长江大学物理化学教学ppt及课后答案
《物理化学》教材习题参考解答
第一篇化学热力学第一章热力学基本定律.1-1 0.1kg C6H6(l)在，沸点353.35K下蒸发，已知(C6H6) =30.80 kJ mol-1。
试计算此过程Q，W，ΔU和ΔH值。
解：等温等压相变。
n/mol =100/78 , ΔH = Q = n = 39.5 kJ , W= - nRT = -3.77 kJ , ΔU =Q+W=35.7 kJ1-2 设一礼堂的体积是1000m3，室温是290K，气压为pϑ，今欲将温度升至300K，需吸收热量多少?(若将空气视为理想气体，并已知其C p,m为29.29 J K-1·mol-1。
)解：理想气体等压升温（n变）。
Q=nC p,m△T=(1000pϑ)/(8.314×290)×C p,m△T＝1.2×107J1-3 2 mol单原子理想气体，由600K，1.0MPa对抗恒外压绝热膨胀到。
计算该过程的Q、W、ΔU和ΔH。
(Cp ,m=2.5 R)解：理想气体绝热不可逆膨胀Q＝0 。
ΔU＝W ，即nC V,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1), 因V2= nRT2/ p2, V1= nRT1/ p1，求出T2=384K。
ΔU＝W＝nCV,m(T2-T1)＝-5.39kJ ，ΔH＝nC p,m(T2-T1)＝-8.98 kJ1-4 在298.15K，6×101.3kPa压力下，1 mol单原子理想气体进行绝热膨胀，最后压力为pϑ，若为；(1)可逆膨胀(2)对抗恒外压膨胀，求上述二绝热膨胀过程的气体的最终温度；气体对外界所作的功；气体的热力学能变化及焓变。
(已知C p,m=2.5 R)。
解：(1)绝热可逆膨胀:γ=5/3 , 过程方程p11-γT1γ= p21-γT2γ, T2=145.6 K ,ΔU＝W＝nC V,m(T2-T1)＝-1.9 kJ , ΔH＝nC p,m(T2-T1)＝-3.17kJ(2)对抗恒外压膨胀,利用ΔU＝W ，即nC V,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1) ，求出T2=198.8K。
第3章动量守恒定律和能量守恒定律共106页
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力的累积效应
F对时间的积累
p, I
F对空间的积累 W, E
一 冲量 质点的动量定理
动量
p mv
F dp d(mv) F d t d p d (m v )
dt dt
冲量t1 t2F 力d 对t时 间p 的2积 分p （1矢 量m ）v 2 I m v t21 Fdt
2
gy
1 2
3
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例3 一长为 l、密度均匀的柔软链条，其单位长度
的质量为λ． 将其卷成一堆放在地面上 ．若手提链条
的一端 ， 以匀速 v 将其上提．当一端被提离地面高度
为 y 时，求手的提力．
y
F
F 解取yg 地 面(参F 考系y , 链)g j条 为d 系P 统.
y
yg
在 t 时刻dp 链 条动v量dyjp (t)v 2jd ytv j
dt dt
o (ly)g
FN
可得 Fv2yg
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3-2 动量守恒定律
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神舟六号的发射情景
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质点系动量定理
和一个中微子后成为一个新的原子核. 已知电子和中微
子的运动方向互相垂直, 电子动量为1.210-22 kg·m·s-1,
中微子的动量为 6.410-23 kg·m·s-1 . 问新的原子核的动
量的值和方向如何?
解 F iex F iin
pe
长江大学《大学物理》习题课215页PPT
5、关于稳恒电流磁场的磁场强度H，下列几种说法 中哪个是正确的？
(A) H仅与传导电流有关 (B) 若闭合曲线内没有包围传导电流，则曲线上各点
H的必为零 (C) 若闭合曲线上各点H均为零，则该曲线所包围传
I 的某点处的磁场强度的大小H =___2 _ __r ___，磁感强
I
度的大小B =___2___r____．
三、计算题
1、如图示，由一根细绝缘导线按ACEBDA折成一
个正五角星形，并按以上流向通电流I = 1 A，星形
之外接圆半径为R = 1 m，求五角星任一个顶点处
磁感强度的大小．
（真空磁导率 04 10 7Tm A 1）
(sin72°＝0.9511，
A
sin36°＝0.5878， cos72°=0.3090，
R
B
E
O
cos36°＝0.8090)
C
D
2、如图所示，一无限长直导线通有电流I =10 A，在 一处折成夹角θ ＝60°的折线，求角平分线上与导线 的垂直距离均为r =0.1 cm的P点处的磁感强度．
( 04 10 7Tm A 1 )
向为_垂__直__纸__面__向__里___．
R O
I
P
3、有很大的剩余磁化强度的软磁材料不能做成
永磁体，这是因为软磁材料 矫顽力小 ，
如果做成永磁体 容易退磁
.
