华南理工物理化学(二)2001(含答案).doc

华南理工大学 2001年攻读硕士学位研究生入学考试试卷 (请在答题纸上做答，试后本卷与答题纸一同交回) 科目名称：物理化学(含物理化学实验) 适用专业：化学工程、化学工艺、工业催化、环境工程 ? 1. C6H6在100kPa时的熔点为5℃，摩尔熔化焓为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1 mol过冷C6H6凝固成固态C6H6的Q、△U、△H、△S、△A、△G，假设凝固过程的体积功可以忽略不计。(12分) 解：涉及过程如下： ?H= ?H1+ ?H2+ ?H3= Cp,m(l)(T－T) + ?H2＋Cp,m(s)(T－T) ＝9916 J·mol-1+(122.6－126.8)×(268－278) J·mol-1 = 9958 J·mol-1 恒压 Q=??H= 9958 J·mol-1 ?U=??H－??pV ≈ ?H=9958 J·mol-1 ?S= ?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) ＝9916 J·mol-1/278K+(122.6－126.8)ln(268/278) J·K-1·mol-1 = 35.8 J·K-1·mol-1 ?G≈?A=??H－???S = 9958 J·mol-1－268K×35.8 J·K-1·mol-1 = 363.6 J·mol-1 ? 2. 卫生部规定汞蒸气在1m3空气中的最高允许含量为0.01mg。已知汞在20℃的饱和蒸气压为0.160Pa，摩尔蒸气发焓为60.7kJ·mol-1(设为常数)。若在30℃时汞蒸气在空气中达到饱和，问此时空气中汞的含量是最高允许含量的多少倍？汞蒸气看作理想气体，汞的摩尔质量为200.6g·mol-1。(10分) 解：本题主要利用克－克方程进行计算。30℃ 时汞蒸气压为 p= p exp[?vapH (T -T )/RTT ] = 0.160Pa×exp[60700×(303.15－293.15)/(8.315×293.15×303.15)] =0.3638Pa 此时空气中汞含量是最高允许含量的倍数为 (pV/RT)M/0.01×10－3g =[0.3638×1/(8.315×303.15)]×200.6/10－5=2895 ? 3.钙和镁能形成一种稳定化合物。该系统的热分析数据如下 质量百分数wCa/% 0 10 19 46 55 65 79 90 100 冷却曲线出现折点时T/K － 883 - 973 - 923 - 998 - 冷却曲线的水平线T/K 924 787 787 787 994 739 739 739 1116 (1)??? 画出相图(草图)并分析各相区的相态和自由度。 (2)??? 写出化合物的分子式，已知相对原子量：Ca，40；Mg，24。 (3)??? 将含钙35％的混合物1kg熔化后，放置冷却到787K前最多能获稳定化合物多少？ (12分) 解：(1) 相图如下。单相区 F=2，两相区 F=1，三相线 F=0。 (2) 化合物C含Ca 55%，可知其分子式为 Ca：Mg= (55/40):(45/24) = 11/15 即为 Ca11Mg15。 (3) 根据杠杠规则，设能得到化合物为W，则 (1kg－W)×(35－19)= W×(55－35) 得 W= 0.444kg ? 4. 在25℃时，下列电池 Zn(s) | ZnCl2(b=0.005mol·kg-1) | Hg2Cl2(s) | Hg(1) 的电动势E＝1.227V。 (1)??? 写出电极反应和电池反应。 (2) 求25％时该ZnCl2水溶液的离子强度I，离子平均活度系数?± 和活度a 。已知德 拜－许克尔极限公式中常数A＝0.509kg1/2·mol-1/2。 (3) 计算电池的标准电动势E?。 (4)??? 求电池反应的?rG?。(13分) 解：此题与霍瑞贞主编的《物理化学学习与解题指导》258页15题基本相同，但书上计算活度部分是错误的！ (1) 正极反应：Hg2Cl2(s)＋2e－ ＝ 2Hg(1)＋2Cl－ 负极反应：Zn(s) ＝ Zn2＋＋2e－ 电池反应：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－1 lg?±=－A