力为p的终态,经过下列途径:⑴等温可逆膨胀;⑵外压恒为p的等温膨胀;⑶绝热可逆膨胀;计算各途经的Q、W、?U、?H、?S、?A与?G 。已知Sm(298K) = 126 J·K·mol
4. 在300K时,液态A蒸气压为37.33KPA,液态B蒸气压为22.66KPA,当2molA与2molB混合,液体上的蒸气压为50.66KPA,在蒸气中A的摩尔分数为0.6,求(1)溶液中,A、B活度及其活度系数。 (2)△mixG ?
5. 酚水体系在60°C分成两液相,第一相含16.8%(质量分数)的酚,第二相含44.9%的水。
(1) 如果体系中含90g水和60g酚,那么每相重量为多少? (2) 如果要使含80%酚的100g溶液变浑浊,必须加水多少克? 五、证明题(5分)
1、已知某种气体的状态方程为
pVm=RT+ap(a﹥0)
试证明此种物质不能作为电冰箱的工作介质。 六、相平衡(15分)
NaCl-H2O二组分体系的低共熔点为 -21.1℃,此时冰、NaCl·2H2O(s) 和浓度为22.3%(重量百分数)的NaCl水溶液平衡共存,在 -9℃时有一不相合熔点,在该熔点温度时,不稳定化合物NaCl·2H2O分解成无水NaCl和27% 的NaCl水溶液,已知无水NaCl在水中的溶解度受温度的影响不大(当温度升高时,溶解度略有增加)。 (1) 请绘制相图,并指出图中线、面的意义;
(2) 若在冰水平衡体系中加入固体NaCl作致冷剂可获得最低温度是几度?
(3) 若有1000 g28%的NaCl溶液,由160 ℃冷到-10 ℃,问此过程中最多能析出多少纯NaCl?
-1
-1
θ
θ
θ
-1
1
-1
答案
一、选择题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 D C C A D A D D B B 二、填空题 1.=
2.熵值,自由能 3.>, >, < 4.20dm3 5.16.617KPa 6.不变,向右 7.1, 2, 0 8. 1.1932m9. 11.52 10.大于 11.0 12.不变 13.、-28.72kJ
3
B D C A B D C B B B 14. 1.003×10-5m3
三、判断题
1.错 2.正确 3.错 4.错 5.对 6.错 7.错 8.错 9.错 10.错 11.对 12.错 13. 错 14.错 15.错 16.对 17.错 18.错 19.错 20.错 四.计算题
1.解:设膨胀后氮气的温度为T2。
W =?p外⊿V
⊿U =
(1)
?T2T1nCV,mdT (2)
绝热过程中,Q=0,W=⊿U,即
?p外(
nRT2nRT1? ) =nCV,m?T2?T1?
p1p2?RT2+
p2RT1
=nCV,m?T2?T1? p1
代入数据解得T2 = 241 K,代入(2)式得
⊿U =nCV,m?T2?T1?
