物理化学复习题型

题型：1、选择题：20题20分2、填空题：10题20分3、简答题：3题15分（2个表面、1个胶体、1个化学势）4、计算题：4题45分：①热力学：计算状态函数，等温等压条件下。。。②化学平衡：求平衡常数③电化学：设计电池，由电池写出化学式④动力学：（第七章：作业题难度）第一章热力学第一定律1·热力学：是研究宏观系统在能量转换过程中所遵循的规律的科学。宏观体系作为研究对象，以两个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其变量，描述体系从始态到终态的宏观变化，而不涉及变化的细节。经典热力学方法只适用于平衡体系。第二节热力学的基本概念一、系统与环境1、系统（也称体系）：将一部分物质从其他部分划分出来，作为研究的对象，称为系统。1)敞开系统：系统与环境之间既有物质的交换，又有能量的传递。2)封闭系统：系统与环境之间没有物质的交换，只有能量的传递。3)孤立系统(隔绝系统)：系统与环境之间既无物质的交换，也无能量的传递。2、环境：在体系以外与体系密切相关，影响所及的部分，称为环境。和环境之间的界面可是真实的，也可是假想的，可以是静止的，也可是运动的。就如：1、一个装有O2的密闭容器中，当我们要研究其中的O2时，则：研究体系：容器中的O2环境：容器及周围的空气环境和体系的界面：真实的，静止的2、装有半杯水的烧杯，当我们研究的对象是烧杯中的水及上方的水蒸气时：系统：水与水蒸气环境：烧杯及周围的空气系统与环境的界面：假想的，运功的结论：体系和环境之间的界面本质上是人为设想的几何面，其中不包含有物质，因此不存在有物理性质和化学性质。二、系统的性质：描述系统状态的物理量称为系统的性质，或称热力学变量。如温度、压力、体积，粘度，表面张力等。1)性质：描述系统状态的宏观物理量。2)状态：体系一系列性质的综合表现。1、性质的分类：1)广度性质：（广度量）具有加和性，其数值大小与系统中所含物质的量成正比，如质量、体积、热容、热力学能、熵等。2)强度性质：（强度量）没有加和性，其数值取决于系统的特性，与系统所含物质的量无关。如温度、压力、密度等。2、广度性质与强度性质的关系：广度性质/广度性质=强度性质（如体积/物质的量=摩尔体积、质量/体积=密度）3、注意：系统的性质是相互关联的，即（1）系统的少数性质确定了，其他性质全都确定。（2）系统的一个性质变，往往会引起其他性质的改变。对于一个无化学变化、单相、纯物质的单组分封闭体系，体系状态的确定一般需要三个独立性质（二个强度性质，一个广度性质）。通常我们采用温度（T）、压力（p）和物质的量（n）为独立变量。三、热力学平衡态：当体系的各种宏观性质（如：温度、压力、体积等）不随时间改变而改变时，则体系处于热力学平衡状态。要求：1)热平衡：系统各部分的温度相等2)力学平衡：体系各部的压力都相等3)相平衡：系统中各相的组成和数量不随时间而变化4)化学平衡：系统中化学反应达到平衡，系统的组成不随时间的变化热力学体系非平衡态：只要任一平衡没有实现，我们则称体系处于热力学非平衡态。特点：有宏观量的流动，某些广度性质或强度性质的数值不断改变。四、状态函数：由系统状态确定的各种热力学性质1、状态函数的特性：1)状态函数是状态的单值函数。系统的状态确定后，状态函数就有确定的数值。2)周而复始，值变为零：根据状态函数的性质，体系由初态A经过一系列变化后，又恢复到原来的状态A时，状态函数的变化量为零，性质复原。3)异途同归，值变为零：体系状态变化发生后(A→B)，状态函数改变量，只取决于体系的始态和终态，而与体系变化所经历的过程途径无关。4)状态函数的微小变化在数学上是全微分。例如一定量的理想气体的体积V是温度T和压力P的函数，即V=f(T，P)其全微分关系式为：满足：（1）环状积分为零：(2)尤拉关系：(3)归一化关系：2、状态与性质的关系1)状态定，系统所有性质都定。2)状态变，不一定所有性质都变，但只要一个性质变了，状态一定变。