第二章 热力学第一定律
一．基本要求
1．掌握热力学的一些基本概念，如：各种系统、环境、热力学状态、系
统性质、功、热、状态函数、可逆过程、过程和途径等。
2．能熟练运用热力学第一定律，掌握功与热的取号，会计算常见过程中
的, , Q W U ?和H ?的值。
3．了解为什么要定义焓，记住公式, V p U Q H Q ?=?=的适用条件。
4．掌握理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，能熟练地运用热力学
第一定律计算理想气体在可逆或不可逆的等温、等压和绝热等过程中，
, , , U H W Q ??的计算。
5．掌握等压热p Q 与等容热V Q 之间的关系，掌握使用标准摩尔生成焓和
标准摩尔燃烧焓计算化学反应的摩尔焓变，掌握r m U ?与r m H ?之间的关系。
6．了解Hess 定律的含义和应用，学会用Kirchhoff 定律计算不同温度下
的反应摩尔焓变。
二．把握学习要点的建议
学好热力学第一定律是学好化学热力学的基础。热力学第一定律解决了在恒
定组成的封闭系统中，能量守恒与转换的问题，所以一开始就要掌握热力学的一
些基本概念。这不是一蹴而就的事，要通过听老师讲解、看例题、做选择题和做
习题等反反复复地加深印象，才能建立热力学的概念，并能准确运用这些概念。
例如，功和热，它们都是系统与环境之间被传递的能量，要强调“传递”这
个概念，还要强调是系统与环境之间发生的传递过程。功和热的计算一定要与变
化的过程联系在一起。譬如，什么叫雨？雨就是从天而降的水，水在天上称为云，
降到地上称为雨水，水只有在从天上降落到地面的过程中才被称为雨，也就是说，
“雨”是一个与过程联系的名词。在自然界中，还可以列举出其他与过程有关的
名词，如风、瀑布等。功和热都只是能量的一种形式，但是，它们一定要与传递
的过程相联系。在系统与环境之间因温度不同而被传递的能量称为热，除热以外，
其余在系统与环境之间被传递的能量称为功。传递过程必须发生在系统与环境之
间，系统内部传递的能量既不能称为功，也不能称为热，仅仅是热力学能从一种
形式变为另一种形式。同样，在环境内部传递的能量，也是不能称为功（或热）
的。例如在不考虑非膨胀功的前提下，在一个绝热、刚性容器中发生化学反应、
燃烧甚至爆炸等剧烈变化，由于与环境之间没有热的交换，也没有功的交换，所
以0, 0, 0Q W U ==?=。这个变化只是在系统内部，热力学能从一种形式变为
另一种形式，而其总值保持不变。也可以通过教材中的例题，选定不同的对象作
系统，则功和热的正、负号也会随之而不同。
功和热的取号也是初学物理化学时容易搞糊涂的问题。目前热力学第一定律
的数学表达式仍有两种形式，即：, U Q W U Q W ?=+?=-，虽然已逐渐统一
到用加号的形式，但还有一个滞后过程。为了避免可能引起的混淆，最好从功和
热对热力学能的贡献的角度去决定功和热的取号，即：是使热力学能增加的，还
是使热力学能减少的，这样就容易掌握功和热的取号问题。
焓是被定义的函数，事实上焓是不存在的，仅是几个状态函数的组合。这就
要求理解为什么要定义焓？定义了焓有什么用处？在什么条件下，焓的变化值才
具有一定的物理意义，即p H Q ?=。
务必要记住, V p U Q H Q ?=?=这两个公式的使用限制条件。凭空要记住公式
的限制条件，既无必要，又可能记不住，最好从热力学第一定律的数学表达式和
焓的定义式上理解。例如，根据热力学第一定律，
e e
f f d d U Q W Q W W Q p V W δδδδδδδ=+=++=-+
要使d V U Q δ=或V U Q ?=，必须使f d 0, 0V W δ==，这就是该公式的限制条件。
同理：根据焓的定义式，H U pV =+
d d d d H U p V V p =++
将上面d U 的表达式代入，得
e f d d d d H Q p V W p V V p δδ=-+++
要使d p H Q δ=或p H Q ?=，必须在等压条件下，d 0p =，系统与环境的压力相等，
e p p =和
f 0W δ=，这就是该公式的限制条件。以后在热力学第二定律中的一些
公式的使用限制条件，也可以用相似的方法去理解。
状态函数的概念是十分重要的，必须用实例来加深这种概念。例如：多看几
