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材料热力学讲义

2023-07-16 来源:年旅网
第三章

一.选择题:

1.在25℃时,纯液体A的pA=5×10Pa,纯液体B的pB=6×10Pa。假设两液体能形成理想液态混合物,当达到气液平衡时,液相中组成xA=0.4,在气相中B的摩尔分数yB则为( )。 (A)0.64 (B) 0.25 (C) 0.50 (D) 0.40 2.25℃时,H2(g)和O2(g)在水中的亨利常数为:kx,H==7.12×10Pa,

9

*

4

*

4

kx,O==4.40×109Pa,在相同的温度、压力下,它们在水中溶解度( )。

(A) xH2>xO2 (B) xH2(C)kx,B与溶剂、溶质性质有关,且与温度有关。 (D)kx,B与溶剂、溶质性质有关,而与温度无关。

4. 偏摩尔量集合公式X=

∑n

B

B

XB适用条件是:( )

(A)恒温、恒容过程 (B)恒温过程

(C)恒压过程 (D)恒温、恒压过程 5. 下列式子中,能称为偏摩尔量的是( )。 (A)⎜⎜

⎛∂V

⎝∂nB⎛∂G⎝∂nB

⎞⎛∂H⎟⎜ (B)⎟⎜∂n⎠T,p,nC'≠nB⎝B⎞

⎟ ⎟

⎠T,V,nC'≠nB⎞⎟ ⎟

⎠T,H,nC'≠nB⎞⎟ ⎟

⎠T,p,nC'≠nB⎞⎟ ⎟

⎠T,p,nC'≠nB

(C)⎜⎜

⎞⎛∂S

⎟⎜ (D)⎟⎜∂n⎠p,V,nC'≠nB⎝B⎞⎛∂G⎟⎜ (B)⎟⎜∂n⎠S,p,nC'≠nB⎝B

6.下列式子中,哪一个不具有化学势的含义?( ) (A)⎜⎜

⎛∂H⎝∂nB

(C)⎜⎜

⎛∂F

⎝∂nB

⎞⎛∂U⎟⎜ (D)⎟⎜∂n⎠T,V,nC'≠nB⎝B

7.在298K、标准压力po=100kPa下,在纯水中加入少量乙醇构成稀溶液,水的摩尔分数。 xH2O=0.98,此时溶液中和纯水中水的化学势之差μH2O−μDH2O为( )(A)-50.06J•mol-1 (B)50.06 J•mol-1

(C)-9692.3 J•mol-1 (D)9692.3 J•mol-1

8.实际气体的化学势表示式为:μB=0DμB+RTIn(fB/pD),其标准态化学势μB与( )

有关。

(A)逸度 (B)温度 (C)压力 (D)温度、压力 9.关于沸点升高常数Kb的讨论,下列哪一条是正确的?( ) (A)Kb的数值与溶剂、溶质性质有关。

(B)Kb的数值与溶质性质有关,与溶剂性质无关。 (C)Kb的数值只与溶剂性质有关,与溶质性质无关。 (D)Kb的数值与溶剂、溶质性质有关,且与温度有关。

10.在101.325kPa下,往纯水中加入少量NaCl,与纯水比较,此稀溶液沸点( )。 (A)降低 (B)升高 (C)不变

11.温度一定时,在相同外压下,稀溶液中溶剂A的化学势μA( )纯溶剂化学势μA,这就是产生渗透的原因。

(A)大于 (B)小于 (C)等于

12.稀溶液四个依数性当中,最灵敏性质的是( )。 (A)沸点升高 (B)蒸气压降低 (C)凝固点降低 (D)渗透压

13.A和B形成的非理想溶液,在T K时测得其总蒸气压为29398Pa,在气相中B的摩尔分数

。(以纯物yB=0.82,而该温度时纯A的蒸气压为29571Pa,那么在溶液中A的活度aA为( )

质标准压力下为标准态)

(A)0.813 (B)0.815 (C)0.179 (D)0.994

二.填空题

1.在一定温度压力下,由等物质的量A(1)和B(1)构成理想液态混合物,已知pA*:pB*=1:2,则气相中A(g)、B(g)的摩尔分数之比yA:yB为 。 2.对于理想稀溶液来说, 遵循拉乌尔定律,而 遵循亨利定律。

3.某气体溶解于水中构成稀溶液,能遵循亨利定律,已知该气体在1×105Pa下有0.02mol可溶解于1kg水中,当压力增大1倍时,在相同温度下,则有 该气体可溶于1kg水中。

4.少量HCl(g)气体溶于水构成稀溶液,溶质不遵循亨利定律,其原因主要是 。

5.根据偏摩尔量的定义,偏摩尔熵可表示为 。

6.化学势作为过程自发方向和限度的判据,其适用条件是 。

*

7.A物质能分布于α相和β相之中,在温度压力恒定下,当μA>

αβ时,则A物质可以自μA

发地从 相转移到 相之中,直至两相化学

势相等时,即处于平衡状态。

8.恒温、恒压下,理想液体混合过程ΔmixGm ,说明该混合过程是 过程。

三.计算题:

1.在298K,101325Pa下,甲醇的摩尔分数为0.3的水溶液中,水和甲醇的偏摩尔体积分别

为V(H2O)=17.765cm3·mol-1,V(CH3OH)=38.63217.765cm3·mol-1。已知298K时甲醇的摩尔体积Vm=40.722 cm3·mol-1,水的摩尔体积Vm=18.068cm3·mol-1,试问配制上述水溶液1000 cm3,

(1)需要纯水和纯甲醇的体积各为多少? (2)混合过程体积改变了多少?

