東南大學物理化學習題

1、習習 題題 課課徐華徐華 生物電子學國家重點實驗室生物電子學國家重點實驗室UQW（1）熱力學第一定律的數(shù)學表達式熱力學第一定律熱力學第一定律內能：狀態(tài)函數(shù)熱、功：過程函數(shù)第一類永動機是不可能存在的熱用符號Q表示系統(tǒng)吸熱，Q0系統(tǒng)放熱，Q0功用符號W表示系統(tǒng)對環(huán)境作功，W 0環(huán)境對系統(tǒng)作功，W 0dlpAdlp dVWf 外外外（a）氣體向真空膨脹 W=0（b）氣體在恒定外壓的情況下膨脹2121VdVp ()VWpVV 外外（c）在整個膨脹過程中，始終保持外壓比氣體壓力p只差無限小的數(shù)值。22112112lnlnVVVVVpnRTdVWdVnRTnRTnRTVVVp （2）體積功(3) (3)

2、定容及定壓下的熱定容及定壓下的熱UQV定容熱定壓熱HQp焓 H = U + pV（4） 理想氣體的內能和焓對理想氣體的定溫過程 U =0 H =0 dTQCVVdTQCpp定容熱容定壓熱容：（6） 蓋斯定律 一個化學反應不論是一步完成還是分成幾步完成，其熱效應總是相同的。dTCdUVVdTCdHpp定容定壓（5）實際氣體的節(jié)流膨脹恒焓過程焦耳-湯姆遜系數(shù):恒焓過程中氣體溫度隨壓力的變化率HTJpTP16-17 例題/習題熱力學第二定律（1）熱力學第二定律第二類永動機是不可能存在的功可自發(fā)地全部變?yōu)闊?，但熱不可能全部轉變?yōu)楣Χ灰鹑魏纹渌兓療崃W第二定律的數(shù)學表達式克勞修斯不等式TQdS在熱

3、力學上可以作為變化方向與限度的判據?！啊?號為不可逆過程“=” 號為可逆過程（1）定溫過程的熵變理想氣體：211212lnlnlnppnRVVnRTVVnRTSTQTQSrr(2)定壓變溫過程的熵變12ln2121TTCTdTCTQSpTTpTTr（4）相變化的熵變HQr在定溫定壓下兩相平衡時所發(fā)生的相變過程屬于可逆過程。THnTHSm(3)定容變溫過程的熵變12ln2121TTCTdTCTQSVTTVTTr等溫下氣體混合過程中的熵變。設在恒溫273K時，將一個22.4L的盒子用隔板從中間隔開。一方放0.5molO2，另一方放0.5molN2，抽去隔板后，兩種氣體均勻混合。試求過程中的熵變。V

4、A=11.2LVB=11.2LO2N22 .114 .22ln5 . 0lnRVVVnRSABAA2 .114 .22ln5 . 0lnRVVVnRSBBAB2 .114 .22lnRSSSBAmix解在90、p0下，1mol水蒸發(fā)成等溫等壓下的水蒸氣，求此過程的S，并判斷此過程是否可能發(fā)生。已知90時水的飽和蒸氣壓為7.012104Pa，90時的可逆汽化熱為4110kJmol-1，100時可逆汽化熱為40.67kJmol-1，液態(tài)水和氣態(tài)水的定壓摩爾熱容分別為75.30JK-1mol-1和33.58JK-1mol-1。（水蒸氣可視為理想氣體）等壓變溫可逆過程解321SSSSdTTlCSTTm

5、p21)(,1dTTgCSTTmp12)(,3222)(TTHSmvap11 .110KJS化學勢jnpTiinXX,偏摩爾量的定義式iidndG自發(fā)過程0iidn0iidn平衡化學勢化學勢（1）（2）（3）化學勢在多相及化學平衡中的應用多組分系統(tǒng)多相平衡的條件：溫度，壓力，化學勢)()(反應物產物iiiivv)()(反應物產物iiiivv)()(反應物產物iiiivv化學平衡的條件正向反應自發(fā)進行逆向反應自發(fā)進行拉烏爾定律111xpp亨利定律22xkpx不揮發(fā)性溶質理想稀溶液的依數(shù)性蒸氣壓降低、沸點升高、凝固點降低、滲透壓（5）（6）（7）理想液態(tài)混合物中物質的化學勢iiixRTslnln)

6、sln()(0理想稀溶液中物質的化學勢2022ln)sln()(xRTsln純組分理想氣體的化學勢（4）000ln),(),(ppRTpTpT化學平衡化學平衡00lnKRTGmr標準平衡常數(shù)pmrmrQRTGGln0范特霍夫等溫方程范特霍夫等溫方程指示反應限度的量的方向指示化學反應自發(fā)進行反應達到平衡時，反應逆向自發(fā)進行時，反應正向自發(fā)進行時，, 0, 0, 0000mramramraGKQGKQGKQ（3）反應的 和標準平衡常數(shù)的求算 *0mrG(a)通過測定反應的標準平衡常數(shù)來計算； （P118 例題2）(b)(b)用己知反應的 計算所研究反應的(c)通過反應的 和 , 用公式 （P118

7、 例題3） (d)通過電池的標準電動勢來計算；0mrG0mrG0mrH0mrS000mrmrmrSTHG00lnKRTGmr（P118 例題3） K = 2.44105 有人想用甲烷和苯蒸氣的混合物來制取甲苯, 反應為: CH4(g) + C6H6(g) = C6H5CH3(g) + H2(g) 求500K及標準壓力下的fGm 及K 已知500 K 時CH4 , C6H6, C6H5CH3的fGm分別為3.68 kJmol1, 161.92 kJmol1 , 172.38 kJmol1 . r Gm = 172.38(33.68)161.92 kJmol1 = 44.14 kJmol1K005

