2003年下册物化试题答案

物理化学(下) 试卷1

一、填空题(每空1分,共28分)

-31、在A 和B 两个串连的电解池中,分别放有物质的量浓度为1 mol·dm 的

AgNO 3水溶液和1 mol·dm -3的CuSO 4水溶液。两电解池的阴极皆为铂电极,阳

极分别为Ag(s)和Cu(s)电极。通电一定时间后,实验测出在A 电解池的铂电极

上有0.02 mol的Ag(s)析出,B 电解池的铂电极上必有( )mol 的Cu(s)析出。

∞∞-4 2-12、25℃的水溶液中Λm (KCl) = 149.86⨯10S·m ·mol , Λm (NaCl) =

∞∞-4 2-1++126.45⨯10S·m ·mol 。25℃的水溶液中 Λm (K) - Λm (Na) =

2-1( ) S·m ·mol

3、25℃时,E [Cl{a(Cl)=1}|AgCl(s)|Ag] = 0.2221 V,

E {Cl-{a (Cl-)=1}|Cl2(g,p =100kPa)|Pt = 1.358 V

由上述两电极在25℃组成电池时,该电池的阳极为( ) ,电池的表示式

为( ),电池的电动势E =( )V 。

4、在一定T 、p 下,一个小液滴滴在光滑的固体表面上,可以迅速地平铺在

固体表面上,此过程可以视为气-液界面和固-液界面取代固-气界面的过程。若已

知固体和液体的表面张力分别为σs -g 和σl -g ,固-液界面张力为σs -l ,铺展的面

积为A ,则此铺展过程的表面吉布斯函数变 ∆G (表面)= ( )

5、不论是分散在大气中的小液滴和小气泡,或者是分散在液体中的小气泡,

以及在毛细管中的凹液面和凸液面,它们所承受附加压力∆p 的方向,皆是指向

( )。

6、物理吸附的作用力是( )力;化学吸附的作用力是( )力。

7、在一定T 、p 下,将一边长为1 m的正立方体固态物质,由悬于表面积为

3 22⨯10m 的液面之上状态a ,变到有一半斜浸在液体中的状态b ,再变到只有上

表面暴露在气相中的状态c 。a 、b 、c 所对应的状态分别如附图所示。 OO--

38、在一定温度下,反应

A + B → 2D

的反应速率既可表示为-d c A / dt = k A c A c B ,也可表示为d c D /dt = k D c A c B 。速率常数k A 和k D 的关系为( )。

9、在一定的T 、V 下,反应 A(g) →B(g) + D(g),当p A,0 = 100 kPa时,反应的半衰期t 1/2=25 min ;当A(g)气体的初始压力p A,0 = 200 kPa时,反应的半衰期t 1/2=50 min。此反应的级数n =

( ) ,反应的速率常数k = ( ) 。

k 1

10、反应的机理为A B −−→D ,反应开始时只有反应物A ,经过时间t ,A 、B 及D 三种物质的量浓度分别为c A 、c B 和c D 。由此反应的速率方程 d cB /dt =( ),-d cA /dt =( )。 k -1=k 2

11、已知25 ℃时,∆f G m (HCl,g) = -92.307 kJ·mol -1。化学反应 H 2(g) +Cl2(g)−−−→2HCl(g)

在催化剂的作用下,可大大加快此反应的速率,则此反应的∆r G m (298.15K) = ( )。

12、胶体系统产生丁达尔现象的实质是( )。

13、布朗运动实质上是( )。

14、ζ电势的定义是( )。

15、溶胶的动力学性质表现为如下三种运动:( )

16、溶胶的四种电动现象为:( )。

17、溶胶的动力学性质上是不稳的,它能够相对稳定存在的三个重要原因是( )。

18、若乳化剂分子在的一端亲水,小的一端亲油,此乳化剂有利于形成( )型乳状液;反之则有利于形成( )型乳状液。

19、在一定温度下,破环憎液溶胶存在的最有效的方法是( )。当胶体粒子处于等电状态时,其电泳速率必然为( )。

二、单项选择填空题(每小题1分,共20分)

1、在一定T 、p 下,当润湿角θ( )时,液体对固体表面不能润湿;当液体对固体表面的润湿角θ( ),液体对固体表面能完全润湿。

选择填入:(a) > 90︒; (b)

2、在一定温度和大气压力下,水平液面的附加压力∆p ( );凸液面的附加压力∆p ( );凹液面的附加压力∆p ( )。

选择填入:(a) >0; (b) =0; (c)

3、在一定温度和大气压力下,微小水滴的蒸气压力( )水的饱和蒸气压;水中微小气泡内水的蒸气压力( )水的饱儿蒸气压。

选择填入:(a) >; (b)