2.在298K,101325Pa下,1molA和1molB混合形成理想液态混合物,试求混合过程的 ΔmixVm、ΔmixUm、ΔmixHm、ΔmixSm、ΔmixGm。

四.简答题 1.有人说:“若A和B能构成理想液态混合物,在一定温度下,与液相成平衡的蒸气总压p

”这种说法是否正确? 与液相组成xA一定是线性关系。

2.温度、压力是否有偏摩尔量?

3.在T、p恒定下,1mol纯水和1mol纯乙醇构成真实液态混合物,那么水和乙醇的偏摩尔

体积有何关系?

4.对于实际溶液系统,能否把溶质的偏摩尔体积简单地看成溶质在溶液中所占的体积? 5.在一定T,p下,纯A(l)中加入少量B(l),构成稀溶液后,A(l)的化学势是降低还是升高? 6.在一定压力下,0.01molNaCl(s)和0.01molKCl(s)分别溶于1kg纯水中,两种稀溶液凝固

点是否相同?

第五章

一.选择题:

1.对于多组分多相系统达到热力学平衡的条件下,下列描述中哪一种是不正确的?( ) (A) 应是热平衡、力平衡、相平衡、和化学平衡。

(B) 应为T1=T2=T3=···=T,p1=p2=p3=···=p,且μB=

1

23

μB=μB=⋅⋅⋅

(C) 必须在恒定温度与恒定压力下,且同一物质在各相中的化学势相等。

(D) 必须在恒温恒压下且不作非体积功。

2.高温下CaCO3(s)分解为CaO(s)及CO2(g)并达到平衡,其组分数K为( )。 (A)1 (B) 2 (C)3 (D)4

3.在常温下常压且无催化剂存在时,N2和H2之间的反应可以忽略。若在一容器中任意充入

。 N2、H2和NH3三种气体,则该系统中组分数K为( )

(A)1 (B) 2 (C)3 (D)4

4.将氮和氢以N2:H2=1:3的比例通入在较高温度的抽空容器中,使其建立起

。 N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的平衡,则系统的组分数K为( )

(A)1 (B) 2 (C)3 (D)4

5.固体Fe、FeO、Fe3O4与气体CO、CO2达到平衡时其组分数K和自由度数F分别为( )。

(A)K=2,F=0 (B) K=1,F=0 (C) K=4,F=2 (D) K=3,F=1 6.在温度为T时,某双组分液体A和B的蒸气压分别为p和5p,A和B形成理想液体混合物,并在温度为T,压力为2p时沸腾,那么在平衡蒸气相中的摩尔分数为( )。 (A)0.25 (B)0.4 (C)0.5 (D)0.625

7.在370K时,液体A的蒸气压为60kPa,液体B的蒸气压为40kPa,二者组成理想液体混合物,平衡时在液相中A的摩尔分数为0.4,在气相中B的摩尔分数为( )。 (A)0.30 (B)0.40 (C)0.50 (D)0.60

8.300K时,纯水的蒸气压为3.565kPa,某溶液中水的摩尔分数xA=0.8,与此溶液成平衡的气相中,水的分压为3kPa,水对Raoult定律是( )。

(A)正偏差 (B) 负偏差 (C) 无偏差 (D)不确定

二.填空题:

1.三组分系统可能同是存在的最多相数为 ,最多的自由度数为 。 2.开动空调机后会产生水滴的原因是 。

三.计算题:

1.对MnO-FeO二组分系统,已知MnO、Fe2O的熔点分别为1785℃和1370℃;在1430℃时,Fe2O的质量分数分别为40%和70%的两固溶体间发生转溶变化,与其平衡的液相组成为ω(Fe2O)=85%;在1200℃,两个固溶体的组成为36%Fe2O和74%Fe2O。 (1)试绘制出该系统的相图。

(2)指出各区域和三相线对应的相态和自由度。

(3)当一ω(Fe2O)为74%二组分系统,由1650℃缓慢冷却至1100℃时,作出冷却曲线,简

述其相态的变化。

3.实验得到镁-硅系统冷却曲线的结果如下:

0 3 20 37 45 57 70 85 100 Si的质量分数

1273 - 1343 - 1423 1563 - 曲线开始出现折点- -

时的温度T/K

曲线变成平台时的924 911 911 1375 1223 1223 1223 1223 1693 温度T/K

(1)画出此系统的相图,确定镁-硅之间形成的化合物的化学式,并分析相图。已知镁和

硅的摩尔质量分别为24.3g,28.1g。

(2)将含有90%(质量分数)硅的溶液5kg冷却到1512K时,可得到纯硅多少?溶液的组

成如何?

四.简答题:

1.水在冰点时的三相平衡与水在三相点时的三相平衡有什么不同?

2.水的三相点温度为0.01℃,而水的冰点为0℃,这两个温度是由水的性质确定的,是不

能随意改变的,这种说法对吗?请说明理由。

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