个不同的循环过程来求U ?和H ?，得到0U ?=，0H ?=，这样可以加深状态函
数的“周而复始，数值还原”的概念。例如2H (g)和2O (g)可以通过燃烧、爆鸣、
热爆炸和可逆电池等多种途径生成水，只要保持始态和终态相同，则得到的U
?和H ?的值也都相同，这样可以加深“异途同归，值变相等”的概念。
化学反应进度的概念是很重要的，必须牢牢掌握。以后只要涉及化学反应，
都要用到反应进度的概念。例如，在化学反应摩尔焓变的求算中，今后在化学平
衡中，利用反应的Gibbs 自由能随反应进度的变化曲线来判断化学变化的方向与
限度，在化学动力学中利用反应进度来定义反应的速率，以及在电化学中，利用
电化学的实验数据来计算反应进度为1 mol 时的热力学函数的变化值等，都要用
到反应进度的概念，所以必须掌握化学反应进度的概念。
用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓来计算化学反应的摩尔焓变时，相减的
次序是不一样的，必须要理解为什么不一样，这样在做习题时就不会搞错了。
要学会查阅热力学数据表，这在今后的学习和工作中都是十分有用的。
三．思考题参考答案
1．判断下列说法是否正确，并简述判断的依据。
（1）状态给定后，状态函数就有定值；状态函数固定后，状态也就固定
了。
（2）状态改变后，状态函数一定都改变。
（3）因为, V p U Q H Q ?=?=，所以, V p Q Q 是特定条件下的状态函数。
（4）根据热力学第一定律，因为能量不能无中生有，所以一个系统若要
对外做功，必须从外界吸收热量。
（5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，使液体的温度上升，
这时0p H Q ?==。
（6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为1Q ，焓变为1H ?。若将化学
反应安排成反应相同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态都相同，
这时热效应为2Q ，焓变为2H ?，则12H H ?=?。
答：（1）对。因为状态函数是状态的单值函数，状态固定后，所有的状态函
数都有定值。反之，状态函数都有定值，状态也就被固定了。
（2）不对。虽然状态改变后，状态函数会改变，但不一定都改变。例如，系
统发生了一个等温过程，体积、压力等状态函数发生了改变，系统的状态已与原
来的不同，但是温度这个状态函数没有改变。
（3）不对。热力学能U 和焓H 是状态函数，而?U ，?H 仅是状态函数的变
量。V Q 和p Q 仅在特定条件下与状态函数的变量相等，所以V Q 和p Q 不可能是状
态函数。
（4）不对。系统可以降低自身的热力学能来对外做功，如系统发生绝热膨胀
过程。但是，对外做功后，系统自身的温度会下降。
（5）不对。因为环境对系统进行机械搅拌，做了机械功，这时f 0W ≠，所以
不符合p H Q ?=的使用条件。使用p H Q ?=这个公式，等压和f 0W ≠，这两个条
件一个也不能少。
（6）对。因为焓H 是状态函数，只要反应的始态和终态都相同，则焓变的数
值也相同，与反应具体进行的途径无关，这就是状态函数的性质，“异途同归，
值变相等”。但是，两个过程的热效应是不等的，即12Q Q ≠。
2．回答下列问题，并简单说明原因。
（1）可逆热机的效率最高，在其他条件都相同的前提下，用可逆热机去牵
引火车，能否使火车的速度加快？
（2）Zn 与盐酸发生反应，分别在敞口和密闭的容器中进行，哪一种情况放
的热更多一些？
（3）在一个用导热材料制成的圆筒中，装有压缩空气，圆筒中的温度与环
境达成平衡。如果突然打开筒盖，使气体冲出，当压力与外界相等时，立即盖上
筒盖。过一会儿，筒中气体的压力有何变化？
（4）在装有催化剂的合成氨反应室中，2N (g)与2H (g)的物质的量之比为
13:，反应方程式为223N (g)3H (g)2NH (g)+。分别在温度为1T 和2T 的条件
下，实验测定放出的热量对应为1()p Q T 和2()p Q T 。但是用Kirchhoff 定律计算时
2
1r m 2r m 1r ()()d
