2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——分子熱力學(xué)與溶液化學(xué)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填在題后括號內(nèi)。）1.下列過程中，熵增加的是（）。A.理想氣體自由膨脹B.液體在恒定壓力下沸騰變成氣體C.水在0°C下結(jié)成冰D.理想氣體等溫壓縮2.在恒溫恒壓條件下，反應(yīng)自發(fā)進行的判據(jù)是（）。A.ΔU<0B.ΔH<0C.ΔS>0D.ΔG<03.對于一個自發(fā)進行的過程，其吉布斯自由能變（ΔG）和熵變（ΔS）的關(guān)系是（）。A.ΔG>0,ΔS<0B.ΔG<0,ΔS<0C.ΔG<0,ΔS>0D.ΔG>0,ΔS>04.克拉佩龍方程主要用于描述（）。A.理想溶液中組分活度的變化B.恒沸混合物的組成C.兩相平衡時溫度與壓強的關(guān)系D.稀溶液的依數(shù)性現(xiàn)象5.在一定溫度下，理想氣體混合物中某組分的分壓等于該氣體在相同溫度下單獨占有混合氣體體積時的壓強，該定律是（）。A.亨利定律B.阿馬格定律C.拉烏爾定律D.范德華定律6.對于理想溶液，其組分i的活度系數(shù)γi（）。A.總是大于1B.總是小于1C.等于1D.隨溫度變化而恒定7.下列哪個物理量與溶液的濃度無關(guān)？（）A.沸點升高B.依數(shù)性C.活度D.焓8.在恒溫恒壓下，某化學(xué)反應(yīng)達到平衡時，其吉布斯自由能變（ΔG）等于（）。A.0B.正值C.負值D.無法確定9.下列說法中，正確的是（）。A.系統(tǒng)的熵越大，其混亂度越小B.焓是系統(tǒng)包含的總能量C.熱力學(xué)第一定律表達了能量守恒與轉(zhuǎn)化關(guān)系D.熱力學(xué)第二定律指出熱量不能從低溫物體傳到高溫物體10.活度是（）。A.溶液的濃度B.與濃度成正比的量C.溶質(zhì)分子實際有效濃度對理想濃度的修正系數(shù)D.理想氣體分壓與總壓之比二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在題中橫線上。）1.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式為________，它表明能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體傳遞給另一個物體，在轉(zhuǎn)化或傳遞過程中，能量的總量保持________。2.熱力學(xué)第二定律指出，一個自發(fā)的宏觀過程總是朝著________的方向進行，其熵變ΔS>0；對于可逆過程，系統(tǒng)的熵變ΔS=________。3.吉布斯自由能（G）是一個狀態(tài)函數(shù)，其微分式dG=-SdT+VdP適用于________的變化。4.在相平衡中，克勞修斯-克拉佩龍方程描述了________相平衡時，相平衡溫度與壓強之間的關(guān)系，其表達式為________。5.對于稀溶液，溶質(zhì)i的亨利定律表達式為p_i=k_Hx_i，其中k_H是________，它隨溫度和溶質(zhì)、溶劑的性質(zhì)而變化。6.活度a_i的定義式為a_i=γ_ix_i，其中x_i是溶質(zhì)i的________，γ_i是溶質(zhì)i的________。7.溶液的依數(shù)性是指溶液的某些性質(zhì)與________有關(guān)，而與溶質(zhì)的種類無關(guān)，例如________、_______、_______和________。8.在恒溫恒壓下，當化學(xué)反應(yīng)達到平衡時，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，此時反應(yīng)的吉布斯自由能變ΔG=________。9.范德華方程是對理想氣體狀態(tài)方程的修正，引入的常數(shù)a和b分別表示________和________。三、簡答題（每題5分，共15分。）1.簡述吉布斯自由能（G）的物理意義及其在恒溫恒壓條件下判斷過程自發(fā)性的應(yīng)用。2.簡述理想溶液與真實溶液的區(qū)別，并說明為什么理想溶液中組分i的活度系數(shù)γ_i總是等于1。3.簡述勒夏特列原理的內(nèi)容，并舉例說明它如何應(yīng)用于解釋化學(xué)平衡的移動。四、計算題（每題10分，共30分。）1.1mol理想氣體在恒定壓強下從300K加熱到600K，壓強為1.013×10^5Pa。已知理想氣體的比熱容C_p=20.785J/(mol·K)，計算此過程系統(tǒng)的焓變ΔH和熵變ΔS，以及系統(tǒng)的吉布斯自由能變ΔG。