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北京科技大学2011年研究生考试真题-627物理化学B


北 京 科 技 大 学 2011 年硕士学位研究生入学考试试题
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试题编号: 试题编号: 627 适用专业: 适用专业:

试题名称: 试题名称: 化 学

物 理 化 学B

(共 5 页 )

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。 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。 符号$ 在右上角表示标准态, 100 2. 符号 在右上角表示标准态 , 例如 p$ 表示一个标准大气压 100kPa. E$表示标准电动势等。 表示标准电动势等。
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一、选择题 ( 共 17 题,每题 2 分,34 分 ) 1. 理想气体经历绝热不可逆过程从状态 1 (p1,V1,T1)变化到状态 2 (p2,V2,T2),所做的功为: ( ) (B) p2(V2-V1); (A) p2V2-p1V1; (C) [p2V 2 /(1-γ)](1/V2γ-1-1/V1γ-1);
γ

(D) (p2V2-p1V1)/(1-γ)

2. 若已知某溶液中物质 B 的偏摩尔混合 Gibbs 自由能为-889.62 J?mol-1, 温度为 300 K, B 则 的活度 ax(B)为: ( ) (D) 0.56 (A) 0.65; (B) 0.7; (C) 0.8; 3. 下述说法哪一种不正确? (A) 理想气体经绝热自由膨胀后,其内能变化为零; (B) 非理想气体经绝热自由膨胀后,其内能变化不一定为零; (C) 非理想气体经绝热膨胀后,其温度一定降低; (D) 非理想气体经一不可逆循环,其内能变化为零。 ( )

4. 下列表达式中不正确的是: ( ) (A) (?U/?V)S = -p (适用于任何物质) (B) dS = Cpdln(T)- nRdln(p)(适用于任何物质) ; ; (C) (?S/?V)T = (?p/?T)V (适用于任何物质) ;(D) (?U/?p)T = 0(适用于理想气体) 。 5. 在一绝热箱中装有水,水中通一电阻丝,由蓄电池供电,通电后水及电阻丝的温度均略 有升高,今以水和电阻丝为体系,其余为环境,则有: ( ) (A) Q < 0 , W = 0 , ΔU < 0 ; (B) Q = 0 , W < 0 , ΔU > 0; (C) Q > 0 , W = 0 , ΔU > 0 ; (D) Q < 0 , W = 0 , ΔU > 0 6. 298 K 时,HCl(g,Mr=36.5)溶解在甲苯中的亨利常数为 245 kPa?kg?mol-1,当 HCl(g)在甲 苯溶液中的浓度达 2%时,HCl(g)的平衡压力为: ( ) (A) 138 kPa; (B) 11.99 kPa; (C) 4.9 kPa; (D) 49 kPa 7. 某理想气体从同一始态(p1,V1,T1)出发,分别经恒温可逆压缩和绝热可逆压缩至同一体积

1

V2,若环境所做功的绝对值分别为 WT 和 WA,问 WT 和 WA 的关系如何? ( (B) WT <WA; (C) WT =WA; (D) WT 和 WA 无确定关系 (A) WT>WA; 8. 纯液体苯在其正常沸点等温汽化,则: $ $ $ $ $ (A) ?vapU =?vapH ,?vapF =?vapG ,?vapS > 0 $ $ $ $ $ (B) ?vapU <?vapH ,?vapF <?vapG ,?vapS > 0 $ $ $ $ $ (C) ?vapU >?vapH ,?vapF >?vapG ,?vapS < 0 $ $ $ $ $ (D) ?vapU <?vapH ,?vapF <?vapG ,?vapS < 0 ( ; ; ; 。

)

)

9. 理想气体反应 CO(g) + 2H2(g)=CH3OH(g)的ΔrG $ 与温度 T 的关系为: m ΔrG $ =-21 660+52.92T,若要使反应的平衡常数 K>1,则应控制的反应温度: ( m (A) 必须低于 409.3℃; (C) 必须低于 409.3 K; (B) 必须高于 409.3 K; (D) 必须等于 409.3 K。 ) )