4、长直电缆由一个圆柱导体和一共轴圆筒状导体组 成，两导体中有等值反向均匀电流I通过，其间充满
磁导率为 的均匀磁介质．介质中离中心轴距离为r
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(B) 将导线的bc部分长度.减小
《物理化学》第五版课件及习题答案-电解与极化作用
所以铁很快腐蚀形成铁锈。
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CO2 SO2
H+ Cu
H2O
Fe2+
2e-
Fe
H2或 H2O
O2 O2
H2O H+ Cu
电化学腐蚀示意图
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铁锈的组成
铁在酸性介质中只能氧化成二价铁：
Fe(s) Fe2+ 2e
二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水 溶液中生成 Fe(OH)3 沉淀， Fe(OH)3 又可能部分失水 生成 Fe2O3
A|Az
A|Az
RT zF
ln aAz
(阳)
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分解电压
确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出 电势相减，就得到了实际分解电压。
因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所以 用阳极析出电势减去阴极析出电势。
E 分解
阳极,析出
阴极,析出
电解水溶液时，因 H2 或 O2的析出，会改变 H+或
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金属的钝化
A
E
活化区
B
钝化区
F
过钝化区
jE lg j
C
D
jB
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§10.5 化学电源
化学电源分类 一次电池
电池中的反应物质进行一次电化学反应放电之 后，就不能再次利用，如干电池、纽扣电池。
这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。
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一次电池结构示意图
(+)碳电极
电芯 MnO2 ， C， NH4Cl ，水
可逆（阳）,可逆（阴）
在有电流通过时，随着电极上电流密度的增加， 电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大，这 种对可逆平衡电势的偏离称为电极的极化。
物理化学课后习题答案（全）
第1章 物质的pVT 关系和热性质习 题 解 答1. 两只容积相等的烧瓶装有氮气，烧瓶之间有细管相通。
若两只烧瓶都浸在100℃的沸水中，瓶内气体的压力为0.06MPa 。
若一只烧瓶浸在0℃的冰水混合物中，另一只仍然浸在沸水中，试求瓶内气体的压力。
解： 21n n n +=2212112RT V p RT V p RT V p +=⋅2111121222112p T p T T p T T T T =+⎛⎝⎜⎞⎠⎟=+ ∴112222p T T T p ⋅+=MPa0.0507=MPa 06.02)15.273100()15.2730(15.2730⎥⎦⎤⎢⎣⎡××++++=2. 测定大气压力的气压计，其简单构造为：一根一端封闭的玻璃管插入水银槽内，玻璃管中未被水银充满的空间是真空，水银槽通大气，则水银柱的压力即等于大气压力。
有一气压计，因为空气漏入玻璃管内，所以不能正确读出大气压力：在实际压力为102.00kPa 时，读出的压力为100.66kPa ，此时气压计玻璃管中未被水银充满的部分的长度为25mm 。
如果气压计读数为99.32kPa ，则未被水银充满部分的长度为35mm ，试求此时实际压力是多少。
设两次测定时温度相同，且玻璃管截面积相同。
解：对玻璃管中的空气，p V p V 2211=kPa 0.96=kPa )66.10000.102(35251212−×==p V V p ∴ 大气压力 = kPa 28.100kPa )96.032.99(=+·28· 思考题和习题解答3. 让20℃、20 dm 3的空气在101325 Pa 下缓慢通过盛有30℃溴苯液体的饱和器，经测定从饱和器中带出0.950 g 溴苯，试计算30℃时溴苯的饱和蒸气压。
设空气通过溴苯之后即被溴苯蒸气所饱和；又设饱和器前后的压力差可以略去不计。
（溴苯Br H C 56的摩尔质量为1mol g 0.157−⋅）解：n pV RT 131013252010831452027315==×××+⎡⎣⎢⎤⎦⎥−().(.) mol =0.832 mol n m M 209501570==..mol =0.00605mol p py p n n n 22212101325732==+=×= Pa 0.006050.832+0.00605 Pa4. 试用范德华方程计算1000 g CH 4在0℃、40.5 MPa 时的体积(可用p 对V 作图求解)。
物理化学第五版全册课后习题答案
n H 2O nC H 2 2 n H 2O nC H 2 2
p H 2O 进 p C2 H 2 p H 2O 出 p C 2 H 2