T p T H T H T C T ?=?+?? 计算结果与实验值不符，试解释原因。
答：（1）可逆热机的效率虽高，但是可逆过程是一个无限缓慢的过程，每一
步都接近于平衡态。所以，用可逆热机去牵引火车，在有限的时间内是看不到火
车移动的。所以，可逆功是无用功，可逆热机的效率仅是理论上所能达到的最高
效率，使实际不可逆热机的效率尽可能向这个目标靠拢，实际使用的热机都是不
可逆的。
（2）当然在密闭的容器中进行时，放的热更多一些。因为在发生反应的物
质的量相同时，其化学能是一个定值。在密闭容器中进行时，化学能全部变为热
能，放出的热能就多。而在敞口容器中进行时，一部分化学能用来克服大气的压
力做功，余下的一部分变为热能放出，放出的热能就少。
（3）筒中气体的压力会变大。因为压缩空气冲出容器时，筒内的气体对冲
出的气体做功。由于冲出的速度很快，筒内气体来不及从环境吸热，相当于是个
绝热过程，所以筒内气体的温度会下降。当盖上筒盖又过了一会儿，筒内气体通
过导热壁，从环境吸收热量使温度上升，与环境达成平衡，这时筒内的压力会增
加。
（4）用Kirchhoff 公式计算的是反应进度等于1 mol 时的等压热效应，即摩
尔反应焓变。用实验测定的是反应达平衡时的等压热效应，由于合成氨反应的平
衡转化率比较低，只有25%左右，所以实验测定值会比理论计算的结果小。如果
将反应物过量，使生成产物的数量与化学计量方程的相同，那实验值与计算值应
该是等同的。
3．理想气体的绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式V W C T =?计算，
那两种过程所做的功是否一样?
答：当然不一样，因为从同一个始态出发，绝热可逆与绝热不可逆两个过程
不可能到达同一个终态，两个终态温度不可能相同，即?T 不可能相同，所以做
的功也不同。通常绝热可逆过程做的功（绝对值）总是大于不可逆过程做的功。
4．指出如下所列3个公式的适用条件：
（1）p H Q ?= （2）V U Q ?= （3）12
ln V W nRT V = 答：（1）式，适用于不做非膨胀功（f 0W =）的等压过程（d 0p =）。
（2）式，适用于不做非膨胀功（f 0W =）的等容过程（d 0V =）。
（3）式，适用于理想气体不做非膨胀功（f 0W =）的等温可逆过程。
5．用热力学的基本概念，判断下列过程中，W ，Q ，U ?和H ?的符号，是
0>，0<，还是0=。第一定律的数学表示式为 U Q W ?=+。
（1） 理想气体的自由膨胀
（2） van der Waals 气体的等容、升温过程
（3） 反应 22Zn(s)2HCl(aq)ZnCl (aq)H (g)+=+在非绝热、等压条件下进
行
（4） 反应22H (g)Cl (g)2HCl(g)+=在绝热钢瓶中进行
（5） 在273.15 K ，101.325kPa 下，水结成冰
答：（1）W = 0 因为是自由膨胀，外压为零。
Q = 0 理想气体分子之间的相互引力小到可以忽略不计，体积增大，
分子间的势能并没有变化，能保持温度不变，所以不必从环境吸热。
?U = 0 因为温度不变，理想气体的热力学能仅是温度的函数。
或因为W = 0，Q = 0，所以?U = 0。
?H = 0 因为温度不变，理想气体的焓也仅是温度的函数。
或因为H U pV
?=?=所以?H = 0。
pV nRT
=+，?U = 0，()()0（2）W = 0 因为是等容过程，膨胀功为零。
Q >0 温度升高，系统吸热。
?U >0 系统从环境吸热，使系统的热力学能增加。
?H >0 根据焓的定义式，()0
H U pV U V p
?=?+?=?+?>。
（3）W <0 反应会放出氢气，要保持系统的压力不变，放出的氢气推动活塞，克服外压对环境做功。
Q <0 反应是放热反应。
?U <0 系统既放热又对外做功，使热力学能下降。
?H < 0 因为这是不做非膨胀功的等压反应，?H = Q p。
（4）W = 0 在刚性容器中，进行的是恒容反应，不做膨胀功。
Q = 0 因为用的是绝热钢瓶
?U = 0 根据热力学第一定律，能量守恒，热力学能不变。以后，在不考虑非膨胀功的情况下，只要是在绝热刚性容器中发生的任何变化，W，Q和U
?
