物理化学大题

1、简述理想气体的微观特征。（ 1）分子本身不占有体积；（ 2）分子间无相互作用力。简述气体的对应状态原理。各种不同的气体，只要有两个对比参数相同，则第三个对比参数必定（大致）相同。简述盖斯定律。一确定的化学反应的恒容热或恒压热只取决于过程的始态与末态，而与中间经过的途径无关。一个系统达到平衡的条件是什么？热平衡：系统各部分温度相同；力平衡：系统有单一的压力；相平衡：系统中各相组成和数量不随时间而改变；化学平衡：系统的组成不随时间而改变。什么是可逆过程？系统内部及系统与环境间在一系列无限接近平衡条件下进行的过程称为可逆过程。系统经一个循环后， U、 H、 Q、 W是否皆等于零？说明原因。否。 其中

2、U和H为状态函数，系统恢复至原态后其值复原，即 U=0、 H=0；而 Q和 W与途径有关，一般不会正好抵消而复原。1mol 理想气体从0恒容加热至100和从0恒压加热至100， U是否相同？Q是否相同？W是否相同？理想气体内能只是温度的函数，故 U是相同的。因热和功是与过程有关的，故Q和 W是不同的。对于一定量的理想气体，温度一定时，内能与焓是否一定？为什么？对理想气体来说，其内能与焓只是温度的函数，故温度一定内能与焓就一定。简述热力学第二定律。不可能将热从低温物体传到高温物体而不产生其它影响。不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而不产生其它影响。“第二类永动机”是不可能创造成功的。简述热

3、力学第三定律。0K 时纯物质完美晶体的熵等于零。简述隔离系统的熵增加原理。隔离系统中发生的一切实际过程都是向熵增大的方向进行，熵值不变的过程是可逆过程，即一个隔离系统的熵永不减少。稀溶液的依数性包括哪四个方面?（简述稀溶液的依数性）蒸气压下降、沸点升高（ 溶质不挥发） 、凝固点降低（析出固态纯溶剂）、具有渗透压。什么是理想液态混合物？任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律的液态混合物。如何判断化学反应体系是否达平衡？在外界条件不变的情况下，平衡组成应不随时间而改变；正向反应和逆向反应的平衡常数应相等；任意改变参加反应各物质的最初浓度，达平衡后所得到的平衡常数应相同。定性说明压力对化学平衡的影

4、响。增大压力，平衡向体积缩小的方向移动；减小压力，向体积增大的方向移动。温度为T，压力为p, 若 SO2(g) 12O2(g)SO(3 g) 在容器内达到平衡后，通入不参与反应的惰性气体，会不会影响标准平衡常数K 的值和平衡产率？设气体都是理想气体。加入惰性气体且均为理想气体虽能改变系统压力，但并不能改变标准平衡常数K ，因其不是压力的函数。但可以影响平衡产率，在系统中加入惰性气体，反应总是向气体体积增大的方向进行，因而会减小平衡产率。碳酸钠与水可组成下列几种化合物：Na2CO3?H2O、 Na2CO3?7H2O、 Na2CO3 10H2O。试说明在30时，可与水蒸汽平衡共存的含水盐最多可以有

5、几种？指定了温度，根据相律F*=C-P+1=3-PF*min=0，则Pmax=3已有水蒸汽一相，最多只有两种含水盐。在相图上系统点和相点分别表示什么？系统点：表示系统总组成的点。相点：表示相组成的点。碳酸钠与水可组成下列几种化合物：Na2CO3?H2O、 Na2CO3 7H2O、 Na2CO3?10H2O。试用相律说明在标准大压力下，与碳酸钠水溶液和冰共存的含水盐的数目最多可以有几种？当指定了压力，根据相律F*=C-P+1=3-P F* min=0， 则 Pmax=3 已有水溶液和冰两相，最多只有一种含水盐。 TOC o 1-5 h z 试求下述两种情况下，系统的组分数C和自由度数F。仅由NH

