物化第五章习题C卷

C卷

一、选择题

1. 在0℃到100℃的范围内，液态水的蒸气压p与T的关系为:lg(p/Pa)=-2265/T+11.101 ,某高原地区的气压只有59 995 Pa,则该地区水的沸点为: （ ）

(A) 358.2 K (B) 85.2 K (C) 358.2 ℃ (D) 373 K

2. 将 N2,H2,NH3三种气体充进 773 K,32 424 kPa 的合成塔中，在有催化剂存在的情况下，指出下列三种情况时该体系的独立组分数 C(1),C(2),C(3)各为多少? （ ）

(1) 进入塔之前 (2) 在塔内反应达平衡时 (3) 若只充入 NH3气，待其平衡后 (A) 3，2，1 (B) 3，2，2 (C) 2，2，1 (D) 3，3，2

3. NaCl 水溶液和纯水经半透膜达成渗透平衡时，该体系的自由度是： ( ) (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4

4. 凝固点的描述可图示如下，其中哪一个是错误的 ( )

5. Na2CO3可形成三种水合盐：Na2CO3·H2O，Na2CO3·7H2O 及Na2CO3·10H2O，常压下将 Na2CO3(s) 投入其水溶液中，待达三相平衡时，一相是 Na2CO3水溶液，一相是 Na2CO3(s) ，则另一相是：( ) (A) 冰 (B) Na2CO3·10H2O(s) (C) Na2CO3·7H2O(s) (D) Na2CO3·H2O(s) 6. 对恒沸混合物的描述，下列各种叙述中哪一种是不正确的？ ( ) (A) 与化合物一样，具有确定的组成 (B) 不具有确定的组成

(C) 平衡时，气相和液相的组成相同 (D) 其沸点随外压的改变而改变 7. 相律在下列体系中何者不适用？ ( )

(A)NaCl水溶液 (B)NaCl饱和水溶液

(C)NaCl过饱和水溶液 (D)NaCl水溶液与纯水达渗透平衡

8. 某一水溶液中有 n种溶质，其摩尔分数分别是 x1,x2,...,xn,若使用只允许水出入的半透膜将此溶液与

纯水分开,当达到渗透平衡时水面上的外压为 pw,溶液面上外压为 ps，则该体系的自由度数为: ( ) (A) f=n (B) f=n+1 (C) f=n+2 (D) f=n+3 9. 在二组分液体从高温冷却时，有时会产生包晶现象。请问包晶属于什么状态？( ) (A)热力学平衡态 (B)流动体系稳定态 (C)热力学不稳定状态 (D)流动体系不稳定态

10. 在 270 K,101.325 kPa 下，1 mol过冷水经等温等压过程凝结为同样条件下的冰，则体系及环境的熵变

应为： （ ）

(A) ΔS体系< 0 ， ΔS环境< 0 (B) ΔS体系< 0 ， ΔS环境> 0 (C) ΔS体系> 0 ， ΔS环境< 0 (D) ΔS体系> 0 ， ΔS环境> 0 11. H2O-NaCl-Na2SO4的三元系中,Na2SO4和H2O能形成水合物Na2SO4·10H2O (D),在DBC区中存在的是:

（ ）

(A) 水合物D和溶液 (B) 水合物D和纯Na2SO4及纯NaCl三相共存 (C) 水合物D,NaCl和组成为F的溶液 (D) 纯NaCl,纯Na2SO4和水溶液

二、填空题

12. 夏季在四周均绝热的室内将电冰箱门打开,接通电源,则室内的温度将： ( )

（A） 降低 (B) 升高 (C) 不变 (D) 不能确定是升高还是降低 13. 三相点是 。

14. 某蛋白质在323.2 K时变性并达到平衡状态，即天然蛋白质 变性蛋白质，已知该变性过程的 Δ

mol-1，则该反应的熵变ΔrSm(323.2 K)= J·K-1·mol-1。 rHm(323.2 K)=29.288 kJ·

15. 完全互溶的二组分溶液，在 xB= 0.6 处平衡蒸气压有最高值，那么组成xB=0.4的溶液在气-液平衡时,xB(g)，xB(l)，xB(总)的大小顺序为________________ 。将 xB=0.4 的溶液进行精镏，塔顶将得到 ___________ 。

