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物理化学电子教案 长春工业大学化学教研室 复习 理想气体1 理想气体状态方程 pV nRT 2 理想气体模型 a 分子间无相互作用力b 分子本身不占体积 3 两个定律 阿马加定律 道尔顿定律 4 实际气体 真实气体的p Vm图及气体的液化 T Tc等温线在临界点处的特征 数学上有 真实气体状态方程 TB 波义尔温度 定义为 范德华方程 第二章热力学第一定律 研究宏观系统的热与其他形式能量之间的相互转换关系及其转换过程中所遵循的规律 热力学共有四个基本定律 第零 第一 第二 第三定律 都是人类经验的总结 第一 第二定律是热力学的主要基础 热力学的基本内容 根据第一定律计算变化过程中的能量变化 根据第二定律判断变化的方向和限度 热力学方法和局限性 热力学方法是一种演绎的方法 结合经验所得的基本定律进行演绎推理 指明宏观对象的性质 变化方向和限度 2 只考虑平衡问题 考虑变化前后的净结果 但不考虑物质的微观结构和反应机理 3 能判断变化能否发生以及进行到什么程度 但不考虑变化所需要的时间 1 研究对象是大数量分子的集合体 研究宏观性质 所得结论具有统计意义 A和B分别与C达成热平衡 则A和B也处于热平衡 这就是热平衡定律或第零定律 由此产生了温度计 C相当于起了温度计的作用 热平衡和热力学第零定律 2 1热力学基本概念 1 系统与环境 系统 研究对象称为系统 亦称为体系或物系 环境 与系统密切相关 有相互作用或影响所能及的部分称为环境 系统与环境间有界面 假想的或真实的 分开 相互间可以有物质或能量的交换 1 敞开系统 系统的分类 经典热力学不研究敞开系统 系统分为封闭系统 隔离系统和敞开系统 2 封闭系统 系统与环境之间无物质交换 但有能量交换 经典热力学主要研究封闭系统 3 隔离系统 系统与环境之间既无物质交换 又无能量交换 故又称为孤立系统 纯物质单相系统有各种宏观性质 如温度T 压力p 体积V 热力学能U等等 系统的状态是它所有性质的总体表现 状态确定以后 系统所有的性质也就确定了 与达到该状态的历程无关 所以 各种性质均为状态的函数 状态 指静止的系统内部的状态 即热力学状态 与系统的在环境中机械运动的状态无关 2 状态和状态函数 各种性质间存在一定的联系 所以并不需要指定所有的性质才能确定系统的状态 在除了压力以外 没有其它广义力的场合 由一定量的纯物质构成的单相系统 只需指定任意两个能独立改变的性质 即可确定系统的状态 系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程 状态函数的特点 状态确定时 状态函数X有一定的数值 状态变化时 状态函数的改变值 X只由系统变化的始态与末态决定 与变化的具体历程无关 从数学上来看 状态函数的微分具有全微分的特性 全微分的积分与积分途径无关 广度性质 强度性质 状态函数的性质 又称为容量性质 它的数值与系统的物质的量成正比 如体积 质量 熵等 这种性质有加和性 在数学上是一次齐函数 它的数值取决于系统自身的特点 与系统的数量无关 不具有加和性 如温度 压力等 它在数学上是零次齐函数 系统就处于热力学平衡态 它包括下列几个平衡 热平衡 系统各部分温度相等 力学平衡 系统各部的压力都相等 边界不再移动 如有刚壁存在 虽双方压力不等 但也能保持力学平衡 热力学平衡态 相平衡 多相共存时 各相的组成和数量不随时间而改变 化学平衡 反应系统中各物的数量不再随时间而改变 途径 从始态到终态的具体步骤称为途径 过程 在一定的环境条件下 系统发生了一个从始态到终态的变化 