物理化学要点及模拟试题(化工版).doc

物理化学
复****纲要及模拟试题
张玉军编写
河南工业大学化学化工学院
二0一二年四月
第一部分复****纲要
第1章热力学第一定律及应用
一、基本概念
系统与环境,隔离系统,封闭系统,敞开系统,广延性质或容量性质(加和性:V,U,H,S,A,G),强度性质(摩尔量,T,p),功W,热Q,热力学能,焓,热容,状态与状态函数,平衡态,过程函数(Q,W),可逆过程,真空膨胀过程,标准态(纯态,),标准反应焓,标准摩尔生成焓[△fHөm(B,,T)],标准摩尔燃烧焓[△cHӨm(B,,T)]。
二、重要公式与定义式
1. 体积功:
2. 热力学第一定律:,
3. 焓的定义:
4. 热容:等容摩尔热容
等压摩尔热容
理想气体:;凝聚态:
单原子理想气体分子:
双原子理想气体分子:
5. 标准摩尔反应焓:由标准摩尔生成焓或标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓
D
6. 基希霍夫定律(适用于相变和化学反应过程)
D
7. 等压摩尔反应热(焓)与等容摩尔反应热(焓)的关系式

8. 理想气体的可逆绝热过程方程:
, ,=Cp,m/CV,m
三、各种过程Q、W、△U、△H 的计算

(1) 对于气体,题目没有特别声明,一般可认为是理想气体,如N2,O2,H2等。
等温过程 dT=0,△U=0 △H=0,Q=W
非等温过程△U= n CV,m (T2-T1),△H= n Cp,m(T2-T1)
单原子气体 CV,m =3R/2,Cp,m = CV,m+R = 5R/2
(2) 对于凝聚相,状态函数通常近似认为与温度有关,而与压力或体积无关,即
D △U≈△H= n Cp,m(T2-T1)
:=p=常数,无其他功W'=0
(1) ,△H = Qp =n Cp,m dT,△U =△H-△(pV),Q=△U-W
(2) 真空膨胀过程=0,W=0,Q=△U
理想气体结果:dT=0,W=0,Q=0 △U=0,△H=0
(3) 恒外压过程: 首先计算功W,然后计算△U,再计算Q,△H。
3. 等容过程:dV=0
W=0,QV =△U =n CV,mdT,△H=△U + V△p
:Q=0
(1) 绝热可逆过程 W=pdV =△U =n CV,mdT,△H=△U+△(pV)
理想气体:,
(2)绝热一般过程:由方程W =p外dV =△U =n CV,m dT 建立方程求解。
5. 相变过程S()→S()
(1) 可逆相变(正常相变或平衡相变):在温度T对应的饱和蒸气压下的相变,如水在常压下的0℃结冰或冰溶解,100 ℃时的汽化或凝结等过程。
由温度T1下的相变焓计算另一温度T2下的相变焓
D △HӨm(T2)= △HӨm(T1)+△Cp,m dT
(2) 不可逆相变:利用状态函数与路径无关的特点,根据题目所给的条件,设计成题目给定或根据常识知道的(比如水的正常相变点)若干个可逆过程,然后进行计算。
:标准反应焓的计算
(1) ,然后利用基希霍夫公式计算另一温度T时的标准反应焓。
注意:生成反应和燃烧反应的定义,以及标准摩尔生成焓或标准摩尔燃烧焓存在的联系。例如 H2O(l)的生成焓与H2的燃烧焓,CO2 的生成焓与C(石墨)的燃烧焓数值等同。
(2) 一般过程焓的计算:基本思想是(1),再加上相变焓等。
四、典型题示例
1-1 1mol 理想气体于27℃、Pa状态下受某恒定外压等温压缩到平衡,再由该状态等容升温到97 ℃,。求整个过程的W、Q、△U及△H。已知该气体的CV,m -1 K-1。
解题思路:需先利用理想气体状态方程计算有关状态:
(T1=27℃, p1=Pa,V1)→(T2=27℃, p2=pe=?,V2=?)
→(T3=97℃, p3=,V3= V2)
1-2水在-5℃的结冰过程为不可逆过程,计算时要利用0℃结冰的可逆相变过程,即
△H1
H2O(l,1 mol,-5℃, ) H2O(s,1 mol,-5℃,)
↓△H2 ↑△H4
△H3
H2O(l,1 mol, 0℃,) H2O(s,1 mol,0℃,)
∴△H1=△H2+△H3+△H4
1-3 在 时,使 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧,放出 的热量。忽略压力对焓的影响。
(1) 计算甲醇的标准燃烧焓。
(2