都等于零，绝热刚性容器相当于是一个孤立系统。
?H >0 因为是在绝热钢瓶中发生的放热反应，气体分子数没有变化，钢瓶内的温度会升高，导致压力也增高，根据焓的定义式，可以判断焓值是增加的。
?=?+?=???
>>
H U p V V p p H
()0,
或()0,
?=?+?=???
>>
H U p V n R T T H
（5）W <0 在凝固点温度下水结成冰，体积变大，系统克服外压，对环境做功。
Q <0 水结成冰是放热过程。
?U <0 系统既放热又对外做功，热力学能下降。
?H < 0 因为这是等压相变，?H = Q p。
6．在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从四种不同的途径生成水：(1)
氢气在氧气中燃烧，(2)爆鸣反应，(3)氢氧热爆炸，(4)氢氧燃料电池。在所有反
应过程中，保持反应方程式的始态和终态都相同，请问这四种变化途径的热力学
能和焓的变化值是否相同?
答：应该相同。因为热力学能和焓是状态函数，只要始、终态相同，无论经
过什么途径，其变化值一定相同。这就是状态函数的性质：“异途同归，值变相
等”。
7．一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。
冰、雪熔化变成水流入江河，最后流入大海，一定量的水又回到了始态。问历经
整个循环，这一定量水的热力学能和焓的变化是多少?
答：水的热力学能和焓的变化值都为零。因为热力学能和焓是状态函数，不
论经过怎样复杂的过程，只要是循环，系统回到了始态，热力学能和焓的值都保
持不变。这就是状态函数的性质：“周而复始，数值还原”。
8．在298 K ，101.3 kPa 压力下，一杯水蒸发为同温、同压的气是一个不可
逆过程，试将它设计成可逆过程。
答：通常有四种相变可以近似看作是可逆过程：（1）在饱和蒸气压下的气-
液两相平衡，（2）在凝固点温度时的固-液两相平衡，（3）在沸点温度时的气-液
两相平衡，（4）在饱和蒸气压下的固-气两相平衡（升华）。可以将这个在非饱和
蒸气压下的不可逆蒸发，通过两种途径，设计成可逆过程：
(1) 绕到沸点；将298 K ，101.3 kPa 压力下的水，等压可逆升温至373 K ，
在沸点温度下可逆变成同温、同压的蒸气，然后再等压可逆降温至298 K 。
(2) 绕到饱和蒸气压；将298 K ，101.3 kPa 压力下的水，等温可逆降压至饱
和蒸气压s p ，在298 K 和饱和蒸气压下，可逆变成同温、同压的蒸气，再等温
可逆升压至101.3 kPa 。变化的示意图如下：
b 2222H O(l,373 K,101.3 kPa)H O(g,373 K,101.3 kPa)
H O(l,298 K,101.3 kPa)H O(g,298 K,101.3 kPa) T ↑ (1)↓
↓ (2)298 K 2s 2s
H O(l,298 K,)H O(g,298 K,)
p p ↑
究竟设计哪一种可逆途径，要根据题目的已知条件决定。
四．概念题参考答案
1．对于理想气体的热力学能，有下述四种理解：
(1) 状态一定，热力学能也一定
(2) 对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的
(3) 对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值
(4) 状态改变时，热力学能一定跟着改变，其中都正确的是：
( )
(A) (1)，(2) (B) (3)，(4)
(C) (2)，(4) (D) (1)，(3)
答：(D)。热力学能是状态的单值函数，其绝对值无法测量。
2．有一高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度将( )
