中国石油大学（北京）远程教育学院
期 末 考 试 《 物理化学 》
一、题型
1、简答题：8题，每题5分，共40分 2、绘图题：3题，每题5分，共15分 3、计算题：3题，每题15分，共45分
二、题目
1、简答题：8题，每题5分，共40分
（1）理想气体具有什么特性？理想气体能液化吗？分析原因。
答：理想气体具有
1）分子间无相互作用力; 2）分子本身不占用体积。 理想气体是不能液化的。
因为理想气体的分子间作用力为零,分子大小为零,无论体积怎么变,它都是那么个样子,自然就是气体了任何温度及任何压力下都严格遵守,这必然就意味任何温度下都是一个样的。如果可以液化,那液体跟气体的必然不同。气体遵守,液体就不遵守了;其次,液化意味着有序性提高了,这意味着有分子间作用力,与理想气体定文违背,因此理想气体不能液化。 （2）请解释并说明热力学的判据。（通过一个具体的判据来阐述）
答：（1）根据热力学定律，热力学函数ΔrGm是化学反应能否自发进行的最有力的判据。如反应aA+bB→cC的ΔrGm=ΔrGm+RTln[cC/(cA·cB)]。从式中可见，当产物C浓度趋于0cB)]=﹣∞，即任何反应总能自发进行，通过该式能求算ΔrGm，进而得到平衡Kp（标志反应进行的程度）；当反应物浓度cA和cB都趋于0时，即发生稀溶液（或低浓度气相）反应。
（3）可逆电池的特点是什么？可逆电池电动势为什么可以用来求电池反应热力学函数？
答：电极上几乎没有电流通过，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，电极反应是可逆的。
在恒温恒压可逆的条件下，原电池电化学反应吉布斯自由能的减少等于体系 所作的最大有用功。采用对消法测量电池的平衡电动势, 在待测电池上并联一个反向的外加电势, 调节回路使得通过待测电池的电流趋近于零, 测量待测电池的电动势。改变实验温度, 测量不同温度下电池的电动势, 求出电池电动势与温度的关系, 据此计算电池反应的热力学函数。
（4）什么是稀溶液的依数性？请列举一个具体实例，并分析原因。
答：稀溶液与纯溶剂相比某些物理性质会有所变化如蒸气压下降（纯溶剂的蒸汽压是随着温度的上升而增加的,稀溶液也是如此,但其蒸汽压总是低于纯溶剂的）、凝固点降低、沸点升高和渗透压，浓溶液和电解质溶液不具依数性
钢铁工件进行氧化热处理就是应用沸点升高原理.用每升含550～650 g NaOH和100～150 g NaNO2的处理液,其沸点高达410～420 K.沸点升高法或冰点降低法测定的是聚合物的数均分子量,原理：在溶剂中加入不挥发性溶质后,溶液的蒸汽压下降,导致溶液的沸点高于纯溶剂,冰点低于纯溶剂,这些性质的改变值都正比于溶液中溶质分子的数目
（5）请总结惰性气体对气相反应化学平衡移动的影响。
答：从本质上来讲 化学平衡移动是由于压强的变化导致的，或者说是气体浓度，其实这二者本质上是相同的。恒温恒容条件下通入惰性气体，体积不变，参与反应的气体物质的量也不变，压强不变，平衡就不移动。恒温恒压下通入惰性气体，容器中气体体积增大，导致容器体积也增大，参与反应的气体物质的量不变，但是容器体积变大，势必导致压强变小，所以要向着体积增大的方向移动。 （6）简述设计原电池的方法及应用。
答：设计一个铜锌原电池,Zn+Cu2+= Zn2++Cu 所选电解质溶液为CuSO4
负极为Zn，负极反应：Zn-2e-= Zn2+ 正极为Cu，正极反应：Cu2++-2e-=Cu 可用于通讯设备等中小型设备中
（7）举例说明你身边的亚稳状态，并解释原因。
答：亚稳态是热力学不完全稳定的状态，常见的亚稳态有过饱和蒸气、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。
