物理化学离线作业.docx
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物理化学离线作业
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《物理化学》课程作业（必做）
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第一章热力学第一定律
一、填空题
1.系统的性质分为广度性质和_____强度性质______。
2.热力学第一定律的数学表达式是Δq＝u＋W。
3.水从25℃加热到35℃，水的热力学能增大。
（填“增大”、“减小”或“不变”）
4.理想气体在恒定外压下绝热膨胀，气体的焓不变。
（填“增大”、“减小”或“不变”）
5.ΔU=Qv的适用条件是封闭系统中等容非体积功为零。
6.O2（g）的的标准摩尔燃烧焓等于零（填“小于”、“大于”或“等于”）。
二、简答题
1.什么是系统？
什么是环境？
答：
将一部分物质从其他部分划分出来，作为研究的对象，称为系统。
将体系以外与体系密切相关，影响所及的部分称为环境。
2.什么是等压过程？
什么是可逆过程？
答：
等压过程是在环境压力恒定下，系统始终态压力相同且等于环境压力的过程。
某系统经过一过程由状态1变为状态2后，如果能使系统和环境都完全复原，则该过程称为可逆过程。
3.什么是热力学第一定律？
答：
自然界的一切物质都具有能量，能量有多种不同的形式，能量可以从一种形式转化为另一种形式，能量的总量在转化过程中保持不变。
4.什么是标准摩尔生成焓？
什么是标准摩尔燃烧焓？
答：
在标准压力和指定温度下，由最稳定的单质生成1mol物质的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓。
在标准压力和指定温度下，1mol物质完全燃烧的焓变，称为该物质的标准摩尔燃烧焓。
5.Zn与稀硫酸发生放热置换反应，请问在开口瓶中进行还是在闭口瓶中进行放热更多？
为什么？
答：
锌与稀硫酸,在开口时,先接触空气,在与硫酸反应,2Zn+O2+2H2SO4=2ZnSO4+2H2O
在闭口时,直接与氢离子反应,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
H2O生成H2的反应吸热,所以,
在闭口时比在开口时放出的热量多.
6.石墨在充满氧气的定容绝热反应器中燃烧，若以反应器和其中所有物质为系统，请问燃烧前后热力学能和焓如何变化？
答：
石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。
由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。
石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。
碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。
三、计算题
1.1mol单原子理想气体在298K时，在恒定外压为终态压力下从15.00dm3等温膨胀到40.00dm3，求该过程的Q、W、ΔU和ΔH。
答：
ΔU＝ΔH＝０Ｐ＝nRT/V=（1*8.31*298）/（40/1000）=61.94KPaW=-61.94*（40-15）=-1548.5JQ=-W=1548.5J
2.1mol水在100℃、101.3kPa下蒸发为水蒸气，吸热40.7kJ，求该过程的Q、W、△U和△H。
答：
：
Q＝40.7KjW=-3.10kJ△U=37.6Kj△H=40.7kJ
3.已知298.2K时，NaCl（s）、H2SO4（l）、Na2SO4（s）和HCl（g）的标准摩尔生成焓分别为-411、-811.3、-1383和-92.3kJ·mol-1，求下列反应的
和
2NaCl（s）+H2SO4（l）=Na2SO4（s）+2HCl（g）
答：
2NaCl（s）+H2SO4