称为系统发生了一个热力学过程 3 过程和途径 若已知过程始末态 需计算过程中某些状态函数的变化 可设始末态与实际过程相同的假设途径 经由假设途径的状态函数的变化 即为实际过程中状态函数的变化 4 功和热 1 功 热力学定义系统与环境之间能量的交换形式有两种 除热之外 其它形式传递的能量统称为功 其符号为W 单位J 功分为体积功和非体积功 体积功 在环境的压力下 系统的体积发生变化而与环境交换的能量 非体积功 体积功之外的一切其它形式的功 如电功等 以符号W 表示 体积功的定义 注意 对于宏观过程 对于恒外压过程 2 计算功时用的是环境的压力pamb 1 规定系统对环境做功为 环境对系统做功为 所以 公式中有 若始末态相同 途径不同 状态函数 如p V T U 的变化值相同 但是系统从环境所得的功 或对环境所做的功 不一定相同 一般地 若系统中只有凝聚相存在 无论对于pVT变化 相变化还是化学变化 因为体积变化很小 可不必考虑体积功 功不是状态函数 它应根据具体途径来计算 例 始态T 300K p1 150kPa的某理想气体 n 2mol 经过下述两不同途径等温膨胀到同样的末态 其p2 50kPa 求两途径的体积功 a 反抗50kPa的恒外压一次膨胀到末态 b 先反抗100kPa的恒外压膨胀到中间平衡态 再反抗50kPa恒外压膨胀到末态 解 将两种途径图示如下 小结 几个基本概念 系统与环境 状态与状态函数 功的定义 作业 P912 5 过程与途径 习题2 4系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态 若途径a的Qa 2 078kJ Wa 4 157kJ 而途径b的Qb 0 692kJ 求Wb 作业2 5始态为25 200kPa的5mol某理想气体 经a b两个不同途径到达相同的末态 途径a先经绝热膨胀到 28 57 100kPa 步骤功Wa 5 57kJ 再恒容加热到压力200kPa的末态 步骤的热Qa 25 42kJ 途径b为恒外压加热过程 求途径b的Wb及Qb 祝同学们学习 生活快乐 谢谢各位同学 物理化学电子教案 长春工业大学化学教研室 复习 1 系统与环境系统分类 2 系统的性质广度性质 容量性质 和强度性质 3 热力学平衡态热平衡 力学平衡 相平衡 化学平衡 4 状态和状态函数 5 过程和途径 设在定温下 一定量理想气体在活塞筒中克服外压 经4种不同途径 体积从V1膨胀到V2所作的功 1 自由膨胀 2 等外压膨胀 pe保持不变 体积功的计算 一次等外压膨胀所作的功 可见 外压差距越小 膨胀次数越多 做的功也越多 二次等外压膨胀所作的功 外压比内压小一个无穷小的值 可逆过程 外压相当于一杯水 水不断蒸发 这样的膨胀过程是无限缓慢的 每一步都接近于平衡态 所作的功为 这种过程近似地可看作可逆过程 系统所作的功最大 对理想气体 压缩过程 1 一次等外压压缩 二次等外压压缩 外压比内压大一个无穷小的值 可逆过程 如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚 使压力缓慢增加 恢复到原状 所作的功为 则系统和环境都能恢复到原状 功与过程小结 功与变化的途径有关 可逆膨胀 系统对环境作最大功 可逆压缩 环境对系统作最小功 功的计算 1 向真空膨胀 由于pe 0 有W 0 3 可逆体积功的计算 系统状态发生变化时 全过程的体积功为 2 恒外压过程 W的计算式可简化为 2 热 热 系统与环境之间因温差而传递的能量称为热 用符号Q表示 单位 J或kJ Q的取号 系统吸热 Q 0 系统放热 Q 0 计算热一定要与系统与环境之间发生热交换的过程联系在一起 