浙江大学硕士入学物理化学2003试题乙及答案

浙 江 大 学

二00三年攻读硕士学们研究生入学考试试题

考试科目＿＿＿＿＿＿＿＿＿物理化学（乙）＿＿＿＿＿编号＿＿＿＿＿＿＿ 注意：答案必须写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上均无效 一、填空（60分）（有单位的应写出）

1．绘制双参数普遍化压缩因子图的基本依据是（

）。

2．焦耳实验（A）、焦耳－汤姆生实验（B）分别得出了什么结论：

A（

），B（

）

3．1mol理想气体于恒压下降温1℃，气体与环境交换的功W为（ ）。 4.1kg空气由20℃绝热膨胀降温至－20℃，该过程的Q＝（ ΔU＝（

），W＝（

-1），

-1），ΔH＝（ ）。设空气为理想气体， CV,m?20.92J?mol?K。

-3

5．在常温常压下，1kg水中加入NaBr，水溶液的体积（cm）与溶液的质量摩尔浓度b的关系为：V?1002.93?23.189b?2.197b（A）的偏摩尔体积VA＝（

3/2-1

?0.178b2，当b=0.50molkg时，在溶液中H2O

）。

6．在某一温度下将碘溶解于CCl4中，当碘的摩尔分数x(I2)在0.01-0.04范围内时，此溶液符合稀溶液规律。今测得平衡时气相中碘的蒸气压与液相中碘的摩尔分数之间的两组数据如下：p(I2)/kPa 1.638 16.72

x（I2） 0.03 0.5

则x(I2)=0.5时，溶液中碘的活度a(I2)?(

),活度系数?(I2)?（

）。

7．已知1000K时生成水煤气的反应C(s)?H2O(g)?CO(g)?H2(g)，在101.325kPa时，平衡转化率=0.844, 则111.458kPa时的平衡转化率为（

?3-1 ）。

8．已知20℃时，水-空气的界面张力为72.75?10N?m,当20℃，101.325kPa下，可逆地增加水的表面积4cm时，体系的ΔG为（

-2

）。

9．一定温度下，Al2(SO4)3溶液的质量摩尔浓度为b，其平均活度系数为??，则其平均活度??可表示为（

）。

10．20℃时，丁酸水溶液的表面张力可以表示为：???0?aln(1?bc),式中?0为纯水的表面张力，a和b均为常数，若

a?13.1?10?3N?m-1,b?19.62dm3?mol-1,则浓度c?0.200mol?dm-3时的吸附量为（

）。

11．一均相复合反应的机理设为：

(1)2Ak1k2B(快） (2)A?Ck3k4k5?H+G(慢）D(快） (3)D+B??

则该反应总速率常数用k1, k2, k3, k4, k5来表示时的表达式为（ ）。

12．气体B在固体M上吸附，其规律服从Langmuir吸附等温式，已知解吸速率常数为吸附速率常数的10倍， 当B的分压为2kPa时，且B在M上是弱吸附，此时的覆盖率?约为 （

）。

）；粒子的配分函数q表达式为（

413．玻尔兹曼分布的数学表达式为（

）。

14．写出电池：Pb|PbSO4(s)|CdSO4(b1)||CdSO4(b2)|PbSO4(s)|Pb的电池反应 （

）。

二、（10分）物理化学中有一组常用方程：

克劳修斯－克拉佩龙（Clausis-Clapeyron）方程：

dlnp?evpHm?； dTRT2范物霍夫（van’t Hoff）方程：

dlnKdT??rHm 2RT阿累尼乌斯(Arrhenius)方程：

Edlnk?a2 dTRT试问：（1）它们分别用在什么地方？

（2）解释说明为什么它们在形式上极为相似。 三、（10分）当用化学气相沉积（CVD）法在电机的转轴上渡上一层TiN涂层后，可大大提高转轴的耐磨性能，延长其使用寿命。试用化学热力学知识分析利用下列反应制备TiN时，在100kPa和298.15K下，反应能否自发进行？如果不能，试估算此反应自发进行所需的温度条件。

TiCl4(g)+1/2N2(g)+2H2(g)=TiN(s)+4HCl(g)

参考数据（298.15K）：

TiCl4(g) -763.2 354.8 N2(g) 0 191.5 H2(g) 0 130.6 TiN(s) -338.1 30.3 HCl(g) -92.3 186.7 ?fHm/kJ?mol-1 ?fSm/J?mol-1?K-1

四、（10分）氢－氧燃料电池的电池反应为：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l),

?rGm(298.15K)??237.19kJ?mol-1。298.15K时，试计算：（1）标准电池电动势E；

（2）若燃料电池的转化率为85%，燃烧1mol氢可获得电功多少？

五、（15分）已知－5℃固态苯的饱和蒸气压为2.28kPa，1mol、-5℃过冷液体苯在

-1-1-1101.325kPa下凝固时，?Sm??35.46J?mol?K ,放热9680J?mol。求－5℃时液体苯

的饱和蒸气压。设苯蒸气为理想气体。

六、（15分）20℃下HCl溶于苯中达平衡，气相中HCl的分压为101.325kPa时，溶液中HCl的摩尔分数为0.0425。已知20℃时苯的饱和蒸气压为10.0kPa。若20℃时HCl和苯蒸气总压为101.325kPa，求100g苯中溶解多少克HCl。

