华南理工大学2015年852物理化学2（含答案）考研真题

852

华南理工大学

2015年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）

科目名称：物理化学(二)

适用专业：生物医学工程；材料物理与化学；生物医学工程(专业学位)；化学工程；

化学工艺；生物化工；应用化学；工业催化；能源化学工程；化学工程(专业学位)

共4页

33

1.400K时1mol的O2(g)经绝热可逆过程从10dm压缩到5dm，

然后再经等温可逆膨胀使体积复原，求该过程的W、Q、U和H。氧气

设为理想气体，其恒容摩尔热容为2.5R。(15分)

2.1mol25℃的水在恒定100kPa下变为150℃的水蒸气，求过程的

W、Q、U、H、S和G。已知水和水蒸气的平均恒压摩尔热容分别

为75.29和33.58J.K-1.mol-1，水在100℃时的摩尔蒸发焓为40.637kJ.mol-1

(近似为100kPa)，25℃时水的标准摩尔熵为69.91J.K-1.mol-1，水蒸气可

近似为理想气体。(15分)

3.某滨海区的地下水中，含可溶性盐以氯化钠为主。用凝固点下降

测得地下水的冰点为271.85K。

(1)问该滨海区地下水含氯化钠的摩尔分数为多少?

(2)该地区的水与纯水化学势的差值为多少?

(3)300.15K时，利用反渗透装置对该盐水进行反渗透淡化水，在盐

水端至少需加多大压力?设外压为101kPa。

已知水的凝固点下降常数为1.86K.kg.mol-1，水的摩尔质量为0.01802

kg.mol-1。(15分)

第1页

4.Mg和Pb二组分凝聚系统相图见下。

(1)Mg和Pb形成的化合物是稳定还是不稳定的？其组成如何？

(2)请指出图中1~8区域的相态。

(3)请指出图中相区3和5的相数和自由度数。

(4)图中自由度数为0的线有多少条？

(5)绘制图中点a和b的冷却曲线。

(6)系统从a点(x=0.2)下降到f点时，各组分的组成大致为多少?

(7)从该二组分系统中能否得到纯金属Pb或Mg?(15分)

5.乙醇和水的沸点组成图为典型的具有最大正偏差的系统相图，恒

沸点的组成为乙醇的重量比为95.6%，温度为78.1℃。已知常压下乙醇

的沸点为78.4℃。试绘制常压下乙醇和水的相图草图，标明各区域的相

态。如果系统的组成为重量含乙醇40%的水溶液，精馏后将得到什么组

分?试解释之。(10分)

第2页

6.某化合物在557K分解时的反应速率常数为0.033s-1，反应活化

能为144.3kJ.mol-1。

(1)求该反应的级数和半衰期。

(2)若起始浓度为0.6mol.dm-3，求反应至浓度为0.2mol.dm-3时所需

的时间。

(3)欲控制反应在10min内转化率达90%，反应温度应控制在多少

度？

(4)求阿伦尼乌斯常数中的指前因子k0(或A)。(15分)

7.反应H2+Cl2→2HCl

k

Cl2+M12Cl+M(1)

k

Cl+H22HCl+H(2)

k3

H+Cl2HCl+Cl(3)

k

2Cl+M4Cl2+M(4)

0.50.5

试证明速率方程为d[HCl]/dt=k[H2][Cl2]，其中k=2k2(k1/k4)。

(10分)

8.在101.325kPa外压和100℃的水中产生一个半径为1m的小气

泡。已知该温度下水的表面张力为0.05885N.m-1，密度为1000kg.m-3，

饱和蒸气压为101.325kPa，摩尔质量为0.01802kg.mol-1。试求：

(1)小气泡内水的附加压力。

(2)小气泡内水的饱和蒸气压。

(3)小气泡内的压力，并判断气泡能否溢出液面?(15分)

第3页

9.设反应C2H2(g)+H2(g)→C2H4(g)为理想气体反应，已知298K

时C2H2(g)、H2(g)、C2H4(g)的标准摩尔燃烧焓分别为-1299.6、-285.83、

.-1

-1411.0kJmol；C2H2(g)和C2H4(g)的标准摩尔生成吉布斯函数分别为

209.2和68.15kJ.mol-1。试解决如下问题：

(1)该反应在298K的常压下能否进行?