8、molK8.314Jmol44.14kJ111 ln K = r Gm/RT = 10.62)()(00000BAHGmrbahgG)()(00反應物產物jjii標準平衡常數(shù)；標準平衡常數(shù)；（1）與方程式寫法有關（2）溫度對平衡常數(shù)的影響（3）壓力及惰性氣體的影響200lnRTHTKmrpp12532223) 1 (NHHN3223221)2(NHHN)2(2) 1 (00mrmrGG200)2() 1 (KK多相平衡多相平衡相律相律是相平衡體系中揭示相數(shù) ，獨立組分數(shù)K和自由度 f 之間關系的規(guī)律2Kf利用相律求算自由度*例 試說明下列平衡系統(tǒng)的自由度 （1） 25及標準壓力下，NaCl（s

9、）與其水溶液平衡共存； （2）I2（s）與I2（g）呈平衡； （3）開始時用任意量的HCl（g）和NH3（g）組成的系統(tǒng)中，反應 HCl（g）+ NH3（g） = NH4Cl (s) 達到平衡。解：（1） K = 2， = 2 f = K- =0 （2）K = 1， = 2 f = K- + 2 = 1 （3）S = 3，R=1，R=0， K = S- R- R = 2， = 2 f = K- + 2 = 2 P147 習題*水的相圖：三個單相面，三條兩相平衡線，一個三相點單相面： f = 兩相平衡：f = 三相平衡：f =3 - = 3 - 1 = 23 - = 3 - 2 = 13 - =

10、 3 - 3 = 0根據相圖，指出系統(tǒng)發(fā)生的變化X到Y系統(tǒng)的變化 f = K- + 2 = 1- + 2 = 3- 單組分系統(tǒng)二組分系統(tǒng)f422二組分系統(tǒng)最多可有4相共存達到平衡；最多可以有3個自由度：溫度，壓力和濃度。液相區(qū)氣相區(qū)兩相平衡區(qū)物系點：o相點：b，b組成為x1的溶液加熱，系統(tǒng)發(fā)生的變化)()(obgnobln杠桿規(guī)則“以物系點為分界，將兩個相點的結線分為兩個線段。一相的量乘以本側線段長度，等于另一相的量乘以另一側線段的長度?！彪娀瘜W電化學（1）電導、電導率和摩爾電導率V = IRAlR為電阻率溶液的電阻 R 與兩電極間的距離 l 成正比，與浸入溶液的電極面積 A 成反比RG1)(

11、11mSAlG電導電導率摩爾電導率：在相距為1m的兩個平行板電極之間充入含1mol電解質的溶液時所具有的電導12molmScm 電池表示法及與電池反應的“互譯”1.1. 左左邊為負極，起氧化氧化作用；右右邊為正極，起還原還原作用。2. “|”表示相界面，有電勢差存在。 “|”表示鹽橋。3. 要注明溫度，不注明就是298.15 K；要注明物態(tài)，氣體要注明壓力；溶液要注明濃度。將一個化學反應設計成電池，必須抓住三個環(huán)節(jié)：1. 確定電解質溶液2. 確定電極3. 復核反應(Pt)H2(g, p0)|HCl(m)|AgCl-Ag(s)寫出下列電池所對應的化學反應左負極右正極電池反應HeH212ClAge

12、AgClHCl(a)Ag(s)AgCl(s)p(g,H2102將下列化學反應式設計成電池：Zn (s) + Cd2+ Zn2+ + Cd (s)解 該反應中Zn被氧化成Zn2+，Cd2+被還原成 Cd，因此Zn極為負，Cd極為正 設計電池為Zn (s) Zn2+ Cd2+ Cd (s)復核左負極 Zn - 2e- Zn2+ 右正極 Cd2+ + 2e- CdZn (s) + Cd2+ Zn2+ + Cd (s)電池反應書上P327 習題 電極電勢及電池電動勢的應用（1）判斷反應趨勢p259（2）求化學反應的平衡常數(shù)000lnKRTnFEGmr00lnKnFRTE 電極電勢較低的金屬能從容易中置

13、換出電極電勢較高的金屬p260表面現(xiàn)象表面現(xiàn)象rdrrrdrp2482拉普拉斯公式開爾文公式RTrMppr2ln毛細管現(xiàn)象凸液面：p=p+p凹液面：凹液面： p=p-p液泡： p=4/r1. 人工降雨的原理2. 液體加熱時加入沸石，可避免暴沸p289接觸角液體的潤濕和鋪展090潤濕090不潤濕完全潤濕完全潤濕 000180完全不潤濕完全不潤濕 解釋鋤地保墑的原理p291氣固吸附“物理吸附”“化學吸附”朗格繆爾單分子層吸附BET多分子層吸附吸附力不同BET公式可用于測定和計算固體吸附劑的比表面積。溶液的表面吸附表面活性劑作用：潤濕、增溶、乳化表面膜及表面膜及LB膜：膜：P305溶膠的光學、力學、電性質溶膠的光學、力學、電性質分散系統(tǒng)分散系統(tǒng)（1）溶膠的光學性質 丁達爾效應 光的散射（2）溶膠的力學性質布朗運動、擴散、沉降及沉降平衡（3）溶膠的電性質 電泳電滲 電泳：在電場作用下，固體的分散相粒子在液體介質中作定向移動。 蛋白、核酸分離 電滲：在電場作用下，固體的分散相粒子不動，而液體介質發(fā)生定向移動。 水的凈化 溶膠粒子帶電的原因溶膠粒子帶電的原因 吸附法揚斯規(guī)則：與溶膠粒子有相同化學元素的粒子優(yōu)先被吸附。 用KI和AgNO3制備AgI溶膠，（1）試分別寫出KI或AgNO3過量的膠