(A) 不变(B) 升高
(C) 降低(D) 无法判定
答：(C)。压缩空气冲出钢筒时，筒内的气体对冲出的气体做功。由于冲出的速度很快，筒内气体来不及从环境吸热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会下降。
3．有一真空钢筒，将阀门打开时，大气（视为理想气体）冲入瓶内，此时瓶内气体的温度将
（）
(A) 不变(B) 升高
(C) 降低(D) 无法判定
答：(B)。空气冲入钢筒时，外面的气体对冲入钢筒的气体做功。由于冲入的速度很快，筒内的气体来不及向环境放热，相当于是个绝热过程，所以筒内气体的温度会升高。
4．将1 mol 373 K，标准压力下的水，分别经历：(1) 等温、等压可逆蒸发，(2) 真空蒸发，变成373 K，标准压力下的水气。这两种过程的功和热的关系为( )
(A) W 1< W 2Q 1> Q 2(B) W 1< W 2Q 1< Q 2
(C) W 1= W 2Q 1= Q 2(D) W 1> W 2Q 1< Q 2
答：(A)。过程(1)中，系统要对外做功，W 1<0，而过程（2）是真空蒸发，W =0，所以W 1< W 2。过程(1)中，既要对外做功，又要保持温度不变，再加上相2
变所吸的热，所以Q 1> Q 2。
5．在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱，将冰箱门打开，并接通电源使冰箱工作。过一段时间之后，室内的平均气温将( )
(A) 升高(B) 降低
(C) 不变(D) 不一定
答：(A)。对冰箱做的电功，全转化为热释放在房间内。
6．凡是在孤立系统中进行的过程，其ΔU和ΔH的值一定是
( )
(A) ΔU > 0 ，ΔH > 0 (B) ΔU = 0 ，ΔH = 0
(C) ΔU < 0 ，ΔH < 0 (D) ΔU = 0 ，ΔH不确定
答：(D)。热力学能是能量的一种，遵循能量守衡定律，在孤立系统中热力学能保持不变。而焓虽然有能量单位，但它是定义出来的函数，不是能量，不遵
循能量守衡定律，所以在孤立系统中发生的变化，ΔH 的值是不确定的，要根据具体的变化过程而定。例如，在绝热钢瓶里，发生了一个气体分子数不变的放热气相反应，如22H (g)Cl (g)2HCl(g)+=，则ΔH 大于零。但是，如果发生的是
2221H (g)O (g)H O(l)2
+=，虽然反应也放热，但是由于气体分子数减少，钢瓶内的压力下降，ΔH 会小于零。
7．理想气体向真空作绝热膨胀后，它的温度将
（ ）
(A) 升高 (B) 降低
(C) 不变 (D) 不一定
答：(C)。理想气体分子之间的相互引力小到可以忽略不计，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变
8．某气体的状态方程为m pV RT bp =+（b 是大于零的常数），此气体向真
空作绝热膨胀，它的温度将 （ ）
(A) 升高 (B) 降低
(C) 不变 (D) 不一定
答：(C)。将状态方程改写为m ()p V b RT -=，与理想气体的状态方程对照，
说明这种气体的自身体积不能忽略，但是分子间的引力与理想气体一样，是小到可以忽略不计的。所以，体积增大，分子间的势能并没有变化，能保持温度不变
9．公式p H Q ?=适用于下列哪个过程
（ ） (A) 理想气体作绝热等外压膨胀。 (B)22273K, 101.3 kPa H O(s)
H O(l) (C) 2Cu (aq)2e Cu(s)+-+??→ (D) 理想气体作等温可逆膨胀
答：(B)。p H Q ?=的适用条件是等压和f 0W =，两个条件缺一不可。(A)中
是等外压，而非等压，(C)中有电功，(D)是个不等压过程。所以，只有(B)是适用的。
10．有一个理想气体的γ =C p /C V =1.40，则该气体为几原子分子?
