物化重点公式总结.ppt

物理化学总复习 一 气体 1 理想气体定义 微观特征 PVT关系 凡是在任何T P下均符合理想气体状态方程的气体称为 分子本身不具有体积 分子间无相互作用力 微观特征 PVT关系 2 实际气体对理想气体的偏差 范德华方程 3 实际气体液化的条件 实际气体方程 压缩因子图 对于理想气体 必要条件 充分条件 二 热力学基础及应用 1 热力学第一 二定律表述 数学表达式 第一类永动机不能实现 第二类永动机不能实现 过程可逆 过程不可逆 2 基本概念 体系 环境及体系分类 状态函数及其特点 功与热及热力学能 焓的定义 一定量理想气体的U H都仅是温度的函数 恒压摩尔热容 恒容摩尔热容 理想气体 标准生成热 标准燃烧热与标准反应热关系 反应 反应 反应的恒压热效应与恒容热效应的关系 如反应 若反应的 则 熵函数 亥姆霍兹自由能 吉布斯自由能定义及判据 自发过程 可逆过程 第三定律熵 恒温 恒容及无其它功 自发过程 可逆过程 恒温 恒压及无其它功 自发过程 可逆过程 偏摩尔量 化学势及化学势判据 有可能发生过程 可逆过程 W Q U H S A及 G的计算 3 基本过程 基本公式 理想气体自由膨胀 理想气体等温可逆过程 理想气体等容可逆过程 理想气体等压可逆过程zy13 12 11 理想气体绝热可逆 可逆相变化过程 4 例题 1 298K时 将2mol的N2理想气由0 1MPa恒温可逆压缩到2MPa 试计算此过程的W Q U H S及 G 如果被压缩了的气体做恒温膨胀再回到原来状态 问此过程的W Q U H S及 G又是多少 2 根据下列数据 求乙烯C2H6 g 在298K时的标准摩尔生成热与标准摩尔燃烧热 1 C2H6 g 7 2O2 g 2CO2 g 3H2O l 2 C 石墨 O2 g CO2 g 3 H2 g 1 2O2 g H2O l 3 苯在正常沸点353K时摩尔汽化焓为30 75kJ mol 1 今将353K 101 325kPa下的1mol液态苯在恒温恒压下蒸发为苯蒸气 设为理想气体 1 求此过程的Q W U H S A和 G 2 应用有关原理 判断此过程是否为可逆过程 4 气相反应A g B g Y g 在500 100kPa进行 试计算该反应的及过程的Q W各为多少 气体可视为理想气体 物质 kJ mol 1 Cp m J K 1 mol 1 A g 23519 1B g 524 2Y g 24130 0 解 或者 三 溶液 相平衡及化学平衡 理想溶液 理想稀溶液 独立组分数 自由度数 相律 标准生成吉布斯自由能 标准平衡常数等 基本概念 概念题辨析 1 克拉佩龙方程式用于纯物质的任何两相平衡 2 一定温度下的乙醇水溶液 可应用克 克方程计算其饱和蒸气压 3 任一化学反应的标准平衡常数都只是温度的函数 4 理想稀溶液中的溶质遵守拉乌尔定律 溶剂遵守亨利定律 5 相是指系统处于平衡时 系统中物理性质及化学性质都完全相同的均匀部分 6 依据相律 纯液体在一定温度下 蒸气压应该是定值 7 范特荷夫等温方程 表示系统标准状态下性质的是 用来判断反应进行方向的是 8 A l 与B l 可形成理想液态混合物 若在一定温度T下 纯A 纯B的饱和蒸气压PA PB 则在二组分的蒸气压 组成相图上的气 液两相平衡区 呈平衡的气 液两相的组成必有 yB xB B yB xB C yB xB 基本计算 1 溶液组成及气液相组成 分压 相数量的计算 3 相图分析及相律计算 4 Van tHoff等温方程 等压方程应用 平衡常数及平衡组成的计算 单组分气液两相平衡时平衡温度 压力的计算 求总压为101 325kPa时气 液相浓度各为多少 1 苯和甲苯构成理想液态混合物 已知358K时 2 一定温度A和B构成的理想溶液中A的摩尔分数浓度xA 0 5 求平衡气相的总压和气相中A的摩尔分数浓度 