（1）=Na2SO4（s）+2HCl（g）△rHme=（∑H）产物－（∑H）反应物＝（－1383－92.3*２）-（-411*2-811.3）=65.7KJ/mol
4.已知298.2K时，C（石墨）、H2（g）和C2H6（g）的标准摩尔燃烧焓分别为-393.5kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-1和-1559.8kJ·mol-1。
计算下列反应的
和
：
2C（石墨）+3H2（g）→C2H6（g）
答：
θmrH＝－84.6kJ/molθmrU=-79.6kJ/mol
第二章热力学第二定律
一、填空题
1.理想气体的卡诺循环由等温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、等温可逆压缩和绝热可逆压缩所组成。
2.卡诺循环中等温可逆膨胀过程的温度大于等温可逆压缩过程的温度。
（填“小于”、“大于”或“等于”）
3.工作在高温热源373K与低温热源298K之间的卡诺热机的效率为0.2。
4.H2气和O2气在绝热钢瓶中发生反应的ΔS等于零。
（填“小于”、“大于”或“等于”）
5.1mol373.2K、101.3kPa水蒸发为373.2K、101.3kPa水蒸气的ΔS40.64J/K（知水的蒸发热为40.64kJ/mol）。
6.系统经过不可逆循环过程ΔS环大于零。
（填“小于”、“大于”或“等于”）
7.1mol100℃，100kPa气态水的吉布斯能大于1mol100℃，100kPa液态水的吉布斯能。
（填“小于”、“大于”或“等于”）
8.吉布斯能判据的适用条件是封闭系统等温等压和非体积功为零的过程。
二、简答题
1.什么是自发过程？
什么是热力学第二定律？
答：
自发过程是指一定条件下，不需任何外力介入就能自动发生的过程。
热力学第二定律是指热量由低温物体传给高温物体而不引起其他变化，是不可能的。
2.空调可以把热从低温热源传递到高温热源，这是否与热力学第二定律矛盾？
为什么？
答：
不矛盾。
热力学第二定律指出不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化，而空调在制冷时，环境作了电功,同时得到了热，所以环境发生了变化。
3.熵的物理意义是什么？
如何用熵判据判断过程的方向？
答：
熵是系统混乱程度的度量，孤立系统的熵值永远不会减少，孤立系统杜绝了一切人为控制则可用熵增原理来判别过程的自发方向。
孤立系统中使熵值增大的过程是自发过程也是不可逆过程；使系统的熵值保持不变的过程是可逆过程，系统处于平衡状态，孤立系统中不可能发生使熵值变小的任何过程。
4.从同一始态出发，绝热可逆过程和绝热不可逆过程不可能到达相同的终态，为什么？
答：
绝热不可逆过程中，环境做了额外功，导致整体（体系+环境）的熵增加。
一切不可逆过程的熵必然是增加的。
熵是状态函数。
与路径无关
5.什么是热力学第三定律？
什么是标准摩尔熵？
答：
热力学第三定律是在绝对零度，任何纯物质完整结晶的熵等于零。
标准摩尔熵是根据热力学第三定律得到的一摩尔物质在标准压力，指定温度时的熵。
三、计算题
1.1mol300.2K、200kPa的理想气体在恒定外压100kPa下等温膨胀到100kPa。
求该过程的△S、△F和△G。
答：
△S＝5.76J/K△F=-1730J△G=-1730J
2.369.9K的恒温槽在299.9K的室温下放置一段时间后，因恒温槽绝热不良而将4184J的热传给室内空气。
（1）求恒温槽熵变和室内空气熵变；
（2）该过程是否可逆？
答：
3.求0.2mol273K、100kPa的O2与0.8mol273K、100kPa的N2混合的熵变。
4.0.50kg343K的水与0.10kg303K的水混合，已知水的Cp,m=75.29J/（K·mol），求系统的熵变和环境的熵变。
答：
0.5*75.29*（343－T）＝0.1*75.29*（T－303）T＝336.33△S=Cp,m（T/T0）+Cp,m（T/T1）=2.091J²K-1△S环＝0