(2)该反应的焓变？

(3)设反应在298K的封闭容器中进行且开始时两反应物的分压均为

100kPa，平衡时产物的分压为多少?

(4)反应升温或降压对转化率的影响如何?(15分)

10.电池Ag|AgCl(s)|KCl(aq.)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)在298K时的电动势为

-4.-1

0.0455V，电池电动势的温度系数(E/T)p为3.38×10VK。解决下列

问题：

(1)写出正负极及电池反应。

(2)计算电池反应的rSm，rHm和rGm。

(3)可逆放电时的热效应。

(4)反应在非电池即普通容器中常压下进行时的热效应。(15分)

11.可用设计电池测定电池电动势的方法测定AgBr的溶度积Ksp，

请简要说明之。(10分)

第4页

葛华才编.华南理工大学2015年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2015-12-11

852

华南理工大学

2015年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

（试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回）

科目名称：物理化学(二)

适用专业：生物医学工程；材料物理与化学；生物医学工程(专业学位)；化学工程；

化学工艺；生物化工；应用化学；工业催化；能源化学工程；化学工程(专业学位)

本卷满分：150分

说明：本套试题偏易！葛老师已对试题作了少量规范化处理并完成解答，未参考标准答案。因

此可能有不妥或错误之处，欢迎用电子邮件告知，谢谢！

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1.400K、1mol的氧气经绝热可逆过程从10dm3压缩到5dm3，然后再经等温可逆膨胀使体

积复原，求该过程的W、Q、U和H。氧气可视为理想气体，其恒容摩尔热容为2.5R。(15分)

解：据题意，氮气的状态变化框图如下：

绝热可逆等温可逆

T1=400KT2=?T3=T2

333

V1=10dmV2=5dmV3=10dm

U=2657J，H=3719J，Q=3042J，W=-385J

2.1mol25℃的水在恒定100kPa下变为150℃的水蒸气，求过程的Q、W、U、H、S和

-1-1-1-1

G。已知水的Cp,m(l)=75.29J·K·mol，水蒸气的Cp,m(g)=33.58J·K·mol，水在100时的摩尔蒸

发焓为40.637kJ·mol-1(近似为100kPa)，25℃时的标准摩尔熵为69.91J·K-1·mol-1，水蒸气可看近

似为理想气体。(15分)

解：据题意，在恒定100kPa下1mol水的状态变化框图如下：

t1=25℃t2=100℃t2=100℃t3=150℃

H2O(l)(1)H2O(l)(2)H2O(g)(3)H2O(g)

-1

H=47.963kJ，S=130.0J·K，Qp=H=47.963kJ，U=44.445kJ，W＝-3.518kJ，G=-15.78kJ

考虑到实际加热水的过程与上框图类似，分步计算各过程的Q和W再累加，亦可认为正确。当

然Q和W是过程量，应与实际过程有关。

3.某滨海区的地下水中，含可溶性盐以NaCl为主。用凝固点下降测得地下水的冰点为271.85

K。

(1)问该滨海区地下水含NaCl的摩尔分数为多少？

1

葛华才编.华南理工大学2015年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2015-12-11

(2)该地区的水与纯水化学势的差值为多少？

(3)300.15K时，利用反渗透装置对该盐水进行反渗透淡化水，在盐水端至少需加多大压力?设

外压为101kPa。

已知水的凝固点下降常数为1.86Kkgmol-1，水的摩尔质量为0.01802kg.mol-1。(15分)

-1-1

答案：b=0.3495mol·kg，x(H2O)=0.9937；(H2O)=-15.77J·mol

最小压力=1846kPa

4.Mg和Pb二组分凝聚体系相图如下：

(1)Mg和Pb可以形成稳定化学物，其组成如何？

(2)请写出图中1~8区域的相态；

(3)请指出图中3,5区域的相数和自由度数；

(4)图中自由度为零的线有多少条？

(5)在右边的温度-时间图上画出系统从a、b点降温的歩冷曲线；

(6)系统从a点(x=0.2)下降到f点时，各组分的组成大致为多少？

(7)从二组分系统中能否得到纯金属Pb或Mg?(15分)

