華南理工大學(xué)2014年629物理化學(xué)1（含答案）考研真題

629

華南理工大學(xué)

2014年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試卷

（試卷上做答無效，請?jiān)诖痤}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(xué)（一）

適用專業(yè)：高分子化學(xué)與物理，無機(jī)化學(xué)，分析化學(xué)，有機(jī)化學(xué)，物理化學(xué)

共3頁

一、計(jì)算題

1、1molCO(g)與含0.5molO2(g)的空氣，始態(tài)溫度為25℃，壓力為100kPa，假

設(shè)氣體為理想氣體。求經(jīng)絕熱等壓燃燒過程可達(dá)到的最高溫度及過程的Q、ΔH、ΔU、

W。

已知：空氣組成（摩爾分?jǐn)?shù)）：y(O2)=0.21，y(N2)=0.79；CO2(g)，N2(g)的平均定

-1-1

壓摩爾熱容Cp,m分別為54.39和33.47J·K·mol；25℃時(shí)，fHm(CO2,g)=393.51

-1-1

kJ·mol，fHm(CO,g)=110.53kJ·mol。（15分）

2、1mol某理想氣體，由202.65kPa，11.2dm3的始態(tài)，經(jīng)pT=常數(shù)的可逆過程

壓縮至終態(tài)為405.3kPa，已知CV,m=1.5R，假設(shè)始態(tài)時(shí)該理想氣體的摩爾熵Sm=20

J·K-1·mol-1。求此過程的ΔU、ΔH、W、Q、ΔS及ΔG。（15分）

3、A和B組成的溶液在343K時(shí)，氣相中B的組成yB=0.85，液相中A的組成

xA=0.87，此時(shí)A溶解達(dá)到飽和，溶液的總蒸氣壓為35.4kPa。已知343K時(shí)，純A的

*-1

飽和蒸氣壓為6.5kPa；A的熔化焓fusHm=19.3kJ·mol。試計(jì)算：

(1)該溶液A的相對(duì)活度ax,A和活度系數(shù)γx,A；

(2)A的熔點(diǎn)。（15分）

4、代謝過程涉及葡萄糖（C6H12O6）轉(zhuǎn)化成6-磷酸葡萄糖反應(yīng)步驟。已知298K

時(shí)，下列反應(yīng)：

-1

C6H12O6+H3PO4(l)→6-磷酸葡萄糖+H2O(l)rGm=13.8kJmol

-1

ATP+H2O(l)→ADP+H3PO4(l)rGm30.5kJmol

(1)如何實(shí)現(xiàn)C6H12O6→6-磷酸葡萄糖這一反應(yīng)？并計(jì)算298K時(shí)該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)

平衡常數(shù)Kc；

(2)若該反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物均為1mol·L-1，求平衡轉(zhuǎn)化率；

(3)若該反應(yīng)300K時(shí)的Kc是298K的0.95倍，求反應(yīng)的rUm。（15分）

5、二價(jià)稀土和堿金屬形成的復(fù)合碘化物具有良好的發(fā)光特性，可用于研制特殊

-4

照明器具。近幾年來有研究者開展了EuI2-KI二元體系在310Pa壓力下的低壓相

圖研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在EuI2-KI系統(tǒng)中，有一個(gè)穩(wěn)定化合物KEu2I5(EuI2:KI=2:1)，

第1頁

其熔點(diǎn)為760K；還有一個(gè)不相合熔點(diǎn)化合物K4EuI6(EuI2:KI=1:4)，其分解溫度為

747K，轉(zhuǎn)晶反應(yīng)為：L(液相)+KI=K4EuI6（液相中KI的摩爾分?jǐn)?shù)xKI=0.65）；兩個(gè)

低共熔點(diǎn)的溫度和組成分別為737K，xKI=0.20和713K，xKI=0.60。另外，測得EuI2

和KI的熔點(diǎn)分別為810K，980K，各組分固態(tài)完全不互溶。

(1)請根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出EuI2-KI二元體系的固液平衡相圖（草圖）；