16. (1) 一定温度下，蔗糖水溶液与纯水达到渗透平衡时的自由度数等于 。 (2)纯物质在临界点的自由度数等于 。 (3)二元溶液的恒沸点的自由度数等于 。

17. 下列化学反应，同时共存并到达到平衡（温度在 900～1200 K范围内）： CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g)

H2O(g) + CO(g) + CaO(s) = CaCO3(s) + H2(g) 问该体系的自由度为 _______ 。 18. 当由A和B组成的二组分溶液的沸点和露点(冷凝点)相合时只有在： 。 19. 将AlCl3溶于水，待全部水解时，体系的组分数C= 。

20. 研究多相体系的状态如何随 、 、 等变量的改变而发生变化，并用图形来表示体系的状态的变化，这种图称为状态图或称为相图。

三、计算和问答题

21. 请用热力学公式证明：

(1)液体的蒸气压随温度的增加而增加； (2)液体的沸点随压力的增加而递增；

(3)一般液体的熔点随压力增大而升高，并指出一种例外的

23. 某物质的熔化热为 4526 J?mol-1，其液态和固态的蒸气压方程分别为:

ln(pi/p?) = A1/(T/K) +3.162 ln(ps /p?) = A2/(T/K)+5.676

求该物质三相点的温度及三相点的熔化熵。

24. 试求下列体系的自由度，并指出此变量是什么？ (1)在标准压力下，水与水蒸气达平衡； (2)水与水蒸气达平衡；

(3)在标准压力下，在无固体I2存在时，I2在水和CCl4中的分配已达平衡； (4)在25°C时，NaOH和H3PO4的水溶液达平衡；

(5)在标准压力下，H2SO4水溶液与H2SO4?2H2O(s)已达平衡。

25. 指出下列各平衡体系的相数、组分数和自由度： (1)冰和水蒸气；

(2)固态砷、液态砷和气态砷；

(3)在标准压力下，固态NaCl和它的饱和水溶液； (4)水蒸气、固体NaCl和它的饱和水溶液； (5)TiCl4和SiCl4的溶液和它们的蒸气；

(6)Fe(s)，FeO(s)，Fe2O3(s)，CO(g)，CO2(g)。

26. 在形成稳定化合物AmBn的二元相图中,温度为t1时,浓度为a点的液体与化合物AmBn平衡;同温度下,浓度为b点的液体也与化合物AmBn平衡。因而可以认为a,b两浓度的液体可以平衡共存。但实际上,常发现此结论不正确。为什么?

27. 在机械工业中，常将钢制工件“淬火”以提高硬度，其原理及加工程序如何？

C卷答案 一、选择题

1. A

2. A (1) 入塔前，物种数 S = 3 ，独立组与数 C= 3 (2) 已达平衡 C= S - R - R' = 3 - 1 - 0 = 2

(3) 只充 NH3气入塔并达平衡 C= S - R - R' = 3 - 1 - 1 = 1 因 2NH3 ? N2+ 3H2 R = 1 又 [H2] = 3[N2] R' = 1 3. C f = C+ 3 - Φ = 2 + 3 - 2 = 3 4. A 是错误的。

5. D 据相图可判断

6. A 恒沸混合物与化合物不同，没有确定的组成。只在压力恒定时，其组成才一定，即恒沸混合物的沸

点随外压而改变。 7. C

8. C S = n + 1 , R = 0 , R' = 0， 又C= n + 1，Φ = 2 f = C + 3 -Φ = n + 1 + 3 - 2 = n + 2 9. C 10. B 11. B

二、填空题

12. B 13. 答：固、液、气三态可以平衡共存时的温度和压力 14. ΔrSm(323.2 K)=ΔrHm(323.2 K)/T = 29.288×103 J·mol-1/323.2 K = 90.62 J·K-1·mol-1 15. xB(g) > xB(总) > xB(l)， xB= 0.6 恒沸混合物

16. (1) f = C+ 3 -Φ= 2 + 3 - 2 = 3 (2) f**= C+ 0 -Φ= 1 + 0 - 1 = 0 (3) f*= C+ 1 -Φ= 1 + 1 - 2 = 0 f = C+ 2 -Φ= 1 + 2 - 2 = 1 17. S = 6 , R = 2 , C= 6 - 2 = 4 ， f = 4 - 3 + 2 = 3