3.17 0.02339(mol ) 进 138.7 3.17 123 0.008947(mol ) 出 138.7 123
可见，隔板抽去前后，H2 及 N2 的摩尔体积相同。 （3） y H 2
3n N 2 n N 2 3n N 2
3 , 4
y N2
1 4
3 1 p; p N 2 y N 2 p p 4 4
pH2 yH2 p
所以有
p H2 : p N2 3 1 p : p 3 :1 4 4
3
VO2 y O2 V
n pV 101325 200 10 6 0.008315mol RT 8.314 293.15
3
M
m 0.3897 y AM A yB M B 46.867 g mol 1 n 0.008315 30.0694 y A 58.123 y B
（1）
第七章 电化学
余训爽
1-8 如图所示一带隔板的容器中， 两侧分别有同温同压的氢气与氮气， 二者均克视为理 想气体。 H2 p 3dm T
3
N2 p
1dm T
3
（1）保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体 混合后的压力。 （2）隔板抽去前后，H2 及 N2 的摩尔体积是否相同？ （3）隔板抽去后，混合气体中 H2 及 N2 的分压力之比以及它们的分体积各为若干？ 解： （1）抽隔板前两侧压力均为 p，温度均为 T。 n H RT n N RT （1） p H 2 2 3 p N2 2 3 p 3dm 1dm 得： nH 3n N
物理化学部分习题答案
第一章习题答案1.1 物质的体膨胀系数αV 与等温压缩率κT 的定义如下： p v TV V )(1∂∂=αT T pV V )(1∂∂-=κ试导出理想气体的V α、κT 与压力、温度的关系。
解：∵理想气体 pV=nRT∴ ()p nR T p nRT T V pp =⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂/ ()2/-⋅-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂p nRT p p nRT pV TT 12)(11-=-⋅-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⋅-=p p nRT V p V V T T κ 则 111-=⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂⋅=T pnR V T V V p V α1.5 两个容积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况下的空气。
若将其中一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃，忽略连接细管中气体的体积，试求该容器内空气的压力。
解：始态： p 0 0℃ p 0 0℃ 末态 p ,0℃ p ,100℃以容器内的空气为系统，则两玻璃泡的体积不变，n 总不变。
211010RT pV RT pV RT V p RT V p +=+ 即 21102T p T p T p +=∴ ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=21012T T p p = ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯K K kPa 15.37315.2731325.1012 = 117.0kPa1.9 如图所示一带隔板的容器中，两侧分别有同温同压的氢气和氮气，二者均可视为理想气体。
(1) 保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身体积可忽略不计，试求两种气体混合后的压力；(2) 隔板抽去前后，H 2和N 2的摩尔体积是否相同？(3) 隔板抽去后，混合气体中H 2与N 2的分压力之比以及它们的分体积各为若干？ 解：⑴ 总混混V RT n p=()总VRT n nN H 22+= p V RTRT pV RTpV N H =⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=总22 ⑵ 对H 2： pRTn V V H Hm ==22,前 pRT n p RT n n V V H H H H m ===2222/,后∴隔板抽去前后H 2的摩尔体积相同。
长江大学大学物理上重点习题答案选择填空
4. 如图所示为某种气体的速率分布曲线,则 v2 f vdv v1
表示速率介于 v1 到 v2 之间的 C
f(v )
(A) 分子数.
(B) 分子的平均速率. (C) 分子数占总分子数的百分比. (D) 分子的方均根速率.
O
v v1 v2
图
1. 下面各种情况中可能存在的是 B (A) 由 pV=(M/Mmol)RT 知,在等温条件下,逐渐增大压强,当 p→∞时,V→0； (B) 由 pV=(M/Mmol)RT 知,在等温条件下,逐渐让体积膨胀,当 V→∞时,p→0； (C) 由 E=(M/Mmol)iRT/2 知,当 T→0 时,E→0；
3. 有 A、B 两个半径相同,质量相同的细圆环.A 环的质量均匀分布,B 环的质量不均匀 分布,设它们对过环心的中心轴的转动惯量分别为 IA 和 I B,则有 D
(D) IA＝IB.