(2)指出各區(qū)相態(tài)；

(3)為了得到純化合物K4EuI6，KI的組成和溫度應(yīng)控制在什么范圍？

(4)請繪出xKI=0.70的系統(tǒng)從900K冷卻到700K對(duì)應(yīng)的冷卻曲線，并給出相變

描述。（15分）

6、在298K時(shí)下列原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢E值為1.387V。

Zn∣ZnSO4(b)∣Ag2SO4(s)∣Ag

-1

假設(shè)ZnSO4濃度b=0.1mol·kg時(shí)平均活度系數(shù)為0.45。

(1)請寫出上述電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)；

-1

(2)求ZnSO4濃度b=0.1mol·kg時(shí)平均活度；

(3)計(jì)算電池的電動(dòng)勢E、電池反應(yīng)的rGm和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K。（15分）

7、已知水的飽和蒸氣壓隨溫度變化關(guān)系為：

5132

p/Pa133.3exp(20.386)

T/K

(1)在灰霾大氣中，假設(shè)其中的顆粒物直徑全部為20nm的細(xì)顆粒，大氣溫度為

25℃，水蒸氣分壓為3332.5Pa。計(jì)算說明在此條件下水蒸氣能否凝聚到顆粒上。假設(shè)

在10~25℃溫度范圍內(nèi)水氣的表面張力為恒定值7.4×102Nm-1。

(2)將處于該條件下的氣團(tuán)絕熱可逆膨脹至原體積的1.25倍后，計(jì)算說明水蒸氣

能否凝聚？假設(shè)大氣的Cp/CV比值=1.4。（15分）

8、采用初始速率法測量了氣相反應(yīng)NO+H2→H2O+0.5N2在826℃下的動(dòng)力學(xué)。

初始速率通過測量系統(tǒng)總壓p得到，結(jié)果如下：

dp1

p(H2)初始/kPap(NO2)初始/kPa/kPas

dt

45.040.00.137

45.020.00.034

38.553.30.207

19.653.30.105

(1)計(jì)算反應(yīng)對(duì)H2和NO的級(jí)數(shù)和速率常數(shù)，其中速率常數(shù)以分壓表示（取四次

的平均）；

(2)在p(NO2)初始=200kPa和p(H2)初始=200kPa時(shí)，計(jì)算H2反應(yīng)掉一半所需的

時(shí)間。（15分）

第2頁

二、簡答題：

9、在房間里放置一臺(tái)電冰箱，將冰箱門打開，并接通電源使其工作，假定房間

密閉絕熱，問室內(nèi)的平均氣溫將如何變化？說明理由。（6分）

10、試解釋為什么物質(zhì)會(huì)從化學(xué)勢較大的相流向化學(xué)勢較小的相？（7分）

11、電解時(shí)，實(shí)際的電解電壓總是大于理論電解電壓，為什么？如何判斷陽極、

陰極反應(yīng)的優(yōu)先順序？（5分）

12、在真空密閉容器中放入過量的NH4HS(s)和NH4I(s),并發(fā)生如下反應(yīng)：

NH4HS(s)=NH3(g)+H2S(g)

NH4I(s)=NH3(g)+HI(g)

達(dá)平衡后，請指出系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)、相數(shù)及自由度數(shù)（需列出公式）。（5分）

13、簡要說明為什么氣體的等溫吸附過程一般都是放熱的。（7分）

第3頁

葛華才編.華南理工大學(xué)2014年攻讀碩士學(xué)位研究生理科《物理化學(xué)》試題及參考答案.日期：2014-12-25

629

華南理工大學(xué)

2014年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試卷

(請?jiān)诖痤}紙上做答，試卷上做答無效，試后本卷必須與答題紙一同交回)

科目名稱：物理化學(xué)(一)適用專業(yè)：高分子化學(xué)與物理，無機(jī)化學(xué)，分析化學(xué)，有機(jī)化學(xué)，

物理化學(xué)

