華南理工大學(xué)2015年629物理化學(xué)1（含答案）考研真題

629

華南理工大學(xué)

2015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(xué)（一）

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

共3頁

一、計算題（共8題，每題15分）

1、已知298K時的數(shù)據(jù)如下：

1-1

1-11Cp,m/J·K·mol

fHm/kJ·molSm/J·K·mol

CH3OH(l)238.66126.8

H2(g)130.6828.82

CO(g)110.53197.6729.14

假設(shè)熱容與溫度無關(guān)，H2(g)和CO2(g)為理想氣體，計算下述反應(yīng)的Hm、Sm、Gm。

555

CH3OH(l,298K,10Pa)→2H2(g,700K,10Pa)+CO(g,700K,10Pa)

2、在鍋爐中連續(xù)不斷地注入20℃的水，將其加熱并蒸發(fā)為180℃、飽和蒸氣壓

為1003kPa的水蒸氣。求：

(1)每生產(chǎn)1000kg水蒸氣所需要的熱量；

(2)蒸發(fā)過程的W和U。

1

已知：100℃、101.325kPa時水的摩爾蒸發(fā)焓vapHm=40.668kJ·mol，水的平均

11

摩爾定壓熱容Cp,m(l)=75.32J·mol·K，水蒸氣的平均摩爾定壓熱容Cp,m(g)=34.80

J·mol1·K1，水的摩爾質(zhì)量M=18.015×103kg·mol1。

3、25℃時，NH3在水和三氯甲烷中的分配系數(shù)K=c(NH3,水相)/c(NH3,CHCl3相)

=4.998。25℃時，0.1molNH3溶于1升水中，此溶液NH3的蒸氣分壓為0.887kPa。

*1

CHCl3的熔點為63.5℃，熔化焓fusHm為9.55kJ·mol。

(1)0.05molNH3溶于1升三氯甲烷中，該溶液NH3的蒸氣分壓為多少？

(2)當(dāng)NH3在三氯甲烷中的摩爾分數(shù)為0.05時，該溶液的凝固點為多少？

4、甲苯加氫可以獲得苯：

C6H5CH3(g)+H2(g)=C6H6(g)+CH4(g)

在500K時，若開始僅將甲烷和苯混合，兩者分壓均為50kPa，達到平衡后，測

得氫氣的分壓為0.265kPa。

(1)計算反應(yīng)的rGm；

(2)若以等物質(zhì)的量C6H5CH3(g)和H2(g)混合，起始總壓為100kPa，達到平衡時，

計算苯的摩爾分數(shù)。

5、水-異丁醇二組分系統(tǒng)液相部分互溶。在101325Pa下，系統(tǒng)的共沸點為89.7℃，

第1頁

氣(g)，液(l1)，液(l2)三相平衡時的組成(含異丁醇%質(zhì)量)依次為70.0%，8.7%，85.0%。

已知異丁醇的正常沸點為108℃。

(1)試畫出水-異丁醇二組分系統(tǒng)平衡的相圖(t-w%圖)(草圖)，標出各相區(qū)相態(tài)以

及各條線代表的意義；

(2)共沸點處系統(tǒng)的自由度數(shù)f為多少？簡述系統(tǒng)在共沸點處由室溫升溫至

120℃時相態(tài)變化。

6、鉛酸蓄電池可表示為：Pb(s)|PbSO4(s)|H2SO4(aq)|PbSO4(s)|PbO2(s)

(1)請寫出該電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)；

1

(2)當(dāng)H2SO4(aq)質(zhì)量摩爾濃度為1mol·kg時,在0~60℃范圍內(nèi),電池的電動勢

E與溫度的關(guān)系如下：

E/V=1.9174+56.2×106(t/℃)+1.08×106(t/℃)2

請計算25℃時,電池反應(yīng)的ΔrGm、ΔrHm、ΔrSm和Qr。

7、Li等(Int.J.Chem.Kinet.,45,47-51,2013)研究了在硝酸介質(zhì)中Ag2+離子和醋酸

的反應(yīng)。在先后加入醋酸、硝酸和Ag2+離子后，開始利用Ag2+離子在379nm處的光

2++1

譜吸收來監(jiān)測Ag濃度隨時間的變化。典型的初始反應(yīng)物濃度為c0(H)=2mol·L，

12+412+

c0(HAc)=0.01~0.1mol·L和c0(Ag)=5×10mol·L。實驗發(fā)現(xiàn)Ag在379nm處

+

的吸收呈指數(shù)下降：A(t)=A(0)exp(k't)。實驗測量了k'隨c(NO3)、c(H)、和c(HAc)