系统内部的能量交换不可能是热 5 热力学能 系统总能量通常有三部分组成 1 系统整体运动的动能 2 系统在外力场中的位能 3 热力学能 也称为内能 热力学中一般只考虑静止的系统 无整体运动 不考虑外力场的作用 所以只注意热力学能 热力学能是指系统内部能量的总和 包括分子运动的平动能 分子内的转动能 振动能 电子能 核能以及各种粒子之间的相互作用位能等 热力学能是状态函数 用符号U表示 它的绝对值尚无法测定 只能求出它的变化值 热力学能的单位 若认为它是T V的函数 则有 2 2热力学第一定律 本质 能量守恒定律 隔离系统中能量不会凭空产生 也不会自行消灭 只会有数量的增减和形式的转化 实验证明 若始末态相同 系统经历绝热的做功过程或经历无功而有换热的过程 则热 功 即 1 热力学第一定律 U Q W 封闭系统 2 热力学第一定律的数学表达式 dU Q W 封闭系统 或 U Q pamb V W 封闭系统 或dU Q pdV W 封闭系统 在第一定律确定以前 有人幻想制造不消耗能量而不断做功的机器 即所谓的 第一类永动机 要使机器连续工作 系统必然不断循环 由热力学第一定律 U Q W 一个循环结束 末态 始态 U 0 所以 W Q 因为W0 系统必然要吸热 所以不消耗能量而不断做功的机器是不可能制造出来的 因此 热力学第一定律还可表述为 第一类永动机是不可能造成的 Q与W都是途径函数 而U是状态函数 U Q W 说明了在一个系统中热和功的代数和 为一个状态函数的变化值 若有两个过程a与b 它们的始末态一样 所以 Ua Ub 若Wa Wb 必有Qa Qb 因为 Wa Qa Ua Ub Wb Qb 3 焦耳实验 盖 吕萨克1807年 焦耳在1843年分别做了如下实验 将两个容量相等的容器 放在水浴中 左球充满气体 右球为真空 打开活塞 气体由左球冲入右球 达平衡 水浴温度没有变化 即Q 0 由于体系的体积取两个球的总和 所以体系没有对外做功 W 0 根据热力学第一定律得该过程的 从焦耳实验得到理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数 即 在恒温时 改变体积或压力 理想气体的热力学能保持不变 实际上 这一结论并不准确 因为该实验水槽中水较多 气体压力较低 若气体自由膨胀与水交换的热较少 则温度变化很小 不可能用那么一个粗糙的温度计的观测出来 但它的结论对于理想气体还是适用的 因为低压气体可以看作为理想气体 1 恒容热 QV 定义 系统在恒容 且非体积功为零的过程中与环境交换的热 Vsys const 2 3恒容热 恒压热 焓 2 恒压热 Qp 定义 系统在恒压 且非体积功为零的过程中与环境交换的热 恒压 p pamb const 定义 并将H称之为焓 于是有 Qp dH dp 0 W 0 或Qp H2 H1 H 恒压热在数值上等于过程的焓变 3 焓 定义 U p V都是指的系统的热力学性质 与环境无关 pV是p和V的简单乘积 不是体积功 H为组合状态函数 也是热力学状态函数 单位是J H的量值也不知 H也是广度量 系统状态发生微变时 焓的微变是 若系统内只有凝聚态物质发生pVT变化 相变化和化学变化 通常体积和压力变化不大 所以一般 pV 0 4 QV U Qp H两关系式的意义 热是途径函数 仅始末态相同 而途径不同 热不同 QV U Qp H 两式表明 若满足非体积功为零且恒容或恒压的条件 热已与过程的热力学能变化或焓变化相等 热力学数据建立 测定及应用的理论依据 用量热实验装置直接测定它的恒容热是不可能的 例 CO g 的生成反应是 在同一温度下 如下两个燃烧反应是完全而容易测定的 盖斯定律 一确定化学反应的恒容热或恒压热只取决于过程的始末态 