1. 以下说法错误的是: (A) 角速度大的物体,受的合外力矩不一定大； (B) 有角加速度的物体,所受合外力矩不可能为零； (C) 有角加速度的物体,所受合外力一定不为零； (D) 作定轴（轴过质心）转动的物体,不论角加速度多大,所受合外力一定为零.
2. 如图(A)所示，mA > mB 时,算出 mB 向右的加速度为 a,今去掉 mA 而代之以拉力 T= mAg,
如图(B)所示,算出 mB 的加速度 a ,则 C (C) a < a .
mB
mB
mA (A)
图
T (B)
4. 如图所示，弹簧秤挂一滑轮，滑轮两边各挂一质量
为 m 和 2m 的物体，绳子与滑轮的质量忽略不计，轴承处摩 擦忽略不计，在 m 及 2m 的运动过程中，弹簧秤的读数为 D
(C) pV /(RT) . (D) pV/(mT) .
物理化学课后习题与答案
逆过程。设气体的
Cv,m
＝
3 2
R
。试计算各个状态的压力
p
并填下表。
V/dm3•mol-1
44.8 C B
22.4 A
273
546
T/K
1
步骤
A B C
过程的名称
等容可逆 等温可逆 等压可逆
Q/J W/J △U/J
8. 一摩尔单原子理想气体，始态为 2×101.325kPa、11.2dm3，经 pT = 常数的可逆过程(即过
(1) 298K 时的“平衡常数”； (2) 正、逆反应的活化能； (3) 反应热；
(4) 若反应开始时只有 A，pA，0=105Pa，求总压达 1.5×105Pa 时所需时间（可忽略逆反应）。
8．有一反应，其速率正比于反应物浓度和一催化剂浓度。因催化剂浓度在反应过程中不变， 故表现为一级反应。某温度下，当催化剂浓度为 0.01 mol·dm-3 时，其速率常数为 5.8×10-6 s-1。 试问其真正的二级反应速率常数是多少？如果催化剂浓度为 0. 10 mol·dm-3，表现为一级反应
4. 固体 CO2 的饱和蒸汽压在 -103℃ 时等于 10.226kPa，在 -78.5℃ 时等于 101.325 kPa，求： （1）CO2 的升华热；（2）在 -90℃ 时 CO2 的饱和蒸汽压。
5. 设你体重为 50kg，穿一双冰鞋立于冰上，冰鞋面积为 2cm3，问温度需低于摄氏零下几 度，才使冰不熔化？已知冰的 ΔfusHm = 333.4kJ·kg-1，水的密度为 1000 kg·m3，冰的密度为 900kg·m3。
(2) 1mol 水在 100℃恒 温下于真 空容器中 全部蒸发 为蒸气， 而且蒸气 的压力恰 好为
物理化学第五版全册课后习题答案
V
1 V 1 (nRT / p) 1 nR 1 V T 1 V T p V T p V p V T
T
1 V 1 (nRT / p) 1 nRT 1 V 2 p 1 V p T V p V p T V p
第七章 电化学
余训爽
1-8 如图所示一带隔板的容器中， 两侧分别有同温同压的氢气与氮气， 二者均克视为理 想气体。 H2 p 3dm T
3
N2 p
n n1,i n2,i 2 piV /( RTi )
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第七章 电化学
余训爽
终态（f）时
n n1, f n2, f
pf V V R T1, f T2, f
pfV R
T2, f T1, f T T 1, f 2, f
1-6 0℃时氯甲烷（CH3Cl）气体的密度ρ随压力的变化如下。试作ρ/p—p 图，用外推 法求氯甲烷的相对分子质量。 P/kPa ρ/（g·dm ）
-3
101.325 2.3074
67.550 1.5263 67.550 0.02260
50.663 1.1401 50.663 0.02250
33.775 0.75713 33.775 0.02242
25.331 0.56660 25.331 0.02237
解：将数据处理如下： P/kPa 101.325 -3 (ρ/p)/ （g· dm · kPa） 0.02277 作(ρ/p)对 p 图
0.0229 0.0228 0.0227 0.0226 0.0225 0.0224 0.0223 0.0222 0 20 40
物理化学课后习题答案解析
第一章1.5两个容积均为V的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。
若将其中的一个球加热到 100 C，另一个球则维持 0 C，忽略连接细管中气体体积，试求该容器内空气的压力。
解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。
标准状态：因此，1.8 如图所示，一带隔板的容器中，两侧分别有同温、不同压的H2与N2，P(H2）=20kpa，P(N2)=10kpa,二者均可视为理想气体。
H2 3dm3 P(H2） T N2 1dm3 P(N2) T（1）保持容器内温度恒定,抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体混合后的压力；（2）计算混合气体中H2和N2的分压力；（3）计算混合气体中H2和N2的分体积。
第二章2.2 1mol水蒸气（H2O,g）在100℃，101.325kpa下全部凝结成液态水，求过程的功。
假设：相对水蒸气的体积，液态水的体积可以忽略不计。
2.11 1mol某理想气体与27℃，101.325kpa的始态下，先受某恒定外压恒温压缩至平衡态，在恒容升温至97.0℃，250.00kpa。
求过程的W,Q, ΔU, ΔH。
已知气体的体积Cv,m=20.92J*mol-1 *K-1。
