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文本内容:
奥林匹克物理化学试题和答案
一、选择题（单选）（15题，每题1分，共15分）
1.下列物理量中，属于状态函数的是（）A.反应热B.焓变C.熵D.功
2.热力学第一定律的数学表达式是（）A.ΔU=Q+W B.ΔU=Q-W C.ΔH=Qp D.ΔG=ΔH-TΔS
3.在恒温恒压下，某反应的ΔrHm和ΔrSm均为正值，则该反应（）A.一定自发进行B.一定不自发进行C.高温自发，低温不自发D.低温自发，高温不自发
4.对于基元反应A→B，其反应速率常数k的单位是（）A.mol·L⁻¹·s⁻¹B.L·mol⁻¹·s⁻¹C.s⁻¹D.L²·mol⁻²·s⁻¹
5.某反应的活化能Ea=100kJ·mol⁻¹，当温度从300K升高到310K时，反应速率常数k将（）A.增大约2倍B.增大约5倍C.减小约2倍D.减小约5倍
6.化学平衡的特征是（）A．正反应速率等于逆反应速率B．各物质浓度不再变化C．反应混合物中各物质的浓度保持不变D．以上都是
7.在298K时，反应N₂g+3H₂g⇌2NH₃g的Kp与Kc的关系是（）A.Kp=Kc B.Kp=KcRT⁻²C.Kp=KcRT²D.Kp=KcRT⁻¹
8.相律的表达式为（）A.f=C-P+2B.f=C-P+1C.f=C+P-2D.f=C+P-
19.表面张力的单位是（）第1页共9页A.N·m⁻¹B.J·m⁻²C.Pa·m D.以上都是
10.原电池中，阳极发生的反应是（）A.氧化反应B.还原反应C.置换反应D.复分解反应
11.稀溶液的蒸气压下降的根本原因是（）A.溶质分子占据溶剂表面B.溶剂分子间作用力减弱C.溶剂化学势降低D.以上都是
12.某一级反应的半衰期t₁/₂=10min，则其速率常数k为（）A.
0.1min⁻¹B.
0.0693min⁻¹C.
0.693min⁻¹D.10min⁻¹
13.在273K和
101.3kPa下，1mol理想气体的体积约为（）A.
22.4m³B.
22.4L C.1m³D.1L
14.对于反应A→B，若初始浓度c₀=1mol·L⁻¹，反应10s后c=
0.5mol·L⁻¹，则该反应的反应级数为（）A.零级B.一级C.二级D.无法确定
15.下列物质中，表面张力最小的是（）A.水B.乙醇C.汞D.苯
二、填空题（15题，每题1分，共15分）
1.热力学标准状态下，298K时，稳定单质的ΔfHm⁻¹______（填“等于”或“不等于”）
02.熵增原理指出，在孤立系统中，任何自发过程的熵变ΔS______（填“大于”“小于”或“等于”）
03.反应速率理论中，认为反应速率取决于活化分子的碰撞频率和有效碰撞分数的理论是______
4.化学平衡常数K与温度的关系是升高温度，若ΔrHm⁻¹0，则K______（填“增大”“减小”或“不变”）
5.稀溶液的沸点升高公式为ΔTb=______，其中Kb为______第2页共9页
6.原电池中，盐桥的作用是______
7.相图中，点表示______，线表示______
8.某反应的速率方程为v=kcA²cB，则该反应的总级数为______
9.表面活性剂的HLB值越大，其亲______（填“水”或“油”）性越强
10.理想气体状态方程的表达式为______，其中R的数值为______J·mol⁻¹·K⁻¹
11.在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中各离子浓度幂的乘积称为______