5.在298K和标准状态下，已知金刚石的标准摩尔生成焓为1.90kJ·mol-1，金刚石和石墨的标准摩尔熵分别为2.38J·mol-1·K-1和5.74J·mol-1·K-1，求
石墨→金刚石
的
，并说明在此条件下，哪种晶型更加稳定？
答：
在此条件下石墨更稳定。
6.在25℃和标准状态下，已知CaCO3（s）、CaO（s）和CO2（g）的标准摩尔生成焓分别为-1206.92kJ·mol-1、-635.09kJ·mol-1和-393.51kJ·mol-1，标准摩尔熵分别为92.9J·mol-1·K-1、39.75J·mol-1·K-1和213.74J·mol-1·K-1，求：
CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）
的
。
答：
ΔrHθ=-635.09+（-393.51）-（-1206.92）=178.32KJ2mol-1ΔrSmθ=213.74+39.75-92.9=160.59J.mol-1.K-1ΔrGθm=ΔrHθ-TΔrSmθ=178.32*1000-（273+25）*160.59=130464J2mol-1=130.46kJ2mol-1
第三章多组分系统热力学
一、填空题
1.在蔗糖饱和溶液中，蔗糖晶体的化学势等于溶液中蔗糖的化学势（填“大于”、“小于”或“等于”）。
2.已知水的正常凝固点为273.15K，凝固点降低常数kf=1.86K·kg·mol-1，测得0.1000kg水中含0.0045kg某非挥发性有机物溶液的凝固点为272.68K。
该有机物的摩尔质量为0.178kg.mol-1。
二、简答题
1.什么是混合物？
什么是溶液？
答：
混合物是指任何组分可按同样的方法来处理的均相系统。
溶液是指各组分不能用同样的方法来处理的均相系统。
2.为什么稀溶液不是混合物?
答：
溶质含量极少的溶液。
稀溶液中溶质的摩尔分数趋近于零，而溶剂的摩尔分数趋近于1，所以稀溶液非常接近于理想溶液，稀溶液中溶剂的行为与它处于理想溶液时的行为相同。
3.0.01mol/kg葡萄糖水溶液与0.01mol/kg氯化钠水溶液的渗透压相同吗？
为什么？
答：
0.01mol/kg葡萄糖水溶液与0.01mol/kg 食盐水溶液的蒸气压不同。
虽然两者都是稀溶液且质量摩尔浓度相同，但食盐水溶液中的NaCl是强电解质，电离为Na+和Cl-,溶质分子数（离子数）远大于相同质量摩尔浓度的葡萄糖水溶液中的溶质分子数（离子数），因此，0.01mol/kg葡萄糖水溶液大于0.01mol/kg 食盐水溶液的蒸气压。
4.水中加入少量乙醇形成稀溶液，沸点一定升高吗？
为什么？
答：
酒精的沸点比水低，所以在水中加入酒精沸点就降低。
5.在冰冻路面撒盐可以融化冰冻，为什么？
答：
即溶液的凝固点比纯溶剂（水）要低.凝固点是fv指物质的固相纯溶剂的蒸汽压与它的液相蒸汽压相等时的温度.纯水的凝固点0度.此温度时水和冰的蒸气压相等.但在0度时,含有盐的水溶液的蒸汽压低于纯水的蒸汽压,所以,水溶液在0度就不结冰,继续降低温度才可能结冰.所以这个原理可以用来防止路面上的水结冰.又比如汽车散热器的冷却水中常加入适量乙二醇或甘油,可以防止冬天水结冰.盐的成分是氯化钾,雪的成分是水.氯化钾是极溶于水的化学物质.氯化钾溶于水后生成氯化钾水溶液,其中含有钾离子和氯离子.
三、计算题
1.20℃时，质量分数5%的硫酸溶液的密度为1.032g/ml，计算该溶液的硫酸摩尔分数、物质的量浓度和质量摩尔浓度（M水=18.02g/mol，M硫酸=98.06g/mol）。
答：
20℃时，5.00%（质量分数）的硫酸溶液，密度为1.032g/mol，计算硫酸的摩尔分数、物质的量深度和质量摩尔浓度（M水=18.02g/mol，M硫酸=98.06g/mol）。
2.已知在288K和101.3kPa时，乙醇的质量分数为0.56的乙醇水溶液的乙醇偏摩尔体积为56.58×10-6m3/mol，水偏摩尔体积为17.11×10-6m3/mol，求1.000kg该溶液的体积。
答：
1.000 kg该溶液的体积为1.107*10-3m3。
3.
