2014年硕士研究生入学考试初试专业课804物理化学A试题

北 京 科 技 大 学

2014年硕士学位研究生入学考试试题

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试题编号： 804 试题名称： 物理化学A （共 5 页）

适用专业： 材料科学与工程、材料工程（专业学位） 说明：1. 所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效。

2. 符号θ在右上角表示标准态, 例如pθ表示一个标准压力100 kPa，Eθ表示标准电动势等。

============================================================================================================= 一、选择题 ( 共18题，每题2 分，共 36分 )

1. 一可逆热机与一不可逆热机在其它条件都相同时, 燃烧等量的燃料, 则可逆热机牵引的列车行走的距离： ( )

(A) 较长 (B) 较短 (C) 一样 (D) 不一定

2. 向某溶剂中加入适量非挥发性溶质形成稀溶液后，导致沸点升高，说明该溶

液中溶剂的化学势与未加溶质前溶剂的化学势相比发生了什么变化？ ( )

(A) 升高 (B) 降低 (C) 相等 (D) 无法确定

3. 一定量的某理想气体从始态经向真空自由膨胀到达终态，可用下列哪个热力学判据来判断该过程的自发性： ( )

(A) ?U (B) ?G (C) ?H (D) ?S

4. 对于下列平衡系统：①高温下水蒸气被分解；②同①，同时通入一些H2(g)和O2(g)；③H2(g)和O2(g)同时溶于水中，其独立组元数K和自由度数f的值完全正确的是： ( )

(A) ①K = 1，f = 1 ②K = 2，f = 2 ③K = 3，f = 3 (B) ①K = 2，f = 2 ②K = 3，f = 3 ③K = 1，f = 1 (C) ①K = 3，f = 3 ②K = 1，f = 1 ③K = 2，f = 2 (D) ①K = 1，f = 2 ②K = 2，f = 3 ③K = 3，f = 3

5. 已知反应 2NO(g) + O2(g) = 2NO2(g) 是放热的，当该反应在某温度、压力下达平衡时，若使平衡向右移动，则应采取的措施是： ( )

(A) 降低温度和减小压力 (B) 降低温度和增大压力 (C) 升高温度和减小压力 (D) 升高温度和增大压力

6. 将氧气分装在同一绝热气缸的两个气室内，其中左气室内氧气状态为p1=101.3 kPa, V1=2 dm3, T1=273.2 K，右气室内状态为p2=101.3 kPa, V2=1 dm3, T2=273.2 K；现将气室中间的隔板抽掉（忽略隔板厚度），使两部分气体充分混合，则此过程

1

中氧气的熵变为： ( )

(A) ?S >0 (B) ?S <0 (C)?S =0 (D)不确定

7. 在下列状态变化中，哪个可以应用公式 dU =TdS - pdV ? ( )

(A) NO2气体缓慢膨胀，始终保持化学平衡NO2 = NO + (1/2)O2

(B) NO2气体以一定速度膨胀，解离出来的NO + (1/2)O2总是低于平衡组成 (C) SO3气体在解离为SO2 + (1/2)O2的条件下膨胀 (D) 水在-10℃时等温结冰

8. 2摩尔液态C2H5OH在正常沸点完全转变为气态时，一组不变的热力学函数（变）是： ( )

(A) 内能，焓，系统的熵变 (B) 温度，总熵变，亥姆霍兹函数 (C) 温度，总熵变，吉布斯函数 (D) 内能，温度，吉布斯函数

9. 下述说法何者正确： ( )

(A) 水的生成热即是氧气的燃烧热 (B) 水蒸气的生成热即是氧气的燃烧热 (C) 水的生成热即是氢气的燃烧热

(D) 水蒸气的生成热即是氢气的燃烧热

10. 在1100℃时，发生下列反应：

(1) C(s) + 2S(s) = CS2(g) K(1)= 0.258 (2) Cu2S(s) + H2(g) = 2Cu(s) + H2S(g) K(2)= 3.9×10-3 (3) 2H2S(g) = 2H2(g) + 2S(s) K(3) = 2.29×10-2 则1100℃时反应 C(s) + 2Cu2S(s) = 4Cu(s) + CS2(g) 的 K为： ( )

(A) 8.99×10-8 (B) 8.99×10-5 (C) 3.69×10-5 (D) 3.69×10-8

11. 对于同一电解质水溶液，当其浓度逐渐增加时，何种性质将随之增加： ( )

(A) 稀溶液范围内的

(B)

