452

華南理工大學

2006年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷

（試卷上做答無效，請在答題紙上做答，試后本卷必須與答題紙一同交回）

科目名稱：物理化學(二)

適用專業：材料物理與化學材料學材料加工工程化學工程化學工藝生

物化工應用化學工業催化能源環境材料及技術生物醫學工程

應用化學

共3頁

一．計算題

1．如圖所示：一個缸壁和活塞均為絕熱

的氣缸被一固定的導熱隔板分為兩部份，靠近

活塞的部分里有1mol氫氣，另一部分里有

0.005mol氧氣和0.01mol一氧化碳，反應開始

前兩部分的溫度均為25℃，反應過程中活塞所受的壓力恒定，假定導熱隔板熱容為

零，活塞運動無摩擦，一氧化碳的氧化反應可以進行到底，所有氣體均為理想氣體。

求從反應開始到結束并達到熱平衡時整個氣缸系統的Q、W、U、H。已知二氧化

碳和氫氣的Cp,m均為3.5R，一氧化碳和二氧化碳在25℃下的標準摩爾生成焓分別為：

110.525kJ·mol1、393.609kJ·mol1。（16分）

2．10mol氧氣、1mol氫氣和1mol過熱冰在一溫度為25℃，壓力為100kPa的反

應器中進行恒溫恒壓反應，假定平衡時化學反應已進行到底，求從反應開始到系統處

于平衡態時系統的Q、W、U、H、S、F、G。已知氫氣、氧氣、和液態水在

25℃時的標準熵分別為：130.684J·mol1·K1、205.138J·mol1·K1、69.91J·mol1·K1，

液態水在25℃時的標準摩爾生成焓為285.830kJ·mol1，飽和蒸氣壓為3.167kPa，

冰在0℃時的可逆熔化焓為5.999kJ·mol-1，水在100℃時的可逆蒸發焓為40.668

-11111

kJ·mol，水蒸氣、水和過熱冰的Cp,m分別為33.577J·mol·K、75.291J·mol·K、

36.000J·mol1·K1，忽略熱容隨溫度的變化、凝聚態受壓力的影響及凝聚態的體積，

所有氣體可近似看成理想氣體。（16分）

3．20℃時，苯的飽和蒸氣壓是13.332kPa，辛烷的飽和蒸氣壓是2.6664kPa，如

果將1mol辛烷溶于4mol苯中，形成的溶液是理想溶液，計算：

（1）該溶液的總蒸氣壓；

（2）氣相組成（用物質的量分數表示）；

（3）將氣相完全冷凝后,并讓其達到氣液平衡，問此時的氣相組成有多少？(15分)

第1頁

$-1$1

4．反應C（石墨）=C（金剛石）25℃時，rmH=1880J·mol，rmS=3.31J·K，

金剛石和石墨的密度分別為3.51g·cm3和2.22g·cm3。

$

（1）導出rmG=f(T)的關系式，并用此式計算500K的值，計算的時候假

定，是常數。

（2）計算500K反應處于平衡時的壓力。問在25℃,標準壓力100kPa時哪一種

形式的碳在熱力學上更為穩定，這種形式的碳在所有的T和100kPa時都穩定嗎？

（3）你用哪兩個反應的（容易測定）來確定上述反應的。

（4）根據上述計算你認為采用什么實際條件可以從石墨制造金剛石？（15分）

+$

5．在298K時，電池Pt│H2│HOH│O2│Pt的標準電動勢E=0.40V，

$1+-

水的fmG=237.2kJ·mol。求解離過程H2O(l)→H(aq)+OH(aq)的(解

離)和水的離子積Kw。（15分）

6．計算下述電池于298K時的電動勢并判斷電池的反應方向：

12+1

Cu│Cu(OH)2(s)│OH(0.1mol·kg)Cu(0.1mol·kg)│Cu

$2+

已知標準電極電勢E(Cu/Cu)=0.337V，[Cu(OH)2(s)/Cu]=0.224V。（15分）

7．NaCl-H2O所組成的二組分體系。在-21℃時有一個低共熔點。此時，冰、

NaCl·2H2O(s)和濃度為22.3%(質量分數)的NaCl水溶液平衡共存。在-9℃時不穩定

化合物(NaCl·2H2O)分解，生成無水NaCl和27%的NaCl水溶液。已知不穩定化合物

NaCl·2H2O中NaCl的質量分數為0.619；無水NaCl在水中的溶解度受溫度的影響不

大(當溫度升高時，溶解度略有增加)。

（1）試繪出相圖，并指出各部分存在的相態和自由度；

（2）若有1000g28%的NaCl溶液，由160℃冷到-10℃，問此過程中最多能析出多

少純NaCl？

（3）以海水(含2.5%NaCl)制取淡水，問冷到何溫度時析出淡水最多?(15分)

8．在一密閉容器中，反應物A、B以等物質的量進行某氣相反應

k1511121

A(g)B(g)噲垐垐垎C(g)，已知298K時，k1=2.110Pa·s，k1=510s，當溫

k1

度升高到310K時，測得k1和k1的值均增加1倍，設氣體均為理想氣體，計算：

$

（1）298K時反應的平衡常數Kp和K；

（2）正逆反應的實驗活化能；

$$

（3）298K時反應的rmH和rmG；

第2頁

（4）298K時，若反應物起始總壓為100kPa，要使總壓到60kPa，需要多長時間？

（15分）

二．簡答題

9．試用熱力學第一和第二定律證明任何封閉系統從一個相同始態到一個相同末態

的所有過程中，以可逆過程對外做功最大，接受環境的功最小。（7分）

10．何為化學勢？化學勢的物理意義是什么？化學勢適用于什么體系？（7分）

-3-1-3

11．試判斷苯在清潔的水面上能否鋪展？已知：苯-水=3510N·m；苯=28.910

-1-3-1-3-1

N·m；水=72.710N·m；溫度為293K苯與水互溶達飽和后，水=62.410N·m；

-3-1

苯=28.810N·m。（7分）

13