与中间经过的途径无关 祝同学们学习 生活快乐 谢谢各位同学 物理化学电子教案 长春工业大学化学教研室 复习 1 焓H U pV 2 恒容热 恒压热 QV UQp H 3 热容 4 理想气体的热力学能和焓 2 4摩尔热容 1 热容 定义 一般 热容指纯物质在非体积功为零 没有相变化 没有化学变化时的 Q dT 单位J K 1 定压热容 摩尔定压热容 单位 J mol 1 K 1 定容热容 摩尔定容热容 单位 J K 1 质量定压热容 比定压热容 单位 J kg 1 K 1 摩尔热容与质量热容 比热容 均为强度量 质量定容热容 比定容热容 理想气体的摩尔定压热容与压力无关 标准摩尔定压热容是物质在标准压力下的摩尔定压热容 对于凝聚态物质定压热容的影响非常小 在压力与标准压力相差不大时可以近似认为 摩尔定压热容经常可表示仅为温度的函数 平均摩尔定压热容 在一般计算中 若温度变化不大 常认为摩尔定压热容不变 摩尔定压热容与摩尔定容热容的关系 将上式代入 Cp m CV m 的式子中 这个式子说明 Cp m CV m 来源于两方面 前一项表示恒压升温时 由于体积膨胀而使热力学能的增值 第二项表示 由于体积膨胀对于环境作功 对于理想气体 对于单原子理想气体 常温下CV m 1 5R Cp m 2 5R 对于双原子理想气体 常温下CV m 2 5R Cp m 3 5R 2 气体恒容变温过程 气体恒容由T1变到T2 定容热容 可得 对于此过程的 H 理想气体 H 及U 仅是T的函数 3 气体的恒压变温过程 由于理想气体的U仅是温度的函数 4 凝聚态物质变温过程 恒压变温 若认为 V极小 p V可忽略不计 则 U H Qp 恒容变温过程 实际上要恒容 难度不小 2 5相变化过程 相的定义 例如 某种固体盐与其饱和水溶液及水蒸气共存 系统中的同一种物质在不同相之间的转变称为相变 系统内物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相 系统共有气 液 固三相 1 相变焓 若有质量m 物质的量为n的纯物质B在恒定的温度压力下由 相转变为 相 其转变前的焓为H 转变后的焓为H 则有 过程的焓变为 摩尔相变焓为 比相变焓为 S L熔化 fus L S凝固 S G升华 sub G S凝华 L G蒸发 vap G L凝结 文献中给出的摩尔熔化焓 摩尔转变焓是在大气压力及对应的熔点及转变点下的值 一般不注明压力是因为压力对于熔点及转变点影响很小 而对蒸发过程 因为压力对于沸点的影响很大 所以除了极少数物质给出了不同温度下的摩尔蒸发焓 一般只给出正常沸点 101 325kPa下的沸点 下的摩尔蒸发焓 这些数据都是在相平衡温度及平衡压力下的值 所以是可逆相变焓 并等于可逆热Qr 对于凝聚态 固体 液体 之间的相变化 往往有 pV 0 所以 H U Q U H 而对于包含气相的相变化过程 如蒸发与升华等 因为气体的摩尔体积远大于固体和液体的摩尔体积 所以凝聚相体积可忽略不计 而气体体积往往又可用理想气体方程去近似 所以在恒温 恒压的相变化过程中有 U H pV H nRT 其中n为变为气态的物质的量 例 在100 的恒温槽中有一容积恒定为50dm3的真空容器 容器内底部有一小玻璃瓶 瓶中有液体水50g 现将小瓶打破 水蒸发至平衡态 求过程的Q W U及 H 已知 100 C时水的饱和蒸气压为101 325kPa 在此条件下水H2O的摩尔蒸发焓为40 668kJ mol 1 解 由容器容积及100 C下水的饱和蒸气压 可求出蒸发的水的物质的量为 剩下的水为 50 1 633 18 015 g 20 58g 例 在带活塞的绝热容器中有温度为 