产生的原因是在新的相生成时，颗粒极其微小，其比表面积和表面吉布斯函数都很大，因此在系统中产生新相极为困难而造成亚稳态的产生。防止亚稳态产生的方法是引入“种子”，使之形成结品或凝聚或汽化核心。现象为小液滴消失，合并成为一个大的液滴。原因是小液滴的曲率半径小，表面张力大，饱和蒸气压高而易于挥发，被大液滴凝聚后增加了其表面积，降低了表面吉布斯函数。在下大雨时雨滴落在水中，形成的气泡之所以呈半球形，是因为气泡的形成过程基本上是在恒温、恒压下进行的，而且是产生内外两个表面的过程，所以当气泡达到稳定状态时，要力求其表面吉布斯函数处在最低，而相同体积的气泡以球状表面积为最小，这就是下雨时水面上所形成的气泡为半球形的原因。物理吸附和化学吸附的最本质区别是吸附剂与吸附质之间的作用力不同，物理吸附是分子间作用力，而化学吸附的作用力是化学键力。因为物理吸附基本上相当于气体的凝聚过程，而这个过程是要放出液化热的。另外，从吸附热力学上看吸附过程是一个自动进行的过程，因此在恒温、恒压下随着吸附的进行，系统的吉布斯函数是减小的，即GT,P0。再者气体分子吸附在固体表面上是气体分子由在三维空间运动转移到二维空间上运动，分子的平动受到了制约，从宏观上看表现为熵减的过程，即吸附过程为ΔS0的过程。在恒温、恒压下，存在GT,P=H-TS。因为G0，S0，所以吸附焓必然小于零。严格地讲，这一结论只对物理吸附才成立。 （8）溶胶的电动现象有哪些？其相互关系如何？
答：在外电场作用下，分散相与分散介质发生相对移动的现象，称为溶胶的“电动现象”。电动现象是溶胶粒子带电的最好证明。电动现象主要有“电泳”和“电渗”两种。
电泳现象不仅有助于了解溶胶粒子的结构及电性质，在生产和科研实验中也有许多应用。例如根据不同蛋白质分子、核酸分子电泳速率的不同来对它们进行分离，已忧为生物化学中一项重要实验技术。又如利用电泳的方法使橡胶的乳状
沧液凝结而浓缩；利用电泳使橡胶电镀在金属模具上，可得到易于硫化、弹性及拉力均好的产品，通常医用的橡皮手套就是这样制成的。
与电泳现象相反，使固体胶粒不动而液体介质在电场中发生定向移动的现象称为“电渗”。把溶胶充满在具有多孔性物质如棉花或凝胶中，使溶胶粒子被吸附而固定，利用如图8.18所示的仪器，在多孔性物质两侧施加电压之后，可以观察到电渗现象。如胶粒荷正电而介质荷负电，则液体介质向正极一侧移动；反之亦然。观察侧面刻度毛细管中液面的升或降，就可分辨出介质移动的方向。
电渗现象在工业上也有应用。例如在电沉积法涂漆操作中使漆膜内所含水分排到膜外以形成致密的漆膜、工业及工程中泥士或泥炭脱水、水的净化等，都可借助电渗法实现。
2、绘图题（请画出示意图）：3题，每题5分，共15分 （1）请画出单组分系统水的相图。
（2）请画出两组分系统具有最大正偏差的p-x(y)和T-x(y)。
（3）请画出两组分液态部分互溶系统的气-液-液平衡相图（气相组成介于两液相组成之间）。
3、计算题：3题，每题15分，共45分
（1）今有1mol，200℃、0.5atm（状态A）的H2O（g），先经绝热可逆压缩至0.75 atm（状态B），再经恒温可逆膨胀至0.5atm（状态C），最后经恒压变温至初态（状态A），试计算各过程的△U、△H、△S及循环过程的Q、W。在p-V及H-S图上画出A、B、C三个状态及各过程的示意图，标明过程方程，写出三个过程图线斜率表达式。
（已知Cp,m=34.0J?K－1?mol－1，H2O（g）可视为理想气体）
（2）已知298 K时的基础热数据如下：
??fHm/kJ?mol?1 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) －84.68 52.26 219.56 0 130.684 ?Sm/J?mol?1?K?1 229.60 反应：C2H6(g)= C2H4(g)+ H2(g)
???计算298K，100kPa下?rHm、?rSm、?rGm及此反应的K?。请问此条件
?下反应能否自发进行？设此反应的?rHm不随温度变化，计算425 K时此反应的
中国石油大学(北京)远程教育《物理化学》期末试题及答案