12.反应级数为______的反应，其半衰期与初始浓度无关
13.对于可逆反应，若增大反应物浓度，平衡将向______（填“正反应”或“逆反应”）方向移动
14.离子迁移数的定义是______
15.吸附作用分为物理吸附和化学吸附，其中吸附热较小的是______
三、计算题（10题，每题3分，共30分）
1.已知298K时，反应2H₂Og=2H₂g+O₂g的ΔfHm⁻¹H₂O,g=-
241.8kJ·mol⁻¹，计算该反应的ΔrHm⁻¹
2.在300K时，反应N₂O₅分解为N₂O₄和O₂，其速率常数k=
0.002min⁻¹，求该反应的半衰期t₁/₂
3.298K时，某原电池的正极反应为Ag⁺+e⁻=Ag，E⁻Ag⁺/Ag=
0.80V；负极反应为Zn²⁺+2e⁻=Zn，E⁻Zn²⁺/Zn=-
0.76V，计算该电池的电动势E
4.100g苯中溶解
0.5g某非挥发性溶质，苯的凝固点降低了
0.27K，已知苯的Kf=
5.12K·kg·mol⁻¹，求该溶质的摩尔质量第3页共9页
5.反应A⇌B在298K时的Kc=10，若初始浓度cA=1mol·L⁻¹，求平衡时cB
6.某反应在300K时的活化能Ea=50kJ·mol⁻¹，若使反应速率提高10倍，温度应升高多少（R=
8.314J·mol⁻¹·K⁻¹）？
7.298K时，反应CaCO₃s⇌CaOs+CO₂g的ΔrHm⁻¹=
178.3kJ·mol⁻¹，ΔrSm⁻¹=
160.5J·mol⁻¹·K⁻¹，计算该反应的ΔrGm⁻¹，并判断反应能否自发进行
8.某溶液中含有
0.01mol·kg⁻¹NaCl和
0.02mol·kg⁻¹K₂SO₄，计算该溶液的离子强度I
9.在298K时，反应H₂g+Cl₂g=2HClg的ΔrHm⁻¹=-
184.6kJ·mol⁻¹，ΔrSm⁻¹=
198.7J·mol⁻¹·K⁻¹，计算该反应的ΔrGm⁻¹
10.在373K和
101.3kPa下，1mol水蒸发为水蒸气，已知水的汽化热ΔvapHm=
40.65kJ·mol⁻¹，求该过程的ΔrSm⁻¹
四、简答题（10题，每题4分，共40分）
1.简述热力学第二定律的两种表述方式，并说明其物理意义
2.阿伦尼乌斯方程k=Ae⁻Ea/RT中，A和Ea的物理意义分别是什么？如何通过实验确定A和Ea？
3.为什么表面活性剂能起到乳化作用？请用分子结构解释
4.原电池中，盐桥的作用是什么？若没有盐桥，原电池能否持续放电？为什么？
5.理想溶液与非理想溶液的化学势表达式有何区别？请分别写出它们中溶剂的化学势表达式
6.简述反应速率方程中，反应级数的定义及确定方法（至少列举两种）第4页共9页
7.相律的表达式为f=C-P+2，其中C、P、f分别代表什么？该公式的适用条件是什么？
8.稀溶液的依数性（蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低、渗透压）的共同本质是什么？请用热力学理论解释
9.可逆反应与不可逆反应的根本区别是什么？如何判断一个反应是否达到化学平衡态？
10.催化剂能加快反应速率的原因是什么？为什么催化剂不能改变反应的平衡常数？
五、实验题（10题，每题5分，共50分）
1.设计一个实验，通过测定不同温度下某反应的速率常数，计算该反应的活化能Ea简要写出实验原理、主要仪器和步骤
2.如何通过实验验证勒夏特列原理（以改变浓度对FeCl₃与KSCN反应平衡的影响为例）？描述实验现象并解释原因
3.设计一个原电池，使其能产生稳定的电动势，写出电极反应式、电池符号，并计算该电池的标准电动势E⁻