20 的过冷水1kg 环境压力维持在恒定压力100kPa不变 已知在100kPa下水的凝固点为0 在此条件下冰的比熔化焓为333 3J g 1 过冷水的定压比热为4 184J g 1 K 1 求当过冷水失稳结冰后的末态时冰的质量 解 100kPa下 低于0 时 的过冷水为亚稳态 稳定态是冰 在恒温恒压下 水转化为冰时 要放热 因为容器绝热 所以整个系统温度将升高 由于一旦结冰开始 冰的数量必然要达到最大 但若全部水都结冰 最高也只可升到0 假设起始温度为t1时 正好使全部水变成0 C的冰 所以有 即是说 低于 79 7 C的过冷水可全部变成冰 本题的温度 20 高于 79 7 所以过冷水不可能全部变成0 的冰 而且也不可能变成低于0 的冰水混合物 因为 低于零度 水本身就不稳定 况且还有冰的晶种存在 最后结论是 只能变成0 的冰水混合物 2 相变焓与温度的关系 通常文献给出的只是纯物质在熔点下的熔化焓及正常沸点下的蒸发焓 但有时需要其它温度下的相变焓 所以 相变焓与温度的关系值得我们作进一步的研究 设物质B在一定压力p下 在温度为T1时 由 相转化为 相的摩尔相变焓为两相的摩尔定压热容分别为 求在T2时的 可以假设途径如下 p一定 由图可知 因为 所以有 实际上会遇到在两个不同温度T1 T2相变压力不等 即p1 p2的情况 例 在不同压力下 液体的沸点不同 若由大气压下 正常沸点时水的摩尔蒸发焓 求25 饱和蒸气压下水的摩尔蒸发焓 就牵涉到这一类问题 实际上 前面得出的式依然适用 因为压力变化对凝聚态的摩尔焓影响很小 而压力变化对于气体的摩尔焓一般也可忽略 例如 水在t1 100 C时的饱和蒸气压p1 101 325kPa 在t2 80 C时的饱和蒸气压p2 47 360kPa 现在要由t1 p1下水的摩尔蒸发焓计算在t2 p2下的摩尔蒸发焓 相变过程 U H的计算小结 可逆相变化 相变点下 相变U 相变H 相变 pV 不可逆相变化 非平衡温度 压力下 将过程划分成至少一个可逆过程和多个简单状态变化过程进行计算 祝同学们学习 生活快乐 谢谢各位同学 物理化学电子教案 长春工业大学化学教研室 2 7化学反应焓 1 化学计量数 写作 0 aA bB yY zZ 即 例如 合成氨的反应 若写作 对反应物取负值 对生成物取正值 2 反应进度 设某反应 反应进度 的定义为 单位 mol 引入反应进度的优点 在反应进行到任意时刻 可以用任一反应物或生成物来表示反应进行的程度 所得的值都是相同的 反应进度被应用于反应热的计算 化学平衡和反应速率的定义等方面 注意 应用反应进度 必须与化学反应计量方程相对应 当 都等于1mol时 两个方程所发生反应的物质的量显然不同 3 标准摩尔反应焓 什么是标准态 用表示压力标准态 1993年GB规定标准压力为1 105Pa 标准态不规定温度 每个温度都有一个标准态 一般298 15K时的标准态数据有表可查 气体的标准态为 温度为T 压力时且具有理想气体性质的状态 液体的标准态为 温度为T 压力时的纯液体 固体的标准态为 温度为T 压力时的纯固体 标准摩尔焓变 若参加反应的物质都处于标准态 当反应进度为1mol时的焓变 称为标准摩尔焓变 用符号表示 例如 298 15K时 表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式 注意事项 2 反应进度为1mol 表示按计量方程反应物应全部作用完 1 反应进度为1mol 必须与所给反应的计量方程对应 若是一个平衡反应 显然实验所测值会低于计算值 但可以用过量的反应物 测定刚好反应进度为1mol时的热效应 4 恒容反应热与恒压反应热之间的关系 