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物 理 化 学 期 中 考 试 卷

姓名 学号 成绩

一、选择题(2×10=20)
( D ) 1. 物质临界点的性质与什么有关？
A. 与外界温度有关 B. 与外界压力有关
C. 与外界物质有关 D. 是物质本身的特性
( A )2.同温、同压下，某实际气体的摩尔体积大于理想气体的摩尔体积，则该气体的压
缩因子Z
A. >1 B. =1 C. <1 D. =0
( A )3. 某体系经历一不可逆循环后，下述各答案中，哪些是错误？
A. Q=0 B. ≨U=0 C. ≨H=0 D. ≨S=0
( C )4.某理想气体进行绝热恒外压膨胀，其热力学能变化应为何值？
A. ≨U=0 B. ≨U>0 C. ≨U<0 D. 不一定
( B )5. 公式W
膨
=C
V
(T
1-T
2
)适用于什么变化？
A. 任何气体的绝热变化 B. 理想气体的任何绝热变化
C. 理想气体的任何变化 D. 理想气体的绝热可逆变化
( B ) 6. 理想气体进行节流膨胀，下述答案，哪一个正确？
A. <0 , ≨S<0 B. =0 , ≨S>0
C. =0 , ≨S=0 D. <0 , ≨S=0
( D )7.在101kPa下，90℃的液态水汽化为90℃的水蒸气，体系的熵值将如何变化 ，环
境的熵值将如何变化？
A. ≨S
体
<0 ；≨S
环
<0 B. ≨S
体
>0 ；≨S
环
>0
C. ≨S
体
<0 ；≨S
环
>0 D. ≨S
体
>0 ；≨S
环
<0
( B)8.理想气体在恒温下向真空膨胀，体积从V
1
变至V
2
，吸热为Q，其熵变应如何计算？
A. ≨S=0 B.
SRln
V
2
V
1
p
2
p< br>1

C.
S
Q
T
0
D.
SRln

( Ｄ)9. 热温熵表达式

Q
r
T
中的T是什么含义？
A. 体系的摄氏温度 B. 环境的摄氏温度
C. 环境的绝对温度 D. 体系的绝对温度
（ A ）10.一定量的理想气体从同一初态分别经历等温可逆膨胀、绝热可 逆膨胀到具有相
同压力的终态，终态体积分别为V
1
,V
2
，则
(A) V
1
> V
2
(B) V
1
< V
2
(C) V
1
= V
2
(D) 无法确定

二、简答题(4×5=20)
1. 在两个体积相等,密封、绝热的容器中,装有压力相等的某理想气体,试问这两个容器中温
度是否相等?
答: 不一定
因为 pV=nRT
所以N1T1=n2T2
因此若装有相同物质的量的该理想气体,则容器中温度相等,否则不等.

2. 指出下列说法中存在的问题:
系统的焓变化等于系统在恒压过程中吸收的热量.
答: 只有在封闭系统恒压下,不存在非体积功的条件下,系统所吸收的热量在数值上等于焓的
增加量.

3. 锌与稀硫酸作用, (a)在敞口的容器中进行; (b)在密闭的容器中进行, 哪一种情况放热较
多, 为什么?
答: (b)多, 因为有气体产生, Qp=Qv+≨nRT , ≨n>0
因为放热反应, Q<0, 例如：－1000=－1200+200
所以︱Qp︳<︱Qv︳

4.

S、G、A作为判据时必须满足的条件
答： 隔离系统或绝热的封闭系统，S≧0
封闭系统恒温恒容非体积功为零 A≦0
封闭系统恒温恒压非体积功为零 G≦0

三、计算题(15×4=60)
1. 有2.0dm
3
潮湿空气, 压力为101.325kPa, 其中水气的分压为12.33kPa, 设空气中O
2
(g) 和
N
2
(g)的体积分数分别为0.21和0.79,试求
(1)H
2
O(g), O
2
(g)和N
2
(g)的分体积;
(2) O
2
(g), N
2
(g)在潮湿空气中的分压力。
解: x
H
2
O

p
H2O
p
总
 0.1217

x
N
2

p
总
－p
H2O
p
总
p
总
－p
H2O
p
总
3
0.790.6939

x
O
2
0.210.1844

V
H 2O
=V
总
×x
H2O
=0.243dm
3

V
O2
=0.369dm
V
N2
=1.388 dm
p
O2
=p
总
×x
O2
=18.68kPa
p
N2
=70.31kPa

3

2. 1mol单原子理想气体从始态298K,100kPa，先绝热可逆压缩到200kPa，再恒压冷却使体积缩小至5dm，求整个过程的Q，W，≨U，≨H，≨S
解:
T
3

p
3
V
3
nR

2005
18. 314
120.28K

3
UnC
V,m

T
3
T
1

11.5R

120.28 298

2215.49J

HnC
p,m
T
3
p
1
T
1

12.5R

120.28298

3693.05J

SnRln
p
3
nC
p,m
ln
T
3
T
1
8.314ln
100
200
2.58.314ln
12 0.28
298
24.59JK
1
1

15
3

p
1



T
2
T
1



p


2


100

298


2 00

5
3
393.21K

WW
1
W
2
nC
V,m
(T
2
T
1
)n R

T
3
T
2

3457.36J

QUW5672.85

3. 已知苯在101.325kPa下的沸点为 353K，在此条件下的摩尔汽化焓为30.75kJ·mol
-1
，求
1mol液态 苯在353K，101.325kPa下全部汽化成为苯蒸气时的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA
和Δ G。
解： 相变为可逆相变 ΔG＝0 kJ·mol
-1

