東華大學(xué)物理化學(xué)復(fù)習(xí)

1、第1章第零定律與物態(tài)方程一、基本要點(diǎn)公式及其適用條件系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)及其性質(zhì)系統(tǒng)的狀態(tài)就是系統(tǒng)物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，它采用系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)來(lái)描述系統(tǒng)的狀態(tài)，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)，也稱為系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)(狀態(tài)函數(shù))就是由大量(摩爾級(jí))的分子、原子、離子等微觀粒子組成的宏觀集合體所表現(xiàn)出的集團(tuán)行為，簡(jiǎn)稱熱力學(xué)性質(zhì)或“熱力學(xué)函數(shù)”如p、V、T、U、H、S、A、G等。Z=f(x,y)表示一定量、組成不變的均相系統(tǒng)，其任意宏觀性質(zhì)(Z)是另兩個(gè)獨(dú)立宏觀性質(zhì)(x,y)的函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)Z具有五個(gè)數(shù)學(xué)特征：應(yīng)二乙-狀態(tài)函數(shù)改變量只決定于始終態(tài)，與變化過(guò)程途徑無(wú)關(guān)。=-=0，狀態(tài)函數(shù)循環(huán)積分為

2、零，這是判斷Z是否狀態(tài)函數(shù)的準(zhǔn)則之一。dzdz，系Z的全微分表達(dá)式J32_J嚴(yán))(5)系Z、x、y滿足循環(huán)式，。(辦5；/，系Z的Euler規(guī)則，即微分次序不影響微分結(jié)果。亦稱循環(huán)規(guī)則。熱力學(xué)第零定律即熱平衡定律：當(dāng)兩個(gè)物態(tài)A和B分別與第三個(gè)物體C處于熱平衡，則A和B之間也必定彼此處于熱平衡。T=t+273.15,T是理想氣體絕對(duì)溫標(biāo)，以K為單位。t是理想氣體攝氏溫標(biāo)，以C為單位。絕對(duì)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)在每一度大小是一樣的，只是絕對(duì)溫標(biāo)的零度取在攝氏溫標(biāo)的-273.15C處，可以看出，有了絕對(duì)溫標(biāo)的概念后，只需確定一個(gè)固定參考點(diǎn)(pV)P=o,依國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定，這個(gè)參考點(diǎn)選取在純水三相點(diǎn)，并人為

3、規(guī)定其溫度正好等于273.16K。理想氣態(tài)方程及其衍生式為:RTnRTmpP=RT=RT入FM；式中P、V、T、n單位分別為Pa、m3、K、mol；R=8.314Jmol-iK-i，V為氣體摩爾體積，單位為m3mol-i，p為密度單位mkgm-3,M為分子量。此式適用于理想氣或近似地適用于低壓氣。理想混合氣基本公式平均摩爾質(zhì)量；式中M和y分別為混合氣中任一組份BBB的摩爾質(zhì)量與摩爾分?jǐn)?shù)。此式既適用于各種混和氣，也適用于液態(tài)或固態(tài)等均相系統(tǒng)的平均摩爾質(zhì)量計(jì)算。道爾頓定律；這里p只作為組份B單獨(dú)存在時(shí)產(chǎn)生的壓B力。此式適用混合理想氣或近似適用于低壓混和氣。分壓力定義叨皿與刁“戸；作為數(shù)學(xué)定義可適用

4、各種混和氣卩二E卩占=S叫阿馬格定律；適用以混合理想氣體或近似適用于低壓混和氣分體積定義%=九卩與H比；可適用于混合理想氣或近似適用于低壓真實(shí)混和氣范德華方程，范氏常數(shù)與臨界參數(shù)關(guān)系，范氏對(duì)比態(tài)方程9+掙b)=RT9+哮爐一斶=罰范德華方程為：or式中a和b系與氣體種類有關(guān)的常數(shù)，皆稱范德華常數(shù)。a的單位為Pam6mol-2,b的單位為m3mol-i；該方程適用于幾個(gè)MPa(幾十個(gè)atm)的中壓范圍內(nèi)實(shí)際氣體的p、V、n的計(jì)算cmcc=站，,殲屜；式中V,P、T分別為各種氣體的臨界摩爾體積、臨界壓力、臨界溫度，簡(jiǎn)稱臨界參數(shù)9式中P、T、V分別為對(duì)比壓力、對(duì)比溫度、rrr對(duì)比體積，簡(jiǎn)稱對(duì)比參數(shù)，

