2009—2010學(xué)年第一學(xué)期化學(xué)與材料學(xué)院2007級(jí)應(yīng)化、材料專業(yè)《物理化學(xué)》期末試卷（A）答案題號(hào)一分?jǐn)?shù)二三四（1）四（2）四（3）四（4）總分評(píng)卷人復(fù)核人試卷共頁第頁考生考試誠(chéng)信承諾書在我填寫考生信息后，表示我已閱讀和理解《龍巖學(xué)院考試紀(jì)律與違紀(jì)處分辦法》的有關(guān)規(guī)定，承諾在考試中自覺遵規(guī)守紀(jì)，如有違反將接受處理；我保證在本科目考試中，本人所提供的個(gè)人信息是真實(shí)、準(zhǔn)確的?？忌灻阂?、選擇題（每小題1分，共20分；填上正確答案）1．對(duì)于一定量的理想氣體，有可能發(fā)生的過程是(A，C)(A)對(duì)外做功且放出熱量(C)恒壓絕熱膨脹(B)恒容絕熱升溫，無非膨脹功(D)恒溫絕熱膨脹2．某氣體的狀態(tài)方程為pVm=RT+bp(b為大于零的常數(shù))，此氣體向真空絕熱膨脹后的溫度將(A)(A)不變(B)上升(C)下降(D)不確定3．有一容器四壁導(dǎo)熱，上部有一可移動(dòng)的活塞，在這容器中同時(shí)放入鋅粒和鹽酸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后活塞將上移一定距離，以鋅粒和鹽酸為系統(tǒng)，則(A)(A)Q<0，W<0，ΔU<0(C)Q=0，W<0，ΔU<0(B)Q<0，W=0，ΔU>0(D)Q=0，W<0，ΔU=04．使氣體致冷的節(jié)流膨脹，其焦耳-湯姆遜系數(shù)μJ-T必須(A)(A)>0(B)<0(B)(C)=0(D)難判斷5．下列哪個(gè)關(guān)系式既是化學(xué)勢(shì)又是偏摩爾量6．1molA與nmolB組成的溶液，體積為0.65dm3，當(dāng)xB=0.8時(shí)，A的偏摩爾體積VA,m=0.090dm3·mol-1，那么B的偏摩爾VB,m為(A)(A)0.140dm3·mol-1(B)0.072dm3·mol-1(C)0.028dm3·mol-1(D)0.010dm3·mol-1(A)7．下列過程中能適用方程的是(A)I2(s)I2(g)(B)Hg2Cl2(s)2HgCl(s)(C)C(石墨)C(金剛石)(D)N2(g,T1,p1)N2(g,T2,p2)8．有四杯含有不同溶質(zhì)相同質(zhì)量摩爾濃度(m=1.0mol·kg-1)的水溶液，分別測(cè)定其沸點(diǎn)，沸點(diǎn)升高最多的是(A)(A)Al2(SO4)3(B)MgSO4(C)K2SO4(D)C6H5SO3H9．可逆機(jī)的效率為η,冷凍機(jī)的冷凍系數(shù)為β，則η和β的數(shù)值滿足(A)η<1，β<1(B)η≤1，β≤1(C)η<1，β>1(D)η<1，β≤1或β>110．下圖中哪個(gè)是理想氣體卡諾循環(huán)的T-S圖?(D)(A)11．按下圖的路線循環(huán)一周，哪種情況環(huán)境做的功W為最大。(D)v12．二級(jí)相變的特征描述在下列說法中錯(cuò)誤的是(A)無相變熱(B)相變時(shí)無熵變化(C)相變時(shí)兩相的密度相同(D)相變時(shí)兩相的熱容相同13．H2O-NaCl-Na2SO4的三元體系中，Na2SO4和H2O能形成水合物Na2SO4·10H2O(D)，在BDC區(qū)中存(D)在的是(B)(A)水合物D和溶液(B)水合物D和Na2SO4及NaCl三相共存(C)水合物D、NaCl和組成為G的溶液(D)純NaCl，純Na2SO4和水溶液14．標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的選擇對(duì)某些物理量有影響的是下述哪組物理量(A)f,u,?rG?m(B)m,u?,?rAm(C)a,u?,?rG?m(D)a,u,(?G/?