6、4Cl(s) 部分分解，建立如下反应平衡：NH4Cl(s)NH3(g) HCl (g)( 2)由任意量的NH4Cl(s) ， NH3 (g) ， HCl(g) ，建立如下反应平衡：NH4Cl(s)NH3(g) HCl(g)解： ( 1) 因平衡系统中存在NH4Cl(s) ， NH3 (g) ， HCl(g) 三种物质，则物种数S=3；因三种物质间存在一个独立的平衡关系，则R=1；因平衡系统中，n(NH3,g) n(HCl,g)，则浓度限制条件数目R =1；所以，组分数C=S- R-R =3-1-1=1自由度数F=C-P+2=1-2+2=1( 2)组分数：C=S- R- R =3-1-0=2自由

7、度数：F=C- P+2=2-2+2=24. 试求下述两种情况下，系统的组分数C和自由度数F。( 1)仅由CaCO3(s) 部分分解，建立如下反应平衡：CaCO3(s)CaO(s) CO2(g)( 2)由任意量的CaCO3 (s) ， CaO (s) ， CO2(g) ，建立如下反应平衡：CaCO3(s)CaO(s) CO2(g)解： ( 1)组分数：C=S- R- R =3-1-0=2自由度数：F=C- P+2=2-3+2=1( 2)组分数：C=S- R- R =3-1-0=2自由度数：F=C- P+2=2-3+2=1简述离子独立运动定律。在无限稀释溶液中，离子彼此独立运动，互不影响，无限稀释

8、电解质的摩尔电导率等于无限稀释时阴、阳离子的摩尔电导率之和。能否用万用表直接测量电解质溶液的电阻？为什么？不能用万用表直接测量溶液电阻，因直流电会使溶液产生极化现象。什么是液体接界电势？其产生的原因是什么？在两种含有不同溶质或两种溶质相同而浓度不同的溶液界面上存在着的电势差，称为液体接界电势。其产生的原因：溶液中离子扩散速率不同。标准电池主要用途是什么？它的主要优点有哪些？标准电池主要用作电动势测量的基准。其最大优点：电动势稳定、且随温度变化较小。什么是可逆电池？充、 放电时进行的任何反应和过程都是可逆的电池称为可逆电池。可逆电池不仅要求电池反应具有热力学上的可逆性，即反应在无限接近平衡的条件

9、下进行，而且要求电池中进行的其它过程也是可逆的常见的亚稳态有哪些？如何防止亚稳态的产生？过饱和蒸气、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。在系统中加入新相的种子可以防止亚稳态的产生。简述人工降雨的原理.将 AgI 等微小粒子洒到高空中作为成核中心，使云层中的过饱和水蒸气凝结。在固体对气体的吸附中，物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么？固体与气体之间的吸附作用力不同。物理吸附作用力为范德华力，化学吸附作用力为化学键力。什么是表面活性剂？其结构组成是什么？溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质，称为表面活性剂。表面活性物质的结构：同时含有亲水性的极性基团和非极性的憎水基团（具有两亲结构）。如图所示，设液

10、体能润湿毛细管壁，当加热管中液柱的左端时，问液柱将向 毛细管的哪一端移动？解释原因。向右移动。毛细管左端的液体受热温度升高，表面张力变小；凹液面附加压题 45图力的方向指向气体。左端附加压力减小，而右端不变，所以毛细管中的液柱向右移动。固体表面对气体的吸附有哪两种形式？它们的最本质的区别是什么？物理吸附和化学吸附。本质区别为吸附作用力的不同。物理吸附作用力为范德华力，化学吸附为化学键力。若天空中的小水滴要起变化，一定时其中大水滴进行蒸发，水蒸气凝结在小水滴上，使大小不等的水滴趋于相等。对吗？为什么？不对。根据开尔文公式RT ln pr2 M ，小水滴的蒸气压较大，因此应为小水p pr滴蒸发，水

11、蒸气凝结在大水滴上，使大水滴变得更大，最后小水滴消失。简述光化学反应的特点。光化学反应可以使G0 的反应进行；温度对光化反应速率的影响较小；光化学反应的选择性高。简述质量作用定律。在基元反应中，反应速率与各反应物浓度的幂指数成正比。其中各物质浓度的幂指数即为反应式中各对应物质的计量系数。简述化学反应需要活化能的原因。克服产物分子新键形成前的斥力，克服反应物分子旧键断裂前的引力。简述胶体的动力学性质。布朗运动，扩散，沉降与沉降平衡。若用FeCl3水解制备Fe(OH)3胶体，写出其胶团结构的表示式，指出胶体粒子电泳的方向。Fe(OH) 3 mnFe3+? (3n-x)Cl -x+ ? xCl- 或