求100℃时，质量分数为的蔗糖水溶液中水的蒸气压。
（M蔗糖=18.02g/mol）
答：
蔗糖由葡萄糖和果糖组成.果糖中含6个碳原子,也是一种单糖,是葡萄糖的同分异构体.所以考虑的时候就认为是两个葡萄糖合成一个蔗糖就行.所以如果蔗糖和葡萄糖质量一样大,就需要葡萄糖的物质量是蔗糖的二倍,也就是葡萄糖物质的量浓度大,是蔗糖的2倍
4.℃时，101.3kPa的氧气在100g水中可溶解4.490ml，求氧气溶解在水中的Henry常数kx和km。
答：
5.已知人的血浆凝固点为-0.5℃，水的凝固点降低常数kf=1.86K·mol-1·kg，求37℃时血浆的渗透压（血浆密度近似等于水的密度，为1.00×103kg·m-3）。
答：
37℃时血浆的渗透压为6.932*105Pa。
6.在33.70gCCl4中溶入0.600g某非挥发性物质，测得沸点为78.26℃，已知CCl4的沸点为76.75℃，沸点升高常数kb=5.16K·kg/mol，求该物质的摩尔质量。
答：
7.测得浓度为20kg/m3血红蛋白水溶液在298K时的渗透压为763Pa，求血红蛋白的摩尔质量。
第四章化学平衡
一、判断题（正确打√，错误打×）
1.对于合成氨反应3H2（g）+N2（g）=2NH3（g），提高压力可以增大平衡常数，从而提高产率。
√
2.
中表示反应系统中的产物吉布斯能与反应物吉布斯能之差。
√
3.
表示反应平衡时的产物吉布斯能与反应物吉布斯能之差。
×
4.增加反应物浓度，使
减小，有利于反应正向进行。
√
5.某化学反应的
，在等温等压不做非体积功的条件下，该反应将自发进行。
×
二、选择题
1.已知反应N2+3H2=2NH3的标准平衡常数为
，经验平衡常数为
，两者的关系为D。
A．
B．
C．
D．
2.已知反应N2+3H2=2NH3的标准平衡常数为
，反应
的标准平衡常数为
，两者的关系为D。
A．
B．
C．
D．
3.1000K时反应Fe（s）+CO2（g）＝FeO（s）+CO（g）的
，当气相中CO2和CO的摩尔数之比为65∶35时，则B。
A．Fe不会被氧化B．Fe将被氧化
C．正好达化学平衡D．难于判断其进行方向
4.当压力增大时，反应NH4Cl（s）=NH3（g）+HCl（g）的
B。
A．增大B．不变C．减小D．不确定
5.反应O2+2H2=2H2O的
与反应
的
的关系为B。
A.
B．
C．
D．
三、填空题
1.445℃时，Ag2O（s）分解压力为20974kPa，该分解反应Ag2O（s）=2Ag（s）+½O2（g）的
=-15.92kJ·mol-1。
2.当反应PCl5（g）=PCl3（g）+Cl2（g）达平衡时，加入惰性气体，但维持系统总压力不变，平衡向右移动。
四、简答题
1.化学反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）必须在高温下进行，请用热力学原理解释之。
答：
化学反应CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g） 是吸热反应，提高反应温度可以增大平衡常数， 有利于反应正向进行。
2.乙苯脱氢生成苯乙烯
C6H5C2H5（g）＝C6H5CH=CH2（g）+H2（g）
是吸热反应，通入过热水蒸气（不参加反应）可以提高苯乙烯产率，为什么？
答：
乙苯脱氢生成苯乙烯是吸热反应，提高反应温度有利；该反应也是增加体积的反应，减少压力有利。
通过通入过热水蒸气即可提供热量，维护较高的反应温度，同时还由于水蒸气不参加反应，起稀释作用，与减少压力效果等同。
3.工业上制水煤气反应在673K达平衡，
C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）
下列各因素对平衡有什么影响？
（1）提高反应温度
（2）增加系统总压力
（3）增加C（s）
（4）增加H2O（g）分压
（5）增加N2（g）分压
五、计算题
1.