(C)

(D) 电导池常数Kcell

12. 下列说法不属于可逆电池特性的是： ( )

(A) 电池放电与充电过程电流无限小

(B) 电池的工作过程肯定为热力学可逆过程 (C) 电池内的化学反应在正逆方向彼此相反 (D) 电池所对应的化学反应ΔrGm = 0

13. 讨论固体对气体等温吸附的朗格缪尔理论中，其最重要的基本假设为：( )

(A) 气体是处在低压下 (B) 固体表面是不均匀的 (C) 吸附是单分子层的 (D) 吸附是多分子层的

14. 已知某一反应方程式为A+B = 2D，在动力学研究中，表明了： ( )

(A) 它是二级反应 (B) 它是双分子反应

2

(C) 它是复合反应，而非基元反应 (D) 反应物和产物间的计量关系

15. 将一透明容器抽成真空，放入固体碘，当温度为50℃时，可见到明显的碘升华现象，有紫色气体出现，若维持温度不变，向容器中充入氧气使之压力达到100 pθ时，容器中气体颜色将： ( )

(A) 紫色变深 (B) 紫色变浅 (C) 颜色不变 (D) 有液态碘出现

16. 已知A与B可构成固熔体，在组分A中，若加入B可使A的熔点提高，则固液两相共存时，组分B在此固熔体中的含量 ( )组分B在液相中的含量。

(A) 大于 (B) 小于 (C ) 等于 (D) 不能确定

17. 微小固体颗粒在水中的溶解度应： ( )

(A) 与固体颗粒大小成正比 (B) 与固体颗粒大小无关 (C) 随二者固液界面张力增大而增大 (D) 与固体密度成正比

k1???B，当温度一定时，由纯A开始反应，下列说法中不正确18. 对峙反应 A???k?1的是： ( )

(A) 起始时A的消耗速率最快

(B) 反应进行的净速率是正逆两向反应速率之差 (C) 达到平衡时，k1/k-1的值是恒定的 (D) 达平衡时正逆两向的速率常数相同

二、填空题 ( 共16题，每空2 分，共54 分 )

1. 在同温同压下，同等质量的纯铁与碳钢相比，其熵值是S(纯铁) _____S(碳钢) 。（填>、< 或 = ）

2. 在298K，pθ时，

1(1) H2(g)?O2(g)?H2O(g), ?rHm??241.8 kJ?mol?12(2) C(s)?2H2(g)?CH4(g), ?rHm??274.9 kJ?mol?1(3) CH4(g)?2O2(g)?CO2(g)?2H2O(g), ?rHm??804.2 kJ?mol?1

则反应C(s)?2H2O(g)?CO2(g)?2H2(g)在298K，pθ时的恒压反应热为_________，恒容反应热为_________。

3. 1 摩尔单原子理想气体在27℃定温下从50 dm3可逆膨胀至100 dm3，过程的Q =________， ?S =________。

4. 293 K 时，汞的表面张力 σ= 4.85×10-1 J·m-2，求在此温度及101.325 kPa 的压力下，将半径 R1= 1 mm的汞滴分散成半径 R2= 10-5 mm 的微小汞滴至少需要消耗的功为_________J 。

3

5. 封闭体系在___________________的条件下，自发变化总是朝着吉布斯自由能减少的方向进行的，直到体系达到平衡。

6. 已知反应 (i) Fe2O3(s)＋3CO(g)＝2Fe(s)＋3CO2(g) 在1393 K时的K为0.0495；同样温度下反应 (ii) 2CO2(g)＝2CO(g)＋O2(g) 的K＝1.4×10-12。今将Fe2O3(s)置于1393K、以及开始只含有CO(g)的容器内，使反应达到平衡。计算

peq(CO2)容器内气体分压比eqp(CO)=______________Pa。

=_________，容器内氧气的平衡分压

k7. N2O(g)的热分解反应为N2O(g)??此反应是速率方程仅与反应?N2(g)+O2(g)，

12物浓度或分压相关的简单级数反应，且反应在一定温度下，反应半衰期与初始压力成反比。例如，在970 K时，N2O(g)的初始压力为39.2 kPa，测得半衰期为1529 s；在1030 K时，N2O(g)的初始压力为48.0 kPa，测得半衰期为212 s。那么该反应的反应级数为?????级，1030 K时的反应速率系数为_________，反应的活化能为________kJ·mol-1。