本卷滿分：150分共3頁

一、計(jì)算題

1、1molCO(g)與含0.5molO2(g)的空氣，始態(tài)溫度為25℃，壓力為100kPa，假設(shè)氣體為理想氣

體。求經(jīng)絕熱等壓燃燒過程可達(dá)到的最高溫度及過程的Q、ΔH、ΔU、W。

已知：空氣組成（摩爾分?jǐn)?shù)）：y(O2)=0.21，y(N2)=0.79；CO2(g)，N2(g)的平均定壓摩爾熱容Cp,m

-1-1-1

分別為54.39和33.47J·K·mol；25℃時(shí)，fmH(CO2,g)=-393.51kJ·mol，fmH(CO,g)=-110.53

kJ·mol-1。（15分）

解：Q=Qp=H=0；T2=2710K；W=-56.54kJ；U=Q+W=-56.54kJ

2、1mol某理想氣體，由202.65kPa，11.2dm3的始態(tài)，經(jīng)pT=常數(shù)的可逆過程壓縮至終態(tài)為405.3

-1-1

kPa，已知CV,m=1.5R，假設(shè)始態(tài)時(shí)該理想氣體的摩爾熵Sm=20J·K·mol。求此過程的ΔU、ΔH、W、

Q、ΔS及ΔG。（15分）

.-1

解：T1=272.96K;T2=136.48K；U=-1702J；H=-2837J；S=20.17JK；

W=2270J；Q=-3982J；ΔG=-2860J

本題功的計(jì)算有一定難度，可參考葛華才等編的教材第28頁。

3、A和B組成的溶液在343K時(shí)，氣相中B的組成yB=0.85，液相中A的組成xA=0.87，此時(shí)A

溶解達(dá)到飽和，溶液的總蒸氣壓為35.4kPa。已知343K時(shí)，純A的飽和蒸氣壓為6.5kPa；A的熔

*-1

化焓fusHm=19.3kJ·mol。試計(jì)算：

(1)該溶液A的相對(duì)活度ax,A和活度系數(shù)γx,A；

(2)A的熔點(diǎn)。（15分）

1

葛華才編.華南理工大學(xué)2014年攻讀碩士學(xué)位研究生理科《物理化學(xué)》試題及參考答案.日期：2014-12-25

解：(1)ax,A=0.8169；γx,A=0.9390

***

(2)lnax,A=(fusHm/R)(1/Tf-1/Tf),Tf=353.6K

4、代謝過程涉及葡萄糖（C6H12O6）轉(zhuǎn)化成6-磷酸葡萄糖反應(yīng)步驟。已知298K時(shí)，下列反應(yīng)：

.-1

C6H12O6+H3PO4(l)→6-磷酸葡萄糖+H2O(l)rmG=13.8kJmol

.-1

ATP+H2O(l)→ADP+H3PO4(l)=-30.5kJmol

(1)如何實(shí)現(xiàn)C6H12O6→6-磷酸葡萄糖這一反應(yīng)？并計(jì)算298K時(shí)該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kc；

(2)若該反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物均為1mol·L-1，求平衡轉(zhuǎn)化率；

(3)若該反應(yīng)300K時(shí)的是298K的0.95倍，求反應(yīng)的rmU。（15分）

.-1

解：(1)=-16.7kJmol<0，反應(yīng)可以進(jìn)行。這時(shí)的Kcexp(rmG/RT)845.3

.-1

(2)x=0.9667；(3)rUmRTT12ln(Kcc,2/K,1)/(T2T1)=-19.06kJmol

5、二價(jià)稀土和堿金屬形成的復(fù)合碘化物具有良好的發(fā)光特性，可用于研制特殊照明器具。近

-4

幾年來有研究者開展了EuI2-KI二元體系在3*10Pa壓力下的低壓相圖研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在

EuI2-KI系統(tǒng)中，有一個(gè)穩(wěn)定化合物KEu2I5(EuI2:KI=2:1)，其熔點(diǎn)為760K；還有一個(gè)不相合熔點(diǎn)化

合物(注：即不穩(wěn)定化合物)K4EuI6(EuI2:KI=1:4)，其分解溫度為747K，轉(zhuǎn)晶反應(yīng)為：L(液相)+KI=

K4EuI6（液相中KI的摩爾分?jǐn)?shù)xKI=0.65）；兩個(gè)低共熔點(diǎn)的溫度和組成分別為737K，xKI=0.20和

713K，xKI=0.60。另外，測得EuI2和KI的熔點(diǎn)分別為810K，980K，各組分固態(tài)完全不互溶。

(1)請根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出EuI2-KI二元體系的固液平衡相圖（草圖）；