2.15 容积为0.1 m3的恒容密闭容器中有一绝热隔板，其两侧分别为0 C，4 mol 的Ar(g)及150 C，2 mol的Cu(s)。
现将隔板撤掉，整个系统达到热平衡，求末态温度t及过程的。
已知：Ar(g)和Cu(s)的摩尔定压热容分别为及，且假设均不随温度而变。
解：图示如下假设：绝热壁与铜块紧密接触，且铜块的体积随温度的变化可忽略不计则该过程可看作恒容过程，因此假设气体可看作理想气体，，则2.25 冰（H2O,S）在100kpa下的熔点为0℃，此条件下的摩尔熔化焓ΔfusHm=6.012KJ*mol-1 *K-1。
已知在-10~0℃范围内过冷水（H2O,l）和冰的摩尔定压热容分别为Cpm（H2O,l）=76.28J*mol-1 *K-1和Cpm（H2O,S）=37.20J*mol-1 *K-1。
物理化学课后答案
第一章气体的pVT 关系1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下：1 1T T pV p V V T V V⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系解：对于理想气体，pV=nRT111 )/(11-=⋅=⋅=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=T TVV p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=⋅=⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=p p V V pnRT V p p nRT V p V V T T T κ 1-2 气柜内有、27℃的氯乙烯（C 2H 3Cl ）气体300m 3，若以每小时90kg 的流量输往使用车间，试问贮存的气体能用多少小时解：设氯乙烯为理想气体，气柜内氯乙烯的物质的量为mol RT pV n 623.1461815.300314.8300106.1213=⨯⨯⨯==每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为 133153.144145.621090109032-⋅=⨯=⨯=h mol M v Cl H Cn/v=（÷）=小时1-3 0℃、的条件常称为气体的标准状况。
试求甲烷在标准状况下的密度。
解：33714.015.273314.81016101325444--⋅=⨯⨯⨯=⋅=⋅=m kg M RT p M V n CH CH CH ρ 1-4 一抽成真空的球形容器，质量为。
充以4℃水之后，总质量为。
若改用充以25℃、的某碳氢化合物气体，则总质量为。
试估算该气体的摩尔质量。
解：先求容器的容积33)(0000.10010000.100000.250000.1252cm cm V l O H ==-=ρ n=m/M=pV/RTmol g pV RTm M ⋅=⨯-⨯⨯==-31.301013330)0000.250163.25(15.298314.841-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接，泡内密封着标准状况条件下的空气。
物理化学,课后习题详解
作业题1-1. 10mol理想气体由25℃，1.00MPa 。
设过程为：（i）向真空膨胀；（ii）对抗外压0.100MPa膨胀。
分别计算以上各过程的体积功。
(i) Wv=0(ii) Wv=-P S△V=- P S nRT(1／R2-1／R1)=-nRT(P S／P2- P S／P1)P2= P S∴Wv=-PnRT(1- P S／P1)=-10mol×8.3145J·mol-1·k-1×298.15k×(1-0.100 MPa／1.00MPa)=-22.31kJ体会：（i）真空膨胀不做体积功（ii）膨胀功做负功，W=-P△V运用W=-∫V1V2Pdv=-P(V2-V1)计算体积功。
1-3.473K，0.2MPa，1dm3 的双原子分子理想气体，连续经过下列变化：（Ⅰ）定温膨胀到3dm3；（Ⅱ）定容升温使温度升到0.2MPa；（Ⅲ）保持0.2 MPa降温到初始温度473K。
（i）在p-V图上表示处该循环全过程；（ii）计算各步及整个循环过程的Wv、Q 、△U 和△H 。
一直双原子分子理想气体Cp,m=7／2R 。
解：解：(Ⅰ).W Ⅰ=-Q Ⅰ=-n RT ㏑v 2/v 1=-8.3145*473*㏑3/1*n n=p A v A /T A R=0.2*106*1*103/8.3145*473=0.0508molW Ⅰ=-219.5J Q Ⅰ=219.5△ u=△H=0(Ⅱ).△H =nCp.m(T C -T B )=0.0508*7/2*8.3145*(1419-473) =1398JH 定容 Wv=0Q Ⅱ=△u Ⅱ=nCv,m(T C -T B )=0.0508*5/2*8.3145*(1419-473)双原子分子理想气体 473K 0.2MPa1dm 3 双原子分子理想气体 473K 1／3×0.2MPa 3dm 3 双原子分子理想气体 1419K 0.2MPa 1dm 3=998.9J(Ⅲ).Wv=-p A(v A-v B)=-0.2*106*(1-3)*103=400JQⅢ=△HⅢ=nCp,m(T A-T C)=0.O508*7/2*8.3145*(473-1419)=-1398J△uⅢ=nCv,m(T A-T C)=0.0508*5/2*8.3145*(473-1419)=-998.9J循环过程：△u=0, △H=0,Wv=180.5J,Q=-179.6J体会：U和H为状态函数，循环过程△u=0, △H=0理想气体：p A v A =p B v B PV=n RT∆ U = n C V，m（T2- T1)∆ H = n C p，m （T2- T1)1-4.10mol理想气体从2×106 Pa、10-3 定容降温，使压力降到2×105 Pa，再定容膨胀到10-2 m3 。
