1、考研物理化学（相平衡）模拟试卷 2 及答案解析(总分：64.00，做题时间：90 分钟)一、填空题(总题数：9，分数：18.00)1.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_2.在抽空的容器中放入 NH 4 HCO 3 (s)，发生反应 NH 4 HCO 3 (s)=NH 3 (g)+CO 2 (g)+H 2 O(g)且达到平衡，则这个系统的组分数(独立)=_；自由度数=_。（分数：2.00）_3.将 CaCO 3 (s)，CaO(s)和 CO 2 (g)以任意比例混合，放入一密闭容器中，一定温度下建立化学平衡，则系统的组分数 C=_；相数 P=_；自由度数 F=
2、_。（分数：2.00）_4.Na 2 CO 3 (s)与 H 2 O(l)可生成 Na 2 CO 3 .H 2 O(s)，Na 2 CO 3 .7H 2 O(s)，Na 2 CO 3 .10H 2 O(s)，则 30时，与 Na 2 CO 3 水溶液、冰平衡共存的水合物最多有_种。（分数：2.00）_5.理想液态混合物定温 p 一 x B (y B )相图最显著的特征是液相线为_。（分数：2.00）_6.图 67 为二组分具有最高沸点的相图，若有组成为 x 0 的溶液经过精馏，则在塔顶得到_，塔底得到_。 （分数：2.00）_7.图 68 是水的相图。 （分数：2.00）_8.已知水的平均气化
3、热为 4067 kJ.mol 1 ，若压力锅允许的最高温度为 423 K，此时压力锅内的压力为_kPa。（分数：2.00）_9.在图 610 所示的 CaF 2 一 CaCl 2 的凝聚物系相陶中，当物系的组成处于 B 点之右时，其步冷曲线都具有相似的形式。步冷曲线的水平部分所代表的共存相是：_、_、_。 （分数：2.00）_二、单项选择题(总题数：8，分数：16.00)10.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_11.在室温和标准压力且无催化剂存在时，氮气和氢气可视为不起反应。今在一容器中充入任意量的 N 2 (g)、H 2 (g)和 NH 3 (g)三种
4、气体，则该体系中物种数 S 和组分数 C 将是( )（分数：2.00）A.S=3，C=1B.S=3，C=2C.S=3C=3D.S=2，C=312.如图 611 所示，体系处于容器内，容器中间的半透膜 AB 只允 O 2 (g)通过，当体系建立平衡时，体系中存在的相为( ) （分数：2.00）A.气相 1，固相 1B.气相 1，固相 2C.气相 1，固相 3D.气相 2，固相 213.区别单相体系和多相体系的主要根据是( )（分数：2.00）A.化学性质是否相同B.物理性质是否相同C.物理组成是否相同D.物理性质和化学性质是否都相同14.如图 612，二元凝聚物系的相图中，在相区中平衡共存的相是
5、( ) （分数：2.00）A.液相和纯物质 AB.液相和纯物质 BC.液相与低共熔混合物D.一对互为共轭的液态溶液15.由 H 2 O 和 CuSO 4 组成的凝聚物系(如图 6 一 14 所示)，当组成为 x 的 CuSO 4 水溶液 250 g 冷却到25时，物系为 A，此时呈平衡的两个相点分别为 B 和 C 点，其中 B 是 CuSO 4 .H 2 O 晶体，C 是与之共存的饱和溶液 x 0 .已知 CA：AB=1：4，则析出的 CuSO 4 .H 2 O 晶体的重量为( ) （分数：2.00）A.200 gB.625 gC.50 gD.150 g16.物质 A 与 B 可形成低共沸混合
6、物 E，已知纯 A 的沸点小于纯 B 的沸点，若将任意比例的 A 和 B 混合在一个精馏塔中精馏，则塔顶的馏出物是( )（分数：2.00）A.纯 AB.纯 BC.低共沸混合物D.都有可能17.80时纯苯的蒸气压为 0991p ，纯甲苯的蒸气压为 0382p ，若有苯一甲苯气、液平衡混合物，在 80时气相中苯的摩尔分数为 y 苯 =030，则液相组成 x 苯 接近于( )（分数：2.00）A.085B.065C.035D.014三、计算题(总题数：6，分数：30.00)CaCO 3 (s)在高温下分解为 CaO(s)和 CO 2 (g)。（分数：4.00）(1).若在定压的 CO 2 气体中将