5、意指物質(zhì)離開(kāi)臨界點(diǎn)的遠(yuǎn)近伉+2)(觀-1)=遼；系普遍化范氏對(duì)比態(tài)方程，其適用范圍同范德華方程，并無(wú)改善。對(duì)應(yīng)態(tài)原理與壓縮因子圖的應(yīng)用仔J殆三0；意指不同氣體，若有兩個(gè)對(duì)比狀態(tài)參數(shù)彼此相等，則第三個(gè)對(duì)比狀態(tài)參數(shù)大體上具有相同的值，并稱為處于對(duì)應(yīng)狀態(tài)。處對(duì)應(yīng)態(tài)時(shí)不同物質(zhì)間的物理性質(zhì)具有簡(jiǎn)單關(guān)系，此經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，即對(duì)應(yīng)態(tài)原理。應(yīng)T挖R7；為壓縮因子Z的定義式，它表示實(shí)際氣與理想氣的偏差，完全由試驗(yàn)測(cè)定，是無(wú)量綱的純數(shù)。Z與氣體T、p及性質(zhì)有關(guān)，規(guī)定T可實(shí)r驗(yàn)繪制Z=f(p)函數(shù)圖。故Z=f(T、p)稱壓縮因子圖，不受任何限制，可用rrr于高壓下實(shí)際氣的P、V、T及物質(zhì)逸度、熱容、焓等熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算。力

6、學(xué)響應(yīng)函數(shù)定義及其應(yīng)用體積膨脹系數(shù)V貼;等溫壓縮系數(shù)萬(wàn)奇;壓力系數(shù);魯A、K、0一般是T、p的函數(shù)，均為強(qiáng)度量，但他們彼此關(guān)聯(lián)，且與物態(tài)方程可互為轉(zhuǎn)換。他們是研究物質(zhì)熱性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)及相變的重要數(shù)據(jù)。練習(xí)1.兩個(gè)體積相同的密閉容器，用一根細(xì)管相連（細(xì)管體積可略）。問(wèn)a.當(dāng)兩邊溫度相同時(shí)，兩容器中的壓力和氣體的物質(zhì)的量是否相同？提示答案：（兩者均相同）b當(dāng)兩邊溫度不同時(shí)，兩容器中的壓力和氣體的物質(zhì)的量是否相同？為什么？提示答案：（壓力相同，物質(zhì)的量不同）在常壓下，將沸騰的開(kāi)水迅速倒入保溫瓶中，若水未加滿便迅速塞緊塞子往往會(huì)使瓶塞崩開(kāi)，請(qǐng)解釋這種現(xiàn)象。提示答案：（塞上瓶塞，氣相體積不變，隨著水氣化

7、，壓力增大，瓶塞崩開(kāi)）若有人試圖將波義耳定律和蓋呂薩克定律結(jié)合在一起而得到一個(gè)通用公式，即W,%以，%二常數(shù)，因此，戸仏廠廠%=槪，即去八常數(shù)，問(wèn)此結(jié)論對(duì)否？為什么？提示答案：（要使k/k1為常數(shù)，必須保證p，T恒定，但上述兩個(gè)公式均只有一個(gè)量恒定。）1某一氣球駕駛員計(jì)劃設(shè)計(jì)一氫氣球，設(shè)氣球運(yùn)行周圍的壓力和溫度為105Pa和20C,氣球攜帶的總質(zhì)量為100kg,空氣分子量為29gmol-i。設(shè)所有氣體均為理想氣體。問(wèn)氣球的半徑應(yīng)為多少？提示答案：(2.78m)用氣體微量天平來(lái)測(cè)量新合成的一種碳氟化物氣體的相對(duì)摩爾質(zhì)量，天平橫梁的一個(gè)終端有一個(gè)玻璃泡，整個(gè)裝置放入密閉的容器中，這就構(gòu)成了上述天平

8、。橫梁支在支點(diǎn)上，借增加密閉容器中的壓力，從而增加了封閉玻璃泡的浮力，使達(dá)到平衡。設(shè)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)碳氟化物壓力為293.22mmHg時(shí)，天平達(dá)平衡。在支點(diǎn)位置相同時(shí)，往密閉容器中引入三氟甲烷至壓力為427.22mmHg時(shí)，也達(dá)到了平衡。求該碳氟化物的相對(duì)摩爾質(zhì)量，并寫(xiě)出分子式。提示答案：(M=102.0gmol-iCHF)224有一耐壓5X105Pa的反應(yīng)釜，為了確保實(shí)驗(yàn)安全，要求釜內(nèi)氧的摩爾分?jǐn)?shù)不能超過(guò)1.25%?，F(xiàn)采用同樣溫度的純氮進(jìn)行置換，設(shè)每次通氮直到4倍于空氣的壓力后將混合氣體排出直至恢復(fù)常壓。問(wèn)要達(dá)到上述實(shí)驗(yàn)要求需重復(fù)通氣幾次？設(shè)空氣中氧、氮摩爾分?jǐn)?shù)比為1:4。提示答案：(0.313%