的變化，結(jié)果見表1和2：

1

表1.k'隨c(NO3)(單位：mol·L)的變化

c(NO3)0.51.01.52.02.5

k'/min112.8412.7213.212.4813.08

表2.k'隨c(H+)和c(HAc)(單位：mol·L1)的變化

c(H+)c(HAc)k'(min1)c(H+)c(HAc)k'/min1

0.50.0223.941.80.013.3

2.00.026.001.80.026.9

(1)估算反應(yīng)對c(NO3)的反應(yīng)級數(shù)；

(2)估算反應(yīng)對c(H+)和c(HAc)的反應(yīng)級數(shù)；

(3)寫出Ag2+離子的反應(yīng)速率方程，給出反應(yīng)的總級數(shù)；

(4)利用c(H+)=2.0mol·L1和c(HAc)=0.02mol·L1的實驗數(shù)據(jù)，計算反應(yīng)速率

常數(shù)k(注意，這與k'不同)。

8、已知水的表面張力為=72mN·m1?，F(xiàn)有一水可浸潤的材料，加工成三種不

同形狀：直徑2mm的毛細直管、張角為4°度的圓錐體和張角為4°的無限長鍥形體。

毛細管端、錐尖，和鍥形體的刀口處開口，允許液體流過?，F(xiàn)將毛細管端、錐尖和鍥

形體的刀口垂直浸入無限水平面1mm。液體在這些形狀中由于表面張力的作用導(dǎo)致

第2頁

液面上升。假設(shè)形成的彎曲為完整球面或圓柱面的一部分。分別計算在這三個形狀中

的液面上升高度。已知水的密度=1000kg·m3，重力常數(shù)為g=9.8N·kg1。

二、簡答題

9、為什么有些在常溫常壓下不可能進行的反應(yīng)，在高溫下卻可以進行？（8分）

10、若系統(tǒng)含有兩個組分，則偏摩爾量的加和公式

V=n1V1+n2V2

H=n1H1+n2H2

式中偏摩爾量能否為負值？試舉一例說明。（7分）

11、NH4HCO3(s)與其分解產(chǎn)物NH3(g),H2O(g)和CO2(g)達到平衡，請指出該

平衡系統(tǒng)的組分數(shù)、相數(shù)及自由度數(shù)。（4分）

12、在使用惠斯通（Wheatstone）電橋測溶液電導(dǎo)時，為何要用交流電而不能使

用直流電？（4分）

13、Tanaka和Higashi(J.Chem.Eng.Data,54,1656-1659,2009)測量了290K溫度

下丙烷和二氟甲烷的表面張力(，mN·m1)隨丙烷摩爾分數(shù)x的變化，結(jié)果如下：

xx

0.0028.1…

0.0657.20.6045.2

0.1146.60.7686.1

0.2095.70.8967.0

0.4855.00.9257.4

…0.9998.1

試分析低濃度二氟甲烷溶于丙烷時在丙烷表面的過剩和低濃度丙烷溶于二氟甲

烷時在二氟甲烷表面的過剩。（7分）

第3頁

葛華才編.華南理工大學(xué)2015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：2015-12-20

629

華南理工大學(xué)

2015年攻讀碩士學(xué)位研究生入學(xué)考試試卷

(請在答題紙上做答，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，無機化學(xué)，分析化學(xué)，有機化學(xué)，物理化學(xué)

本卷滿分：150分共3頁

一、計算題（共8題，每題15分）

1、已知298K時的數(shù)據(jù)如下：

物質(zhì)CH3OH(g)H2(g)CO(g)

1-238.66-110.53

ΔfmH/(kJ·mol)

11126.8130.68197.67

Sm/(J·K·mol)

11

Cp,m/(J·K·mol)28.8229.14

假設(shè)熱容與溫度無關(guān)，H2(g)和CO2(g)為理想氣體，計算下述反應(yīng)的Hm、Sm、Gm。

555

CH3OH(l,298K,10Pa)→2H2(g,700K,10Pa)+CO(g,700K,10Pa)