4.利用凝固点降低法测定未知物的摩尔质量时，为提高实验精度，需注意哪些操作细节？（至少列举3点）
5.某同学用初始浓度不同的Na₂S₂O₃溶液与H₂SO₄溶液反应，通过观察浑浊出现的时间来比较反应速率，该实验能否达到目的？为什么？
6.用阿累尼乌斯方程测定活化能时，若用不同温度下的速率常数k
1、k2计算Ea，与用k1和k2作图（lnk对1/T作图）得到的Ea是否一致？为什么？
7.实验室中常用硝酸银溶液滴定Cl⁻来测定Cl⁻浓度，如何判断Cl⁻已沉淀完全？请设计实验验证第5页共9页
8.设计一个实验，证明某气体（如CO₂）能使澄清石灰水变浑浊是因为生成了CaCO₃沉淀，而非其他原因
9.某实验需在298K、
101.3kPa下进行，如何确保反应体系的温度恒定？（至少列举2种方法）
10.用乌氏黏度计测定高聚物的摩尔质量时，为什么要在恒温条件下进行？实验中若混入气泡，对实验结果有何影响？答案
一、选择题（单选）答案
1.C
2.A
3.C
4.C
5.A
6.D
7.B
8.A
9.D
10.A
11.D
12.B
13.B
14.B
15.D
二、填空题答案
1.等于
2.大于
3.碰撞理论
4.增大
5.Kb·bB；沸点升高系数
6.维持电荷平衡，形成闭合回路
7.系统的状态点；相平衡线
8.
39.水
10.PV=nRT；
8.314（或
0.0821L·atm·mol⁻¹·K⁻¹，根据题目要求用文字表示，此处按国际单位）
11.溶度积Ksp
12.一级
13.正反应
14.离子迁移的电荷量占总电荷量的分数
15.物理吸附
三、计算题答案
1.ΔrHm⁻¹=
483.6kJ·mol⁻¹
2.t₁/₂=
346.6min
3.E=
1.56V
4.M=
58.1g·mol⁻¹
5.cB=
0.5mol·L⁻¹
6.温度升高约30K
7.ΔrGm⁻¹=
130.5kJ·mol⁻¹，不能自发进行
8.I=
0.07mol·kg⁻¹
9.ΔrGm⁻¹=-
240.1kJ·mol⁻¹
10.ΔrSm⁻¹=
109.0J·mol⁻¹·K⁻¹
四、简答题答案
1.克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；开尔文表述不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有第6页共9页用功而不产生其他影响物理意义揭示了自发过程具有方向性，一切自发过程都是不可逆过程，熵增原理是其数学表达
2.A为指前因子，与碰撞频率、取向有关；Ea为活化能，与反应难易程度有关通过测定不同温度下的k值，作lnk对1/T图，直线斜率为-Ea/R，截距为lnA，从而确定A和Ea
3.表面活性剂分子一端为亲水基（极性），一端为亲油基（非极性），乳化时，亲油基插入油相，亲水基插入水相，形成界面膜，降低油水界面张力，阻止油滴聚集，使乳状液稳定（以水包油型为例）
4.盐桥的作用是维持电池内电荷平衡，使离子能通过盐桥移动形成闭合回路若无盐桥，两电极区溶液电荷不平衡，反应无法持续进行，原电池不能持续放电
5.理想溶液中，溶剂的化学势表达式为μ=μ⁻T,p+RTlnx；非理想溶液中，溶剂的化学势表达式中需引入活度a=γx，即μ=μ⁻T,p+RTlna
6.反应级数是速率方程中各反应物浓度项的幂次之和，反映反应物浓度对反应速率的影响程度确定方法积分法（尝试法、半衰期法）、微分法（作图法）、隔离法
7.C为系统中独立组分数，P为相数，f为自由度数适用条件平衡系统为相平衡，且无其他功（W=0），温度、压力在一定范围