已知该温度下纯A的饱和蒸气压 一 相平衡总结 一 相律 f C P 2二 克拉贝龙方程三 二组分系统基本相图 1 两种固态物质完全不互溶的相图 A B l B A l A AB B AB l AB A AB2 B AB2 A B B l AB2 B 2 两种固态物质或液态物质能部分互溶的相图 l l l l 3 两种固态物质或液态物质能完全互溶 四 二组分系统相图基本特征 1 单相区 A B两组分能形成溶液或固溶体的部分 相区内的一点既代表系统的组成和温度 又代表该相的组成和温度 2 两相区 处于两个单相区或单相线之间 相区内的一点只代表系统的组成和温度 结线两端点代表各相的组成和温度 两相区内适用杠杆规则 3 凡是曲线都是两相平衡线 线上的一点为相点 表示一个平衡相的状态 4 凡是垂直线都可看成单组分纯物质 如果是稳定化合物 垂线顶端与曲线相交 为极大点 若是不稳定化合物 垂线顶端与水平线相交 为 T 字形5 凡是水平线基本上都是 三相线 三相线上f 06 冷却时 当物系点通过 两相平衡 曲线时 步冷曲线上出现一转折 当物系点通过三相线时 步冷曲线上出现平台 三相线的两端点除外 二 例题 例1 1固体Fe FeO Fe3O4与气体CO CO2达到平衡时 其独立组分数K 相数 和自由度数f 3 4 1 解 Fe3O4 CO 3FeO CO2FeO CO Fe CO2R 2 R 0所以K 5 2 3 4f 3 4 2 1 2下列化学反应 同时达平衡时 900 1200K CaCO3 s CaO s CO2 g CO2 g H2 g CO g H2O g CO g H2O g CaO s CaCO3 s H2 g 其独立组分数K 相数 和自由度数f 4 3 3 解 R 2R 0所以K 6 2 4 3f 6 3 2 3 此系统的独立组分数 自由度数 3 3 解 AlCl3 3H2O Al OH 3 s 3HCl R 1 K 4 1 3 2 f 3 2 2 3或Al 3 Cl H2O OH H Al OH 3 s S 6 Al 3 3OH Al OH 3 s H2O OH H R 2 OH H R 1K 6 3 3 2 f 3 2 2 3 3 AlCl3溶液完全水解后 4 完全互溶双液系统xB 0 6处 平衡蒸气压有最高值 xB l xB 总 xB g 恒沸点混合物 那么组成xB 0 4的溶液在气液平衡时 xB g xB l xB 总 大小顺序为 将该溶液完全分馏 塔顶将得到 将s点所代表的物系分馏 并将馏液和残液分别冷却到温度T1 残液的相数为 相点是 2 a b 5 A B双液系的相图如下 6Na2CO3 s 可形成三种水合物 Na2CO3 H2O Na2CO3 7H2O Na2CO3 10H2O 常压下将Na2CO3 s 投入其水溶液中 待三相平衡时 一相是Na2CO3溶液 一相是Na2CO3 s 一相是 Na2CO3 H2O 45kJ mol 1和6kJ mol 1 三相点时的蒸气压为609Pa 则升华热 kJ mol 1 10 C时冰的蒸气压 计算依据是什么 259Pa 51 克 克方程 三相点时 冰 水 气 subHm vapHm fusHm 51kJ mol 1 7 水在三相点附近的蒸发热和熔化热分别为 p2 259Pa 例8丙烯单体以液体状态存放较好 若储存场地夏天最高气温为313K 试估计储液罐至少耐多大压力 丙烯正常沸点225 7K 解 本题要求的是最高气温时丙烯的蒸气压为多少 根据克 克方程可求出 题目缺少气化热数据 根据特鲁顿规则 例9苯 A 和二苯基甲醇 B 的熔点分别为6 和65 A和B可形成不稳定化合物AB2 它在30 时分解为B和xB 0 5的熔液 低共熔点为1 低共熔液组成xB 0 2根据以上数据绘出其二元相图 并指出各区相态 解 AxBB t 6 65 A l 30 1 B l l B AB2 