7、CaCO 3 (s)加热，实验证明加热过程中，在一定温度范围内 CaCO 3 不会分解；（分数：2.00）_(2).若保持 CO 2 压力恒定，实验证明只有一个温度能使 CaCO 3 和 CaO 混合物不发生变化。根据相律解释上述事实。（分数：2.00）_18.液态 As 的蒸气压与温度的关系为 ，固态 As 的蒸气压与温度的关系为 （分数：2.00）_19.硝基苯(C 6 H 5 NO 2 )与水是互不相溶体系，在压力为 10110 5 Pa 时，沸点为 99，此时水蒸气压力为 97410 4 Pa，试求 100 g 馏出物中含硝基苯多少克?(水和硝基苯的摩尔质量分别为 18gmol和 12
8、3gmol)（分数：2.00）_表 6 一 1 给出金属、熔体冷却曲线的转折温度和平台温度。 （分数：4.00）(1).请据此画出相图，标出各区之相态(各组分同态彼此完全不互溶)；（分数：2.00）_(2).x A =08 的熔融液 1 mol，从 950冷却至 800，理论上可得到纯 A 多少?（分数：2.00）_组分 A 的正常熔点为 6，B 为 65。两种纯同态物不互溶。低共熔点 E 为一 1，低共熔物中含 B 为02(摩尔分数)。A 和 B 可以形成不稳定化合物 AB 2 ，它在 30时分解。（分数：8.00）(1).据以上数据画出 AB 双组分 T 一 x 相图；（分数：2.00）_
9、(2).标出各相区组成；（分数：2.00）_(3).二组分体系的低共熔点 E 自由度数为多少?在低共熔点 E 所处的水平线上(恒温线)能否用杠杆规则?（分数：2.00）_(4).说明含 B 摩尔分数为 08 的不饱和溶液在冷却过程中的相变情况。（分数：2.00）_图 617 为二元物系 A、B 在 100 kPa 下的沸点一组成图。 （分数：10.00）(1).指出各区的相态；（分数：2.00）_(2).有 4 mol 的 A(l)与 1 mol 的 B(l)的混合物在 100 kPa T，80达平衡时，平衡体系中，有几个相?各相的组成(J 以 B 的摩尔分数来表示)分别为多少?液相物质的量为
10、多少摩尔?（分数：2.00）_(3).求 80时，A 的饱和蒸气压 p A * 和 B 的亨利常数 k B，x ；（分数：2.00）_(4).求 A(l)的汽化热 vap H m (A)(假设汽化热不随温度变化，蒸气可视为理想气体化合物)；（分数：2.00）_(5).用相律说明二组分气液平衡相图中恒沸点混合物是混合物而不是化合物。（分数：2.00）_考研物理化学（相平衡）模拟试卷 2 答案解析(总分：64.00，做题时间：90 分钟)一、填空题(总题数：9，分数：18.00)1.填空题请完成下列各题，在各题的空处填入恰当的答案。（分数：2.00）_解析：2.在抽空的容器中放入 NH 4 HCO
11、 3 (s)，发生反应 NH 4 HCO 3 (s)=NH 3 (g)+CO 2 (g)+H 2 O(g)且达到平衡，则这个系统的组分数(独立)=_；自由度数=_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：2，2)解析：解析：该平衡系统物种数 S=4；有一个独立的化学反应，R=1；有一个独立限制条件(三种气体的物质的量相等)，R=1；有一个固相，一个气相，P=2。由相律可知 F=CP+2=(S 一 R 一 R)一 P+2=(411)一 2+2=23.将 CaCO 3 (s)，CaO(s)和 CO 2 (g)以任意比例混合，放入一密闭容器中，一定温度下建立化学平衡，则系统的组分数 C=_；相数
12、P=_；自由度数 F=_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：2，3，0)解析：解析：该平衡系统物种数 S=3；有一个独立的化学反应，R=1；C=SRR=31=2；有 2 个固相，一个气相，P=3。在一定温度下，由相律可知 F=C 一 P+1=(S 一 R 一 R)一 P+1=(310)一 3+1=04.Na 2 CO 3 (s)与 H 2 O(l)可生成 Na 2 CO 3 .H 2 O(s)，Na 2 CO 3 .7H 2 O(s)，Na 2 CO 3 .10H 2 O(s)，则 30时，与 Na 2 CO 3 水溶液、冰平衡共存的水合物最多有_种。（分数：2.00）_正确答案：(正
