东南大学物理化学习题.

习题课徐华生物电子学国家重点实验室UQW（1）热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律内能：状态函数热、功：过程函数第一类永动机是不可能存在的热用符号Q表示系统吸热，Q＞0系统放热，Q＜0功用符号W表示系统对环境作功，W＜0环境对系统作功，W＞0dlpAdlpdVWf外外外（a）气体向真空膨胀W=0（b）气体在恒定外压的情况下膨胀2121VdVp()VWpVV外外（c）在整个膨胀过程中，始终保持外压比气体压力p只差无限小的数值。22112112lnlnVVVVVpnRTdVWdVnRTnRTnRTVVVp（2）体积功(3)定容及定压下的热UQV定容热定压热HQp焓H=U+pV（4）理想气体的内能和焓对理想气体的定温过程ΔU=0ΔH=0dTQCVVdTQCpp定容热容定压热容：（6）盖斯定律一个化学反应不论是一步完成还是分成几步完成，其热效应总是相同的。dTCdUVVdTCdHpp定容定压（5）实际气体的节流膨胀恒焓过程焦耳-汤姆逊系数:恒焓过程中气体温度随压力的变化率HTJpTP16-17例题/习题热力学第二定律（1）热力学第二定律第二类永动机是不可能存在的功可自发地全部变为热，但热不可能全部转变为功而不引起任何其它变化热力学第二定律的数学表达式——克劳修斯不等式TQdS在热力学上可以作为变化方向与限度的判据。“”号为不可逆过程“=”号为可逆过程（1）定温过程的熵变理想气体：211212lnlnlnppnRVVnRTVVnRTSTQTQSrr(2)定压变温过程的熵变12ln2121TTCTdTCTQSpTTpTTr（4）相变化的熵变HQr在定温定压下两相平衡时所发生的相变过程属于可逆过程。THnTHSm(3)定容变温过程的熵变12ln2121TTCTdTCTQSVTTVTTr等温下气体混合过程中的熵变。设在恒温273K时，将一个22.4L的盒子用隔板从中间隔开。一方放0.5molO2，另一方放0.5molN2，抽去隔板后，两种气体均匀混合。试求过程中的熵变。VA=11.2LVB=11.2LO2N22.114.22ln5.0lnRVVVnRSABAA2.114.22ln5.0lnRVVVnRSBBAB2.114.22lnRSSSBAmix解在90℃、p0下，1mol水蒸发成等温等压下的水蒸气，求此过程的ΔS，并判断此过程是否可能发生。已知90℃时水的饱和蒸气压为7.012×104Pa，90℃时的可逆汽化热为41．10kJ·mol-1，100℃时可逆汽化热为40.67kJ·mol-1，液态水和气态水的定压摩尔热容分别为75.30J·K-1·mol-1和33.58J·K-1·mol-1。（水蒸气可视为理想气体）等压变温可逆过程解321SSSSdTTlCSTTmp21)(,1dTTgCSTTmp12)(,3222)(TTHSmvap11.110KJS化学势jnpTiinXX,,偏摩尔量的定义式iidndG自发过程0iidn0iidn平衡化学势（1）（2）（3）化学势在多相及化学平衡中的应用多组分系统多相平衡的条件：温度，压力，化学势)()(反应物产物iiiivv)()(反应物产物iiiivv)()(反应物产物iiiivv化学平衡的条件正向反应自发进行逆向反应自发进行拉乌尔定律111xpp亨利定律22xkpx不挥发性溶质理想稀溶液的依数性蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低、渗透压（5）（6）（7）理想液态混合物中物质的化学势iiixRTslnln)sln()(0理想稀溶液中物质的化学势2022ln)sln()(xRTsln纯组分理想气体的化学势（4）000ln),(),(ppRTpTpT化学平衡00lnKRTGmr标准平衡常数pmrmrQRTGGln0范特霍夫等温方程指示反应限度的量的方向指示化学反应自发进行反应达到平衡时，反应逆向自发进行时，反应正向自发进行时，,0,0,0000mramramraGKQGKQGKQ（3）反应的和标准平衡常数的求算***0mrG(a)通过测定反应的标准平衡常数来计算；（P118例题2）(b)用己知反应的计算所研究反应的(c)通过反应的和,用公式（P118例题3）(d)通过电池的标准电动势来计算；0mrG0mrG0mrH0mrS000mrmrmrSTHG00lnKRTGmr（P118例题3）K=2.44×105有人想用甲烷和苯蒸气的混合物来制取甲苯,反应为:CH4(g)+C6H6(g)=C6H5CH3(g)+H2(g)求500K及标准压力下的fGm及K已知500K时CH4,C6H6,C6H5CH3的fGm分别为－3.68kJ·mol1,161.92kJ·mol1,172.38kJ·mol1.rGm={172.38－(－33.68)－161.92}kJ·mol1=44.14