.-1.-1.-111

解：Hm=163.0kJmol;Sm=407.3JKmol;Gm=J·K·mol

可參看華工編的教材中相關(guān)計算。

2、在鍋爐中連續(xù)不斷地注入20℃的水，將其加熱并蒸發(fā)為180℃、飽和蒸氣壓為1003kPa

的水蒸氣。求：

(1)每生產(chǎn)1000kg水蒸氣所需要的熱量；

(2)蒸發(fā)過程的W和U。

-1

已知100℃、101.325kPa時水的摩爾蒸發(fā)焓vapHm=40.668kJ·mol，水的平均摩爾定壓熱容

-1-1-1-3

Cp,m(l)=75.32J·K·mol,水蒸氣的Cp,m(g)=34.80J·K·mol，水的摩爾質(zhì)量M=18.015×10

kg·mol-1。

解：(1)H=2746000kJ(2)U=2536844kJ，W=-209156kJ

3、25℃時，NH3在水和CHCl3中的分配系數(shù)K=c(NH3,水相)/c(NH3,CHCl3相)=4.998。25℃時，

0.1molNH3溶于1升水中，此溶液NH3的蒸氣分壓為0.887kPa。CHCl3的熔點為-63.5℃，摩爾熔

化焓為9.55kJ·mol-1，

1

葛華才編.華南理工大學(xué)2015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：2015-12-20

(1)0.05molNH3溶于1升三氯甲烷中，該溶液NH3的蒸氣分壓為多少？

(2)當(dāng)NH3在CHCl3中的摩爾分數(shù)為0.05時，該溶液的凝固點為多少？

解：(1)p(NH3)=2.217kPa(2)Tf=(-63.5-2.014)℃=-65.51℃

注意：上述是估算，按理NH3是揮發(fā)性溶質(zhì)，不完全符合稀溶液的依數(shù)性。

4、甲苯加氫可以獲得苯：

C6H5CH3(g)+H2(g)=C6H6(g)+CH4(g)

在500K時，若開始僅將甲烷和苯混合，兩者分壓均為50kPa，達到平衡后，測得氫氣的分壓為

0.265kPa。

(1)計算反應(yīng)的ΔrmG；

(2)若以等物質(zhì)的量C6H5CH3(g)和H2(g)混合，起始總壓為100kPa，達到平衡時，計算苯的

摩爾分數(shù)。

解：(1)K=35223，=-43.53kJ.mol-1

(2)苯的摩爾分數(shù)y=49.74%。

實際上，此小題的情形與(1)完全相同，利用(1)的分壓即可算。

5、水-異丁醇二組分系統(tǒng)液相部分互溶。在101325Pa下，系統(tǒng)的共沸點為89.7℃，氣(g)，

液(l1)，液(l2)三相平衡時的組成(含異丁醇%質(zhì)量)依次為70.0%，8.7%，85.0%。已知異丁醇的正常

沸點為108℃。

(1)試畫出水-異丁醇二組分系統(tǒng)平衡的相圖(t-w%圖)(草圖)，標出各相區(qū)相態(tài)以及各條線代表

的意義；

(2)共沸點處系統(tǒng)的自由度數(shù)F為多少？簡述系統(tǒng)在共沸點處由室溫升溫至120℃時相態(tài)變

化。

答：此題需知道水的正常沸點為100℃，作為常識題目不提供。

2

葛華才編.華南理工大學(xué)2015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：2015-12-20

(1)相圖草圖見上。

MK線：異丁醇在水中的溶解度曲線；NL線：水在異丁醇中的溶解度線。

KP線：液相(l1)組成線；LQ線：液相(l2)組成線；PO和OQ線：氣相線。

(2)見圖。

6、鉛酸蓄電池可表示為：Pb(s)|PbSO4(s)|H2SO4(aq)|PbSO4(s)|PbO2(s)

(1)請寫出該電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)；

-1

(2)當(dāng)H2SO4(aq)質(zhì)量摩爾濃度為1mol·kg時,在0~60℃范圍內(nèi),電池的電動勢與溫度的關(guān)

系如下：

E/V=1.9174+56.2×10-6(t/℃)+1.08×10-6(t/℃)2

請計算25℃時,電池反應(yīng)的rGm、rSm、rHm和Qr。

+2--

解答：(1)正極：PbO2(s)+4H+SO4+2e→PbSO4(s)+2H2O(l)