七、（15分）水-异丁醇系统液相部分互溶。在101.325kPa下，系统的共沸点为89.7℃。气（G）、液（L1）、液（L2）三相平衡时，异丁醇的质量分数分别为0.700，0.087，0.850。

（1） 示意该二组分相图（标出必要的数据或符号）。

（2） 若由350g水和150g异丁醇形成的系统在101.325kPa下加热，当温度刚要达到

共沸点时，系统处于相平衡时存在哪些相？其质量各为多少？

八、（15分）反应：CH3NNCH3(g)?C2H6(g)+N2(g)为一级反应。287℃时，一密闭容器中CH3NNCH3(g)原来的压力为21332Pa。1000s后总压力为22732Pa,求速率常数和半衰期。

[部分试卷参考答案]

浙江大学2003年攻读硕士研究生入学考试物理化学（乙）参考答案 一、填空

1.对应状态原理Z=f（Tr ，pr） 。 2.理想气体热力学能只是温度的函数；实际气体热力学能不仅是温度的函数，还与压力或体积有关。

3.W=-∫ p环dV=-pΔV=-nRΔT 。

4.Q=0， W= -28.86kJ，ΔH=-40.32kJ ，绝热：Q=0 ，ΔU=W 。

理想气体； ΔU=

ΔH=

?T2T2T2nCv,m dT= nCv,mΔT=

?T21000×20.92×(-40)= -28.86（kJ） 291000nCP,m dT= n(Cv,m+R) ΔT= ×(20.92+8.314)×(-40)=-40.32（kJ）

29-1

5.VA=18.07cm·mol。

-1

1kg水中，bB=0.5mol·kg时，nB=0.5mol。 1kg水中，NaBr偏摩尔体积：

3

??V?3?=23.189+2.197×b??b??2?B?T,p,nA1/2

-0.178×2b=25.314(cm·mol·kg)

3-1

??V?1V=?=??n???B?T,p,nAmb??V??=25.314 (cm·mol??b???B?T,p,nA3

3/2

-1

)

2

3

-1

V=1002.93+23.189×0.5+2.197×0.5 – 0.178×0.5=1015.864(cm·mol) H2O的偏摩尔体积：

VA=

113-1

（V-nBVB）=(1015.864-0.5×25.34) =18.07(cm·mol) nA1000/18.015

7. 0.832。

8. ΔG

6. 0.306 ， 0.612。

-3-4-5

=σΔA=72.75×10×4×10=2.91×10kJ

b9. a±=????b-6

v?v?b???v?b??b-2

v?v?(2b)2(3b)35b ?????108???。bb510. 4.28310molm 。 11. k=13.ni?k1k3k5。 12. 0.167。 k2k4Ngie??i/kT；q??gie??i/kT 。 qi2--

14．阳极（负极）：Pb + SO4(b1)-----PbSO4(s)+2e

-2-阴极（正极）：PbSO4+2e----- Pb+ SO4(b2)

2-2-电池反应：SO4(b1) ----- SO4(b2)。 二、答：（1）克劳修斯—克劳佩龙方程描述液（固）体物质饱和蒸气压随温度的变化关系；

范特霍夫方程描述化学反应平衡常数与温度的关系；阿累尼乌斯方程描述化学反应速率常数与温度的关系。

（2）它们形式极为相似，其根本原因就在于它们都与相应的“平衡关系”相联系，以范特霍夫方程为核心可容易推得其它相关公式。同学们可在自己的学习过程中进一步总结，并领会其中的道理。 三、解：?rHm(298.15K)= ∑VB?fHm,B(298.15K)=55.9(kJ·mol)

-1

?rSm(298.15K)= ∑VBSm,B(298.15K)=65.35(J·k·mol)

-1

-1

?rGm(298.15K)= ?rHm-T?rSm=36.4(kJ·mol)>0

-1

∴100kPa和298.15K下反应不能自发。 转换温度为： T??rHm(298.15K)==855(K)

?rSm?298.15K? 该反应为吸热熵增型反应，高温有利于反应进行，故该反应若进行应当控制温度大于

855K。

?rGm?237.19?103??1.229(V) 四、解：（1）?rGm=-zFE , E=?zF?2?96500

(2) Δ rG=Wr

∴W实=-ξ?rGmη=-1×237.19×0.85 kJ=201.6 kJ

五、2.67 kPa (详见《物理化学考研方略》第二章相关的例题和习题。 六、1.867g (详见《物理化学考研方略》第三章相关的例题和习题。

七、当温度刚接近共沸点时，系统中存在两共轭液相，即水层（含异丁醇8.7%）和异丁醇层（含异丁醇85.0%）。其质量分别为360.4g和139.6g。(详见《物理化学考研方略》第五章5.4考研真题，5.4.5读图或计算题第4题) 八、k=6.79×10s；t1/2=1.02×10s。

-5-1

4

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