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2013-6-13
2. 1.2 热力学的研究方法和局限性
热力学方法 • 研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。 • 只考虑变化前后的净结果，不考虑物质 的微观结构和反应机理。 • 能判断变化能否发生以及进行到什么程 度，但不考虑变化所需要的时间。 局限性 不知道反应的机理、速率和微观性质， 只讲可能性，不讲现实性。
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2.2 热力学的一些基本概念 1. 系统和环境 2. 系统的宏观性质
3. 热力学平衡态
4. 状态函数 5. 过程和途径
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2.2.1 系统和环境
系统（system）
在科学研究中，把被划定的
V2
p1 p2
V1
p2
p2V2
V1 V2 阴影面积代表We,2
V
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功与过程
3.多次等外压膨胀 ' (1)克服外压为 p，体积从V1 膨胀到 V ' ； " (2)克服外压为 p，体积从 V '膨胀到V "； (3)克服外压为 p2 ，体积从V "膨胀到 V2 。
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2.1 热力学概论
1. 热力学的研究对象 2. 热力学的研究方法和局限性
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2.1.1 热力学的研究对象
(1) 研究化学过程及其与化学密切相关的物理过程
中的能量转换关系和转换过程中所遵循的规律；
dZ dT + dp 周而复始，数值还原。 dp dT p T
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（1）状态与状态函数的关系 当体系的所有状态函数都不 随时间发生变化而处于定值时，
体系就处于一定的状态。其状态
函数中只要有一个发生变化，则 体系的状态也就改变了。
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p'
p"
' 阴影面积代表We,2
p2V2
V2 V
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功与过程
2.多次等外压压缩 第一步：用 p"的压力将体系从 V2压缩到 V "；
' 第二步：用 p' 的压力将体系从 V "压缩到 V ； 第三步：用 p1 的压力将体系从 V ' 压缩到 V1。
W p (V V2 )
' e ,1 " "
p
p1
p1V1
物理化学核心教程电子课件
第二章 热力学第一定律
U Q W
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第二章 热力学第一定律
2.1 热力学概论
2.2 热力学的一些基本概念 2.3 热力学第一定律 2.4 焓和热容 2.5 理想气体的热力学能和焓 2.6 几种热效应 2.7 化学反应的焓变
V
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功与过程（多次等外压膨胀）
p"
p2
p1
V1
p'
V"
V'
V2
p p1
p'
p1V1
p 'V '
阴影面积代表We,3
p "V "
p"
p2
V1
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p2V2
V' V"
V2
V
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功与过程
4. 外压比内压小一个无穷小的值
外相当于一杯水，水不断蒸发，这样的膨胀过程 是无限缓慢的，每一步都接近于平衡态。所作的功为：
膨胀功示意图
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2.3.2 功
一次膨胀做功的示意图
p2
p
p1V1
V2
p1 p2
V1
p2
p2V2
V1 V2
V
阴影面积代表所做的功
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功与过程
设在定温下，一定量理想气体在活塞筒中克 服外压 pe ,经4种不同途径，体积从V1膨胀到V2 所作的功。 1.自由膨胀（free expansion）
V Vm n S Sm n
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2.2.3 热力学平衡态
（1）热平衡
T1 T2 Tk （2）力学平衡 p1 p2 pk
（3）相平衡
A A A
