華南理工大學2001年攻讀碩士學位研究生入學考試《物理化學》試題

2001年攻讀碩士學位研究生入學考試試卷(請在答題紙上做答，試后本卷與答題紙一同交回)科目名稱：物理化學(含物理化學實驗)適用專業(yè)：化學工程、化學工藝、工業(yè)催化、環(huán)境工程、材料物理與化學

1.C6H6在100kPa時的熔點為5℃，摩爾熔化焓為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1mol過冷C6H6凝固成固態(tài)C6H6的Q、△U、△H、△S、△A、△G，假設凝固過程的體積功可以忽略不計。(12解：涉及過程如下：HH，SC6H6(1mol，s，T=268K，100kPa)C6H6(1mol，s，T’=278K，100kPa)C6H6(1mol，l，T’=278K，100kPa)C6H6(1mol，l，T=268K，100kPa)H2，S2H3S3H1S1H=H1+H2+H3=Cp,m(l)(T’－T)+H2＋Cp,m(s)(T－T’)＝9916J·mol-1+(122.6－126.8)×(268－278)J·mol-1=9958J·mol-1恒壓Q=H=9958J·mol-1U=H－pV≈H=9958J·mol-1S=S1+S2+S3=Cp,m(l)ln(T’/T)+H2/T’+Cp,m(s)ln(T/T’)=H2/T’+[Cp,m(s)－Cp,m(s)]ln(T/T’)＝9916J·mol-1/278K+(122.6－126.8)ln(268/278)J·K-1·mol-1=35.8J·K-1·mol-1G≈A=H－S=9958J·mol-1－268K×35.8J·K-1·mol-1=363.6J·mol-1

2.衛(wèi)生部規(guī)定汞蒸氣在1m3空氣中的最高允許含量為0.01mg。已知汞在20℃的飽和蒸氣壓為0.160Pa，摩爾蒸氣發(fā)焓為60.7kJ·mol-1(設為常數(shù))。若在30℃時汞蒸氣在空氣中達到飽和，問此時空氣中汞的含量是最高允許含量的多少倍？汞蒸氣看作理想氣體，汞的摩爾質量為200.6g·mol-1。解：本題主要利用克－克方程進行計算。30℃p’=pexp[vapH(T’-T)/RTT’]=0.160Pa×exp[60700×(303.15－293.15)/(8.315×293.15×303.15)]=0.3638Pa此時空氣中汞含量是最高允許含量的倍數(shù)為(pV/RT)M/0.01×10－3g=[0.3638×1/(8.315×303.15)]×200.6/10－5

3.鈣和鎂能形成一種穩(wěn)定化合物。該系統(tǒng)的熱分析數(shù)據如下質量百分數(shù)wCa/%010194655657990100冷卻曲線出現(xiàn)折點時T/K－883-973-923-998-冷卻曲線的水平線T/K9247877877879947397397391116(1)

畫出相圖(草圖)并分析各相區(qū)的相態(tài)和自由度。(2)

寫出化合物的分子式，已知相對原子量：Ca，40；Mg，24。(3)

將含鈣35％的混合物1kg熔化后，放置冷卻到787K前最多能獲穩(wěn)定化合物多少？(12分)解：(1)相圖如下。單相區(qū)F=2，兩相區(qū)F=1，三相線F=0。(2)化合物C含Ca55%，可知其分子式為Ca：Mg=(55/40):(45/24)=11/15即為Ca11Mg15。(3)根據杠杠規(guī)則，設能得到化合物為W，則(1kg－W)×(35－19)=W×(55－35)得W=0.444kg

4.在25℃Zn(s)|ZnCl2(b=0.005mol·kg-1)|Hg2Cl2(s)|Hg(1)的電動勢E＝1.227V。(1)

寫出電極反應和電池反應。(2)求25％時該ZnCl2水溶液的離子強度I，離子平均活度系數(shù)±和活度a。已知德拜－許克爾極限公式中常數(shù)A＝0.509kg1/2·mol-1/2。(3)計算電池的標準電動勢E。(4)

求電池反應的rG。(13分)解：此題與霍瑞貞主編的《物理化學學習與解題指導》258頁15題基本相同，但書上計算活度部分是錯誤的！(1)正極反應：Hg2Cl2(s)＋2e－＝2Hg(1)＋2Cl－負極反應：Zn(s)＝Zn2＋＋2e－電池反應：Hg2Cl2(s)＋Zn(s)＝2Hg(1)＋ZnCl2(2)b+=b，b－=2b，I=(1/2)bBzB2=0.5×[b×4＋2b×1]=3b=3×0.005mol·kg－1＝0.015mol·kg－1lg±=－Az+|z-|I1/2=－0.509×2×0.0151/2=－0.1247±=0.750a=a±3=b±3±3/b3=b+b-2±3/b3=(0.005)(2×0.005)2×0.7503＝2.11×10－7(3)

根據Nernst方程E=E+(0.05916V/2)lga(ZnCl2)=1.227V+0.02958V×lg(2.11×10－7)=1.030V(4)

rG=－zFE=－2×96500×1.021J=-197.1kJ

5.HI的摩爾質量M＝127.9×10-3kg·mol-1，振動特征溫度v＝3200K，轉動特征溫度r＝9.0K：已知k＝1.381×10－23J·K-1，h＝6.626×10-34J·s，L＝6.022×1023mol-1(1)

計算溫度298.15K，100