在10×100kPa，350℃时的标准平衡常数
，若H2（g）、N2（g）和NH3（g）的分压分别为7.2×100kPa、2.4×100kPa和0.4×100kPa，求该反应的和。
2.已知298.2K、100kPa时，下列合成氨反应的
求该反应在298.2K、2000kPa时的
3.求298.2K时，下列反应的
-384.14-690.00-1270.16-95.30
4.已知298.2K时下列反应的，
C6H12O6（葡萄糖）+H3PO4=6-磷酸葡萄糖+H2O
ATP（三磷酸腺苷）+H2O=ADP（二磷酸腺苷）+H3PO4
求下列反应的：
C6H12O6（葡萄糖）+ATP=6-磷酸葡萄糖+ADP
5.已知Ag2CO3（s）在298.2K时的分解反应
Ag2CO3（s）＝Ag2O（s）＋CO2（g）
的
，求：
（1）标准平衡常数；
（2）若大气中含0.1%的CO2（体积），298.2K时Ag2CO3在大气中能否自动分解？
答：
ΔrGm=-RTlnK=-8.314*298.2*lnK=12890ink=-5.2K=5.521*10
（2）能自动分解。
6.已知25℃时下列反应的标准摩尔生成焓和标准熵如下：
CH3OH（g）=HCHO（g）+H2（g）
（kJ·mol-1）-201.25-115.9
（J·mol-1·K-1）237.6220.1130.59
求：
（1）该反应的
、
和
；
（2）该反应的标准平衡常数
答：
（1）.ΔrHθm=85.35kj2mol-1-1ΔrSθm=113.09J2mol-12KΔrGθm=51.63KJ2mol-1
（2）.Kpθ=9.032*10-10
第五章相平衡
一、选择题
1.在常温常压下，由O2（g）、N2（g）、CO2（g）和H2O（l）等四种物质组成的平衡系统含有B相。
A．1B．2C．3D．4
2.在压力为151.99kPa（1.5atm）的高压锅内，水的沸点为A℃（已知水的气化热△Hm=40.67kJ·mol-1）。
A．95B．112C．86D．135
二、填空题
1.在常压下，NH4SO4水溶液与NH4SO4（s）达到平衡，则相数Φ=2；自由度f=1。
2.在常压下，NH4Cl（s）部分分解为NH3（g）和HCl（g）达到平衡，则组分数K=；相数Φ=2；自由度f=C-Φ+2=1-2+2=1。
3.在常温常压下，用CCl4（l）萃取水溶液中I2，当I2在CCl4（l）和水中达分配平衡时（无固体I2），系统的组分数K=；相数Φ=；自由度f=。
4.指物相图中表示物理系统（如右图中,这个物理系统考虑全部气液两相的）物质组成比例的线。
称为物系点。
三、简答题
1.什么是最低恒沸混合物？
什么是最低恒沸点？
答：
气-液平衡时两相组成相同且沸点都要比纯组分和其他组成低的混合物称为最低恒沸混合物，最低恒沸混合物的沸点。
2.液体的饱和蒸气压越高，沸点就越低；而由克劳修斯—克拉珀龙方程表明，液体温度越高，饱和蒸气压愈大。
两者是否矛盾？
为什么？
答：
两者并不矛盾。
因为沸点是指液体的饱和蒸汽压等于外压时对应的温度。
在相同温度下，不同液体的饱和蒸气压一般不同，饱和蒸汽压高的液体，其饱和蒸气压等于外压时，需的温度较低，故沸点较低：
克劳修斯-克拉伯龙方程式用于计算同一液体在不同温度下饱和蒸气压的，温度越高，液体越易蒸发，故饱和蒸气压越大。
3.能否以市售的60°白酒为原料，在常压下用多次蒸馏的方法得到纯乙醇？
为什么？
答：