ξ)T,p,wf=0(C)15．有理想氣體反應(yīng)達(dá)化學(xué)平衡A(g)+B(g)3C(g)，若在恒溫下維持總壓不變加入一定量的惰性氣體，則平衡將(A)(A)向右移動(dòng)(B)向左移動(dòng)(C)不移動(dòng)(D)無法確定16．對(duì)于非定位系統(tǒng)分布X所擁有的微觀狀態(tài)tx為(D)17．某雙原子分子AB取振動(dòng)基態(tài)能量為零，在溫度T時(shí)的振動(dòng)配分函數(shù)為2.0，則粒子分布在基態(tài)上的分布分?jǐn)?shù)N0/N應(yīng)為(D)(A)2.0(B)0(C)1(D)1/218．一個(gè)體積為V，粒子質(zhì)量為m的離域子系統(tǒng)，其最低平動(dòng)能級(jí)和其相鄰能級(jí)間隔為(B)(A)(B)(C)(D)19．在分子配分函數(shù)的表達(dá)式中與壓力有關(guān)的是(B)(A)電子運(yùn)動(dòng)的配分函數(shù)(C)轉(zhuǎn)動(dòng)配分函數(shù)(B)平動(dòng)配分函數(shù)(D)振動(dòng)配分函數(shù)20．下列配分函數(shù)中，對(duì)熱力學(xué)能、焓和熱容沒有貢獻(xiàn)的是(A、C)(A)核自旋配分函數(shù)(D)振動(dòng)配分函數(shù)(B)平動(dòng)配分函數(shù)(E)轉(zhuǎn)動(dòng)配分函數(shù)(C)電子配分函數(shù)二、判斷題（每小題1分，共10分；對(duì)打√，錯(cuò)打×）1、絕熱系統(tǒng)熵增加的過程是不可逆過程。(√)2．絕熱系統(tǒng)或隔離系統(tǒng)達(dá)平衡時(shí)，熵值最大；等溫、等壓不做非體積功的條件下，封閉系統(tǒng)達(dá)平衡時(shí)Gibbs自由能最小。(√)3．dU=nCV,mdT對(duì)一定量的理想氣體的任何p，V，T過程均適用。(√)4．理想氣體的只適用于可逆過程。(×)5．組成可變的均相系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程dG=－SdT＋Vdp＋開系統(tǒng)。(√)dnB，既適用于封閉系統(tǒng)也適用于敞6．純水在三相點(diǎn)和冰點(diǎn)時(shí)，都是三相共存，根據(jù)相律，這兩點(diǎn)的自由度都應(yīng)該等于零。(×)7．在室溫和大氣壓力下，純水的蒸氣壓為p?，若在水面上充入N2(g)以增加外壓，則純水的蒸氣壓下降。(×)8．A，B兩液體混合物在T~x圖上出現(xiàn)最高點(diǎn)，則該混合物對(duì)Raoult定律產(chǎn)生負(fù)偏差。(√)9．等邊三角形坐標(biāo)表示法中，若有一組系統(tǒng)，其組成位于平行于三角形某一邊的直線上，則這一組系統(tǒng)所含由頂角所代表的組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都相等。(√)10、在同溫同壓下，分子的振動(dòng)特征溫度越高，其對(duì)熵的貢獻(xiàn)越小。三、填空題（每小題2分，共20分；在題中“____”處填上答案）(√)1．某氣體分子在容器內(nèi)起始具有相同的平動(dòng)能E=2.00×10-21J，由于互相碰撞，最后能量服從Maxwell分布，則該系統(tǒng)的溫度為96.6K。2．已知NO和Cl2的臨界參數(shù)TC,NO=177K，pC,NO=64×105Pa，TC,Cl2=550K，pC,Cl2=45×105Pa，則具有較小vanderWaale氣體常數(shù)a的是NO，具有較小vanderWaale氣體常數(shù)b的是NO。