( )
(A) 单原子分子 (B) 双原子分子
(C) 三原子分子 (D) 四原子分子
答：(B)。根据能量均分原理，在一般温度下，单原子分子只有3个平动自由度，所以,m 32V C R =。因为理想气体的,m ,m p V C C R =+，所以,m 52
p C R =。同理，双原子分子的,m 52V C R =，则,m 72p C R =。现在，71.405γ==，相当于,m 52
V C R =，,m 72
p C R =，这是双原子分子的特征。
11．反应的计量方程为22H (g)Cl (g)2HCl(g)+=，当以5 mol 2H (g)与4 mol 2Cl (g)混合发生反应，最后生成2 mol HCl(g)。则该反应进度ξ等于 ( )
(A) 1 mol (B) 2 mol
(C) 4 mol (D) 5 mol
答：(A)。根据反应的计量方程，现在用生成物来表示反应的进度，则
H C l H C l 2 m o l 1 m o l 2
n ξν?=== 显然，反应物2H (g)和2Cl (g)都是过量的。
12．欲测定某有机物的燃烧热Q p ，一般使反应在氧弹中进行，实验测得的热效应为Q V 。已知两种热效应之间的关系为p V Q Q nRT =+?，式中的Δn 是指
( )
(A) 生成物与反应物总物质的量之差
(B) 生成物与反应物中，气相物质的物质的量之差
(C) 生成物与反应物中，凝聚相物质的物质的量之差
(D) 生成物与反应物的总的热容差
答：(B)。ΔnRT 一项来源于Δ（pV ）一项，若假定气体是理想气体，在温度不变时Δ（pV ）就等于ΔnRT
13． 在下述等式中，正确的是
( )
(A) f m 2c m 2(H O,l)(O ,g)H H ?=?$$ (B) f m 2c m 2(H O,g)(O ,g)H H ?=?$$
(C) f m 2c m 2(H O,l)(H ,g)H H ?=?$$ (D) f m 2c m 2(H O,g)(H ,g)H H ?=?$$
答：(C)。根据标准摩尔燃烧焓的定义，只有(C)是正确的。因为2O (g)是助燃剂，其标准摩尔燃烧焓规定为零。2H (g)的燃烧产物是2H O(l)，而不是2H O(g)。
14．在298 K 时，石墨的标准摩尔生成焓f m (C,)H ?石墨$的值
( )
(A) 大于零 (B) 小于零
(C) 等于零 (D) 不能确定
答：(C)。根据标准摩尔生成焓的定义，稳定单质的标准摩尔生成焓规定为零。现在人为选定，将石墨作为碳的稳定单质。
15．在298 K 和标准压力下，已知1c m (C,)393.5 kJ mol H -?=-?石墨$，
1c m (C,)395.3 kJ mol H -?=-?金刚石$，则金刚石的标准摩尔生成焓f m
(C,)H ?金刚石$
的值等于
( )
(A) 1393.5 kJ mol --? (B) 1395.3 kJ mol --?
(C) 11.8 kJ mol --? (D) 11.8 kJ mol -?
答：(D)。因为人为选定，将石墨作为碳的稳定单质，所以石墨的标准摩尔
燃烧焓就是二氧化碳的标准摩尔生成焓，即1f m 2(CO ,g)393.5 kJ mol H -?=-?$。金
刚石的标准摩尔燃烧焓就是金刚石燃烧为二氧化碳反应的摩尔反应焓变，即
22C(s)O (g,)CO (g,)p p +=金刚石,$$ r m c m (C ,)H H ?=?金刚石
$
$ 利用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变的公式，就可以得到金刚石的标准摩尔生成焓。
r m c m (C ,)H H ?=?金刚石$
$f m 2f m (C O ,g )(C ,)
H H =?-?金刚石$
$ 所以
f m f m 2c m (C ,)(C O ,
g )(C ,)
H H H ?=?-?金刚石金刚石$
$
$ 11(393.5395.3) kJ mol 1.8 kJ mol --=-+?=?
或者，根据石墨变为金刚石的结晶状态变换反应
C (s ,)C (s ,石墨金刚石
这个反应的标准摩尔反应焓变就等于金刚石的标准摩尔生成焓，利用两个物质的标准摩尔燃烧焓，就可以进行计算
f m r m B C m B (C ,)(298 K )(B )
H H H ν?=?=-?∑金刚石$
c m c m (C ,)(C ,
)H H =?-?石墨金刚石$
$ 11(393.5395.3) kJ mol 1.8 kJ mol --=-+?=?