12、 Fe(OH) 3 mnFe3+?3(n-x)Cl -3x+?3xCl-，向负极移动。在 AgNO3溶液中加入稍过量KI 溶液，写出得到溶胶的胶团结构。(AgI) m nI- (n-x) K+x- xK+。胶体有哪些电动现象？电泳、电渗、流动电势、沉降电势。溶胶净化的目的是什么？目的是除去过多的电解质，使胶体稳定、不聚沉。但不能使电解质全部除去，否则胶体在不带电情况下也会容易聚沉。溶胶能够在一定的时间内稳定存在的主要原因是什么？Wp(V2 V1)(nRT2 nRT1)nR(T2 T1)4 8.314 (600.15 300.15)J9.98JU Q W (36 9.98) kJ 26.02kJ

13、UnCV,m(T2 T1) n(Cp,m R)(T2 T1 )或4 (30 8.314) (600.15 300.15)J 26.02kJ4. 3 mol 某理想气体由409 K、 p1=0.15 MPa经恒容变化到p2=0.10 MPa，该气体 TOC o 1-5 h z 的 Cp,m 29.4J mol 1 K 1，求这一过程的Q, W, U和H。解：因恒容过程，W=0先求末态温度T2p2T10.1 409 K 273Kp10.15Q UnCV,m T 3 (29.4 8.314) (273 409)J8.603kJH nCp,m T 3 29.4 (273 409) J 11.995kJ

14、H U (pV) U nR T 或 8603 3 8.314 (273 409) J 11.995kJ2mol 水在101325Pa、 100 C时向真空蒸发成101325Pa、 100 C的水蒸气。求此过程的W、 Q、H、U、G、S。(已知蒸发焓为40.63 kJ mol -1 )解：由于真空蒸发，外压为零，则：W=01H= 2 40.63=81.26 (kJ ?mol-1)U = H- n gRT=81.26- 2 8.314 373.15 1000=75.06 (kJ)Q= U= 75.06 (kJ)G=01S= H/T= 81260/373.15=217.8 (J ?K-1)1mol

15、理想气体在273K下由 100 kPa向真空膨胀到10 kPa， 求此过程的W、 Q、H、 U、 G、 A、 S。解：由于真空膨胀，外压为零，则：W=0由于温度不变，则U= H = 0则 Q= U-W=0A = G=nRTln( p2/p1) = -5226.2(J) S= nRln( p1/ p2)=19.1 (J ?K-1)已知水在77 C时饱和蒸气压为41.891 kPa。水在 101.325 kPa 下的正常沸点为 100 点为 100 C。 求： ( 1) 水的摩尔蒸发焓；解：vap H m 11解：ln( p2/p1)( 11 )RT2 T12) 在多大压力下，水的沸点为105 C

16、？ln(101.325/41.891)vap H m 1ln(101.325/41.891)(350.15R 373.15350.151得： vapHm=41.719 (kJ mol-1) ln(101.325/ p) vapHm (11)R 373.15 378.15得： p=121.042 (kPa)在 298.2K 时，将 2 mol 氩气(理想气体)从101.325 kPa 等温可逆压缩到1013.25 kPa 。求此过程的Q、 W、U、H、S。解：由于温度不变，则U= H = 0则 W= nRTln( p2/ p1)=2 8.314 298.2 ln10=11.4 (kJ)Q = -

17、W = -11.4 (kJ)1S= nRln( p1/ p2)= -38.3 (J ?K )在 293.15K 下将 68.4 g 蔗糖(C12H22O11)溶于1 kg 水中。求：( 1)此溶液的蒸气压； ( 2)此溶液的渗透压。(已知溶液的密度为1.024 g ?cm-3, 纯水的饱和蒸气压为 2.339 kPa) 。解：xB68.4 / 3420.003587解：xB68.4 / 3420.00358768.4/342 1000/18P A=PA则组分 B的液相组成：xBp则组分 B的液相组成：xBp* pA*101.325 45.996 0.78Bp*B p*A 116.924 45.