因为市售的白酒是低共熔混合物，即其在一定的浓度下水和乙醇的浓度比是不变得！
所以刚开始会蒸馏出水，但是到了一定的浓度比之后，即使蒸馏也只会同时将水和乙醇按比例蒸馏出，不会得到无水乙醇！
四、计算题
1.水和乙酸乙酯部分互溶。
310.7K液-液二相平衡时，其中一相含6.75%乙酸乙酯，另一相含3.79%水（质量百分浓度）。
已知该温度时的纯乙酸乙酯蒸气压是22.13kPa，纯水蒸气压是6.40kPa。
求：
（1）乙酸乙酯的分压
（2）水蒸气的分压
（3）总蒸气压
答：
（1）乙酸乙酯的分压为18.57KPa；
（2）水蒸气的分压为6.31KPa；（3）总蒸气压为24.88
2.若在合成某有机化合物后进行水蒸气蒸馏，沸点为368K。
测得馏出物中水的重量占45%。
已知实验时的大气压为99.20kPa，368K时水的蒸气压为84.53kPa。
求该有机化合物的分子量。
答：
测得馏出物中水的重量占45%。
3.以下是对硝基氯苯和邻硝基氯苯在常压下的固——液平衡相图。
当70g对硝基氯苯和30g邻硝基氯苯高温熔化后再冷却至50.10℃时（即相图中的点a，液相组成为：
对硝基氯苯重量百分含量为60.18），每个相的重量多少？
答：
根据杠杆规则：
Na/n1=（70-60.8）/（100-70）=9.82/30na=（70+30）*[9.28/（30+9.82）]=24.66gn1=（70+30）*[30/（30+9.82）]=75.34g
第六章电化学
一、选择题
1.公式
A。
A.适用于任何电解质溶液B.只适用于电解质稀溶液
C.只适用于强电解质稀溶液D.只适用于弱电解质稀溶液
2.公式
适用于C。
A．任何电解质溶液B．电解质稀溶液
C．强电解质稀溶液D．弱电解质稀溶液
3.质量摩尔浓度为m的K3PO4溶液，
=D。
A.
B.
C.
D.
4.下列说法正确的是C。
A．E与电解质活度有关，Eө与电解质活度无关
B．E与电解质活度无关，Eө与电解质活度有关
C．E和Eө均与电解质活度无关
D．E和Eө均与电解质活度有关
5.Pt︱H2（p1）︱H2SO4（m）︱O2（p2）︱Pt的电池反应可写成：
①H2（g）+½O2（g）=H2O（l）
或②2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）
相应的标准电动势和化学反应标准平衡常数分别用E1ө、E2ө、K1ө和K2ө表示，则D。
A．E1ө=E2ө、K1ө=K2өB．E1ө≠E2ө、K1ө≠K2ө
C．E1ө≠E2ө、K1ө=K2өD．E1ө=E2ө、K1ө≠K2ө
二、填空题
1.已知H+和SO42-的无限稀释摩尔电导率分别为
S·m2·mol-1和
S·m2·mol-1，则H2SO4的
10S·m2·mol-1。
2.0.002mol·kg-1的Na2SO4溶液的离子强度I=0.006，离子平均活度系数γ±=0.8340。
3.Ag︱AgCl，KCl（a1）‖AgNO3（a2）︱Ag的电池反应方程式是CL-（a1）+Ag+（a2）=AgCl（s）。
4.Pt︱H2（p）︱NaOH（a）︱HgO（s）︱Hg（l）的正极反应方程式2e-+HgO（s）+H2O→Hg（l）+2OH-（a）负极反应方程式H2（pθ）+2OH-（a）→2H2O+2e-和电池反应方程式H2（pθ）+HgO（s）→Hg（l）+H2O。
5.公式ΔG=-zFE
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