最新华南师范大学光电子材料与技术研究所往年复试考题研究生材料物理与化学面试详细答案l材料物理与化学

华南师范大学光电子材料与技术研究所往年复试考题2008研究生材料物理与化学面试详细答案l材料物理与化学

1-1 设水的化学势为)1(*μ，冰的化学势为)(*S μ，在kPa 325.101及-5℃条件以下，)1(*μ是大于、小于还是等于)(*S μ？

答：在kPa 325.101及-5℃条件下，水凝固为冰的过程是可以自动进行的过程。根据化学势判据，在恒温、恒压、W‘=0的条件下，自发过程是向化学势减小的方向进行，所以)1(*μ>)(*S μ。

1-2 有两个可逆卡偌热机,在高温热源温度皆为500K\低温热源分别为300K 和250K 之间工作,若两者分别经一个循环所做的功相等.试问:

(1)两个热机的功率是否相等?

(2)两个热机自高温热源吸收的热量是否相等?向低温热源放出的热量

是否相等?

答:两个热机的工作情况如图3.2.1(a) (b)所示.

(1) 热机（a ）的效率

a η=1—Q W a =121—Q Q Q =121—T T T =K

K K 500300—500=40 % 热机(b)的效率

b η=‘1—Q W b =’‘’）（1

21Q Q Q +=121—T T T ‘=K K K 500250—500=50 % b η＞a η，表明高温热源与低温热源的温差愈大，可逆热机的效率愈

高。

（2）Q 1= －W a /a η; Q '1=Wb/b η

因W a =W b 及b η＞a η，所以Q 1＞Q '1

Q 1=Q 1（a η－1）=－0.6Q 1

Q '

2= Q '1（b η－1）=－0.5 Q '1

因Q 1 ＞Q '1 ＞0，所以在数值上1Q ＞'2Q

'1Q

a W

b W

'2Q

图1

上述推导表明，在高低温热源温度之差a T ?＜b T ?的情况下，经一个循环若对环境做功相等，则热机（a ）较（b ）需要从高温热源吸收更多的热量，同时向低温热源放出更多的热量，即消耗更多的能量，

1-3 已知樟脑（C 10H 16O ）的凝固点降低常数K f =40K·mol -1·kg 。

某一溶质相对摩尔质量为210，溶于樟脑形成质量百分数为5%的溶液，求凝固点降低多少？

解：以A 代表樟脑，以B 代表溶质

低温热源

低温热源

31095

5?=B B M b g·kg -1 31095

2105??=mol·kg -1 25063.0=mol·kg -1 K K b K T B f f 03.1025063.040=?==?

1-4 一定量的液态氨在绝热管道中通过节流阀时，由于系统的压力突然下降，液氨将迅速蒸发，温度急剧降低。试问：

（1）此过程是否仍为等焓过程？

（2）物质的量一定，dp p H dT T H dH t p )()(??+??=在题给过程中能否应用？

答：（1）达到稳定流动时，如图2所示

取截面1与2之间物质为系统，在一定时间范围内，外压p 1将体积V 1的液氨推过多孔塞，同时与液氨的物质的量相等， 体积为V 2的液氨的物质的量相等，体积为V 2的气态氨反抗外压P 2流出截面2。