10. 电池在恒温、 恒压及可逆情况下放电, 则其与环境的热交换为 ( (B) T?rS ; (C) 一定为零; (D) 与?rH 与 T?rS 均无关 (A) ?rH ; 11. 25℃时, H2 在锌上的超电势为 0.7 V,φ (Zn2+/Zn) = -0.763 V,电解一含有 Zn2+(a=0.01) 的溶液,为了不使 H2 析出,溶液的 pH 值至少应控制在 ( (A) pH > 2.06; (B) pH > 2.72; (C) pH > 7.10; (D) pH > 8.02 12. 下述电池的电动势应该为(设活度系数均为 1) : Pt,H2(p )|HI(0.01 mol·kg )|AgI(s)|Ag—Ag|AgI(s)|HI(0.001 mol·kg )|H2(p ), Pt (A) - 0.059 V; (B) 0.059 V; (C) 0.059 V/2; (D) -0.118 V 13. 298 K 时,φ (Au+/Au) = 1.68 V,φ (Au3+/Au) = 1.50 V, $ $ φ (Fe3+/Fe2+) = 0.77 V 则反应 2Fe2++ Au3+= 2Fe3++ Au+的平衡常数 K : ( (A) 4.33×1021; (B) 2.29×10-22; (C) 6.61×1010; (D) 7.65×10-23
$ $ $
-1 -1
$

)


$



)

14. 下列电池的电动势,哪个与 Br -的活度无关: ( ) (A) Ag(s)|AgBr(s)|KBr(aq)|Br2(l),Pt; (B)Zn(s)|ZnBr2(aq)|Br2(l),Pt; (C)Pt,H2(g)|HBr(aq)|Br2(l),Pt; (D)Hg(l)|Hg2Br2(s)|KBr(aq)||AgNO3(aq)|Ag(s) 15. 某二级反应,反应物消耗 1/3 需时间 10 min,若再消耗 1/3 还需时间为: ( (A) 10 min; (B) 20 min; (C) 30 min; (D) 40 min 16. 满足电池能量可逆条件的要求是: (A)电池内通过较大电流; (B 没有电流通过电池 (C)有限电流通过电池; (D) 有一无限小的电流通过电池 ( )



17. 化学反应速率常数的 Arrhenius 关系式能成立的范围是: ( (A) 对任何反应在任何温度范围内; (B) 对某些反应在任何温度范围内;

)

2

(C) 对任何反应在一定温度范围内;

(D) 对某些反应在一定温度范围内.

二、填空题 (17 题,除 18 题和 20 题 3 分外,其余每题均为 2 分,共 30 分 ) 18. 若反应 C(s) + O2(g) = CO2(g) 在恒温、恒压条件下发生,其 ?rHm< 0,若在恒容绝热条 件下发生,则 ?rUm _____ 0,?rSm _____ 0。 (填:>、<、=) 19. 实际气体绝热自由膨胀,ΔU 0,ΔS _____ 0。 (填:>、<、=)

* 20. A, 二组分形成下列各体系时, 物质的亨利常数 kx,B 与其饱和蒸气压 pB相比, B B 应该是: * (1) 当 A,B 形成理想液态混合物时,kx,B____ pB? * (2) 当 A,B 形成一般正偏差体系时,kx,B____ pB * (3) 当 A,B 形成一般负偏差体系时,kx,B____ pB (填:>、<、=)

21. 在一绝热刚性容器中进行某一化学反应,该体系的内能变化为 ______ , 焓变化为 _______ 。 22. 理想气体经节流膨胀,ΔS _____ 0,ΔG _____ 0。 (填:>、<、=) 23. 2 mol 氢气由 20p ,300 K 进行等温膨胀,终态压力为 p 。已知终态的逸度与始态的逸度之 比 f2/f1=0.050 58,则终态与始态的化学势之差值为____________________。 24. 理想气体等温过程的 ?F ΔG。 (填> 、< 、=) 。
$ $

25. 在体积一定的条件下,反应体系中加入惰性气体, 平衡应向哪个方向移动: (填:向左、向右,不移动) 26. 水的临界点的温度是 647 K,在高于临界点温度时,不可能用 27. 测定电动势必须在______= 0 条件下进行,因此采用_______法。 28. 2NO + O2 = 2NO2 的反应机理拟定为: 2NO

方法使气体液化。

?

N2O2

(达到平衡,平衡常数为 K1) (慢,速率常数为 k2) 级;对 NO 是 级。 ,

N2O2+ O2= 2NO2 总包反应对 O2 是

29. NiO(s)与 Ni(s), 2O(g),H2(g),CO2(g)及 CO(g)呈平衡, 则该体系的独立组分数为 H 自由度数为 。

30. 由水和正丁醇组成的部分互溶体系,有两个液相、一个气相,为了确定该体系的状态, 除了水和正丁醇的数量之外,还需要确定 个独立变量 31. 已知 φ (Zn2+,Zn)=-0.763 V, φ (Fe2+,Fe)=-0.440 V 。这两电极排成自发电
3
$ $