18、996*结合分压定律，则组分B的气相组成：yBpBpBxB116.924 0.78 0.900.2c(1000 68.4)/1.0240.2c(1000 68.4)/1.0240.0001917(mol cm 3) 191.7(mol m 3)=cRT=191.7 8.314 293.15 = 467 (kPa)20 时，甲醇(A) 和乙醇 (B) 的饱和蒸气压分别为11.86 kPa 和 5.93 kPa ，将二者混合形成理想液态混合物。求 20，质量分数wB=0.50 的该液态混合物的气、液相的平衡组成(以摩尔分数表示)。已知甲醇及乙醇的相对分子质量Mr 分别为32.04 及 46.07。

19、解： 根据液相中组分A和 B均遵循拉乌尔定律，气相中组分A和 B均遵循道尔顿分压定律进行计算。0.50液态混合物的物质的量分数：32.040.50液态混合物的物质的量分数：32.040.500.500.59,xB 1 0.59 0.4132.04 46.07系统的总压力为：p p*AxA p*BxB 11.86 0.59 5.93 0.41 kPa 9.43kPa*平衡蒸气组成为：yApApAxA11.86 0.59 0.74,yB 0.26p p 9.43甲苯 (A) 和苯 (B) 组成的理想液态混合物正常沸点为85，试计算在正常沸点时，组分B 的液相组成及气相组成。已知85时纯甲苯和纯苯的

20、饱和蒸气压分别为45.996 kPa 和 116.924 kPa.解：根据题给条件，液态混合物在85沸腾时，p=101.325 kPa,且组分A、 B均符合拉乌尔定律。*BB p p 101.3254. 已知 298.15 K时水的饱和蒸气压为3.166 kPa，水的凝固点下降常熟Kf和沸点升高常熟Kb分别为1.86 K kg mol-1 和 0.51 K kg mol-1。今有含非挥发性溶质的稀溶液在271.75 K 时凝固，求：( 1) 298.15 K 时该溶液的蒸气压；( 2) 298.15 K 时该溶液的渗透压；( 3)溶液在常压下的正常沸点。解： ( 1)根据题给条件，由凝固点下降

21、公式：TfKfbB，有p pA pB pAxA pBxBpA(1 xB) pBxB pA (pB pA)xB TOC o 1-5 h z Tf273.15 271.1511bB()mol kg 0.753mol kgK f1.860.753xB0.0134B100018.02 代入拉乌尔定律，有pApAxAp18.02 代入拉乌尔定律，有pApAxApA(1 xB) (3.166 0.9866)kPa 3.124kPanB 0.753( 2) cBB molB V 1/1代入渗透压公式，有( 3)根据沸点升高公式TbKbKbTbTfTfKfbKffdm 3 753mol m 3cbRT(753

22、 8.314 298.15) Pa 1.87 106PaTb KbbB及凝固点下降公式TfKfbB，得0.511.86(273.15 271.15) 0.383KTb TbTb (373.15 0.383)K 373.53K1. 1000 K 时生成水煤气的反应为C(s) H2O(g)H2(g) CO(g)，在 101.325kPa时，平衡转化率=0.844。求：标准平衡常数K?;202.650 kPa 时的平衡转化率。解： ( 1)设解： ( 1)设H2O(g)的原始物质的量为1C(s) H2O(g)mol ，则H2(g) CO(g)平衡时物质的量n平衡时物质的量nB /molnB 1平衡时

23、压力pB /kPa11p1p( K1 平衡时压力pB /kPa11p1p( K1 11p)2 ppp2p0.84422 p 1 0.844101.3252.511002) 202.65 kPa 时2p12p12202.6502.510.7441002. 已知SO2(g) 、 O2(g) 和 SO3(g) 的标准热力学函数数据如下：物质SO2(g)O2(g)SO3(g)fHm(298.15K)/kJ mol 1Sm(298.15K)/J mol 1 K 1-296.83248.20205.14-395.72256.76利用上述数据，求反应SO2 (g) 1 O2(g)SO3(g) 在 25时的r

