物理化学要点及模拟试题(化工版)
更新时间:2023-11-26 07:10:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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物理化学 复习纲要及模拟试题
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 复习纲要
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,pθ),标准反应焓,标准摩尔生成焓[△fH?m(B,?,T)],标准摩尔燃烧焓[△cH?m(B,?,T)]。
二、重要公式与定义式 1. 体积功:δW??pedV
2. 热力学第一定律:?U?Q?W,dU?δQ?δW 3. 焓的定义: H?U?pV 4. 热容:等容摩尔热容 CV,m?δQV1??U???U??????m? ndTn??T?V??T?V 等压摩尔热容 Cp,m?δQpndT?1??H???Hm???? ??n??T?p??T?p 理想气体:Cp,m?CV,m?R;凝聚态:Cp,m?CV,m?0
3 5RCp,m?R 2257双原子理想气体分子: CV,m?R Cp,m?R
22单原子理想气体分子: CV,m?Θ 5. 标准摩尔反应焓:由标准摩尔生成焓?fHm(B,?,T)或标准摩尔燃烧焓?cHm(B,?,T)计
Θ????算标准摩尔反应焓
?rHm(T)?Θ??BBΘΘ?fHm(B,?,T)????B?cHm(B,?,T)?
B 6. 基希霍夫定律(适用于相变和化学反应过程)
ΘΘ ? ?rHm(T2)??rHm(T1)??T2T1?rCp,mdT
7. 等压摩尔反应热(焓)与等容摩尔反应热(焓)的关系式
1
ΘΘ Qp?QV??rHm(T)??rUm(T)??B(g)RT
8. 理想气体的可逆绝热过程方程: p1V1??p2V2?,
p1V1p2V2,?=Cp,m/CV,m ?T1T2三、各种过程Q、W、△U、△H 的计算
1.解题时可能要用到的内容
(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 ? △U≈△H= n Cp,m(T2-T1)
2.等压过程:pe=p=常数,无其他功W'=0 (1) W??pe(V2?V1),△H = Qp =
?T2T1n Cp,m dT,△U =△H-△(pV),Q=△U-W
(2) 真空膨胀过程 pe=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 =
4.绝热过程:Q=0 (1) 绝热可逆过程 W=
??T2T1n CV,mdT,△H=△U + V△p
?T2T1pdV =△U =
???T2T1n CV,mdT,△H=△U+△(pV)
理想气体:pV1?pV2Tp,T1V1??1?T2V2??1? p11???1???T1?p2T2
W??K1???11?p2V2?p1V1(T2?T1)? ???V??1V??1?????1??11?2? (2)绝热一般过程:由方程W =
?T2T1p外dV =△U =
?T2T1n 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
2
? △H?m(T2)= △H?m(T1)+
?T2T1△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。 6.化学变化过程:标准反应焓的计算
(1) 由298.15K时的标准摩尔生成焓或标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓,然后利用基希霍夫公式计算另一温度T时的标准反应焓。
ΘΘ?rHm???B?fHm(B,?,T)
BΘΘ?rHm????B?cHm(B,?,T)
B?rH(T2)??rH(T1)???rCp,mdT
T1ΘmΘmT2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℃ 、101325Pa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 ℃ ,则压力升到1013.25kPa。求整个过程的W、Q、△U及△H。已知该气体的CV,m 恒定为20.92J?mol-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=101325Pa,V1)→(T2=27℃, p2=pe=?,V2=?)
→(T3=97℃, p3=1013.25kPa,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 H2O(l,1 mol,-5℃ ,pθ
) △ H 1H 2O(s,1 mol,-5℃,p)
θ ↓△H2 ↑△H4
H2O(l,1 mol, 0℃,p) △ H 3 H2O(s,1 mol,0℃,p) ∴ △H1=△H2+△H3+△H4
1-3 在 298.15K 时,使 5.27 克的甲醇(摩尔质量为32克) 在弹式量热计中恒容燃烧,放出 119.50kJ 的热量。忽略压力对焓的影响。
(1) 计算甲醇的标准燃烧焓 ?cHm。
(2) 已知298.15K时 H2O(l) 和CO2(g)的标准摩尔生成焓分别为-285.83 kJ·molkJ·mol1,计算CH3OH(l)的?fHm。
-
-1
θθθ、-393.51
θ(3) 如果甲醇的标准蒸发焓为 35.27kJ·mol1,计算CH3OH(g) 的?fHm。
-
θ 3
解:(1) 甲醇燃烧反应:CH3OH(l) +
3O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) 2-
θ ?cUm=-119.50 kJ/(5.27/32)mol =-725.62 kJ·mol1
θθ?vB(g)RT=?cUm+ ?cHm = (-725.62-0.5×8.3145×298.15×103)kJ·.mol1
-
-
=-726.86 kJ·mol
-1
θθθθ(2) ?cHm=?fHm(CO2) + 2?fHm(H2O )-?fHm [CH3OH(l)] θθθθ ?fHm[CH3OH (l)] =?fHm (CO2) + 2?fHm (H2O )-?cHm
= [-393.51+2×(-285.83)-(-726.86) ] kJ·mol1
-
=-238.31 kJ·mol1
-
θ
(3) CH3OH (l) →CH3OH (g) ,ΔvapHm= 35.27 kJ·.mol1
-
θθθ
?fHm[CH3OH (g)] =?fHm[CH3OH (l)] +?vapHm= (-38.31+35.27)kJ·.mol
=-203.04 kJ·mol1
-
-1
4
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