池时, E =________V, 当有 2 mol 电子的电量输出时,电池反应的 K =________。 三、计算题 (8 题,共 70 分) $ $ 32. (10 分) 试计算 0℃,p 下的 1 mol 液体水转变成 200℃,3p 下的水蒸气过程中,体 系的 ?U,?H 及 ?S。假设水具有恒定的密度和热容,且水蒸气为理想气体,已知水的 摩尔汽化热为 40.60 kJ·mol-1,摩尔定压热容的计算公式如下: Cp, m /J·K-1·mol-1=36.86-7.95×10-4(T/K) + 9.20×10-7(T/K)2 33. (10 分)333 K 时,苯胺和水的蒸气压分别是 0.760 kPa 和 19.9 kPa,在此温度下苯胺和水 部分互溶形成两相,两相中苯胺的摩尔分数分别为 0.732 和 0.088,(1)假设每一相中溶剂 遵守拉乌尔定律、 溶质遵守亨利定律,计算两个亨利常数 k1(苯胺层中)和 k2. (水层中), (2) 求出水层中每个组分的活度系数,活度的标准态分别先以拉乌尔定律为参考,后以亨利 定律为参考。 34. (5 分)甲烷转化反应 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) 在 900 K 下的平衡常数 Kp=128×102(kPa)2,若取等物质的量的甲烷与水蒸气反应,问 在 900 K 及 p$压力下达平衡时物系的组成。 35. (10 分)1 mol 单原子分子理想气体,始态为 p1=202 650 Pa,T1=273 K,沿可逆途径 p/V=a (常数)至终态,压力增加一倍,计算 V1, V2, T2, ?U, ?H, Q, W 及该气体沿此途径的 热容 C。已知 CV,m=3R/2,R=8.314(J/(K?mol)。 ) 36. (10 分)在 373 K 时,水的饱和蒸气压为 101.3 kPa,表面张力γ 为 0.0580 N·m-1, 在 373 K 条件下,水中有一个含有 50 个气态水分子的蒸气泡,试求泡内水的饱和蒸气 压(373 K 时,水的密度 ρ = 0.950×103 kg·m-3) 。 37. (5 分)二乙醚的正常沸点为 307.6K,若将此二乙醚贮存于可耐 103 kPa 压力的铝桶内, 试估算此种桶装二乙醚存放时可耐受的最高温度? 38. 10 分) 298 K 时, ( 某一电导池中充以 0.1 mol· -3 的 KCl 溶液 dm (其 k = 0.14114 S· -1) m , -3 其电阻为 525 ?,若在电导池内充以 0.10 mol·dm 的 NH3·H2O 溶液时,电阻为 2030?。已知这时纯水的电导率为 2×10-4 S·m-1。λ ∞ (OH-) = 1.98×10- 2S·m2·mol-1 m
λ m (NH 4 ) = 73.4×10-4 S·m2·mol-1。
∞ +

$

$

(甲)求该 NH3·H2O 溶液的解离度;(乙) 若该电导池充以纯水,电阻应为若干? 39. (10 分) 321 K 下,在 200 ml 0.1 mol·dm-3 d-莰酮-3-羧酸的酒精溶液中,发生下列 两个反应并得到如下结果,试求 k1, k2 各为多少? C10H10COOH
k
1

C10H10O + CO2
k
2

(1) (2)

C2H5OH + C10H10COOH

C10H10COOC2H5 + H2O

4

t/min 中和 20 ml 0.1 mol·dm 原酸需 0.05 mol·dm-3 Ba(OH)2 ml 数 产生 CO2 的质量/g
-3

0 20 —

10 16.26 0.0841

20 13.25 0.1545

30 10.68 0.2095

四、问答题 ( 3 题,除 40 题 6 分外,其余每题均为 5 分,共 16 分 ) 40. 对于理想气体, 试证明: (?T/?p)S =V/Cp 41. 在 1.01325×105 Pa 下, CaCO3(s) 于 1169 K 分解为 CaO(s) 和 CO2(g)并呈平衡。 (1) 请绘出 CaO-CO2 二组分体系在 1.01325×105 Pa 下的等压相图; (2) 标出各个相区的相态。 42. 在 25℃ 时, B 和 C 三种物质互不发生反应, A, 这三种物质所形成的溶液与固相 A 和 由 B 和 C 组成的的气相同时呈平衡。 (1) 试问此体系的自由度数为几? (2) 试问此体系中能平衡共存的最大相数为多少? (3) 在恒温条件下,如果向此溶液中加入组分 A,体系的压力是否改变?如果向体系 中加入组分 B,体系的压力是否改变?

5


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