对于没有气态物质参加的化学反应 即凝聚态间的化学反应 若在恒温恒压下进行 则Qp H 若恒温而压力变化很小 一般体积变化也很小 所以体积功W 0 pV 0 此时Q U H 对于有气态物质参加的恒温下化学反应 恒容反应热QV U 恒压反应热Qp H 若其中的气态物质可用理想气体方程描述 则 式中的为反应方程式中气态物质化学计量数之和 2 8标准摩尔反应焓计算 在实际上 往往通过物质的标准摩尔生成焓与标准摩尔燃烧焓来计算标准摩尔反应焓 1 标准摩尔生成焓 在标准压力下 反应温度时 由最稳定的单质合成标准状态下单位量物质B的焓变 称为物质B的标准摩尔生成焓 用下述符号表示 物质 相态 温度 没有规定温度 一般298 15K时的数据有表可查 生成焓仅是个相对值 相对于标准状态下稳定单质的生成焓等于零 稳定相态单质本身的标准摩尔生成焓为零 物质 相态 温度 稳定单质 碳指C 石墨 硫指S 正交 磷指红磷 溴指Br2 l 汞指Hg l 稀有气体指单原子气体 氢 氟 氧 氮等指双原子气体 例如 在298 15K时 这也就是HCl g 的标准摩尔生成焓 反应焓变为 2 由标准摩尔生成焓求得某一反应的标准摩尔反应焓 因为 所以 3 标准摩尔燃烧焓和由标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓 在标准压力下 反应温度T时 物质B完全氧化成相同温度的指定产物时的焓变称为标准摩尔燃烧焓 用符号 物质 相态 温度 表示 指定产物通常规定为 金属 游离态 例如 在298 15K及标准压力下 则 显然 根据标准摩尔燃烧焓的定义 所指定产物如等的标准摩尔燃烧焓 在任何温度T时 其值均为零 氧气是助燃剂 燃烧焓也等于零 再如 以下反应 标准摩尔反应焓即为液态吡啶 C4H5N l 的标准摩尔燃烧焓 值得注意的是 按该规定 CO2 g 的标准摩尔生成焓即是C 石墨 的标准摩尔燃烧焓 H2O l 的标准摩尔生成焓即是H2 g 的标准摩尔燃烧焓 利用燃烧焓求化学反应的焓变 例如 在298 15K和标准压力下 有反应 A B C D 则 例如 根据状态函数性质 用这种方法可以求一些不能由单质直接合成的有机物的生成焓 该反应的摩尔焓变就是的生成焓 则 例如 在298 15K和标准压力下 乙醇的燃烧反应为 解 4 标准摩尔反应焓随温度的变化 基希霍夫公式 设有以下的某化学反应在温度T发生 设温度发生微变dT 标准摩尔反应焓发生微变d 若反应物及产物的标准摩尔定压热容分别为 则有 设计途径如下 基希霍夫公式 若在温度区间T1到T2范围内 反应物及产物没有相变化 则积分可得 5 绝热反应 绝热反应仅是非等温反应的一种极端情况 由于非等温反应中焓变的计算比较复杂 所以假定在反应过程中 焓变为零 则可以利用状态函数的性质 求出反应终态温度 例如 燃烧 爆炸反应 由于速度快 来不及与环境发生热交换 近似作为绝热反应处理 以求出火焰和爆炸产物的最高温度 求终态温度的示意图设反应物起始温度均为T1 产物温度为T2 整个过程保持压力不变 根据状态函数的性质 从而可求出T2值 2 10可逆过程和可逆过程的功 理想气体绝热可逆过程方程式 可逆过程 过程进行需要有推动力 若过程的推动力无限小 系统内部及系统和环境间无限接近于平衡态 过程进行得无限缓慢 当系统沿原途径逆向回到初始态时 环境也恢复到原态 这种系统内部及系统与环境间在一系列无限接近平衡条件下进行的过程称为可逆过程 可逆过程 又称为准静态过程 是一种假想的过程 实际上并不存在 实际过程均为不可逆过程 但是它的讨论在热力学中有重要意义 若过程推动力不是无限小 系统与环境间不是处于平衡态 则过程为不可逆过程 对于不可逆过程 