=1 mol×20.71 J·mol-1·K--1×(298 K – 241 K)
=?1180.47 J
⊿H =⊿U+⊿(pV)= ⊿U+nR⊿T
=?1180.47 J+1 mol×8.314 J·mol-1·K--1×(298 K – 241 K)
=?1654.37 J
2.解答:以10g水和1g冰为系统,设热量不传递到环境,并设终温温度为T。 N冰△fusHm+ N冰Cp,m(T-273.2k)=N冰Cp,m(373.2k-T)
1 ∕18mol X 6025J.mol+ 11 ∕8mol X 75.31J.mol-.kX (T-273.2K)=
1-1
10 ∕18mol X 75.31J.mol-.kX (373.2k-T) T=356.8k Q=0 W=-P△V=0 △U=Q+W=0 △H=△U+ P△V=0 △S=△S1+△S2+△S3
=N冰△fusHm∕Tf+ N冰Cp,m ln(T ∕Tf) + N水Cp,mln(T ∕Tb)
=[ (1 ∕18mol)X6025J.mol ∕273.2k+ (1 ∕18mol) X 75.31J.mol.kX ln(356.8k ∕273.2k)+ (10 ∕18mol) X 75.31J.mol.kX ln(356.8k ∕
1
373.2k) = 0.4618J.k- 3. 解:(1)等温过程:ΔU = ΔH = 0 Q=-W=nRT ln?-1
-1
-1
-1
-1
○
-1
1
-1
○
?p1??=1×8.314×298×ln5=3987.5 J ; W=-3987.5 J ?p2? ?S=
QR3987.5-1
==13.38 J·K ?A=?G=-3987.5 J 298T (2) ΔU = ΔH = 0 Q= -W=P(V2-V1)=RT?1???P2??=8.14 ×298×(1-5)=1982 P1??S =nR ln??p1?-1
?A=?G=-3987.5 J ?=13.38 J·K
?p2??P?1??P2?1?rr(3) γ=5/3, T2=T1?=298×5
-2/5
=156.8K
ΔU=nCV,m?T=3/2R ×(156.8-298)= -1761J Q=0
ΔH=nCP,m?T=5/2R×(156.8-298)= -2934J W=ΔU=-1761J
?p1?-1
?S =0, S1-S2=S(298K) -Rln?=126-Rln5=112.6 J·K??p2?
?A=ΔU-S(T2-T1)=-1761-112.6×(156.8-298)=14318 J ?G=ΔH-S(T2-T1)=-2934-112.6×(156.8-298)=12965 J
4. 解:(1)由Raoult定律,分压定律得 PA=PA* ×aA y
PA=P总×A
y
则 aA=P总×A÷PA* =50.66×0.6÷37.33=0.8142 aB=P总×yB÷PB*50.66×0.04÷22.66=0.8943 (2)△mixG=n1RTlna1+n2RTlna2
=2×8.314×300ln0.8142+2×8.314×300ln0.8943 =-1583J
5. 解:在第一相中含16.8%的酚,在第二相中含44.9%的水,则含酚为55.1%。
(1)设物系点为O,其中酚含量为:60/150=40%
于是w1+w2=150,且w1/w2=(55.1-40)/(40-16.8)
解得:w1=59.1g w2=90.9g
(2) 80/[100+w(水)]=55.1% 需加水w(水)=45.2g
五、证明题
证明:
?J?T?(?T)H?p
??1(?H?p)p?()T?T?H1?H???()TCp?pT(???S)T?V?pCp?V)p?V?TCp?T(??T(??V)p?V?TCpnRT??Vp?CpnRTnRT?na?pp?
Cpnap??Cp﹤0
?J?T﹤0说明该气体压力减小(液化)时,温度升高,即证明得到该种气体不能作为冰箱
的工作介质。
六、相平衡
解:(1)图中的ac为水的冰点下降曲线;ec为水化物NaCl·2H2O的溶解曲线;eh为NaCl的溶解度曲线;bd为三相线,线上任意一点代表冰、水化物和具有c点组成的NaCl溶液三相平衡共存;eg为三相线,线上任意一点代表NaCl、水化物和具有e点组成的NaCl溶液三相平衡共存。
Ⅰ是液相区;Ⅱ是固(NaCl)液平衡区;Ⅲ是冰液平衡区;Ⅳ是固(NaCl·2H2O)液平衡区 (2)由相图可知,在冰水平衡体系中加入NaCl,随着加入NaCl的增多,体系温度 沿c线下降,至c点温度降为最低,这时体系的温度为-21.1℃。
(3)在冷却到-9℃时,已达到低共熔点,此时已开始有NaCl·2H2O析出,到-10℃,纯NaCl已消失,因此在冷却到-10℃过程中,最多析出的纯NaCl可由杠杆规则计算: W (液) × 1 = W (NaCl) ×72W (NaCl) / W总 = 1/(72 + 1) = 1/73W (NaCl) = W总/ 73 = 1000/73 = 13.7 g
即冷却到-10℃过程中,最多能析出纯NaCl 13.7 g
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