l AB2 A AB2 AB2 xB 0 5 xB 0 2 例10已知A B二组分系统的相图如下 1 画出a b c三个系统冷却时的步冷曲线 2 标出各相区的相态 指出自由度为零的地方 3 使系统p降温 说明系统状态变化情况 4 解 1 2 l l A A AB4 B AB4 l B l AB4 f 0 三相线处 两个纯物质的熔点处 p p q 1 f 2 q r s AxBB E 3 q r 析出固体 2 A sln f 1液相组成q E移动 r A AB4 E sln f 0T不变直至液相消失 r s A s AB4 s 2 f 1 l l A A AB4 B AB4 4 已知纯A的凝固热为 18 03kJ mol 1 设不随温度变化 低共熔液组成xB 0 6 当把A作为非理想溶液中的溶剂时 求该溶液中组分A的活度系数 解 从图上可知A的熔点和低共熔点分别为337 C 237 C 低共熔液组成xB 0 6 根据非理想溶液中溶剂的凝固点下降公式 aA 0 485 xA 1 xB 1 21 例11A B双液系统 A的正常沸点为100 在80 py时 xB 0 04 yB 0 4 求 1 80 时 组分A的pA 2 组分B的亨利常数Kh x 3 组分A的气化热 设气化热不随温度变化 蒸气可视为理想气体 g l xB 0 04 yB 0 4 解 根据题意80 py时 xB 0 04 yB 0 4 xB 0 04很小 可视为稀溶液 则溶剂遵守拉乌尔定律 溶质遵守亨利定律 1 pA py 1 yB pA 1 xB pA py 0 6 0 96 63 3kPa 2 pB pyyB Kh xxBKh x pyyB xB 10py 根据题意 Tb A 100 py和题 1 的结果 80 pA 63 3kPa rHmy 25 75kJ mol 1上例说明挥发性溶质的溶液沸点不一定升高 3 纯A的蒸气压与温度的关系 克 克方程 例12A和B可形成理想溶液 在80 时 有A与B构成的理想混合气体 其组成为yB 在此温度下 等温压缩到p1 2 3py时 出现第一滴液滴 其液相组成为xB 1 1 3 继续压缩到p2 3 4py 刚好全部液化 其最后一气泡的组成为yB 2 2 3 1 求在80 时 pA pB 和最初理想混合气体的组成yB 2 根据以上数据 画出80 时A与B的压力 组成示意图 并标出各区域相态与自由度数 解 根据题意 A和B可形成理想溶液 在80 时 有A与B构成的理想混合气体 其组成为yB 出现第一个液滴组成为xB 1 1 3 p2 3 4py 最后一气泡的组成为yB 2 2 3 p1 2 3py时 液相xB 1 1 3 气相yBp2 3 4py时 液相xB 2 yB 气相yB 2 2 3 压缩 压缩 根据理想溶液性质 R L定律 1 2 将yB 0 5代入 1 式 yB 0 5 p1 2 3py时 液相xB 1 1 3 气相yBp2 3 4py时 液相xB 2 yB 气相yB 2 2 3 p1yB pB 1 pB xB 1 1 p2yB 2 pB 2 pB xB 2 pB yB 2 xB 1 3 2 3 A B p1 2 3py时 xB 1 1 3yB 0 5 已计算出pB py pA 0 5py p p1 pA pB p2 对于理想溶液其液相线 pA pB 连线 p2 3 4py时 xB 2 0 5yB 2 2 3 0 5 例13二组分A l B l 完全不互溶相图如下 1 求60 时 纯A和纯B液体的饱和蒸气压2 A B两液体在80 时沸腾 求pA pB3 纯A的气化热 解 从图上可得 纯A的沸点为100 纯B的沸点为90 溶液的沸点为60 60 xB yB 0 6处pA pB pypA pyyA 0 4pypB pyyB 0 6py 2 80 时 液相中是单组份 气相中有A B两种物质 从两相平衡线可得 