无论采取何种措施 使系统恢复原状时 均不可使环境也恢复原状 总结 可逆过程的特点 1 推动力无限小 进行得无限慢 中间经历一系列平衡态 2 过程结束后 系统若沿原途径逆向进行恢复到始态 则环境也同时复原 3 可逆过程系统对环境作最大功 环境对系统作最小功 3 理想气体恒温可逆过程 对于理想气体恒温过程 无论可逆与否 均有 对于既恒温又可逆的膨胀压缩过程 指一般物质 由于pamb psys dp 计算可逆体积功时有 H 0 U 0 Q W 0 即Q W 理想气体恒温可逆过程 4 理想气体绝热可逆过程 在绝热过程中 体系与环境间无热的交换 但可以有功的交换 根据热力学第一定律 这时 若体系对外作功 热力学能下降 体系温度必然降低 反之 则体系温度升高 因此绝热压缩 使体系温度升高 而绝热膨胀 可获得低温 绝热过程 Qr 0 由第一定律 理想气体热力学能U只是温度的函数 所以 代入上式 得 若CV m为定值 与温度无关 则理想气体由 p1 V1 T1 绝热可逆变化为 p2 V2 T2 时 有关系式 其中 由绝热可逆方程式求出终态温度T2 就可求出相应的体积功 理想气体若从同一个始态出发 分别经由绝热可逆膨胀及恒温可逆膨胀到相同压力 由于绝热可逆膨胀没有吸热 温度下降 所以末态气体体积小于恒温可逆膨胀的末态体积 表现为p Vm图上绝热可逆线比恒温可逆线要陡 理想气体在绝热可逆过程中 三者遵循的绝热可逆过程方程式可表示为 在推导这公式的过程中 引进了理想气体 绝热可逆过程和是与温度无关的常数等限制条件 小结 两种功的投影图 从A点出发 达到相同的终态体积 等温可逆过程功 AB 绝热可逆过程功 AC 例 某双原子理想气体4mol 从始态p1 50kPa V1 160dm3经绝热可逆压缩到末态压力p2 200kPa 求末态温度T2及过程的W U及 H 小结 1 理想气体绝热可逆过程 2 绝热可逆膨胀功和等温可逆膨胀功的比较 绝热可逆过程方程 祝同学们学习 生活快乐 谢谢各位同学 物理化学电子教案 长春工业大学化学教研室 总结 第一章气体的PVT关系 1 理想气体 理想气体模型理想气体状态方程 2 道尔顿分压定律和阿马格分体积定律 3 真实气体 范德华方程 压缩因子真实气体的压缩 波义尔温度临界参数 练习 一 填空题 1 温度为400K 体积为2m3的容器中装有2mol的理想气体A和8mol的理想气体B 该混合气体中B的分压为 PB kPa 2 在300K 100kPa下 某理想气体的密度 80 8275 10 3kg m 3 则该气体的摩尔质量 M 3 恒温100 在一个带有活塞的气缸中装有3 5mol的水蒸气在平衡条件下 缓慢的压缩到压力P kPa时 才可能有水滴出现 5 理想气体在微观上的特征是 4 理想气体 在恒温下 热力学能随压力的变化率 6 在临界状态下 任何气体在宏观上的特征是 7 在n T一定的条件下 任何种类的气体 当压力趋近于零时 二 单项选择填空题 1 在温度恒定为25 体积恒定为25dm3的容器中 含有0 65mol的理想气体A 0 35mol的理想气体B 若向容器中再加入0 4mol的理想气体D 则B的分压力PB 分体积VB A 变大B 变小C 不变D 无法确定 2 由A g 和B g 形成的理想混合系统 总压P PA PB 体积 下列各式中 只有式 是正确的 A B C D 3 1 在一定T P下 假设高于波义尔温度TB Vm 真实气体 Vm 理想气体 2 在n p V皆为定值的条件下 p 范德华气体 p 理想气体 4 在一个密闭的容器中放有足够多的某纯液态物质 在相当大的温度范围内皆存在气 液两相平衡 当温度逐渐升高时液体的饱和蒸气压变大 饱和液体的摩尔体积Vm