852A 华南理工大学 2016年攻读硕士学位研究生入学考试试卷 （试卷上做答无效，请在答题纸上做答，试后本卷必须与答题纸一同交回） 科目名称：物理化学 (二 ) 适用专业： 材料物理与化学；化学工程；化学工艺；生物化工；应用化学；工业催化；能源化学工程； 绿色能源化学与技术 ；生物医学工程；化学工程 (专业学位 )；生物医学工程 (专业学位 ) 共 4 页 第 1 页 1. 1 mol 理想气体由 398K、 10p 分别经（ 1）恒温可逆膨胀；（ 2）反抗 p外压绝热膨胀；过程的终压均为 p。分别计算两过程的 Q、 W、U和 H。已知 该 理想气体的恒压摩尔热容为 28.30 J.K-1.mol-1。（ 15分） 2. 80.1的恒温槽中有一带活塞的导热圆筒，筒中 装有 3 mol N2(g) 及盛有 3 mol 苯 (l)的 小玻璃瓶。环境的压力即系统的压力维持 140 kPa 不变。今将小玻璃瓶打碎，液态苯蒸发至平衡态。求过程的 Q、 W、 U、H、 S、 A和 G。已知苯在 80.1 时 的饱和蒸汽压为 101.325 kPa，在此条件下苯的摩尔蒸发焓为 34.27 kJ.mol-1, 氮气和苯蒸汽可视为理想气体。（ 15分） 3. 用手轻轻触碰含羞草，含羞草的叶子会自动闭合，请问这个过程是自发过程吗？自发过程有什么共同特征？（ 8分） 4. 在 常压和 30时，向总量为 1mol、 xB为 0.6的 A和 B混合物中加入 1.4mol 的纯液体 B，试求过程的 mixV、 mixH、 mixS 和 mixG。假设 A和 B可形成理想液体混合物。（ 15分） 5. 简述反渗透原理及其主要应用。（ 8分） 第 2 页 6. 对于反 应 CH3OH(g) = CO(g) + 2H2(g)，已知 298K时 数据如下： 物质 fHm/kJ.mol-1 Sm/ J. K-1.mol-1 Cp,m/J. K-1.mol-1 CO(g) 110.53 197.67 29.14 H2(g) 130.68 28.82 CH3OH(g) 200.66 239.81 43.89 试求：（ 1） 298K时反应的 rHm、 rSm和 rGm。 （ 2） 298K 时反应的标准平衡常数 K。 （ 3）定性说明增加总压、加入惰性组分、升 温对转化率的影响。（ 15分） 7. 下图为盐 (MX)和它的水合物的相图。 （ 1）标出相区 1至 5的相态。 （ 2）欲由组成为 A的混合物制取纯 MX.2H2O，最佳的操作步骤是什么？在图上标出并作简要说明。 （ 3） SR 线能否延长至 QP 线相交？为什么？若是完整相图，这部分是否有缺漏？若有，请补充完善。 （ 4） P 点的温度一般高于 100，请在相图中补充盐水系统的气 -液平衡线。（ 15分） 第 3 页 8. 有 一 对行反应 A(g) 12kk B(g) + C(g) 其中正向和 逆向基元反应的速率常数分别为 k1和 k2，它们在不同温度时的数值如下： 温度 / K 300 310 k1 /s-1 3.5010-3 7.0010-3 k2/(s.p)-1 8.0010-7 1.6010-6 （ 1）计算上述对行反应在 300K时的平衡常数和标准平衡常数。 （ 2）分别计算正向和逆向反应的活化能。 （ 3）计算对行反应的摩尔热力学能变。 （ 4） 300K时，若反应容器中开始时只有反应物 A，其初始压力为 p，问系统总压为 1.6 p时所需的时间为多少？（ 15分） 9. 酶（ E）催化反应的机理为 E+S 11kkES 2k E+P 其中 S、 P、 ES 分别为反应物、产物和中间物。中间物 ES 的浓度可用稳态近似法处理，试证明酶催化反应的动力学方程为 = dP/dt =maxS/(Km+S) max =k2E0, Km=(k2+k-1)/k1, E0为酶的初浓度。 （ 7分） 10. 正丁烷在 298.15K、 100kPa时完全氧化反应为 C4H10(g) + (13/2) O2(g) = 4 CO2(g) + 5 H2O(g) 的 rHm= -2877 kJ.mol-1， rSm= -423.7 J. K-1.mol-1，将此反应设计成燃料电池 。 （ 1）使用熔融氧化物 作电解质设计成电池，写出电极反应并计算电第 4 页 池的标准电动势。 （ 2）计算 298.15K时最大的电功。 （ 3）计算 298.15K时最大的总功。（ 15分） 11. 何 谓电池的输出电压和电池电动势？测定电池的电动势通常采用何种方法？（ 7分） 12. 298.15K时质量 分数 为 3.5%的海水的表面张力为 30.99 mN.m-1。假设海水中的盐均为氯化钠，其分子量为 58.5 g.mol-1，水的摩尔质量为18.02 g.mol-1，纯水的饱和蒸汽压为 3.17 kPa。假设海水为理想溶液，水的偏摩尔体积为 18.0 cm3.mol-1。 （ 1）计算平衡条件下海平面上 海水 的饱和蒸汽压。 （ 2）海平面上的巨浪碰撞后产生大量的小液滴。假设所有液滴的直径都是 10-8 m，计算与小 液滴平衡的饱和蒸汽压。 （ 15分 ）