9、)一氣球中裝有10g氫氣，為使氣球浮力恰好等于零(即：氣球中氣體的密度等于周圍空氣的密度)，應(yīng)再向氣球中加入多少克的氬氣(M=40.0)?提示Ar答案：(490g)干空氣中含N79%、O21%，計(jì)算在相對(duì)濕度為60%,溫度為25C和壓22力為101.325kPa下濕空氣的密度。已知水在25C的飽和蒸氣壓為3.168kPa。提示答案：(1.17gdm-3)9.(1)對(duì)理想氣體，壓縮因子Z=1。能否說(shuō)當(dāng)氣體的Z=1時(shí)，該氣體必定是理想氣體。提示答案：(不能，=1)因?yàn)樵趯?shí)際氣體的等溫線與理想氣體的等溫線交點(diǎn)處，Z(2)當(dāng)溫度足夠低時(shí)，任何實(shí)際氣體的ZP曲線與理想氣體的ZP曲線均交于兩點(diǎn)。試解釋這種

10、現(xiàn)象。提示答案：(這是因?yàn)楫?dāng)溫度足夠低時(shí)，氣體的玻義耳溫度高于體系溫度，Zp曲線出現(xiàn)極小值。)在ldm3的鋼制容器中，裝有131gXe(g)，溫度和壓力為25C和2X106Pa,問(wèn)Xe(g)能視為理想氣體嗎？提示答案：(不能，若為理想氣體，P=2.48X106Pa)以下說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？a.臨界溫度是氣體可以被液化的最高溫度。提示答案：(對(duì))b當(dāng)氣體的溫度降到臨界溫度以下時(shí)，氣體就一定會(huì)液化。提示答案：(不對(duì)，必須同時(shí)加壓)從范德華方程出發(fā)并結(jié)合玻義耳溫度定義，證明(1)在足夠高的溫度，實(shí)際氣體的壓縮因子Z1。提示答案：籌=恙-語(yǔ)十為-等十和爭(zhēng)當(dāng)憶(2)在低溫，低壓下，ZT)BA氮?dú)庠?73.

11、2K時(shí)的摩爾體積為70.3X10-6m3，試計(jì)算其壓力。用理想氣體狀態(tài)方程式。用范德華方程式。(3)用壓縮因子圖法。提示答案：(32.3Mpa,44.3Mpa,41MPa)將上述結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值比較。(實(shí)驗(yàn)值為40530kPa)。17.300K時(shí)40dm3鋼瓶中貯存乙烯氣體的壓力為146.9X102kPa。欲從中提用300K、101.325kPa的乙烯氣體12m3，試用壓縮因子圖求解鋼瓶中剩余乙烯氣體的壓力。提示答案：(1986kPa)18.試用壓縮因子法求10mol乙烯在10234kPa和334K時(shí)所占的體積。提示答案：(1.41dm3)測(cè)試選擇題(共10小題,每題2分)1.兩個(gè)球中分別裝有理想

12、氣體A和B,已知?dú)怏wA的密度為B的兩倍，而氣體A的分子量為B的一半，若兩種氣體的溫度相同，則氣體A與氣體B的壓力之比為：A.1/2D.1/42.溫度為17C的空調(diào)室內(nèi)有一充滿105PaH的氣球，設(shè)氣球能承受的極2限壓力為1.05X105Pa，問(wèn)將氣球移至溫度為37C的室外時(shí)，氣球內(nèi)壓力為：廠A.105PaB.1.05X105PaC.1.07X105PaCD.無(wú)法確定3.將2g氣體A充入抽空的，溫度為25C的燒瓶中，測(cè)得其壓力為105Pa。接著又加入3g氣體B,此時(shí)燒瓶?jī)?nèi)壓力為1.5X105Pa。假設(shè)這兩種氣體均為理想氣體，則氣體A與氣體B的摩爾質(zhì)量比為：廠A.3CB.1/3廠C.3/2廠D.2

13、/34.設(shè)N(g)在血液中的溶解度與其分壓成正比且比例系數(shù)與壓力無(wú)關(guān)。問(wèn)2一處于40m深的潛水員，其血液中N(g)的溶解度是他在海平面時(shí)的多2少倍？廠A.1倍rB.2倍廠C.4倍廠D.5倍5.25C時(shí)，A、B兩個(gè)抽空的容器中分別裝入10g和20g水。當(dāng)達(dá)到氣液平衡時(shí)，兩個(gè)容器中的水蒸氣壓力分別為P和P，那么二者的關(guān)系是AB廠A.ppCB.ppPC.p=pPD.不能確定ABABAB6.當(dāng)實(shí)際氣體處于波義耳溫度時(shí)，只要壓力較低，則有廠A.pVnRT廠C.pV=nRT廠D.pVO7.下列說(shuō)法何者正確？臨界壓力是氣體可被液化的最低壓力。氣體被液化的必要條件是氣體溫度小于波義耳溫度在臨界點(diǎn)，飽和液體與飽和蒸氣的密度相同。氣體的臨界狀態(tài)與氣體的性質(zhì)無(wú)關(guān)。廠A.(4)rB.(3)rC.(2)rD.(1)8.理想氣體狀態(tài)方程和范德華狀態(tài)方程均可適用于D.所有實(shí)際氣體丄A.極低壓力下的廠B.理