l 饱和蒸气的摩尔体积Vm g A 变小B 变大C 不变D 无一定规律 5 在温度恒定为373 15K 体积为2 0dm3的容器中含有0 035mol的水蒸气 若向上述容器中再加入0 025mol的液态水 则容器中的水必然是 A 液态B 气态C 气 液两相平衡D 无法确定 6 某真实气体的压缩因子Z 1 则表示该气体 A 易被压缩B 难被压缩C 易液化D 难液化 8 当真实气体的温度T与其波义尔温度TB为 1 2 3 A 0B 0C 0D 不能确定 第二章热力学第一定律 一 热力学第一定律 1 第一定律的数学表达式焓的定义式体积功的定义式 2 热容定压摩尔热容定容摩尔热容 3 焓与温度的关系 相变和反应 4 绝热可逆过程方程 5 反应进度 二 过程的Q W U和 H的计算 等压变温过程 三 相变过程的Q W U和 H的计算 四 化学反应的 H的计算 等容变温过程 等温可逆过程 绝热过程 恒外压过程 自由膨胀过程 习题 一 填空题 1 封闭系统过程的体积功为零的条件是 2 封闭系统过程的 U 0的条件是 或 3 一定量单原子理想气体某过程 pV 20kJ 则此过程 U kJ H kJ 4 封闭系统过程 U H的条件 1 对于理想气体单纯PVT变化过程 2 有理想气体参加的化学反应 5 某理想气体反应过程的 反应过程的 6 绝热 恒容 W 0 反应系统的 7 在一个体积恒定为20dm3 系统与环境无热交换 W非 0的反应器中 发生某反应使系统温度升高1200K 压力增加300kPa 且已知 此过程的 U H 8 系统内部及系统与环境之间 在 过程称为可逆过程 9 状态函数在数学上的主要特征是 10 系统的宏观性质可分为 凡与物质成正比的物理量 皆称为 11 在一定温度下 一定量理想理想气体所进行的可逆过程与不可逆过程 体积功的大小相比较可知 可逆过程系统对环境作 功 环境对系统作 功 习题2 9某理想气体 今有该气体5mol在恒压下温度降低50 求过程的W Q U H 习题2 114mol某理想气体 由始态100kPa 100dm3 先恒压加热使体积增大到150dm3 再恒容加热使压力增大到150kPa 求过程的W Q U H 2 17习题单原子理想气体A与双原子理想气体B的混合物共5mol 摩尔分数yB 0 4 始态温度T1 400K 压力P 200kPa 今该混合气体绝热反抗恒外压P 100kPa膨胀到平衡态 求末态温度T2及过程的W U H 2 18习题在一带活塞的绝热容器中有一绝热隔板 隔板两侧分别为2mol 0 的单原子理想气体A及5mol 100 的双原子理想气体B 两气体的压力均为100kPa 活塞外的压力维持100kPa不变 今将容器内的绝热隔板撤去 使两种气体混合达到平衡态 求末态的温度T及过程的W U 习题2 21已知水 H2O l 在373 15K 101 325kPa的摩尔蒸发焓 vapHm 40 668kJ mol 1 试分别计算下列两过程的Q W U H 水蒸气按理想气体处理 1 在373 15K 101 325kPa下1mol水蒸发成为水蒸气 2 在恒定在273 15K的真空中 1mol水蒸发为水蒸气 而且水蒸气的压力恰好为101 325kPa 习题2 25100kPa下 冰的熔点为0 在此条件下冰的摩尔熔化焓已知在 10 0 范围内过冷水和冰的摩尔定压热容为和 求在常压及 10 过冰水结冰的摩尔凝固焓 习题2 29应用附录中的有关物质的热化学数据 计算25 时下列反应的标准摩尔生成焓 要求 1 应用25 的标准摩尔生成焓的数据 2 应用25 的标准摩尔燃烧焓的数据 习题2 31已知25 液态甲酸甲酯的 HCOOH l CH3OH l H2O