Q＝ΔH＝ 30.75kJ·mol
ΔS＝ΔH／T= 87.11 J·mol
-1
·K
-1

W=－pV=-nRT=－2.935 kJ·mol
-1

ΔU=Q+W=27.815 kJ·mol
-1

ΔA=ΔG－pV=－2.935 kJ·mol
-1




4. 在一绝热汽缸内装有298K, 2molCO和过量空气,在压力不变的条件下,发生化学反应
2CO +O
2
=2CO
2
, 假定此反应进行完全, 气体可看作理想气体, 且活 塞无重量也无摩
擦,n
O2
:n
N2
=1:4求此过程的Q，W，≨ U，≨H.

f
H
m
(CO
2
,298K) 393.5kJmol
C
p,m
(N
2
)C
p,m< br>(O
2
)33.57Jmol

1
-1


f
H
m
(CO,298K)110.5kJmol
K
1

1

1

C
p,m< br>(CO
2
)46.0Jmol
1
K
1

解:
T1=298K
2mol CO
1mol O
2

4mol N
2


T2
2mol CO
2

4mol N
2


H=0
H
1

H
2

T1=298K
2mol CO
2

4mol N
2



≨H=≨H
1
+≨H
2
=0

H
1



B
B


f
H
m
(B)566.0kJ

≨H
2
=(2×46.0+4×33.57)×(T
2
-298)
T
2
=2799K

UH

pV

n
2
RT
2
n
1
RT
1
68.314279978.314298122.28kJ

W=≨U=－122.28kJ


例1： l mol单原子理想气体由始态(273K，p )经由下列两个途径到达终态( T
2
，p 2)：(l)
可逆绝热膨胀；(2)反抗p

2的外压绝热膨胀．试分别求出T2
，W，S
m
和G
m
．并回答能
否由G
m
来判断过程的方向? 已知S

(273K)=100J ·K
-1
·mol
-1
。
解：(1)可逆绝热膨胀过程
Q
r
= Q = 0 J
S= 0 J·K
-1
(可逆过程为恒熵过程)
单原子理想气体的绝热系数

=1.667，利用绝热可逆公式
T= 207K
∴W=U=nC
V,m
(T
2
- T
1
) =1mol× (1.5×8.3145J·K
-1
·mol
-1
)×(207K- 273K)= -823.1 J
H=nC
P,m
(T
2
- T
1
) =1mol× (2.5×8.3145J·K·mol)×(207K- 273K)= -1371.9 J
G= H - (TS) =H - (T
2
S
2
- T
1
S
1
)=H - S(T
2
- T
1
)
= -1371.9 J - 100 J·K
-1
×(207K-273K)
= 5228 J
过程为非恒温过程，不能用G来判断过程的方向。
-1-1


(2)

恒外压绝热膨胀过程，利用Q=0，U=W建立方程求出T
2
。
U = n C
V,m
(T
2
- T
1
) = n(1.5×R)×(T
2
- T
1
)
W= - p
外
(V
2
- V
1
)= - p
2
(V
2
- V
1
)= - nR[T
2
- (T
1
p
1
) p
2
]
= - nR(T
2
- T
1
2)
∴ n(1.5×R)×(T
2
- T
1
) = - nR(T
2
- T
1
2)
T
2
= 0.8T
1
= 0.8×273K = 218.4 K
W=U=nC
V,m
(T
2
- T
1
) =1mol× (1.5×8.3145J·K
-1
·mol
-1
)×(218.4K-27 3K)
=-681.0 J
利用公式
SnC
p,m
ln
T
2
T
1
nRln
p
1p
2
得 S = 1.125 J·K
-1

H=nC
p,m
(T
2
- T
1
) =1mol× (2.5×8.3145J·K
-1
·mol
-1
)×(218.4K- 273K)= -1135J
G= H - (TS) =H - [T
2
S -+ (T
2
-T
1
)S
1
]
= -1135 J - [218.4K×1.125J·K
-1
+(218.4K - 273K)×100J·K
-1
]
= 4079 J
过程为非恒温过程，不能用G来判断过程的方向。

例2： 苯在正常沸点353K时摩尔 汽化焓为30.75kJmol
-1
，今将353K，101.325kPa下的1mol液态苯向真空定温蒸发变为同温同压的苯蒸气（设为理想气体）．
(1)求此过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔS、ΔA和ΔG。
(2)应用有关原理，判断此过程是否为不可逆过程．

例3: 有关金刚石和石墨在298K时的热力学数据如下表所示：

金刚石
－395.3
2.43
3.513


石墨
－393.4
5.69
2.260

c
H
m


(kJ·mol
-1
)

S
m
(J·K·mol)

密度kg·dm
-3


-1-1
求：(1) 298K时，由石墨转化为金刚石的
r
G
m
；
(2) 298Ｋ时，由石墨转化为金刚石的最小压力。已知碳的摩尔质量为12g·mol
-1

解：
r
S
m
=－3.26
J·K·mol

r
H
m
=1.9 kJ·mol

r
G
m


=
r
H
m

－T

r
S
m


=1.9-298×10
-3
×(－3.26)=2.871
kJ·mol
-1
=
2871
J·mol
-1

G
1

=V
(
石墨
)
P=m
(
石墨
)


(
石墨
)
×
P= 1
2×10
-6
2.26×(100000-p)

G
2

==V
(
金刚石
)
P=m
(
金刚石
)


(
金刚石
)
×
P= 1
2×10
-6
3.513×(p-100000)

G

= G
1

+ 
r
G
m


+ G
2

≤
0
p≥1.62×10
9
Pa


-1


-1-1