1、华工材料物理化学复习重点物理化学复习要览(48学时)第二章 热力学第一定律一、重要概念 系统与环境,隔离系统,封闭系统,(敞开系统),广延量(加和性:V,U,H,S,A,G),强度量(摩尔量,T,p),功,热,内能,焓,热容,状态与状态函数,平衡态,过程函数(Q,W),可逆过程,节流过程,真空膨胀过程,标准态,标准反应焓,标准生成焓,标准燃烧焓二、重要公式与定义式1. 体积功:W= -p外dV2. 热力学第一定律: U = Q+W , dU =Q +W 3焓的定义: H=U + pV4热容:定容摩尔热容 CV,m = Q V /dT = ( Um/ T )V 定压摩尔热容 Cp,m = Q p
2、 /dT = ( Hm/ T )P 理想气体:Cp,m- CV,m=R 5. 标准摩尔反应焓:由标准生成焓 fHB (T)或标准燃烧焓 c HB (T)计算 rHm= vB fHB (T) = - vB c HB (T)6. 基希霍夫公式(适用于相变和化学反应过程) rHm(T2)= rHm(T1)+ rCp,m dT 7. 恒压摩尔反应热与恒容摩尔反应热的关系式 Qp-QV = rHm(T) - rUm(T) = vB(g)RT 8. 理想气体的可逆绝热过程方程: p1V1= p2V2, p1V1/T1 = p2V2/T2 , =Cp,m/CV,m 三、各种过程Q、W、 U、 H 的计算1解
3、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。 恒温过程dT=0, U= H=0, Q=W 非恒温过程, U = n CV,m T, H = n Cp,m T(2) 对于凝聚相,状态函数通常近似认为只与温度有关,而与压力或体积无关,即 U H= n Cp,m T2 恒压过程:p外=p=常数,无其他功W=0(1) W= -p外(V2-V1), H = Qp =n Cp,m dT, U = H-(pV),Q= U-W(2) 真空膨胀过程p外=0,W=0,Q= U 理想气体(Joule实验结果):dT=0,W=0,Q= U=0, H=0(3) 恒
4、外压过程: 例1: 1mol 理想气体于27 、101325Pa状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡,再由该状态恒容升温到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=p外=?,V2=?)(T3=97, p3=1013.25kPa,V3= V2) 首先计算功W,然后计算 U,再计算Q, H。3. 恒容过程 :dV=0 W=0,QV U =n CV,mdT, H= U+V p 4绝热过程:Q=0
5、(1) 绝热可逆过程 W=-pdV = U =n CV,mdT , H= U+ pV理想气体:p1V1= p2V2, p1V1/T1 = p2V2/T2(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节流过程(等焓过程): H=0,Q=0 焦耳-汤姆逊系数 J-T = ( T/p)H,理想气体J-T =0,实际气体J-T 06. 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下的相变焓T Hm(T2)=
6、Hm(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。 例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 ,p) H2O(s,1 mol,-5,p) H2 H4 H2O(l,1 mol, 0,p H2O(s,1 mol,0,p)7化学过程:标准反应焓rHm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, rHmvBfHm(B) vBcHm(B)再利用基希霍夫公式计算另一
7、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。 第三章 热力学第二定律一、重要概念 卡诺循环,热机效率,熵,摩尔规定熵,标准熵,标准反应熵,亥姆霍兹函数,吉布斯函数二、主要公式与定义式 克劳修斯(R.Clausius) 不等式: SQr / T 3熵的定义式:dS = Qr / T 4亥姆霍兹(helmholtz)函数的定义式: A=U-TS5吉布斯(Gibbs)函数的定义式:G=H-TS,
8、G=A+pV6热力学第三定律:S*(0K,完美晶体)= 07过程方向的判据:(1) 恒T、恒p、W =0过程(最常用):dG0,自发(不可逆); S(隔离)=0,平衡(可逆)。(3) 恒T、恒V、W =0过程: dA 0故为不可逆过程。第四章 多组分系统热力学一、重要概念 混合物(各组分标准态相同)与溶液(分溶剂和溶质,标准态不同), 组成表示:物质B的摩尔分数xB、质量分数wB、(物质的量)浓度cB、质量摩尔浓度bB,理想稀溶液,理想液态混合物,偏摩尔量(X/nB)T, p, nc,化学势B,稀溶液的依数性二、重要定理与公式1拉乌尔定律:稀溶液溶剂 pA = pA*xA 或 pA = pA*
9、 aA2亨利定律:稀溶液溶质 pB = k xB或pB = k aB3稀溶液的依数性:(1) 蒸气压下降: pA = pA* - pA = pA* xB (2) 凝固点降低: Tf =Kf bB,Kf 溶剂有关的凝固点降低常数(3) 沸点升高: Tb =Kb bB ,Kf 溶剂有关的沸点升高常数(4) 渗透压:在半透膜两边的平衡压力差 B = cBRT4. 化学势定义 =GB =( G/ nB)T,p,ncnB 理想气体的化学势 = +RTln(p/p )5过程方向判据:dT=0,dp=0,W=0时(1) 相变过程:自发过程方向 0。 (2) 化学反应:恒温恒压下自发过程方向 vBB 0,总压
10、p增大,K不变,Ky 减少,产物分压减少,反应朝反应物方向移动。 K= Ky (p/p) v(2) 惰性组分的影响:K= Kn (p/p nB) v ,相当于降低总压。(3) 反应物配比的影响:符合化学计量数之比时,产物在混合气的比例最大。三、典型的计算类型1标准摩尔反应吉布斯函数 rGm的计算(1)由标准生成吉布斯函数计算: rGm = B vB fGm,B (2)由 rHm 和 rSm 计算: rGm = rHm -T rSm(3)由平衡常数计算: rGm= -RT ln K (4)由相关反应计算:利用状态函数的加和性进行。(5)恒温恒压下, rGm = rGm +RTlnJp = RTln(Jp / K 0 即Jp K 时反应正向进行2平衡常数的计算(1)由 rGm计算:K =exp(- rGm/RT)(2)由平衡组成计算:K =JP(平衡)(3)由相关反应的平衡常数进行计算(4)由K (T1)计算K (T2):利用等压方程。第六章 相平衡一、主要概念组分数,自由度,相图,相点,露点,泡点,共熔点,(连)结线,三相线,步冷(冷却)曲线,低共熔混合物(固相完全不互溶)二、
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