8.共同本质均为溶剂化学势降低稀溶液中，溶质粒子占据溶剂表面或改变溶剂分子间相互作用，导致溶剂化学势μ=μ⁻纯溶剂-RTlnx（理想溶液），化学势降低使溶剂自发向化学势更低的方向移动，表现为依数性第7页共9页
9.根本区别可逆反应可通过改变条件向正逆方向进行，不可逆反应只能单向进行判断平衡态正逆反应速率相等（v正=v逆），各物质浓度不再变化，系统性质（如压强、颜色）恒定
10.催化剂通过降低反应的活化能Ea，增加活化分子分数，从而加快反应速率催化剂不影响反应的始态和终态，故ΔrGm⁻¹不变，由ΔrGm⁻¹=-RTlnK，可知平衡常数K不变
五、实验题答案
1.原理利用一级反应（或其他类型反应）的k与温度T的关系lnk=-Ea/RT+lnA，通过测定不同T下的k值，作lnk-1/T图，由斜率求Ea；仪器恒温水浴、秒表或其他计时装置、反应器、移液管等；步骤
①配制一定浓度的反应物溶液，置于不同温度的恒温水浴中；
②在某温度下，混合反应物，开始计时，记录反应进行到一定程度（如某物质浓度降至初始值一半）的时间，计算k；
③改变温度，重复步骤
②，得到多组k,T数据；
④作图并计算Ea
2.原理Fe³⁺+3SCN⁻⇌FeSCN₃（红色），改变Fe³⁺或SCN⁻浓度，观察平衡移动；实验
①取三支试管，各加1mL
0.1mol·L⁻¹FeCl₃溶液和1mL
0.1mol·L⁻¹KSCN溶液，混合后溶液呈红色；
②向第一支试管加少量水稀释，溶液颜色变浅；
③向第二支试管加少量FeCl₃固体或浓溶液，溶液颜色加深；
④向第三支试管加少量KSCN固体或浓溶液，溶液颜色加深；现象稀释使颜色变浅，增加反应物浓度颜色加深，符合勒夏特列原理
3.电极反应正极（还原）Cu²⁺+2e⁻=Cu（E⁻=
0.34V），负极（氧化）Zn-2e⁻=Zn²⁺（E⁻=-
0.76V）；电池符号-ZnZn²⁺1mol·L⁻¹Cu²⁺1mol·L⁻¹第8页共9页Cu+；E⁻=
0.34V--
0.76V=
1.10V
4.注意事项
①精确称量样品和溶剂质量；
②搅拌均匀，避免过冷现象（可加入晶种）；
③控制温度波动（恒温水浴）；
④平行实验取平均值
5.能达到目的原理Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂+S↓+H₂O（S为浑浊物），初始浓度越大，单位时间内生成S越多，浑浊出现越快，可通过比较时间长短比较速率大小
6.一致由lnk=-Ea/RT+lnA，斜率k=-Ea/R，截距为lnA，故用不同温度下的k值计算和作图得到的Ea相同
7.判断Cl⁻沉淀完全静置，向上层清液中滴加AgNO₃溶液，若无白色沉淀生成，则Cl⁻已沉淀完全；验证实验取上层清液少许于试管，加AgNO₃溶液，无沉淀，说明沉淀完全
8.实验设计
①将纯净CO₂通入澄清石灰水，溶液变浑浊，生成白色沉淀CaCO₃；
②将等量CO₂通入不含Ca²⁺的溶液（如NaOH溶液），无浑浊；
③将浑浊液过滤，取沉淀加稀盐酸，沉淀溶解并放出CO₂气体；结论浑浊是因生成CaCO₃沉淀
9.确保温度恒定的方法
①使用精密恒温水浴（控温精度±
0.1K）；
②反应容器置于水浴中，待温度稳定后再开始实验；
③使用温度计实时监测温度，及时调整
10.恒温原因黏度与温度相关，温度波动会导致黏度测量误差；气泡影响气泡占据体积使流经毛细管的时间变短，导致计算的黏度值偏小，摩尔质量结果偏低第9页共9页。
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