(2)指出各區(qū)相態(tài)；

(3)為了得到純化合物K4EuI6，KI的組成和溫度應(yīng)控制在什么范圍？

(4)請繪出xKI=0.70的系統(tǒng)從900K冷卻到700K對(duì)應(yīng)的冷卻曲線，并給出相變描述。（15分）

解：(1),(2),(4)見圖。形成低共熔點(diǎn)混合物的固體完全不互溶！

2

葛華才編.華南理工大學(xué)2014年攻讀碩士學(xué)位研究生理科《物理化學(xué)》試題及參考答案.日期：2014-12-25

1000

950

900

l

l

850

l+KI(s)

C

o

//

t800l+KI(s)l+KI(s)+D(s)

l+C(s)

EuI(s)+ll+D(s)

7502

C(s)+ll+D(s)l+C(s)+D(s)

700EuI(s)+C(s)D(s)+KI(s)

2C(s)+D(s)

C(s)+D(s)

650

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

EuIKI

2KEuI(C)xKEuI(D)

25KI46

(3)應(yīng)該控制在l+D(s)區(qū)，即組成在0.6~0.8，溫度在713~747K之間。

6、在298K時(shí)下列原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢E值為1.387V。

Zn∣ZnSO4(b)∣Ag2SO4(s)∣Ag

-1

假設(shè)ZnSO4濃度b=0.1mol·kg時(shí)平均活度系數(shù)為0.45。

(1)請寫出上述電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)；

-1

(2)求ZnSO4濃度b=0.1mol·kg時(shí)平均活度；

(3)計(jì)算電池的電動(dòng)勢E、電池反應(yīng)的rmG和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K。（15分）

-2-2+-

解：(1)正極:Ag2SO4(s)+2e→2Ag+SO4，負(fù)極:Zn→Zn+2e

2+2-

電池反應(yīng)：Ag2SO4(s)+Zn→Zn+SO4+2Ag

(2)b±=0.045

.-146

(3)E=1.570V；rmGzFE=-267.7kJmol；Kexp(rmG/RT)=8.310*10

7、已知水的飽和蒸氣壓隨溫度變化關(guān)系為：

p/Pa=133.3exp(20.386-5132K/T)

(1)在灰霾大氣中，假設(shè)其中的顆粒物直徑全部為20nm的細(xì)顆粒，大氣溫度為25℃，水蒸氣

分壓為3332.5Pa。計(jì)算說明在此條件下水蒸氣能否凝聚到顆粒上。假設(shè)在10~25℃溫度范圍內(nèi)水

氣的表面張力為恒定值7.4×10-2N.m-1。

(2)將處于該條件下的氣團(tuán)絕熱可逆膨脹至原體積的1.25倍后，計(jì)算說明水蒸氣能否凝聚？假

設(shè)大氣的Cp/CV比值為1.4。（15分）

解：(1)25℃時(shí)水在20nm顆粒上水的飽和蒸汽壓pr=3545.2Pa>水蒸氣分壓3332.5Pa,無法凝聚。

3

葛華才編.華南理工大學(xué)2014年攻讀碩士學(xué)位研究生理科《物理化學(xué)》試題及參考答案.日期：2014-12-25

(2)T2=272.69K;水的飽和蒸汽壓p/Pa=638.23，在20nm顆粒上水的飽和蒸汽壓

pr=717.89Pa小于水蒸氣分壓，這時(shí)可以在顆粒上凝聚。

8、采用初速率法測量了氣相反應(yīng)NO+H2→H2O+0.5N2在826℃下的動(dòng)力學(xué)。初速率通過測

量系統(tǒng)總壓p得到，結(jié)果如下：

.-1

p(H2)初始/kPap(NO2)初始/kPa-dp/dt/(kPas)

45.040.00.137

45.020.00.034

38.553.30.207

19.653.30.105

(1)計(jì)算反應(yīng)對(duì)H2和NO的級(jí)數(shù)和速率常數(shù)，其中速率常數(shù)以分壓表示（取四次的平均）；

(2)在p(NO2)初始=200kPa和p(H2)初始=200kPa時(shí)，計(jì)算H2反應(yīng)掉一半所需的時(shí)間。（15分）