液氨流入的功：W 1= —P 1（0—V 1）=P 1V 1

氨气流出的功：W 2= —P 2（V 2—0）= —P 2V 2

W= W 1+ W 2= P 1V 1—P 2V 2

因为Q=0，所以W==-=?12U U U P 1V 1—P 2V 2，因此

U 2—P 2V 2= U 1—P 1V 1

H 2=H 1，即等焓过程

（2）液态氨的节流膨胀过程为不可逆相变过程，始末态之间处于非平衡态，严格地说题给方程式不能应用于节流过程。当达到稳定流动时，可近似用题给方程进行热力学分析。

1-5 液体B 比液体A 容易挥发。 在一定温度下向纯A 液体中加入少量纯B 液体形成稀溶液。下面几种说法是否正确？

（1） 该溶液的饱和蒸气压必高于同温度下纯液体A 的饱和蒸气压；

（2） 该溶液的沸点必低于同样压力下纯液体A 的沸点；

（3） 该溶液的凝固点必低于同样压力下纯液体A 的凝固点（溶液凝固时析出纯固态A ）。

答：只有说法（3）是正确的。

当A 、B 形成理想溶液，或一般正偏差、一般负偏差的系统，甚至形成最大正偏差系统，说法（1）和（2）才是正确的。但若形成最大负偏差系统，在纯A 中加入少量纯B 后，溶液的饱和蒸气压要低于纯液体A 的饱和蒸气压，故此说法（1）不正确。

2-1 已知25℃时，纯水的电导率k=5.50?10-6S·m -1,无限稀释时H +及OH -的摩尔电导率分别为349.82?10-4及198.0?10-4S·m2·mol -1,纯水的密度ρ=997.07kg·m -3。试求离子积为若干？

解：M （H 2O ）=18.015?10-3kg·mol -1

25℃时纯水的体积摩尔浓度：

C=ρ/M=997.07kg·m -3/18.015?10-3kg·mol -1

=55.347?103mol·m -3

纯水的摩尔电导率：

Λm =k/c=5.50?10-6 S·m -1/(55.347?103mol·m -3)

=9.9373?10-11S·m2·mol -1

25℃时纯水的电离度： a=)()(22O H O H m m ∞ΛΛ=41110

0.19882.349109373.9--?+?）（=1.814?10-9 H 2O(1) = H ++ OH -

c(l-a) ac ac

水的离子积K u =K a =a(H +)a(OH -),C Θ=1mol·dm -3

a(H 2O)=1, γ±=1,c(H 2O)=55.347mol·dm -3

∴ K m ={a(c/c Θ)}2=(1.814?10-9?55.347)2=1.008?10-14

2-2 20℃将一支半径r 为4?410-m 的毛细管插入盛有汞的容器中，在毛细管内汞

面下降高度ｈ为0.136m,已知汞与毛细管的接触角θ=1400，汞的密度为13.55?103 kg?m -3，求此实验温度下汞的表面张力？

解： h=2σ（汞）COS θ/（r ρ ɡ）

接触角θ>900,所以h 取负值，则

σ汞=h r ρ ɡ/（2cosθ）

={-0.136?4?10-4?13.55?103/(2?cos1400)}N·m -1

=0.481N·m -1

2-3 在200C 下，将68.4g 蔗糖（C 12H 22O 11）溶于1kg 水中，

求：（1）此溶液的蒸气压；（2）此溶液的渗透压。

已知200C 下此溶液的密度为1.024g·cm —3,纯水的饱和蒸气压p *（H 2O ）=2.3306Pa 。

解：M （C 12H 22O 11）=342.299g·mol —1

（1）χ（H 2O ）=

99641.0299

.342/4.68015.18/1000015.18/1000=+ 溶液的蒸气压：

p （H 2O ）=p 0（H 2O ）χ（H 2O ）=2.3306?0.99641kPa

=2.3222 kPa

（2）溶液的渗透压π：

π=cRT

c=n/V V=

m ={（68.4+1000）/1.024}cm 3=1.0434?103cm 3 c=0434

.1299.3424.68?vx = mol·dm —4=0.1915mol·dm —3 =0.1915?103mol·m —3

∴π=0.1915?103?8.314?293.15Pa=467Pa

2-4 用铂电极电解CuCl 2溶液， 通过的电流为20A ， 经过15min 后， 问（1）在阴极上能析出多少质量的cu ？（2）在阳极上能析出多少体积的27℃、100kPa 下的cl 2(g)?

解：（1）在电解池的阴极上

Cu 2++2e -→Cu(s)

析出铜的质量： kg kg ZF lt Cu M m 3310927.596500260152010546.63)(--?=?????==

(2)在电解池的阳极上

2Cl -→ Cl 2(g)+2e -

析出Cl 2(g)的物质的量

N=lt/ZF=(20?15?60/2?96500)mol