8. 1摩尔双原子分子理想气体经绝热向真空自由膨胀使体积增大至10倍，则体系的熵变= __________。

9. 一定的温度和压力下某物质B气液两相达到平衡，则两相的化学势?B(l)与?B(g)的关系是??????。（填>、< 或 = ）

10. 292 K时，丁酸水溶液的表面张力可表示为σ =σ* ? a ln(1+ bc)，其中σ*为纯水的表面张力，c为丁酸浓度，a、b 为常数。则丁酸水溶液表面吸附量 Γ2(1) 与浓度 c 的关系式为___________________；若已知 a = 13.1×10?3N·m?1，b = 19.6×10?3mol-1·m3，则丁酸在溶液表面的饱和吸附量 Γ∞为___________________。

11. 氧化铝瓷件上需要披银，为判断烧到1000℃时液态银能否润湿氧化铝瓷件表面，请计算接触角为________。已知1000℃时，固体Al2O3(s)的表面张力为1.00 N·m-1；液态Ag的表面张力为0.88 N·m-1；液态Ag与固体Al2O3(s)的界面张力为1.77 N·m-1。

12. 某气相反应A =Y+Z是吸热反应, 在 25℃时其标准平衡常数K=1 , 则25℃时反应的?rS?????0，此反应在15 ℃时的K????? 25 ℃时的K(填写 ? ，= 或 ?)。假定该气相反应的焓变不随温度变化。

13. 右图是水的相图。其中oa线终止于a点， a点称为_______点；

处于d点的水与水蒸气达到的平衡称为_______平衡。

4

14. 已知水的平均气化热为40.67 kJ?mol-1。若压力锅允许的最高温度为423 K，此时压力锅内水与水蒸气平衡的压力为______________ kPa。

15. 将反应Ag(s)Ag-Au(合金，aAg=0.120) 设计成电池为__________________，则该电池在25℃时的电动势E=_________________。

16. 电解LiCl制备金属锂时，由于LiCl熔点高（878 K），通常选用比LiCl难电解的KCl（熔点1048 K）与其混合，利用低共熔点现象来降低LiCl熔点，以节约能源。已知LiCl（A）－KCl（B）物系的低共熔点组成为质量分数WB＝0.50，温度为629 K。且在723 K时，KCl含量WB＝0.43时的熔化物冷却析出LiCl (s)，而WB＝0.63时的熔化物冷却析出KCl (s)。

(1) LiCl－KCl的熔点－组成相图示意图为_____________________。 (2) 电解槽操作温度不能低于多少度，为什么？

_________________________________________________________________ (3) 有1 kg WB=0.20 的混合物自熔化后开始冷却，最多能得到___________纯盐。

三、计算题 ( 共4题，每题 15分，共 60分 )

1. 在-10℃、101325 Pa下，1mol过冷水恒温凝结为冰，计算此过程的ΔS, ΔA, ΔG。

已知-10℃时过冷水和冰的饱和蒸气压分别为p*(l)=285.7 Pa、p*(s)=260.0 Pa，-10℃结冰时放热312.3 J·g-1。水的摩尔质量为18.02 g/mol。

2. 298.2 K时，向溶剂A和溶质B总量为l mol、摩尔分数xB=0.1的某二元溶液中加入该溶剂10.0 mol稀释，测得此过程的ΔG = ? 650.0 J。

若溶剂在此过程前后的的活度系数始终为1.0，稀释后溶质的活度系数γB也为1.0，求稀释前溶质的活度和活度系数是多少？

3. 某气相反应的机理为

2???B B?C???D A???k1kk?1其中B为不稳定中间产物。

试用稳态近似法推导出该反应的速率方程，并根据速率方程分别推导出此反应表现为一级反应所需的条件以及表现为二级反应所需的条件。

4. 电池Hg(l),Hg2Cl2(s)|CuCl2(b)|Cu(s)在298.15 K时的电动势为0.06444伏，电动势的温度系数(?E?4?1)p=3.208?10V?K。 ?T已知该温度下CuCl2的溶解度为44.01g/100g水，其摩尔质量为134.45 g/mol；

22,Cl??及?HgCl/Hg??0.2676V，?Cu?0.3370V2?/Cu。

(1) 写出该电池的电极及电池反应。

(2) 计算该温度下，饱和CuCl2溶液的离子平均活度a?及离子平均活度系数??。 (3) 计算该温度下电池可逆放电时的热。

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(4) 计算该电池反应在烧杯中进行时体系与环境交换的热。

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