2--

負極：Pb(s)+SO4→PbSO4(s)+2e

2-

電池反應(yīng)：PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)→2PbSO4(s)+2H2O(l)

.-1.-1.-1.-1

(2)E/V=1.9195;rGm=370.5kJmolrSm=21.27JKmolrHm=376.8kJmol

.-1

;Qr,m=6342Jmol

7、Li等(Int.J.Chem.Kinet.,45,47-51,2013)研究了在硝酸介質(zhì)中Ag2+離子和醋酸的反應(yīng)。在

先后加入醋酸、硝酸和Ag2+離子后，開始利用Ag2+離子在379nm處的光譜吸收來監(jiān)測Ag2+濃度

+-3-3

隨時間的變化。典型的初始反應(yīng)物濃度為c0(H)=2mol·dm，c0(HAc)=0.01~0.1mol·dm和

2+-4-32+

c0(Ag)=5×10mol·dm。實驗發(fā)現(xiàn)Ag在379nm處的吸收呈指數(shù)下降：A(t)=A(0)exp(-k't)。

-+

實驗測量了k'隨c(NO3)、c(H)和c(HAc)的變化，結(jié)果見表1和2：

--3

表1.k'隨c(NO3)(單位：mol·dm)的變化

-

c(NO3)0.51.01.52.02.5

k'/min-112.8412.7213.212.4813.08

表2.k'隨c(H+)和c(HAc)(單位：mol·dm-3)的變化

c(H+)c(HAc)k'(min-1)c(H+)c(HAc)k'/min-1

0.50.0223.941.80.013.3

2.00.026.001.80.026.9

1

(1)估算反應(yīng)對c(NO3)的反應(yīng)級數(shù)；

(2)估算反應(yīng)對c(H+)和c(HAc)的反應(yīng)級數(shù)；

(3)寫出Ag2+離子的反應(yīng)速率方程，給出反應(yīng)的總級數(shù)；

(4)利用c(H+)=2.0mol·dm-3和c(HAc)=0.02mol·dm-3的實驗數(shù)據(jù)，計算反應(yīng)速率常數(shù)k(注

意，這與k'不同)。

解：(1)0級。(2)對c(H+)為-1級；c(HAc)為1級。

3

葛華才編.華南理工大學(xué)2015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：2015-12-20

(3)對Ag2+為1級；總速率方程為=kc(Ag2+)c(HAc)c(H+)1,總級數(shù)為1。

(4)k=600min-1

本題并不難，就是要理解題目的意義！

8、已知水的表面張力為=72mN·m-1?，F(xiàn)有一水可浸潤的材料，加工成三種不同形狀：直徑

2mm的毛細直管、張角為4°的圓錐體和張角為4°的無限長鍥形體。毛細管端、錐尖，和鍥形

體的刀口處開口，允許液體流過。現(xiàn)將毛細管端、錐尖和鍥形體的刀口垂直浸入無限水平面1mm。

液體在這些形狀中由于表面張力的作用導(dǎo)致液面上升。假設(shè)形成的彎曲為完整球面或圓柱面的一部

分。分別計算在這三個形狀中的液面上升高度。已知水的密度為1000kg·m-3，重力常數(shù)為9.8N·kg-1。

解：假設(shè)水能完全潤濕，潤濕角當(dāng)作0o，毛細管h=0.818mm

圓錐體h’=6.01mm

鍥形體h’=0.005556m

l

ha

r

二、簡答題

9、為什么有些在常溫常壓下不可能進行的反應(yīng)，在高溫下卻可以進行？（8分）

2

解答：dlnK/dT=ΔrmH/RT,若吸熱，如>0，常溫時K<<1，轉(zhuǎn)化率很低，可認為不可

能進行反應(yīng)。但隨溫度升高，K逐漸增大，高溫時K>>1，反應(yīng)變?yōu)榭赡堋?/p>

10、若系統(tǒng)含有兩個組分，則偏摩爾量的加和公式

V=n1V1+n2V2，H=n1H1+n2H2

式中偏摩爾量能否為負值？試舉一例說明。（7分）

解答：偏摩爾量定義為X(X/n)，一般情況下應(yīng)該正值，因為其相當(dāng)于實際混合