24、Gm 和 K 。11198.89kJ mol 1111111198.89kJ mol 111111 K 194.01J mol 1 K 1rHm B fHm(B) ( 395.72 296.83 0)kJ mol1rSmBSm(B) (256.76 248.2 1 205.14)J molrGmrHm T rSm 98.89 103 298.15 ( 94.01) J mol 170.86kJ mol 1) 3.85 10 13K exp( rGm) exp( 70.86 103 RT8.314 298.15) 3.85 10 133. 高温下，水蒸气通过灼热煤层反应生成水煤气：C(s) H2

25、O(g) H2(g) CO(g)已知在 1000 K 及 1200 K 时的K?分别为2.472 和 37.58，试计算(1) 在此温度范围内反应的rHm； TOC o 1-5 h z (2)1100 K 时该反应的K?。解： ( 1)根据范特霍夫等压方程的定积分式，有K2rHm 11ln()K1RT2 T137.58rHm 11ln()2.472R1200 1000rHm 135.8kJ mol rrH m rG m T rS m ( 21.52 103 298.15 62.72) J mol 1KH112)根据ln 2 r m ()K1R T2 T1K (1100K)135.8 1031l

26、n(2.4728.3141100 1000K (1100K) 10.91已知 25时E?(Fe3+/Fe)= -0.036 V, E?(Fe3+/Fe2+)=0.770 V 。试计算25时电极Fe2+/Fe 的标准电极电势E? (Fe2+/Fe)。解：(1) Fe 3+3eFeE?1Fe 3+eFe2+E?2(1)-(2) 得：Fe2+ e Fe E ?3rGm,3rGm,1rGm,22E3F 3E1F ( E2F)E?3(E?1 E?2)23 ( -0.036 )0.7702 -0.439 (V)已知下列电池的E?(298K)=0.223V， ( E)0.65mV K 1。TpPt,H2(p

27、 )H (a 1) KCl(a 1)AgCl(s)Ag(s)写出电极反应和电池反应；计算与电池反应对应的rG m ， rS m， r H m。解：(1)正极反应：AgCl (s) e Ag(s) Cl (a 1)负极反应：1 H 2( p ) H (a 1) e22AgCl(s) 1 H2(p ) H (a 1) Cl (a 1) Ag(s) 22)因z=1，故：rG mzFE (1 96485 0.223)J mol 121.52kJ mol 1rS m rS m zFTEp1 96485 ( 0.65 10 3)J mol 1 K 162.72J mol 140.21kJ molp x 苯

28、 p 苯 p x 苯 p 苯 1 x 苯 p 甲苯0.3xx 苯 100苯 100 1 x 苯 38.7写出以下电池的电极反应及电池反应式, 计算298K时电动势E， r G m,并判断电池反应能否自发进行？Pb(s) | Pb(NO 3) 2( a(Pb2+) = 1) | AgNO 3(a(Ag+) = 1) | Ag(s)(已知 : E (Pb2+/Pb) = -0.1265 V, E (Ag+|Ag) = 0.7994V. )解：阳极反应: Pb(s) Pb2+ (a(Pb2+) = 1)+ 2e -阴极反应: 2Ag +(a(Ag+) = 1)+2e - 2Ag(s)电池反应: 2A

29、g +(a(Ag+) = 1) + Pb(s) 2Ag(s) + Pb 2+( a(Pb2+) = 1)E E 0.05916lga(Pb2 ) E E E = (0.7994 + 0.1265)V = 0.9259 V2 a( Ag ) rGm = rG = zFE = 2 96485 0.9259 J mol-1= 178.67 kJ mol1178.67 10331K exp2.0 10318.314 298.15因 E 0, 所以电池反应能自发进行。1. 298 K时N2O5(g) 分解反应的半衰期为5.7h ， 此值与N2O5的起始浓度无关，求：( 1)该反应的速率常数；( 2)反应完成90%时所需时间。解：半衰期值与N2O5的起始浓度无关，说明该反应为一级反应。-1 k1=ln2/