液相为纯A 气相yB 0 4pA pyyA 0 6pypB 0 4py 从两相平衡线可得 液相为纯B 气相yB 0 8pB pyyB 0 8pypA 0 2py 3 纯A的气化热 得 vapHmy 27 99kJ mol 1 根据克 克方程 15 298 15K 反应 求 物质的量之比为 的混合气体在总压力为101325Pa下的压力商 298 15K时 的 和 并判断反应自发进行的方向 四 电化学 电导率 摩尔电导率 离子强度 离子的平均活度及平均活度系数 可逆电池 浓差电池 电池电动势 分解电压等 基本概念 基本计算 1 电导 电导率 摩尔电导率等计算 2 电解质的活度 离子的平均活度 平均活度系数 离子强度的计算 3 电池电动势 电极电势及电池反应的 的计算 4 会将简单反应设计成原电池等 1 298K时电池 Zn s ZnCl2 m 0 0102mol kg 1 AgCl s Ag s 电动势为 E 1 156V 1 写出电极反应和电池反应 2 计算298K时电池标准电动势E 设活度系数为1 2 写出电池 Zn s Zn2 aZn2 0 9 Cu2 aCu2 0 7 Cu s 的电极反应和电池反应 已知25 时 求电池的电动势E和通电2F时的 rG 五 化学动力学 基本概念 反应速率 基元反应 反应分子数 反应级数等 基本计算 1 一级反应 二级反应的微分方程 积分方程及其特征 会进行相应计算 2 温度对反应速率的影响 阿累尼斯公式的应用及相关计算 1 某物B的分解反应是一级反应 800K时速率常数k 3 4s 1 求分解掉50 需多长时间 若反应的活化能Ea 60kJ mol 850K时分解的速率常数是多少 2 基元反应2A A2的Ea 100kJ mol 1 560K时 在一个恒容的反应器中充入2kPa纯A 反应的半衰期t1 2 10min 611K时 在同样A的起始压力下使发生上述反应5min 求容器中总压 概念题辨析 1 反应速率系数k与反应物的浓度有关 2 基元反应肯定是单分子反应 3 一级反应肯定是单分子反应 4 质量作用定律仅适用于基元反应 5 对二级反应来说 反应物转化同一百分数时 若开始浓度愈低 则所需时间愈短 6 催化剂只能加快反应速率 而不能改变化学反应的平衡常数 7 Arrhenius活化能的定义 9 反应级数不可能为负值 8 若反应A Y 对A为一级 则A的半衰期 10 基元反应H Cl2 HCl Cl是双分子反应 11 一级反应的特征是a b c 12 若反应A 2B Y是基元反应 则其反应的速率方程可以写成 六 表面现象 基本概念 表面张力 比表面吉布斯自由能 物理吸附 化学吸附 溶液的表面吸附 正吸附与负吸附 表面活性剂等 基本计算 1 弯曲表面附加压力的计算 2 会用开尔文公式计算弯曲液面的蒸气压 3 会用吉布斯等温式计算溶液表面吸附量 概念题辨析 1 液体表面张力的方向总是与液面垂直 2 弯曲液面产生的附加压力与表面张力成反比 3 弯曲液面产生的附加压力的方向总是指向曲面的曲率中心 4 弯曲液面的饱和蒸气压总大于同温下平液面的蒸气压 5 同温度下 小液滴的饱和蒸气压大于平液面的蒸气压 6 吉布斯所定义的 表面过剩浓度 只能是正值 不可能是负值 7 表面活性物质在界面层的浓度大于它在溶液本体的浓度 8 兰缪尔等温吸附理论只适用于单分子层吸附 9 化学吸附无选择性 10 高分散度固体表面吸附气体后 可使固体表面的吉布斯函数降低 11 今有一球形肥皂泡 半径为r 肥皂水溶液的表面张力为 则肥皂泡内附加压力是 12 人工降雨是将一定浓度的AgBr水溶液喷洒在积雨云层中 其目的是为降雨提供湿度 13 溶液界面等温吸附的结果 溶质在界面层的浓度一定小于它在体相的浓度 14 同种液体相同温度下 弯曲液面的蒸气压与平液面的蒸气压的关系是 p平 p凹 p凸 15 化学吸附的吸附力是化学键力