13、确答案：1)解析：解析：该平衡系统物种数 S=5，即 Na 2 CO 3 (s)，H 2 O(l)，Na 2 CO 3 .H 2 O(s)，Na 2 CO 3 .7H 2 O(S)，Na 2 CO 3 .10H 2 O(S)；有三个独立的水合物生成反应，R=3；无独立限制条件，R=0。在30时 F=CP+1=(SR 一 R)一 P+1=(530)一 P+1=3 一 P 即在标准压力下该体系最多可有三相，Na 2 CO 3 水溶液、冰已有两相，故最多另有一固相，即一种水合物。5.理想液态混合物定温 p 一 x B (y B )相图最显著的特征是液相线为_。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案
14、：直线)解析：解析：如图 623 所示。6.图 67 为二组分具有最高沸点的相图，若有组成为 x 0 的溶液经过精馏，则在塔顶得到_，塔底得到_。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：纯 B，恒沸混合物)解析：解析：具有最高恒沸点或最低恒沸点的二组分系统相图可以看成是以恒沸混合物为分界的左右两个相图的组合。由于恒沸混合物沸腾时气相组成与液相组成相同，部分气化或部分液化均不能改变混合物的组成，故在指定压力下具有恒沸点的二组分液态混合物经过精馏后只能得到一个纯组分和一个恒沸混合物，而不能得到两个纯组分。7.图 68 是水的相图。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：(1)气液，气固，液
15、固；(2)三相，临界；(3)过冷，亚稳)解析：解析：水的相图是必须掌握的内容，应牢记。8.已知水的平均气化热为 4067 kJ.mol 1 ，若压力锅允许的最高温度为 423 K，此时压力锅内的压力为_kPa。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：4734 kPa)解析：解析： 9.在图 610 所示的 CaF 2 一 CaCl 2 的凝聚物系相陶中，当物系的组成处于 B 点之右时，其步冷曲线都具有相似的形式。步冷曲线的水平部分所代表的共存相是：_、_、_。 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：L，不稳定化合物 M，固体 CaCl 2)解析：解析：步冷曲线的水平部分对应于三相线，故为
16、液相、不稳定化合物 M 与固体 CaCl 2 三相共存。二、单项选择题(总题数：8，分数：16.00)10.单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。（分数：2.00）_解析：11.在室温和标准压力且无催化剂存在时，氮气和氢气可视为不起反应。今在一容器中充入任意量的 N 2 (g)、H 2 (g)和 NH 3 (g)三种气体，则该体系中物种数 S 和组分数 C 将是( )（分数：2.00）A.S=3，C=1B.S=3，C=2C.S=3C=3 D.S=2，C=3解析：解析：在室温和标准压力且无催化剂存在时，该系统的物种数 S=3；无化学反应发生，R=0：无独立限制条件，R=0；C=S
17、R 一 R=300=3。12.如图 611 所示，体系处于容器内，容器中间的半透膜 AB 只允 O 2 (g)通过，当体系建立平衡时，体系中存在的相为( ) （分数：2.00）A.气相 1，固相 1B.气相 1，固相 2C.气相 1，固相 3D.气相 2，固相 2 解析：13.区别单相体系和多相体系的主要根据是( )（分数：2.00）A.化学性质是否相同B.物理性质是否相同C.物理组成是否相同D.物理性质和化学性质是否都相同 解析：解析：视物理性质和化学性质完全相同的物质为一相，以此区别单相体系和多相体系。14.如图 612，二元凝聚物系的相图中，在相区中平衡共存的相是( ) （分数：2.00