各相的组成和数量不随 时间而变
（4）化学平衡
rG 0
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We,4 pedV ( pi dp)dV
p
p1
p1V1
阴影面积代表We,3
V2
V1
pi dV
对理想气体
p2
V2
V1
V1 nRT dV nRT ln V2 V
p2V2
V1
V2 V
这种过程近似地可看作可逆过程，所作的功最大。
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研究对象称为系统，亦称为物 系或体系。
环境（surroundins）
与系统密切相关、有相互作
用或影响所能及的部分称为环 境。
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2.2.1 系统和环境
根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：
（1）敞开系统（open system） 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
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2.3.2 功
功的本质 是大量分子有序运动的一种表现
功的定义 除热外,系统与环境间传递的其他能量
功的符号与单位 符号 W 单位 J 功的取号 系统得到功 W > 0 系统做功 W < 0 功的特点 1.是传递的能量,一定要与过程相联系 2.不是状态函数,微小变化用 W 表示 功的种类 膨胀功 We 非膨胀功 Wf
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2.2.5 过程和途径
过程 (process) 在一定的环境条件下，系统发生了 一个从始态到终态的变化，称为系统发 生了一个热力学过程。 途径 (path) 从始态到终态的具体步骤称为途径。
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宏观上反应物和生成物 的量不随时间而变
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2.2.4 状态函数
系统的性质只决定于目前的状态， 与其历史无关。 改变的量决定于始态和终态，与变 化途径无关。这种性质称为状态函数。 状态函数特点： 异途同归，值变相等； dZ dZ 状态函数在数学上具有全微分的性质
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电功
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表面功
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2.3.2 功
功的数学表示式
广义功 = 广义力×广义位移
膨胀功
W Fdl
pi >pe
Fe We Fedl Adl A pedV
总功 W We Wf
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We,3 p '(V 'V1 ) p "(V " V ') p2 (V2 V ")
p p1
p1V1
p 'V '
p'
所作的功等于3次作功的加和。 可见，外压差距越小，膨胀 p2 次数越多，做的功也越多。
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p"
p "V "
p2V2
V1
V' V"
V2
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p
δWe,1 pedV 0
因为
pe 0
p1V1
2.等外压膨胀（pe保持不变）
We,2 p2 (V2 V1 )
体系所作的功如阴影面积所示。
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p2 V1
p2V2 V2
V
阴影面积代表We ,2
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功与过程(等外压膨胀）
p2
p
p1V1
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2.2.2 系统的宏观性质
用系统的一些宏观可测量来描述系统的热 力学状态，这些可测量称为系统的宏观性质。 广度性质 (extensive properties) 广度性质与系统的数量成正比，例如：
V , m, U , H , S , A, G,
2.2.5 过程和途径
（1）等温过程
T1 T2 Te
（2）等压过程
（3）恒外压过程 （4）等容过程 （5）绝热过程 （6）环状过程
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p1 p2 pe
pe =定值
dV 0
Q0
dU 0
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2.3 热力学第一定律
1. 热 2. 功
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功与过程（可逆膨胀）
p2
始 态
水
p1
pe pi dp
V2
p
p1