3．N2分子根均方速率與H2分子在27℃的根均方速率相同時(shí)的溫度4200K。4．1mol理想氣體從相同的始態(tài)(p1，V1，T1)分別經(jīng)絕熱可逆膨脹到達(dá)終態(tài)(p2，V2，T2)，經(jīng)絕熱不可逆膨脹到達(dá)終態(tài)(p2，V2/，T2/)，則T2/>T2，V2/>V2，S2/“>”，“<”或“=”)>S2，H2/>H2。(選填：5．由兩種液體所形成的溶液中，組分的蒸氣壓對(duì)Raoult定律產(chǎn)生不大的正偏差。如果濃度用摩爾分?jǐn)?shù)來表示，且選取純液體為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，組分的活度系數(shù)必定>1；如果以組分在極稀溶液中服從Henry定律為參考態(tài)，則組分的活度因子必定<1。(選填：“>”，“<”或“=”)6．在重結(jié)晶過程中，析出的KCl(s)的化學(xué)勢(shì)=母液中KCl的化學(xué)勢(shì)。(選填：“>”，“<”或“=”)7．CaCO3(s)，BaCO3(s)，BaO(s)，CaO(s)和CO2(g)構(gòu)成的多相平衡系統(tǒng)中的物種數(shù)S為5，組分?jǐn)?shù)C為3，相數(shù)Ф為5，自由度f為0。8．最低能量零點(diǎn)選擇不同，則配分函數(shù)的值不同，熱力學(xué)能的值不同，熵的值相同，定容熱容的值相同。(選填：“相同”或“不同”)9．300K時(shí)，當(dāng)分布在J=1轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)上的分子數(shù)是J=0能級(jí)上的3e-0.115K。倍時(shí)，其分子的轉(zhuǎn)動(dòng)特征溫度為10．已知I2(g)的基態(tài)振動(dòng)波數(shù)σ=21420m-1，k=1.38×10-23J.K-1，h=6.626×10-34J.s，c=3×108m.s-1，則I2為308.5K。的振動(dòng)特征溫度四、計(jì)算題（共50分）1．(本題15分)在268K，101325Pa下，1mol過冷H2O(l)凝困成同溫同壓下的H2O(s)，求此過程的Q，W，?U，?H、?A、?S和?G，并判斷此過程是否自發(fā)過程。已知在熔點(diǎn)時(shí)水與冰的熱容差Cp,m(l)-Cp,m(s)=37.3J?mol-1.K-1，熔化焓?fusHm(273K)=6.01kJ.mol-1，ρ水=990kg.m-3，ρ冰=917kg.m-3，M=18.01g.mol-1。解:設(shè)計(jì)如下可逆途徑：(2分)?H=?H1+?H2+?H3=nCp,l,m(T2-T1)-n?fusHm+nCp,s,m(T1-T2)=n?Cp,m(T2-T1)-n?fusHm=1mol×37.3J.mol-1.K-1×(273K-268K)-1mol×6.01×103J.mol-1=-5823.5J(3分)Q=?H=-5823.5J（1分）W=-p?V=-p(Vs-Vl)=-p(m/ρs-m/ρl)=-101325Pa×1mol×18.01×10-3kg.mol-1×(1/917kg.m-3-1/990kg.m-3)=-0.14674J（2分）?U=Q+W=-5823.5J-0.14674J=-5823.647J?S=?S1+?S2+?S3（1分）=nCp,l,mln(T2/T1)-n?fusHm/T2+nCp,s,mln(T1/T2)=n?Cp,mln(T2/T1)-n?fusHm/T2=1mol×37.3J.mol-1.K-1×ln(273K/268K)-1mol×6.01×103J.mol-1/273K=-21.325J.K-1（3分）?G=?H-T?S=-5823.5J-268K×(-21.325J.K-1)=-108.4J（1分）（1分）?A=?U-T?S=-5823.647J-268K×(-21.325J.K-1)=-108.55J在等溫、等壓，無非體積功的條件下，?G<0，該過程是自發(fā)的。