18、）A.液相和纯物质 AB.液相和纯物质 BC.液相与低共熔混合物D.一对互为共轭的液态溶液 解析：解析：相区为一个帽形区域，应为互为共轭的液态溶液。15.由 H 2 O 和 CuSO 4 组成的凝聚物系(如图 6 一 14 所示)，当组成为 x 的 CuSO 4 水溶液 250 g 冷却到25时，物系为 A，此时呈平衡的两个相点分别为 B 和 C 点，其中 B 是 CuSO 4 .H 2 O 晶体，C 是与之共存的饱和溶液 x 0 .已知 CA：AB=1：4，则析出的 CuSO 4 .H 2 O 晶体的重量为( ) （分数：2.00）A.200 gB.625 gC.50 g D.150 g解析
19、：解析：CA：AB=1：4=m(CuSO 4 .H 2 O)：250m(CuSO 4 .H 2 O) 解得 m(CuSO 4 .H 2 O)=50 g16.物质 A 与 B 可形成低共沸混合物 E，已知纯 A 的沸点小于纯 B 的沸点，若将任意比例的 A 和 B 混合在一个精馏塔中精馏，则塔顶的馏出物是( )（分数：2.00）A.纯 AB.纯 BC.低共沸混合物 D.都有可能解析：解析：由于恒沸混合物沸腾时气相组成与液相组成相同，部分气化或部分液化均不能改变混合物的组成，故在指定压力下具有恒沸点的二组分液态混合物经过精馏后只能得到一个纯组分和一个恒沸混合物，而不能得到两个纯组分。在塔顶析出沸点
20、低的低共沸混合物。17.80时纯苯的蒸气压为 0991p ，纯甲苯的蒸气压为 0382p ，若有苯一甲苯气、液平衡混合物，在 80时气相中苯的摩尔分数为 y 苯 =030，则液相组成 x 苯 接近于( )（分数：2.00）A.085B.065C.035D.014 解析：解析：三、计算题(总题数：6，分数：30.00)CaCO 3 (s)在高温下分解为 CaO(s)和 CO 2 (g)。（分数：4.00）(1).若在定压的 CO 2 气体中将 CaCO 3 (s)加热，实验证明加热过程中，在一定温度范围内 CaCO 3 不会分解；（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：该体系 C=2，因此在定
21、压下 F=CP+1=2 一 P+1=3 一 P。而温度可以在一定范围内变动，因此 F=1，所以，P=2，说明体系只有 CaCO 3 (s)和 CO 2 (g)两相，没有 CaO(s)，由此说明，在定压的 CO 2 气体中将 CaCO 3 (s)加热，在一定温度范围内 CaCO 3 不会分解。)解析：(2).若保持 CO 2 压力恒定，实验证明只有一个温度能使 CaCO 3 和 CaO 混合物不发生变化。根据相律解释上述事实。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：该体系 S=3，R=1，C=3 一 1 一 0=2，P=3，所以在压力恒定时，F=CP+1=23+1=0。 结果说明在题给条件下，
22、温度只有唯一值。)解析：18.液态 As 的蒸气压与温度的关系为 ，固态 As 的蒸气压与温度的关系为 （分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在三相点：p 2 =p s ，即 T=10917 K )解析：19.硝基苯(C 6 H 5 NO 2 )与水是互不相溶体系，在压力为 10110 5 Pa 时，沸点为 99，此时水蒸气压力为 97410 4 Pa，试求 100 g 馏出物中含硝基苯多少克?(水和硝基苯的摩尔质量分别为 18gmol和 123gmol)（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：设气相中含硝基苯的物质的量分数为 y B ，馏出物中含硝基苯 xg，则 )解析：表 6 一 1
23、 给出金属、熔体冷却曲线的转折温度和平台温度。 （分数：4.00）(1).请据此画出相图，标出各区之相态(各组分同态彼此完全不互溶)；（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由题给的数据表可知，相图中应存在三条三相结线，分别是 在 x A =05 处无转折点但有一平台温度，且 x A 小于、大于 05 时温度均低于 1100，表明相图在此处有一稳定化合物生成。 在 x A =03 处有一个转折点和两个平台温度，在 x A =04 处有一个转折点和一个平台温度，表明相图在 x A =0304 之间有一稳定化合物生成。 绘制的相图如图 624 所示。 )解析：(2).x A =08 的熔融液 1