18. 答：A和B能具有共沸混合物，且组成恰好为其共沸组成时。

(s)?3H2O(l)?Al(OH)3(s)?3HCl(aq) 19. 3 AlC3l AlCl3(s)溶于水全部水解时，上述反应式不存在，此时

S?3[H2O,Al(OH)3,HCl] R?0,R'?0 故 C?S?3 20. 答：浓度 温度 压力

三、计算和问答题

21. 答：（1）根据克—克方程的不定积分式：ln(p/[p])???vapHm /(RT)+B’或写成 ln([p]/p)??vapHm /(RT)+B，由该式可见，当T增大时，?vapHm/(RT) 减小，故ln([p]/p)减小，所以p增加。

（2）仍用上式来证明。当p增大时，ln([p]/p)减小，故?vapHm/(RT)也减小，故T增加。 （3）根据克拉贝龙方程：一般液体与其固体达平衡时，固体熔化时，?fusHm>0, dp/dT??fusHm /(T?Vm)，

?Vm >0，故dp/dT??fusHm/(T?Vm) ，即T增大时，p也随之增大。

23. 三相点时 pl= ps，即 A1/(T/K) + 3.162 = A2/(T/K) + 5.676 (K/T)(A1-A2) = 2.514 .......(1)

dln(pl /p?)/dT =ΔvapHm/(RT2)=-A1K/T2 A1K =- ΔvapHm/ R

dln(ps /p?)/dT =ΔsubHm/(RT2)=-A2K/T2 A2K =- ΔsubHm/ R

A1- A2= (1/R)( ΔsubHm- ΔvapHm) = ΔfusHm/R

= 544.4 代入 (1) 式得 T = 216.5 K  ΔS = ΔfusHm/T = 20.9 J·K-1·mol-1

24. 答：（1）C?1,??2,f*?C???1?0， 该体系为无变量体系。

（2）C?1,??2,f?C???2?1， 该体系为单变量体系，变量是温度或压力。 （3）C?3,??2,f*?C???1?2

该体系为双变量体系，变量是温度和I2在水中的浓度（或I2在CCl4中的浓度）。 （4）S?5(Na,OH,H,PO4,H2O)，R?2(H?OH???3???H2O)和电中性条件。故

?C?3,??1,f*?3?1?1?3，变量是压力、Na+和PO34的浓度。

H2SO4?2H2O(s))， （5）S?3(H2O,H2SO4,H2SO4?2H2O(s))，R?1(2H2O?H2SO4 C?2,??2,f*?2?2?1?1，变量为温度或H2SO4的浓度。 25. 答：（1）??2,C?1,f?C???2?1 （2）??3,C?1,f?1?3?2?0 （3）??2,C?2,f?C???1?1 （压力已定） （4）??3,C?2,f?C???2?1 （5）??2,C?2,f?2?2?2?2 （6）在常温下，无反应时，??4,C?5,f?5?4?2?3

在高温下，有反应存在时，??4,C?S?R?R'?5?2?0?3,f?3?4?2?1

26. 答：常发现此结论不正确是因为在该相图中,CD实际上不是一条线,而是一个很窄的长 条(如图所示)。即化合物AmBn不是绝对纯的AmBn,其中常是会有少量的A或B溶入, 因此,AmBn实际上是一个细长的单相区,而不是一条线。

在t1温度时,a点浓度的液相是与d点浓度的化合物平衡;而b点浓度的液相是与e点浓度 的化合物平衡。d,e两处的化合物是有微小差别(指浓度而言)。故其物理化学性质也有

差别。所以液相a与液相b不能平衡共存。

27. 答：“淬火”工艺为：(1)将钢制工件（含碳的质量分数为1%的Fe–C二元系，在800°C~1200°C之间形成奥氏体固溶体）。加热至800°C以上恒温数小时后取出；(2)浸入冷水或冷油中迅即降温，使表面结构介于奥氏体和渗碳体之间，称为“马氏体”面心立方结构。其硬度较高。虽为亚稳态但由于固体粒子常温下运动缓慢故能长时间稳定存在。

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