（1分）2．(本題10分)298K，p?下苯(組分1)和甲苯(組分2)混合組成理想溶液，求下列過程的?G：(1)用甲苯將1mol苯從x1=0.5(狀態(tài)Ⅰ)稀釋到x1=0.2(狀態(tài)Ⅱ)；(2)將1mol苯從狀態(tài)Ⅱ分離出來。解:狀態(tài)Ⅰ：x1=1/(1+n2)=0.5，n2=1mol，x2=0.5（0.5分）（0.5分）狀態(tài)Ⅱ：x1=1/(1+n2)=0.2，n2=4mol，x2=0.8，?n2=3mol(1)1A1B+3B→1A4B（0.5分）G2=n1(u1*(l)+RTlnx1)+n2(u2*(l)+RTlnx2)=u1*(l)+RTln0.2+4u2*(l)+4RTln0.8（1分）22*(l)+RTlnx/)+n/uG1=n1(u1*(l)+RTlnx/1)+n(u222*(l)=u1*(l)+RTln0.5+u2*(l)+RTln0.5+3u2*(l)（1分）?G=G2-G1=RTln0.2+4RTln0.8-2RTln0.5=RT(ln0.2+4ln0.8-2ln0.5)=8.314×298×(ln0.2+4×ln0.8-2×ln0.5)=-2764.27J(2)1A4B→1A+4B（2分）（0.5分）（1分）G2=n1u1*(l)+n2u2*(l)=u1*(l)+4u2*(l)22*(l)+RTlnx/)G1=n1(u1*(l)+RTlnx/1)+n(u2=u1*(l)+RTln0.2+4u2*(l)+4RTln0.8（1分）（2分）?G=G2-G1=-RTln0.2-4RTln0.8=-RT(ln0.2+4ln0.8)=-8.314×298×(ln0.2+4×ln0.8)=6198.9J3．(本題15分)已知活潑的輕金屬Na(A)和K(B)的熔點(diǎn)分別為372.7K和336.9K，兩者可以形成一個(gè)不穩(wěn)定化合物Na2K(s)，該化合物在280K時(shí)分解為純金屬Na(s)和含K的摩爾分?jǐn)?shù)為xB=0.42的熔化物。在258K時(shí)，Na(s)和K(s)有一個(gè)低共熔化合物，這時(shí)含K的摩爾分?jǐn)?shù)為xB=0.68。試：(1)畫出Na(s)和K(s)的二組分低共熔相圖；(2)分析各點(diǎn)、線、面的相態(tài)、相數(shù)和自由度；(3)繪出xB=0.36、0.68、0.88熔化物的步冷曲線；(4)計(jì)算1.6kgxB=0.88的熔化物最多能析出何純固體多少？解:(1)Na(s)和K(s)的二組分低共熔相圖：(3)各熔化物的步冷曲線：（5分）（3分）(3)點(diǎn)M：SA+LA，二相，f*=0點(diǎn)E：SB+LB，二相，f*=0（0.25分）（0.25分）（0.5分）點(diǎn)N：SA+SC+LN，三相，f*=0點(diǎn)D：SC+SB+LD，三相，f*=0（0.5分）線FON：SA+SC+LN，三相，f*=0線IDK：SC+SB+LD，三相，f*=0（0.5分）（0.5分）面MNDE：L，單相，f*=2面MNOF：SA+L，f*=1（0.25分）（0.25分）面NOID：SC+L，兩相，f*=1面EDK：SB+L，兩相，f*=1面FOHG：SA+L，兩相，f*=1面KDIHJ：SC+SB，兩相，f*=1（0.25分）（0.25分）（0.25分）（0.25分）(4)由杠桿規(guī)則可知：ml(0.88-0.68)=ms(1.0-0.88)m