24、 mol，从 950冷却至 800，理论上可得到纯 A 多少?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案： )解析：组分 A 的正常熔点为 6，B 为 65。两种纯同态物不互溶。低共熔点 E 为一 1，低共熔物中含 B 为02(摩尔分数)。A 和 B 可以形成不稳定化合物 AB 2 ，它在 30时分解。（分数：8.00）(1).据以上数据画出 AB 双组分 T 一 x 相图；（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：根据题给数据，AB 双组分 Tx 相图如图 626 所示。其中，x(AB 2 )=0666 7；题目没有给出稳定化合物在异成分熔点分解时对应溶液的组成，故图中 FG 线的左端点是任意
25、给的。 )解析：(2).标出各相区组成；（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：各相区组成如表 64 所示： )解析：(3).二组分体系的低共熔点 E 自由度数为多少?在低共熔点 E 所处的水平线上(恒温线)能否用杠杆规则?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在低共熔点 E，自由度数为 F=CP+1=23+1=0 在二组分系统相图中，杠杆规则只能用于两相平衡共存的区域中。而在 CD 线上系统存在 l，s A 和 s B 三相共存，因此不能使用杠杆规则。)解析：(4).说明含 B 摩尔分数为 08 的不饱和溶液在冷却过程中的相变情况。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：含 B 摩尔
26、分数为 08 的不饱和溶液的物系点如相图 626 中 K 点所示。)解析：图 617 为二元物系 A、B 在 100 kPa 下的沸点一组成图。 （分数：10.00）(1).指出各区的相态；（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：各区的相态如下表 65 所示。 )解析：(2).有 4 mol 的 A(l)与 1 mol 的 B(l)的混合物在 100 kPa T，80达平衡时，平衡体系中，有几个相?各相的组成(J 以 B 的摩尔分数来表示)分别为多少?液相物质的量为多少摩尔?（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：将 4 mol 的 A(l)与 1 mol 的 B(l)混合，得到组成 x
27、B (a)=02 的系统。将该系统加热 到 80时，物系点如图 627 中 a 点所示。此时系统呈气一液两相共存，x B (G)=04，x B =(L)=004，见下图。 由杠杆定律 )解析：(3).求 80时，A 的饱和蒸气压 p A * 和 B 的亨利常数 k B，x ；（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：混合物在 100 kPa，80条件下达到气液平衡，因此有 p=100 kPa=p A +p B 而 p A =p A * x A 所以 p B =k B，x x B ，k B，x = )解析：(4).求 A(l)的汽化热 vap H m (A)(假设汽化热不随温度变化，蒸气可视为理想气体化合物)；（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：由克劳修斯一克拉佩龙方程积分式 )解析：(5).用相律说明二组分气液平衡相图中恒沸点混合物是混合物而不是化合物。（分数：2.00）_正确答案：(正确答案：在两组分气液平衡相图中的恒沸点处，当系统的压力一定时，其自由度数 F=12+1=0，因此定压下处于恒沸点的系统是无变量点。但是当压力发生变化时，自由度数 F=1 一 2+2=l，恒沸点会随压力的变化而变化，因此恒沸点混合物是混合物而不是化合物。)解析：
