期末物理化學(xué)綜合試題及解析一、引言物理化學(xué)作為化學(xué)學(xué)科的理論基石，融合熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)、界面與膠體化學(xué)等核心內(nèi)容。本次綜合試題圍繞課程重點(diǎn)設(shè)計(jì)，旨在考查概念理解、公式應(yīng)用及問題解決能力。解析部分從思路梳理、公式推導(dǎo)到計(jì)算過程詳細(xì)說明，助力期末復(fù)習(xí)與能力提升。二、綜合試題（一）熱力學(xué)基礎(chǔ)（選擇題+計(jì)算題）1.選擇題：298K、標(biāo)準(zhǔn)壓力下，某反應(yīng)Δ?H??<0，Δ?S??>0，則反應(yīng)（）。A.低溫自發(fā)，高溫非自發(fā)B.高溫自發(fā)，低溫非自發(fā)C.任何溫度下均自發(fā)D.任何溫度下均非自發(fā)2.計(jì)算題：1mol理想氣體從A（*p*?=100kPa，*V*?=24.8dm3）恒溫可逆膨脹至B（*p*?=50kPa），求*W*、*Q*、Δ*U*、Δ*H*、Δ*S*、Δ*G*（*R*=8.314J·mol?1·K?1，*T*=298K）。（二）化學(xué)動(dòng)力學(xué)（填空題+計(jì)算題）1.填空題：某一級(jí)反應(yīng)半衰期20min，則速率常數(shù)*k*=______min?1（兩位有效數(shù)字）；初始濃度*c*?=0.1mol·dm?3，60min后濃度*c*=______mol·dm?3。2.計(jì)算題：反應(yīng)300K時(shí)*k*?=2.0×10?2s?1，320K時(shí)*k*?=8.0×10?2s?1，求活化能*E*?（阿倫尼烏斯公式，*R*=8.314J·mol?1·K?1）。（三）電化學(xué)（簡答題+計(jì)算題）1.簡答題：簡述原電池與電解池的電極命名（正/負(fù)極、陽/陰極）及反應(yīng)本質(zhì)區(qū)別。2.計(jì)算題：298K時(shí)，電池反應(yīng)Zn(s)+Cu2?(*c*=0.1mol·dm?3)→Zn2?(*c*=1.0mol·dm?3)+Cu(s)，已知*φ*?(Zn2?/Zn)=-0.763V，*φ*?(Cu2?/Cu)=0.340V，求電動(dòng)勢*E*。（四）界面現(xiàn)象與膠體化學(xué)（選擇題+簡答題）1.選擇題：吉布斯吸附等溫式Γ=-(*c*/(*RT*))·(d*γ*/d*c*)，若d*γ*/d*c*<0，則吸附量Γ（）。A.為正，正吸附B.為負(fù)，負(fù)吸附C.為零，無吸附D.無法判斷2.簡答題：寫出Fe(OH)?溶膠（FeCl?為穩(wěn)定劑）的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式，說明膠粒帶電性質(zhì)。三、試題解析（一）熱力學(xué)基礎(chǔ)解析1.選擇題：反應(yīng)自發(fā)性由Δ?*G*??=Δ?*H*??-*T*Δ?*S*??判斷。Δ?*H*??<0、Δ?*S*??>0時(shí)，無論*T*取何值（*T*>0），Δ?*G*??均<0，故任何溫度下均自發(fā)，選C。2.計(jì)算題：理想氣體恒溫過程，Δ*U*=0（內(nèi)能僅與溫度有關(guān)），Δ*H*=0（*H*=*U*+*pV*，恒溫下*U*、*pV*均不變）。功：*W*=-∫*p*d*V*=-n*RT*ln(*V*?/*V*?)=-n*RT*ln(*p*?/*p*?)（由*p*?*V*?=*p*?*V*?得*V*?/*V*?=*p*?/*p*?）。代入數(shù)據(jù)：*W*=-1×8.314×298×ln(100/50)≈-1717J（系統(tǒng)對外做功）。熱量：Δ*U*=*Q*+*W*，故*Q*=-*W*=1717J（系統(tǒng)吸熱）。熵變：Δ*S*=*Q*?/*T*=1717J/298K≈5.76J·K?1（可逆過程熱溫商等于熵變）。吉布斯自由能變：Δ*G*=Δ*H*-*T*Δ*S*=0-298×5.76≈-1716J（或由Δ*G*=n*RT*ln(*p*?/*p*?)直接計(jì)算）。（二）化學(xué)動(dòng)力學(xué)解析1.填空題：一級(jí)反應(yīng)半衰期*t*?/?=ln2/*k*，故*k*=ln2/20min≈0.035min?1。一級(jí)反應(yīng)濃度公式ln(*c*/*c*?)=-*kt*，*t*=60min時(shí)，ln(*c*/0.1)=-0.035×60≈-2.1，故*c*≈0.012mol·dm?3。2.計(jì)算題：阿倫尼烏斯定積分式：ln(*k*?/*k*?)=*E*?/*R*·(*T*?-*T*?)/(*T*?*T*?)。代入數(shù)據(jù)：ln(8.0×10?2/2.0×10?2)=*E*?/8.314·(____)/(300×320)，解得*E*?≈55kJ·mol?1（或55.3kJ·mol?1）。（三）電化學(xué)解析1.簡答題：原電池：正極（陰極）還原（得電子），負(fù)極（陽極）氧化（失電子）；命名基于電勢（正極電勢高），利用自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)電（Δ*G*<0）。電解池：陽極氧化（失電子，接電源正極），陰極還原（得電子，接電源負(fù)極）；通過外電壓迫使非自發(fā)反應(yīng)發(fā)生（Δ*G*>0）。2.計(jì)算題：電動(dòng)勢*E*=*φ*(正極)-*φ*(負(fù)極)。正極（Cu2?/Cu）、負(fù)極（Zn2?/Zn）。能斯特方程：*φ*(Cu2?/Cu)=*φ*?+(0.____V/2)ln(*c*(Cu2?)/1)≈0.340V-0.0128V≈0.327V；*φ*(Zn2?/Zn)=*φ*?（因*c*(Zn2?)=1mol·dm?3）=-0.763V；故*E*=0.327V-(-0.763V)=1.09V。（四）界面現(xiàn)象與膠體化學(xué)解析1.選擇題：d*γ*/d*c*<0時(shí)，Γ=-(*c*/(*RT*))·(d*γ*/d*c*)中，(d*γ*/d*c*)為負(fù)，負(fù)負(fù)得正，故Γ>0，正吸附（溶質(zhì)表面富集），選A。2.簡答題：Fe(OH)?溶膠膠團(tuán)結(jié)構(gòu)：{[Fe(OH)?]?·nFe3?·(3n-*x*)Cl?}^*x*?·*x*Cl?。膠粒為{[Fe(OH)?]?·nFe3?·(3n-*x*