2001-2009华南理工大学物理化学考研真题

华南理工大学物化考研10年真题

华南理工大学

2001年攻读硕士学位研究生入学考试试卷

(请在答题纸上做答,试后本卷与答题纸一同交回)

科目名称:物理化学(含物理化学实验)

适用专业:化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程

1. C6H6在100kPa时的熔点为5℃,摩尔熔化焓为9916J mol-1,Cp,m(l)=126.8J K-1

mol-1,Cp,m(s)=122.6J K-1 mol-1。求100kPa、–5℃下1 mol过冷C6H6凝固成固态C6H6

的Q、△U、△H、△S、△A、△G,假设凝固过程的体积功可以忽略不计。(12分)

解:涉及过程如下:

H2+Cp,m(s)(T-T’) H3= Cp,m(l)(T’-T) + H2+ H1+ H=

=9916 J mol-1+(122.6-126.8)×(268-278) J mol-1

= 9958 J mol-1

H= 恒压 Q= 9958 J mol-1

H=9958 J mol-1 pV ≈ H- U=

S3= S2+ S1+ S= H2/T’+Cp,m(s)ln(T/T’) Cp,m(l)ln(T’/T) +

= H2/T’+[Cp,m(s)-Cp,m(s)]ln(T/T’)

=9916 J mol-1/278K+(122.6-126.8)ln(268/278) J K-1 mol-1

= 35.8 J K-1 mol-1

S = 9958 J mol-1-268K×35.8 J K-1 mol-1 = 363.6 H- A= G≈ J mol-1

2. 卫生部规定汞蒸气在1m3空气中的最高允许含量为0.01mg。已知汞在20℃的饱和蒸气

压为0.160Pa,摩尔蒸气发焓为60.7kJ mol-1(设为常数)。若在30℃时汞蒸气在空气中达到饱

和,问此时空气中汞的含量是最高允许含量的多少倍?汞蒸气看作理想气体,汞的摩尔质量为

200.6g mol-1。(10分)

解:本题主要利用克-克方程进行计算。30℃ 时汞蒸气压为

vapH (T ’-T )/RTT ’] p’= p exp[

= 0.160Pa×exp[60700×(303.15-293.15)/(8.315×293.15×303.15)]

=0.3638Pa

此时空气中汞含量是最高允许含量的倍数为

(pV/RT)M/0.01×10-3g =[0.3638×1/(8.315×303.15)]×200.6/10-5=2895

3.钙和镁能形成一种稳定化合物。该系统的热分析数据如下

质量百分数wCa/% 0 10 19 46 55 65

79 90 100

冷却曲线出现折点时T/K - 883 - 973 -

923 - 998 -

冷却曲线的水平线T/K 924 787 787 787 994

739 739 739 1116

(1) 画出相图(草图)并分析各相区的相态和自由度。

(2) 写出化合物的分子式,已知相对原子量:Ca,40;Mg,24。

(3) 将含钙35%的混合物1kg熔化后,放置冷却到787K前最多能获稳定化合物多少? (12

分)

解1) 相图如下。单相区 F=2,两相区 F=1,三相线 F=0。

(2) 化合物C含Ca 55%,可知其分子式为

华南理工大学物化考研10年真题

Ca:Mg= (55/40):(45/24) = 11/15

即为 Ca11Mg15。

(3) 根据杠杠规则,设能得到化合物为W,则

(1kg-W)×(35-19)= W×(55-35)

得

W= 0.444kg

4. 在25℃时,下列电池

Zn(s) | ZnCl2(b=0.005mol kg-1) | Hg2Cl2(s) | Hg(1)

的电动势E=1.227V。

(1) 写出电极反应和电池反应。

± 和活度a 。已知德 (2) 求25%时该ZnCl2水溶液的离子强度I,离子平均活度系数 拜

-许克尔极限公式中常数A=0.509kg1/2 mol-1/2。

。 (3) 计算电池的标准电动势E

(4) 。(13分) rG 求电池反应的

解:此题与霍瑞贞主编的《物理化学学习与解题指导》258页15题基本相同,但书上计算活度

部分是错误的!

(1) 正极反应:Hg2Cl2(s)+2e- = 2Hg(1)+2Cl-

负极反应:Zn(s) = Zn2++2e-

电池反应:Hg2Cl2(s)+Zn(s) = 2Hg(1)+ZnCl2

(2) b+=b,b-=2b,

bBzB2=0.5×[b×4+2b×1]=3b I=(1/2) =3×0.005mol kg-1=0.015mol kg-1

±=-Az+|z-|I1/2 = -0.509×2×0.0151/2= lg -0.1247

±=0.750

3 = (0.005) (2×0.005) ±3/b 3 =b+b-2 ±3 /b a=a±3=b±3 2×0.7503

=2.11×10-7

(3) 根据Nernst方程

=E+(0.05916V/2) E lga(ZnCl2)=1.227V+0.02958V×lg(2.11×10-7)=1.030V

= =-zFE rG (4) -2×96500×1.021J= -197.1kJ

5. v=3200K,转动特征温度 HI的摩尔质量M=127.9×10-3kg mol-1,振动特征温度 r=9.0K:已

知k=1.381×10-23J K-1,h=6.626×10-34J s,L=6.022×1023mol-1。

(1) 计算温度298.15K,100kPa时HI的平动、转动、振动配分函数qt、qr、qv0。

(2) 根据转动各能级的分布数,解释能级越高粒子分布数越小不一定正确。(10分)

解:(1) V=nRT/p=(1×8.315×298.15/100000)m3 =0.02479m3

=3.471×1031

= 298.15K/(9.0K×1)=33.13 r qr=T/

=1.000

(2) 根据玻尔玆曼分布,转动能级分布

r /T)/qr = (2J+1) nJ/N =gJexp(-J(J+1) r /T)/qr =gJ fJ exp(-J(J+1)

由gJ= (2J+1)和fJ决定,随着J增大,gJ增大,fJ减少,因此有可能出现一个极大值,即能级越高粒

子分布数越小不一定正确。

6. 在273K时用钨粉末吸附正丁烷分子,压力为11kPa和23kPa时,对应的吸附体积(标准体积)

分别为1.12dm3 kg-1和1.46dm3 kg-1,假设吸附服从Langmuir等温方程。

(1) 计算吸附系数b和饱和吸附体积V∞。

(2) 若知钨粉末的比表面积为1.55×104m2 kg-1,计算在分子层覆盖下吸附的正丁烷 分

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子的截面积。已知L=6.022×1023mol-1。(10分)

解:(1) Langmuir等温方程 V/ V∞= bp /(1+bp),两种不同压力下的数据相比数得

V/ V’ = (1+1/bp’)/(1+1/bp)

1.46/1.12=(1+1/11kPa/b)/ (1+1/23kPa/b)

可得 b=0.156 kPa-1

所以

V∞= V(1+bp) / bp=1.12dm3 kg-1×(1+0.156×11)/(0.156×11)

=1.77 dm3 kg-1

(2) 比表面 A0= V∞LA/(0.0224m3 mol-1) ,可得截面积为

A=(0.0224m3 mol-1)A0/ V∞L

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