【考研题库】2022年中国矿业大学(徐州)化工学院716物理化学考研
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一、问答题
1. 什么是状态函数?它们有什么特点?
【答案】由系统状态决定的物理量,当状态改变时,这些物理量也随之而改变,改变的数量只取决于系统的始、状态,而与变化的途径无关,这些物理量就称为状态函数。一个系统的状态函数很多,最常用的有8个,
和
,还有质量、密度、黏度等。
状态函数是状态的单值、连续、可微的函数。任意一个状态函数发生变化,状态也随之而改变;状态改变也必然会导致状态函数的改变,但不一定都改变,如等温过程和等压过程等。状态函数可以进行相加减、相乘或相除,所得的结果也都是状态函数。对于单组分均相封闭系统,联系状态函数之间的数学关系式称为状态方程,如理想气体和范德华气体都有描述状态函数之间关系的状态方程。
设状态函数Z 的变量是
,即
,在数学上必定具有如下关系式,这些数学式可
以作为证明Z 是状态函数的充分必要条件。
(1)全微分式。
(2)环程积分等于零。
(3)存在归一化关系
。
2. 题:298K
时,从一稀肥皂水溶液上刮下极薄的一层液体,液膜表面积为
,得到
溶液(水重
),其中肥皂含量为,而液体相内同样体积的溶
液中含肥皂
。试根据吉布斯吸附公式和
计算溶液的表面张力。已知
298K 时纯水的表面张力
。
【答案】
3. 已知CO 和
的质量,转动特征温度等基本相同,若电子都处于非简并的最低能级,而振动
对熵的贡献可忽略不计,则同样温度下的标准摩尔熵
与哪个较大?
【答案】
,因为
,
的
,CO
的
,所以,
,而其余部分的贡献几乎都一样,所以
。
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4. 如何通过同时改变总压及温度使反应
的平衡浓度不变?
【答案】此反应是放热反应,根据范特荷夫等压方程可知:降低温度有利于产量增大。
另外,此反应是气态物质计量系数减小的反应,根据
与
关系
可知时,若(
)和T 不变,增大压力P 值,则减小。但因T
不变,
不变,所以
增大,即若在恒温下增加压力,将有利于
产量增大。综上分析可得出
如下结论:若使此反应的平衡产量不变,则当体系温度上升时就需同时增加压力。反之当体系温度有所下降时就需同时降低压力。
5. 根据范特霍夫经验规则:“温度每增加10K ,反应速率增加2?4倍”。在298
?
308K 的温度
区间内,服从此规则的化学反应的活化能的范围为多少?为什么有的反应温度升高,速率反而
下降?
【答案】活化能的定义式为,取温度的平均值为303K,温度增加10K ,反应速
率增加2倍,则
,代入定义式计算得
。同理,当
时,
,活化能大约处于这范围之内。
对于复杂反应,如果有一步放出很多热,大于决速步的活化能,或激发态分子发生反应,产物回到基态时放出很多热,使表观活化能为负值,这两种现象都会出现负温度系数效应,即反应
温度升高,速率反而下降。这种反应不多,一般与NO 氧化反应有关。
6. 在稀溶液中,通入气体可生成溶胶。已知过量的在水溶液中电离成
和。在四个烧杯中分别盛
溶胶,分别加入
,
溶
液使其
聚沉,
最少
需加入
电解质的量
为
溶液;溶液
;
溶
液
;
0.001溶液。计算上述各电解质的聚沉值,写出聚沉能力大小的排列
顺序,并解释和
的聚沉能力为何不同? 【答案】用过量的
气体作为稳定剂,
发生一级解离,生成
,生成的
胶核优
先吸附
,胶粒带负电。则胶团的结构式为
外加电解质中正离子电价越低,聚沉能力越弱,聚沉值越大。所以聚沉值由大到小的顺序为:。
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7. 由下列所给物质的数据,通过计算并根据热力学原理判断在298.15K 的
气氛中,各物质的
分压皆为101.325kPa 时,
与
何者稳定?(设气体为理想气体
)
【答案】
所以
反应正向进行,即
稳定。
8. 设J 为转动量子数,能级简并度为
,今已知CO 的转动特征温度
,
找出在270K 时CO 能级分布数最多的J 值。
【答案】
T 一定时,q 为常数,与J 无关,故求极值应满足
=0的条件。
9. 对FeO-MnO 二组分系统,已知FeO 及MnO 的熔点分别是1643K 及2058K 。在1703K 时,含MnO 的质量分数为0.3及0.6的两种固溶体间发生转熔反应,与其平衡的液相组成为的MnO 溶液。在1473K 时,两种固溶体的组成为0.26及0.64的MnO 。
(1)试绘制相图; (2)指出各相区的相态;
(3)将质量分数为0.28的MnO 系统由1873K 缓慢冷却到1473K 时,途经哪些变化? 【答案】(1)绘制的相图如下图1所示; (2)各相区的相态已标在图中;
(3)1873K0.28的MnO 物系如P 点所示。当降温到1793K 时,进入两相区,此时有固溶体与液相1二相共存。到1703K 时,有固溶体(E 点)、固溶体(D 点)及液相l(C 点)三相平衡共存,温度保持不变。待固溶体消失(转变为与液相1)后,温度才下降,系统呈与1二相共存。继续降温时,系统呈固溶体一相;待降温到1473K 时,呈固溶体及两相共存。
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