一、选择题1. 下列四种状态纯水的化学势最大的是______。
- A.373.15K,101325Pa,H2O(1)的化学势μ1
- B.373.15K,101325Pa,H2O(g)的化学势μ2
- C.373.15K,202650Pa,H2O(1)的化学势μ3
- D.373.15K,202650Pa,H2O(g)的化学势μ4
A B C D
D
[解析]
方法一:对于纯物质
方法二:利用求各状态间的转变求ΔG的思想:
状态1→状态2:为一平衡可逆过程,ΔG=0,所以
;
状态1→状态3:
>0,所以
;
状态3→状态4:同温同压下显然气体的化学势更高,所以
。
4. 由热力学基本公式dG=-SdT+Vdp所导出的下列式子中,错误的是______。
A.(
G/
T)
p=-S
B.(
G/
p)
T=V
C.-(
S/
p)
T=(
V/
T)
p D.(
G/
T)
p>0;(
G/
p)
T<0
A B C D
D
[解析] 由dG=-SdT+Vdp=(
G/
T)
pdT+(
G/
p)
Tdp可知A项和B项是正确的;C项为麦克斯韦关系式;D项,由基本公式只能得出(
G/
p)
T=V和(
G/
T)
p=-S,无法确定其大小。
7. 已知25℃时,
(Fe
3+|Fe
2+)=0.77V,
(Sn
4+|Sn
2+)=0.15V。今有一电池,其电池反应为2Fe
3+(α)+Sn
2+(α)
Sn
4+(α)+2Fe
2+(α),则该电池的标准电动势
(298.15K)为______。
- A.1.39V
- B.+0.62V
- C.0.92V
- D.1.07V
A B C D
B
[解析]
=
(Fe
3+|Fe
2+)-
(Sn
4+|Sn
2+)=0.77-0.15=0.62V。
二、填空题1. 将Ag
2O(s)放在一个抽空的容器内,使之分解得到Ag(s)和0
2(g)并达到平衡,则此系统的组分数(独立)=______;自由度数=______。
2;1
[解析] 存在一个化学平衡,所以独立组分数为3-1=2,自由度F=2-3+2=1。
2. 温度T时,某反应物每分钟转化了的百分数为一常数:4×10
-2。则该反应转化50%时需时______分钟。
17min
[解析] 反应物每分钟转化了的百分数为一常数,即反应时间与反应物的初始浓度无关,可以判断该反应为一级反应,所以根据公式
和
),可求出t=17min
3. 某反应A→B的
在25℃和26℃时分别为30.00kJ·mol
-1和30.02kJ·mol
-1,该反应的
是______。
-20J·K-1
[解析] 由ΔG=ΔH-TΔS,假设ΔH不随温度变化,则有
ΔG(25℃)-ΔG(26℃)=1×ΔS=-0.02kJ·K-1=-20J·K-1
4. 有大小两水滴在同一密封容器内,经过一段时间后会发现______水滴消失,这是由于平衡蒸气压p
大滴______p
小滴。
小;<
[解析] 由开尔文方程ln(P
*r/P
*)=(2M
/RTρr)得到,小水滴半径r小,平衡蒸汽压大于大水滴平衡蒸汽压,所以小水滴消失。
5. 实际气体在节流膨胀过程中(pV之积变大)则其Q______0,ΔU______0(请选择填入>,<,=,不确定)。
=;<
[解析] 节流膨胀过程中Q=0,ΔU=pV+Q,PV变大,所以ΔU大于0。
四、计算题1. 甲烷在25℃的燃烧热为-890.4kJ·mol
-1,在25℃,101325Pa下液态水的汽化热为44.02kJ·mol
-1,过程进行图如下图所示。设空气中氧气与氮气的摩尔数之比为1:4。试计算甲烷与理论量空气混合燃烧时所能达到的最高温度。所需热容数据自行查找,计算时,假设燃烧所放出的热全部用于提高产物的温度,不考虑产物的解离。
根据过程进行图可知:
故
因为
查表知:
所以有:
即:
解得:
2. 试计算在293K时,地心引力场中使粒子半径分别为:
(1)1.0×10
-5m;
(2)100nm:
(3)1.5nm的金溶胶粒子下降0.01m需时若干?已知分散介质的密度为1000kg·m
-3,金的密度为1.93×10
4kg·m
-3,溶液的粘度近似等于水的粘度,为0.001kg·m
-1·S
-1。
3. 一抽成真空的球形容器,质量为25.0000g。充以4℃的水之后,总质量为125.0000g。若改充以25℃,13.33kPa的某碳氢化合物气体,则总质量为25.0163g。试估算该气体的摩尔质量。水的密度按
计算。
气体的体积即球形容器的体积为:
气体的物质的量为:
气体的摩尔质量为:
4. 1mol A和2mol B形成的理想气体混合物,由始态300K、总压2p
0(p
0=101325Pa),经绝热可逆膨胀到末态总压p
0下,已知C
p,m(A)=
,C
p,m(B)=
。
①求末态的温度。②求过程的ΔS(A)及ΔS(B)。
①因为dU=-pdV
所以
即
解得T
2=234.9K
②
所以ΔS(A)+ΔS(B)≈0
5. 当CuSO
4溶液中通过1930C电量后,在阴极上有0.009mol的Cu沉积出来,试问在阴极上析出H
2(g)的物质的量。
在阴极上发生的反应为
在阴极上析出物质的总量为
而
6. 2mol理想气体于始态25℃、202.65kPa恒温膨胀至末态V
2=2V
1。分别计算下列两种条件下,气体膨胀过程所作的功。
(1)反抗恒定外压p
amb=101.325kPa;
(2)可逆膨胀。
两个过程的始末态可以表示为:
在298K时,测定乙酸乙酯皂化反应速率,反应开始时,溶液中碱和酯的浓度均为0.01mol·dm-3,每隔一定时间,用标准酸溶液滴定其中的碱含量,实验所得结果如下表所示。
7. 证明该反应为二级反应,并求出速率常数k值。
假设该反应为二级反应,则由二级反应公式知,
-t应为直线,所以只需证明
-t为直线即可。
根据上表计算相应的数据,结果如下表所示。
作图如下图所示。
由图知
-t确为直线,故证得该反应为二级反应。
选择直线上两点(3,135.1)和(25,397.7),则有
8. 若碱和乙酸乙酯的起始浓度均为0.002mol·dm
-3,试计算该反应完成95%时所需的时间及该反应的半衰期为多少?