说明:水的饱和蒸气压是指在T 、p (环)一定的条件下,与平水面成平衡的水蒸气的压力。

4、对弯曲液面所产生的附加压力∆p 一定是( )。

选择填入:(a) 大于零;(b) 等于零;(c) 小于零;(d) 不等于零

5、在一定温度和压力下,将表面活性物质加入溶剂中后,所产生的结果必然是( )。

选择填入:(a) (∂σ/∂c ) T 0,负吸附;

(c) (∂σ/∂c ) T >0,正吸附; (d) (∂σ/∂c ) T

第2页(共4页) O25οOC

6、在一定T 、p 下,任何气体在固体表面上吸附过程的焓变∆H

必然是( ),熵变∆S 必然是( )。

选择填入:(a) >0; (b)

1

7、氯化镁可以采用基本单元MgCl 2或2MgCl 2。在一定温度和

无限稀释的水溶液中,两者的极限摩尔电导率存在下列关系:

1

2∞Λm (2MgCl 2) ( )Λm (MgCl2)

选择填入:(a) >; (b) =; (c)

8、在25℃时,b (CaCl2) = 0.10 mol·kg -1的水溶液,其正、负离∞

子的平均活度系数γ±=0.518,则正、负离子的平均活度

=( ) 。

选择填入:(a) 0.0518; (b) 8.223⨯10-2; (c) 0.1036; (d)

8.223⨯10-3

9、在25℃时,若要使电池 Pt|H2(g, p 1)| HCl水溶液| H2(g, p 2) Pt

的电动势E 为正值,则必须使( )。

选择填入:(a) p 1=p 2; (b) p 1>p 2; (c) p 1

任意取值

10、已知25℃时电极反应

(1) Fe2+ + 2e-

(2) Fe3+ + e-

3+-(3) Fe + 3e O3+a ±Fe(s)的标准电极电势E 1= -0.439V Fe 2+的标准电极电势E 2= 0.770V Fe(s)所对应电极的标准电极电势 OOE 3{Fe |Fe(s)}=( ) 。

选择填入:(a) 0.331 V;(b) -0.036V ; (c) -0.331V ; (d)

0.036V

11、在指定条件下,任一基元反应的反应分子数与反应级数之

间的关系是( )。

选择填入:(a )反应级数等于反应分子数;(b )反应级数小于

反应分子数;(c )反应级数大于反应分子数;(d )反应级数等于或

小于反应分子数

12、基元反应的分子数是个微观的概念,其值( )。

选择填入:(a )可为0、1、2、3;(b )只能是1、2、3这三个

正整数;(c )也可是小于1的数值;(d )可正,可负,可为零

13、25℃时,气相反应 2A(g) → C(g) + D(g),反应前A(g)的

物质的量浓度为c A,0,速率常数为k A ,此反应进行完全(即c A = 0)

所需的时间是有限的,用符号t ∞示之,而且t ∞ = c A,0/ kA ,则此反应

必为( )。

选择填入:(a )零级反应;(b )一级反应;(c )二级反应;(d )

0.5级反应

(1)

14、 在一定T 、V 下,反应机理为 A(g) + B(g)(2) D(g),此反

应的∆r U m = 60.0 kJ·mol ,则上述正向反应的活化能E 1( )。

-1选择填入:(a )一定是大于60.0 kJ·mol ;(b )一定是等于60.0 kJ·mol -1; (c )一定是大于-60.0 kJ·mol -1;(d) 即可以大于也可以小于60.0 kJ·mol -1

15、两个H·与M 粒子同时相碰撞,发生下列反应 H·+H·+M → H2

(g) + M -1=

因此反应的活化能E a ( )。

选择填入:(a )> 0;(b )=0;(c )

(a )胶体粒子是电中性的;(b )分散介质是电中性的;

(c )胶体系统的分散介质也是带电的;(d )胶体粒子是带是的

18、若分散相固体微小粒子的表面上吸附负离子,则胶体粒子的ζ电势( )。 选择填入:(a )大于零;(b )等于零;(c )小于零;(d )大小无法确定

19、在一定温度下,在4个装有相同体积的As 2S 3溶胶的度管中,分别加入c 和V 相同的下列不同的电解质溶液,能够使As 2S 3溶胶最快发生聚沉的是( )。

选择填入:(a )KCl ;(b )NaCl ;(c )ZnCl 2;(d )AlCl 3

20、在一定温度下,在4个装有相同体积的As 2S 3溶胶的试管中,分别加入c 和V 相同的下列不同的电解质溶液,能使As 2S 3溶胶最快发生聚沉的是( )

选择填入:(a )NaCl ;(b )NaNO 3;(c )Na 3[Fe(cn)6];(d )Na 2CO 3

三、计算题:

O1.已知在25℃时,标准电极电势E O(Ag+|Ag) = E 1=0.7994V, E O{Br-|AgBr(s)|Ag}

=E 2=0.0711V。试求25℃时,AgBr(s)在纯水中的溶度积K sp 为若干?(15分)

2.25℃用铂电极电解物质的量浓度为1mol·dm -3的H 2SO 4溶液。

(1)计算理论分解电压;

(2)若两电极面积均为1cm 2,电解液电阻为100 Ω, H2(g)和O 2(g)的超电荷η与电流密度J 的关系分别为:

η{H2(g)}/V = 0.472 + 0.118 lg(J / A·cm -2) ;η{O2(g)}/V = 1.062 + 0.118 lg(J / A·cm -2) 问当通过的电流为1 mA时,外加电压为若干?(15分)

3.在T =350K,体积恒定的一级反应 2A(g) →P(表示产物) ,反应进行10min 时,A(g)反应掉30%。试求题给反应的速率常数k A 及反应掉50%所需的时间各为若干?(7分)

四、恒温、恒容气相反应2NO+O2→2NO 2的机理为

k 1O

2NO =

k 2N 2O 2

k 3(快速平衡) N 2O 2 + O2−−→2NO 2(慢)

上述三个基元反应的活化能分别为80、200、80kJ·mol -1,试求题给反应的动力学微分方程式-d c (O2)/dt = ? 反应的级数n =? 反应系统的温度升高时反应速率将如何变化?

(15分)

物理化学(下)试题1答案及评分标准

一、填空题(每空1分,共28分)

1(0.01);2(23.41⨯10-4); 3(阳极为 AgCl 电极),( Ag|AgCl(s)|Cl{a (Cl-)=1}|Cl2(g), p =100kPa)|Pt),(E =E O=(1.358-0.2221)V=1.1359V);4(小液滴的表面与A 相比比较完全可以忽略不计,故 ∆G (表面)=A (σg -l + σg -l -σs -g )。);5(弯曲液面曲率半径的中心);6(分子间的吸引力,即范德华力),(化学键力);7. 因正方形平面的对角线之长为2m ,所以在ab 过程中液体表面减少2m 2,固体表面减少3m 2,固体表面减少3m 2,固-液界面增加3m 2;bc 过程2m 2的固-液界面取代2m 2的固体表面,气-液面增加(2-1)m 2。 ∴ ∆G 1(表面)= (3σs -l -3σs -g -2σg -l )m ,∆G 2(表面)= {2σs -l +(2-1) σg -l -2σs -g }m 状态函数的增量只取决于始末状态,所以∆G (表面)= ∆G (表面)+∆G (表面)=(5σs -l -5σs -g 3122 -1-12 -σg -l )m 各式中σ的单位为N ·m ,∆G 的单位为N·m ·m = N·m = J

8(k D = 2k A );9(由题给数据可知,在一定T 、V 下,反应的半衰期与反应物的初始压力(或

-1浓度)成正比,此反应必为零级反应,故n = 0,k = p A,0 / 2t 1/2 = 100kPa /2⨯25s = 2.0 kPa·s );

10(d c B / d t = k 1c A - k -1c B - k 2c B ),( - d c A / d t = k 1c A - k -1c B );11(∆r G m (298.15K) = 2∆f G m (HCl, g, 298.15K) = -184.614 kJ·mol -1);12(光的散射);13(胶体粒子的热运动);14(当分散相与分散介质发生相对移动时,滑动面所包围的带电体与溶液本体(又称体相)之间的电势差);15(布朗运动;扩散;沉降与沉降电势);16(电泳;电渗;流动电势和沉降电势);17(胶体粒子带电;溶剂化作用;布良运动);18(O/W),(W/O);19(入电解质),(电泳速率必然为零)。

二、单项选择填空题(每小题1分,共20分)

1(a, >90︒),(c, 趋近于零);2(b, =0)(a, >0), (c, ), (b, p 2);10(b , -0.036V );11(a ,反应级数等于反应分子数);12(b ,只能是1、2、3这三个正整数);13

-1(a ,零级反应);14(a, E 1一定是大于60.0kJ·mol );15(b ,=0);16(a ,大于);17(c ,

胶体系统的分散介质也是带电的);18(c ,小于零);19(d ,AlCl 3);20(c ,Na 3[Fe(cn)6] )。

三、计算题:

1.(15分)解:在25℃时,电极反应(1):Ag + + e-Ag(s), z =1

此电极反应的∆r G m,1O= -zFE 。

OO1在一定温度下,所有还原电极反应的标准摩尔吉布斯函数变∆r G m 与其标准电极电势之

间的关系皆可用上式表示。

电极反应(2):AgBr(s) +eAg(s) + Br 此电极反应的

由反应(2)- 反应(1)可得可反应(3): AgBr(s) Ag(s) + Br-

∆r G m,3O--∆r G m,1O= -zF E 1OO,z = 1。 O所以反应(3)的标准摩尔吉布斯函数变:= -= -zF (E 2-E 1)