五、理想气体的状态方程：PV=nRTAA(TT11，，pp11)0dVTPVPTV221..VTTPPVR是摩尔气体常数，R=8.314J/(K.mol)=0.08206atm.L/(K.mol)=1.987cal/(K.mol)六、过程与途径1、过程：系统状态发生的变化称为过程。1)等温过程：系统始、终态温度相同且等于环境温度的过程。T始=T终=T环=const.(变化过程中的温度可以是不同的)2)等压过程：系统始、终态压力相同且等于环境压力的过程。p始=p终=p环=const(变化过程中的压力可以是不同的)3）等容过程：系统的体积保持不变。V始=V终=const.4）绝热过程：系统与环境之间没有热传递的过程，则Q=0。5）循环过程：始态始态2、途径：完成变化过程的具体步骤或细节称为途径。六、热和功1、热：在系统与环境之间因存在温度差而传递的能量。以“Q”表示，单位为J或kJ。Q的取号：系统吸热Q0，系统放热Q0。计算公式:Q=C*△T(C为热容)2、功：系统和环境之间除热以外，以其他形式传递的能量称为功。如：体积功、机械功，电功，表面功等。功以“W”表示，单位为：J或kJ。1)功的取号：环境对体系作功（体系得功），W0;体系对环境作功（体系失功），W0。2)分类：体积功W和非体积功W’注意：功和热是过程量，它们的微小量变化分别用δQ、δW表示。第三节热力学第一定律一、热力学能U(内能)1、系统的总能量E，由三部分组成：1）系统整体运动的动能ET2）系统在外力场中的势能EV3）热力学能（内能）U:系统中物质所有能量的总和在化学热力学中，研究对象是宏观静止的系统，无整体运动和特殊的外力场存在，所以ET=0，EV=0，则E=U2、特性：1)绝对值不可测2)热力学是系统的广度性质,其大小与系统所含物质的量成正比3)热力学能是系统的状态函数，其改变只取决于系统始、终态，与变化的途径无关。二、热力学第一定律1、本质：能量守恒定律：自然界的所有物质都具有能量，能量有许多种形式，可以从一种形式转化为另一种形式，总的能量保持不变，这就是能量守恒定律。2、热力学第一定律的表述：2种表述1)不靠外界供给能量，本身能量也不减少，却能持续不断地对外做功的第一类永动机是不存在的。2)自然界的一切物质都具有能量，能量有多种形式，可以从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量的总量保持不变。（能量守恒定律）3、热力学第一定律的数学表达式：△U=Q+W1)适用条件：封闭体系的一切过程。例子：1、隔热容器内装满水，里面有电阻丝与外电路中的蓄电池相连，当开关闭合以后，分别以下列物体为系统，判别△U、Q及W是大于0，小于0，还是等于0。系统水水+电阻丝电阻丝水+电阻丝+电池Q+0-0W0++0△U+++02、一体系如图，隔板两边均充满空气(视为理想气体)，只是两边压力不等，已知p右p左，则将隔板抽去后有：(A)Q=0W=0ΔU=0(B)Q=0W0ΔU0(C)Q0W0ΔU0(D)ΔU=0,Q＝W≠0答：（A）整个刚性绝热容器为体系，与环境无功和热的传递。第四节体积功与可逆过程一、可逆过程：系统从初态出发至终态，而后系统沿原来的途径由终态返回初态，系统复原，环境也复原的过程。（恒温过程是可逆过程）1、特点：1）逆QQr、逆WWr2）可逆过程是以无限小的变化进行，系统始终无限接近于平衡态：动力无限小，速度无限慢，无摩擦力。3）系统在可逆过程中做最大功，环境在可逆过程中做最小功，即可逆过程效率最高。3.几种典型可逆过程：（1）可逆膨胀和可逆压缩：力学平衡（2）可逆传热：热平衡（3）可逆相变：相平衡（4）可逆化学反应：二、体积功：由体积变化所做的功称为体积功dVpWVVe21Pe为外压（一）体积功的计算：功是过程量，不是状态函数，其值与过程有关1、自由膨胀（向真空膨胀）：因为dVpWVVe21，Pe=0所以W=02、一次等外压膨胀（Pe不变）:W=-PedV=-Pe(V2-V1)3、多次等外压膨胀膨胀次数越多，外压差距越小，体系做的功就越多。