对于二级反应有
则
醋酸-水-苯三元系统在16℃时的溶解度数据如下表:
9. 请画出系统相图并分析各相区的相态和自由度。
根据溶解度数据画出醋酸-水-苯三元系统相图,见图a。
在单相区中F=C-P=3-1=2,
两相区中F=C-P=3-2=1。
10. 在相图中何谓“结线”?
平衡时两液相的相点连结线称为“结线”。两液相中醋酸的相对含量不同,结线并不与底边(CB)平行,各结线外延与底边延线相交于一点,如图b所示。
11. 在一绝热的汽缸(活塞也绝热)中,有1mol理想气体,其始态为p
1、V
1、T
1,经可逆膨胀到p
2、V
2、T
2,然后用p
3的恒定外压将气体压缩至终态,而且终态的体积恰好为V
1,问整个过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS的数值是大于零、小于零或等于零。(只填大于、小于或等于即可,但每项只许填一个答案)
整个过程的示意图如下。
由于整个系统是绝热的,所以Q=0;第一个过程是绝热可逆过程,所以ΔS
1=O;第二个过程为绝热恒压压缩,所以是不可逆压缩过程,ΔS
2>0。因此,总的ΔS>0。由第一过程起点A到第二过程终点C,
所以T
3>T
1,即温度升高。对理想气体,ΔH>0,ΔU>0
因为W=ΔU-Q=ΔU,所以W>0
12. A、B两液体混合物为理想液态混合物,在80℃下,将0.3molA液体与0.5molB液体放入容积为15dm
3的真空容器中,此混合物蒸发达到平衡时,测得系统的压力为102.66kPa,气相组成y
B=0.6644,求液相组成x
B与纯B在80℃下的饱和蒸气压P
B*为多少?(设液体体积可忽略不计,气体视为理想气体)
依题意,气相的物质的量
由质量守恒得,
则
因液体混合物为理想液态混合物,由拉乌尔定律知
故
13. 已知298K时AgCl的活度积为1.7×10
-10,试计算AgCl在下述溶液中的溶解度:
(1)在纯水中;
(2)在0.01mol·kg
-1的NaCl溶液中;
(3)在0.01mol·kg
-1的NaNO
3溶液中。
在一定温度下,活度积K
ap是常数,而溶度积K
sp和溶解度b随活度系数的增加反而下降。
(1)AgCl在纯水中的溶解度很小,平均活度系数γ
±近似为1,所以K
sp≈K
ap。
溶解度b=1.304×10
-5mol·kg
-1
=1.87×10
-6kg·(kg H
2O)
-1
(2)在0.01mol·kg
-1的NaCl溶液中,离子强度I近似等于0.01mol·kg
-1,用德拜-休克尔极限公式求γ
±:
因为b(Cl
-)≈0.01mol·kg
-1,所以
b(Ag
+)=2.149×10
-8mol·kg
-1
溶解度=2.149×10
-8mol·kg
-1=3.08×10
-9kg·(kg H
2O)
-1
可见在NaCl溶液中,由于同离子效应,AgCl的溶解度比在纯水中要低得多。
(3)同上可求得K
sp=2.149×10
-10,
溶解度m=1.466×10
-5mol·kg
-1=2.10×10
-6kg·(kg H
2O)
-1
已知气相反应2SO2+O22SO3的标准平衡常数与T的函数关系为
=10373/T+2.222lgT-14.585
上述反应可视为理想气体反应:14. 求该反应在1000K时的
将此式代入
与T的关系式,得1000K时,
=3.42
故
15. 在1000K、2×101325Pa下,若有SO
2,O
2,SO
3的混合气体,其中SO
2占20%(V),O
2占20%(V),试判断在此条件下反应的方向如何?
,故反应向左进行。
固态氨的饱和蒸气压为,液态氨的饱和蒸气压为。试求:16. 三相点的温度、压力;
三相点即三相平衡点,此时的T、P满足下式:
17. 三相点的蒸发焓、升华焓和熔化焓。
将
分别与固态氨及液态氨蒸气压式比较得