（假設(shè)壓強不變，T=300K時理想氣體的吉布斯自由能G(300K)已知為-41.84kJ/mol）2.在101.325kPa下，水的正常沸點是373.15K。若某非揮發(fā)性溶質(zhì)溶解在水中，使水的沸點升高了0.52K。假設(shè)水溶液體積近似等于純水體積，且水的摩爾汽化熱ΔH_vap=40.65kJ/mol。計算該溶質(zhì)在水中的質(zhì)量摩爾濃度molality(m)。3.在298K時，反應(yīng)2SO_2(g)+O_2(g)?2SO_3(g)的標準吉布斯自由能變ΔG°=-177.8kJ/mol。計算該反應(yīng)的標準平衡常數(shù)K°。假設(shè)氣體為理想氣體。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.C4.C5.C6.C7.D8.A9.C10.C二、填空題1.ΔU=Q+W,不變2.系統(tǒng)總熵增加,可逆過程的熱力學(xué)溫標與熵變之比3.恒溫、恒壓4.氣液,dln(p*)/dp=ΔH/(RT^2)5.亨利常數(shù)6.質(zhì)量摩爾濃度,活度系數(shù)7.溶質(zhì)摩爾分數(shù),沸點,凝固點,蒸氣壓,滲透壓8.09.氣體分子間吸引力,氣體分子本身的體積三、簡答題1.吉布斯自由能（G）是描述系統(tǒng)在恒溫恒壓條件下吉布斯自由能變（ΔG）的狀態(tài)函數(shù)。ΔG體現(xiàn)了在恒溫恒壓條件下，系統(tǒng)吉布斯自由能減少的趨勢。當ΔG<0時，過程是自發(fā)的；當ΔG>0時，過程不能自發(fā)進行；當ΔG=0時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。因此，吉布斯自由能判據(jù)可以用于判斷恒溫恒壓下過程的自發(fā)方向和限度。2.理想溶液是指溶液中溶質(zhì)分子與溶劑分子之間作用力大小和性質(zhì)相同，或者混合后體積不發(fā)生改變，混合過程中沒有能量變化（放熱或吸熱）。因此，理想溶液中各組分的活度系數(shù)γ_i總是等于1，即a_i=x_i。真實溶液由于溶質(zhì)-溶劑相互作用與溶質(zhì)-溶質(zhì)、溶劑-溶劑相互作用不同，導(dǎo)致溶液偏離理想行為，此時活度系數(shù)γ_i≠1。3.勒夏特列原理（平衡移動原理）指出，如果改變影響化學(xué)平衡的一個條件（如濃度、壓強或溫度），平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動。舉例：對于一個處于平衡狀態(tài)的反應(yīng)N_2(g)+3H_2(g)?2NH_3(g)ΔH<0，如果增加N_2的濃度，平衡將向著消耗N_2的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，生成更多的NH_3。四、計算題1.ΔH=nC_pΔT=1mol×20.785J/(mol·K)×(600K-300K)=1mol×20.785J/(mol·K)×300K=6235.5J=6.2355kJΔS=nC_pln(T_2/T_1)=1mol×20.785J/(mol·K)×ln(600K/300K)=1mol×20.785J/(mol·K)×ln(2)≈1mol×20.785J/(mol·K)×0.693≈14.42J/KΔG=ΔH-TΔS=6.2355kJ-(300K)×(14.42J/K)/1000J/kJ=6.2355kJ-4.326kJ=1.9095kJ≈1.91kJ（注意：題目給出T=300K時G(300K)=-41.84kJ/mol，但計算ΔG需要的是T_2=600K時的G(600K)。由于未給出ΔS或C_v，無法直接計算600K時的G。通常ΔG=G(終態(tài))-G(初態(tài))，此處題目條件不足，無法完成ΔG的計算。若按題目要求僅計算ΔH和ΔS，則答案如上。）*修正：若題目意圖是計算ΔH和ΔS及ΔG（基于初態(tài)G值），則*ΔG=G_終態(tài)-G_初態(tài)=[ΔH-T_2ΔS]-[ΔH-T_1ΔS]=T_1ΔS-T_2ΔS=ΔS(T_1-T_2)ΔG=14.42J/K×(300K-600K)=14.42J/K×(-300K)=-4326J=-4.326kJ*最終答案采用此修正后的ΔG，ΔH和ΔS計算不變。*ΔG=-4.33kJ2.ΔT_b=K_bmm=ΔT_b/K_b=0.52K/0.512K·kg/mol≈1.016mol/kg（假設(shè)水的密度為1kg/L，摩爾體積V_m≈18mL/mol，則溶液體積約18mL，與1kg相比可忽略）該溶質(zhì)在水中的質(zhì)量摩爾濃度molality(m)≈1.0