kJ·mol1K005molK8.314Jmol44.14kJ111lnK=－rGm/RT=－10.62)()(00000BAHGmrbahgG)()(00反应物产物jjii标准平衡常数；（1）与方程式写法有关（2）温度对平衡常数的影响（3）压力及惰性气体的影响200lnRTHTKmrpp12532223)1(NHHN3223221)2(NHHN)2(2)1(00mrmrGG200)2()1(KK多相平衡相律是相平衡体系中揭示相数，独立组分数K和自由度f之间关系的规律2ΦKf利用相律求算自由度***例试说明下列平衡系统的自由度（1）25℃及标准压力下，NaCl（s）与其水溶液平衡共存；（2）I2（s）与I2（g）呈平衡；（3）开始时用任意量的HCl（g）和NH3（g）组成的系统中，反应HCl（g）+NH3（g）=NH4Cl(s)达到平衡。解：（1）K=2，=2f=K-=0（2）K=1，=2f=K-+2=1（3）S=3，R=1，R’=0，K=S-R-R’=2，=2f=K-+2=2P147习题***水的相图：三个单相面，三条两相平衡线，一个三相点单相面：f=两相平衡：f=三相平衡：f=3-=3-1=23-=3-2=13-=3-3=0根据相图，指出系统发生的变化X到Y系统的变化f=K-+2=1-+2=3-单组分系统二组分系统ΦΦf422二组分系统最多可有4相共存达到平衡；最多可以有3个自由度：温度，压力和浓度。液相区气相区两相平衡区物系点：o相点：b，b‘组成为x1的溶液加热，系统发生的变化')()(obgnobln杠杆规则“以物系点为分界，将两个相点的结线分为两个线段。一相的量乘以本侧线段长度，等于另一相的量乘以另一侧线段的长度。”电化学（1）电导、电导率和摩尔电导率V=IRAlRρ为电阻率溶液的电阻R与两电极间的距离l成正比，与浸入溶液的电极面积A成反比RG1][)(11mSAlG电导电导率摩尔电导率：在相距为1m的两个平行板电极之间充入含1mol电解质的溶液时所具有的电导][12molmScm电池表示法及与电池反应的“互译”1.左边为负极，起氧化作用；右边为正极，起还原作用。2.“|”表示相界面，有电势差存在。“||”表示盐桥。3.要注明温度，不注明就是298.15K；要注明物态，气体要注明压力；溶液要注明浓度。将一个化学反应设计成电池，必须抓住三个环节：1.确定电解质溶液2.确定电极3.复核反应(Pt)H2(g,p0)|HCl(m)|AgCl-Ag(s)写出下列电池所对应的化学反应左负极右正极电池反应HeH212ClAgeAgClHCl(a)Ag(s)AgCl(s))p(g,H2102将下列化学反应式设计成电池：Zn(s)+Cd2+→Zn2++Cd(s)解该反应中Zn被氧化成Zn2+，Cd2+被还原成Cd，因此Zn极为负，Cd极为正设计电池为Zn(s)∣Zn2+∣Cd2+∣Cd(s)复核左负极Zn-2e-→Zn2+右正极Cd2++2e-→CdZn(s)+Cd2+→Zn2++Cd(s)电池反应书上P327习题电极电势及电池电动势的应用（1）判断反应趋势p259（2）求化学反应的平衡常数000lnKRTnFEGmr00lnKnFRTE电极电势较低的金属能从容易中置换出电极电势较高的金属p260表面现象rdrrrdrp2482拉普拉斯公式开尔文公式RTrMppr2ln''毛细管现象凸液面：p'=p+Δp凹液面：p'=p-Δp液泡：Δp=4σ/r1.人工降雨的原理2.液体加热时加入沸石，可避免暴沸p289接触角液体的润湿和铺展090润湿090不润湿完全润湿000180完全不润湿解释锄地保墒的原理p291气固吸附“物理吸附”“化学吸附”朗格缪尔单分子层吸附BET多分子层吸附吸附力不同BET公式可用于测定和计算固体吸附剂的比表面积。溶液的表面吸附表面活性剂作用：润湿、增溶、乳化表面膜及LB膜：P305溶胶的光学、力学、电性质分散系统（1）溶胶的光学性质——丁达尔效应光的散射（2）溶胶的力学性质——布朗运动、扩散、沉降及沉降平衡（3）溶胶的电性质——电泳电渗电泳：在电场作用下，固体的分散相粒子在液体介质中作定向移动。蛋白、核酸分离电渗：在电场作用下，固体的分散相粒子不动，而液体介质发生定向移动。水的净化溶胶粒子带电的原因吸附法扬斯规则：与溶胶粒子有相同化学元素的粒子优先被吸附。用KI和AgNO3制备AgI溶胶，（1）试分别写出KI或AgNO3过量的胶团的结构式，并注明胶核、胶粒和胶团.（2）当KI过量时，下列电解质聚沉能力最强的是哪个（A）K3[Fe(CN)6]；（B）MgSO4；（C）FeCl3；（D）NaCl33[()()][()()]xmxmAgInInxKxKAgInAgnxNOxNO胶核紧密层分散层胶粒胶团解：（1）（2）KI过量，胶粒带负电，起聚沉作用的是正离子根据哈迪-叔采原则：反离子价数越高，聚沉能力越强FeCl3的聚沉能力最强溶胶粒子的结构胶核、胶粒、胶团