4、外压比内压小一个无穷小的值（准静态膨胀过程）结论：等温可逆膨胀过程，体系对环境作功最大！同理得：等温可逆压缩过程，环境对体系作功最小！(二)小结：①始末态相同，途径不同，所作的功也不相同。②可逆膨胀，体系对环境作最大功；可逆压缩，环境对体系作最小功。（三）几种常见过程的体积功：1、1)等外压过程：2)等压过程：3)自由膨胀：w=04)等容过程：w=05)理气等温可逆膨胀(压缩):例子：1、1.0mol的水在373.15K，在标准大气压下，气化为水蒸气（视为理想气体），计算该过程的体积功。2112ppnRTlnVVnRTlnW终态初态初态终态ppnRTlnVVnRTlnW21d外VVVpWVpW2112ppnRTlnVVnRTlnW解：显然此过程是等温（373.15K）、等压下的相变过程，即：H2O(l)=H2O(g)对等压过程,根据功的计算公式有：W=Pe(V2-V1)式中V1=V(H2O,l),V2=V(H2O,g)，因此：V2-V1≈V2水蒸气视为理想气体，则W=-pV2=-nRT=-1×8.314×373.15=-3.102kJ是系统做功，还是环境做功？因为W0,所以系统对环境做功。2、在298.15K,标准大气压下，1molC2H6完全燃烧时，过程所作的功是多少（反应系统中的气体视为理想气体）?解：反应方程式C2H6(g)+3.5O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)在等温(298.15K)、等压条件下发生单位反应时，有：KJnRTVpVpWe534.415.298314.8)15.32(结果表明1molC2H6(g)完全燃烧时，由于反应系统体积减小，环境对系统作功。第五节焓一、热：系统与环境之间传递的热不是状态函数，但在某些特定条件下，某一特定过程的热仅取决于始终态。对于封闭系统，在等容和非体积功为零的条件下，根据热力学第一定律得：U=QvQv为等容过程的热效应，U只取决于系统的始终态，所以Qv也是。二、焓H：热力学上定义（U+PV）为焓，则H=U+PVU、P、V都是状态函数，所以焓也是状态函数。Qp=H2-H1=(U2+PeV2)-(U1+PeV2)QP为等压过程的热效应1、焓的特征：1)是状态函数2)是广度性质3)不知绝对：因为系统的热力学能无法确定，因而也不能确定焓的绝对值。4)单位是焦耳（焓具有能量的单位，但它不是能量，不遵守能量守恒定律）三、理想气体的内能和焓：内能和焓仅仅是温度的函数所以，理想气体的等温过程的内能和焓的增量都为0。例子：1mol理想气体初态为373.15K，10.0dm3，反抗恒外压标压迅速膨胀到终态温度244.0K，压力为标准气压。求此过程的W,Q,ΔU,ΔH。解：初态：n=1mol，T1=373.15K，V1=10.0dm3终态：n=1mol，T2=244.0K，P2=100.0kPa气体迅速膨胀可视为绝热过程，所以该过程可认为是绝热恒外压膨胀，则有：Q=0W=-pe(V2-V1）终态体积可由理想气体状态方程求出：V2=nRT2/p2=1×8.314×244.0/100.0=20.3dm3则有：W=-100.0×(20.3-10.0)=-1.03kJ由热力学第一定律可得：ΔU=Q+W=-1.03kJ由焓的定义，有：ΔH=ΔU+Δ(pV)=ΔU+(p2V2-p1V1)=ΔU+nR(T2-T1)==-1.03+8.314×(244.0-373.15)/1000=-2.10kJ第六节热容一、热容：对于组成不变的均相封闭体系，不考虑非体积功，设体系吸热Q，温度从T1升高到T2,则：平均热容为12TTQC单位：J/KdTQC温度变化很小1、等容热Qv:组成不变的均均相相封封闭闭体体系系，在等等容容且非非体体积积功功为为零零的过程中与环境交交换换的的热热。。等容且非体积功为零，则：W=We+W′=0、Δ