--OO-3a (AgBr,s) = 1,γ± = 1,a (Ag) = a (Br) = c /c , c = 1mol·dm ,AgBr(s)溶解在水中的那一部分,

可以认为是全部电离,上式中的c 则为AgBr 在水中的溶解度, 所以

K SP =K a = a (Ag) a (Br) = (c /c ) ;∆r G m,3= - RT ln K SP = -zF (E 2-E 1) --O2OO∆r G m,2O∆r G m,1OOO

zF (E 2-E 1) OOzF [{E {Br O--|AgBr(s)|Ag}-E

RT O(Ag +|Ag)]ln K SP =RT =

96485(0. 0711-0. 7994)

8. 314⨯298. 15 =; ∴ K SPsp = 4.881 ⨯ 10

说明:在上述计算中若采用F = 96500C·mol -1,则得K sp = 4.881 ⨯ 10-13。由上述推算结

O-O+|A ) g }= E (Ag |Ag) +(RT /F )ln K 果可知 E {Br |A g B r (s sp =-28. 3482-13

O+若已知在一定温度下的E (Ag |Ag) 及AgBr 的K sp ,即可由上式计算

E {Br O-|AgBr(s)|Ag}。

-3 2.(15分)解:(1)用Pt 电极电解物质的量浓度c = 1mol·dm 的H 2SO 4溶液的电解反

应为:

H 2O(l)H 2(g, p ) + 0.5O2(g, p )

电解产物H 2(g)及O 2(g)分别吸附在两个Pt 电极上而形成相应的原电池,可表示为:

-3Pt | H2(p ) | H2SO4 (c = 1mol·dm ) | O2(p ) | Pt

上述原电池的电动势即为电解H 2SO 4溶液的理论分解电压。假设p = p (环) = 101.325kPa,T =298.15K,a (H2O) ≈1,则

RT ln E O=E O{H+, H2O(l) | O2(g) | Pt} = 1.229 V (p /p ) O1. 5

a (H 2O ) = 1. 229V 2⨯96485 E (理) = E O+ zF

-4 = 1.229V + 2.536⨯10V = 1.2293V

(2)电流密度J = I /A = 1mA/lcm2 = 1⨯10-3A/cm2,在Pt 电极上析出H 2(g)及O 2(g)的超电势分别为: +8. 314⨯298. 15V ⨯ln(1.01325) 1.5

-2-3η-(H 2) =0.472V + 0.118V⨯lg(J /A·cm ) = 0.472V + 0.118V⨯lg(1⨯10) = 0.118V

η+(O 2) =1.062V + 0.118V⨯lg(J /A·cm -2) = 1.062V + 0.118V⨯lg(1⨯10-3) = 0.708V 由于电解溶液的电阻而产生的电势差:

IR = (1⨯10-3⨯100)V = 0.10V

电解池的外加电压(又称槽电压):

E (外)=E (理)+IR + η+ + η- = 1.2293V + 0.10V + 0.118V + 0.708V = 2.1533V

3.(7分)解: 2A(g) → P

t =0 1 0

t =10min 1-0.3

k A =(1/t ) ln{1/(1-0. 3)}=(1/10min) ln(1/0. 7) =0. 03567min -1

A(g) 反应掉50%所需的时间,即反应半衰期

t 1/2=ln 2/k =(ln2) /0. 03567min -1 =19. 43min

22四、(15分)解:当反应达到稳定状态时,c (N 2O 2) /c (NO ) =k 1/k 2,所以

c (N 2O 2) =(k 1/k 2) c (NO ) 2

d t 由上式可知,题给反应的级数n = 1+2=3,即三级反应。

上式中k =k 1k 3/k 2,取对数后再对T 微分可得:

d ln(k /[k ])-d c (O 2) =k 3c (O 2) c (N 2O 2) =(k 1k 3/k 2) c (O 2) c (NO ) =kc (O 2) c (NO ) 2

d T =

=d ln(k 1/[k ])d T E a

2++d ln(k 3/[k ])d T E 3RT 2-=d ln(k 2/[k ])d T RT 2 RT

题给反应的表现活化能

+E 1RT 2-E 2RT 2E 1+E 3-E 2E a =E 1+E 3-E 2=(80+80-200) kJ ·mol -1 = -40 kJ·mol -1

d ln(k /[k ])

d T 所以当升高反应的温度时,反应速率必然下降。

RT =E a 2


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