参考答案：

（1）化合物C为Mg0.4Pb0.6;

（2）1-8区域的相态分别为Mg(s)+α，l+α，l，l+C(s)，α+C(S)，C(s)+l，l+Pb(s)，C(s)+Pb(s)；

（3）3,5区域的相数分别为1和2；3,5区域的自由度数分别为2,1。

（4）2条；

（5）略；

（6）液体l中，x=0.2；α相中x≈0.05.

（7）控制在第7区进行固液分离即可得到纯金属Pb；因为无纯金属Mg相关相区，所以无法得

到纯金属Mg。

5.乙醇和水的沸点组成图为典型的具有最大正偏差的系统相图，恒沸点的组成为重量比95%

的乙醇与5%的水，温度为78.1℃。乙醇和水常压下沸点分别为78.4℃和100℃，试画出相图草图，

2

葛华才编.华南理工大学2015年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2015-12-11

并标明各区域相态。如果系统的组成为60%的乙醇，精馏后得到什么？试解释说明。(10分)

参考答案：(1)

110

100

g

90

l+g

C

ol+g

//80

t

l

70

60

020406080100

HOCHOH

2w(%)25

(2)得到纯水和含95%乙醇的恒沸混合物。

6．某化合物在557K分解时的反应速率常数为0.033s-1，反应活化能为144.3kJ·mol-1。

(1)求该反应的级数和半衰期；

(2)若起始浓度为0.6mol·dm-3，求反应至浓度为0.2mol·dm-3时所花的时间；

(3)欲控制反应在10min内转化率达90%，反应温度应控制在多少度？

(4)求阿仑尼乌斯关系式中的指前因子k0(或A)。(15分)

12-1

解:(1)一级；t1/2=21(s)；(2)t=33.3s；(3)T2=520K；(4)k0=1.12×10s

7.反应H2+Cl2→2HCl的链反应机理如下：

k

1.

Cl2+M2Cl+M(1)

k

..2

Cl+H2HCl+H(2)

k

..3

H+Cl2HCl+Cl(3)

k

.4

2Cl+MCl2+M(4)

1/21/2

试证明速率方程为d[HCl]/dt=k[H2][Cl2],其中：k=2k2(k1/k4)。(10分)

证明：可参看教材。

8.在101.325kPa外压，100℃的水中产生一个半径为10-5m的小气泡。已知该温度下水的

表面张力为0.05885N·m-1，密度1000kg·m-1，饱和蒸气压为101.325kPa，摩尔质量为0.018.02

kg·mol-1。试求：（1）小气泡内水的附加压力；（2）小气泡内水的饱和蒸气压；（3）小气泡内的压

力，并判断气泡能否溢出液面。(15分)

解：（1）p=-11770Pa；（2）pr=101.315kPa；（3）气泡不能溢出液面。

9.设反应C2H2(g)+H2(g)＝C2H4(g)为理想气体反应，，已知298K

3

葛华才编.华南理工大学2015年攻读硕士学位研究生工科《物理化学》试题及参考答案.日期：2015-12-11

时C2H2(g)、H2(g)、C2H4(g)的标准摩尔燃烧焓分别为-1299.6、-285.83、

-1

-1411.0kJ.mol；C2H2(g)和C2H4(g)的标准摩尔生成吉布斯函数分别为

209.2和68.15kJ.mol-1。试解决如下问题：

(1)298K下该反应在常压下能否进行？

(2)该反应的焓变？

(3)设反应在298K的封闭容器中进行且开始时两反应物的分压均为100kPa，平衡时产物的分

压为多少?

(4)反应升温或降压是否有利?(15分)

1

解：(1)ΔrmG(298K)＝kJ·mol<0,可以进行。

124

(2)ΔrmH=kJ·mol<0,放热。(3)K＝5.269×10，p=100kPa（3分）

(4)升温不利；加压有利

10.电池Ag|AgCl(