16．某气体的状态方程为m pV RT bp =+，b 为大于零的常数，则下列结论正确的是
( )
(A) 其焓H 只是温度T 的函数
(B) 其热力学能U 只是温度T 的函数
(C) 其热力学能和焓都只是温度T 的函数
(D) 其热力学能和焓不仅与温度T 有关，还与气体的体积V m 或压力p 有关
答：（B ）。可以从两种途径进行解释：
（1） 将已知方程改写为m ()p V b RT -=，与理想气体的状态方程对照，说明
这种气体的自身体积不能忽略，但是分子间的引力与理想气体一样，是小到可以忽略不计的。那么，它的热力学能也只是温度的函数。因为根据焓的定义式H U pV =+，还会牵涉到体积，所以（C ）不一定正确。
*（2）用数学的方法来证明。藉助于Maxwell 方程（见第三章），可以导出一个重要关系式
T V
U p T p V T ??????=- ? ??????? 对已知方程m ()p V b RT -=，求V
p T ??? ????， T V
U p T p V T ??????=- ? ??????? m 0()
R T p p p V b =-=-=- 或者，在公式T V U p T p V T ??????=- ? ???????的双方，都乘以T
V p ??? ????，得 T V T T T
U V p V V T p V p T p p ???????????????=- ? ? ? ? ???????????????? 等式左边消去相同项，并因为1V p T
p T V T V p ?????????=- ? ? ??????????，所以得 p T T
U V V T p p T p ?????????=-- ? ? ?????????? 0R R T T p p
=-+= 这说明了，在温度不变时，改变体积或压力，热力学能保持不变，所以只有（B ）是正确的。
五．习题解析
1．（1）一个系统的热力学能增加了100 kJ ，从环境吸收了40 kJ 的热，计算系统与环境的功的交换量。
（2）如果该系统在膨胀过程中对环境做了20 kJ 的功，同时吸收了20 kJ 的热，计算系统的热力学能变化值。
解：（1）根据热力学第一定律的数学表达式U Q W ?=+
100 k J 40 k J 6
W U Q =?-=-=
即系统从环境得到了60 kJ 的功。
（2）根据热力学第一定律的数学表达式U Q W ?=+
20 k J 20 k J U Q W ?=+=-=
系统吸收的热等于对环境做的功，保持系统本身的热力学能不变。
2．在300 K 时，有10 mol 理想气体，始态的压力为1 000 kPa 。计算在等温下，下列三个过程所做的膨胀功。
（1）在100 kPa 压力下体积胀大1 dm 3 ；
（2）在100 kPa 压力下，气体膨胀到终态压力也等于100 kPa ；
（3）等温可逆膨胀到气体的压力等于100 kPa 。
解：（1）这是等外压膨胀
33e 100 kPa 10m 100 J W p V -=-?=-?=-
（2）这也是等外压膨胀，只是始终态的体积不知道，要通过理想气体的状态方程得到。
2e 212211()1n R T n R T p W p V V p n R T p p p ????=--=--=- ? ?????
100108.3143001 J 22.45 kJ 1000????=???-=- ??????
? （3）对于理想气体的等温可逆膨胀
1221
ln ln V p W nRT nRT V p == 100(108.314300) J ln
57.43 kJ 1000=???=- 3．在373 K 的等温条件下，1 mol 理想气体从始态体积25 dm 3，分别按下列四个过程膨胀到终态体积为100 dm 3。
（1）向真空膨胀；
（2）等温可逆膨胀；
（3）在外压恒定为气体终态压力下膨胀；
（4）先外压恒定为体积等于50 dm 3 时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50 dm 3以后，再在外压等于100 dm 3 时气体的平衡压力下膨胀。
分别计算各个过程中所做的膨胀功，这说明了什么问题？
解：（1）向真空膨胀，外压为零，所以
10W =
（2）理想气体的等温可逆膨胀
122
ln V W nRT V = 25(18.314 373)J ln
4.30 kJ 100=???=- （3）等外压膨胀
3e 21221212
()()()n R T W p V V p V V V V V =--=--=-- 33(18.314373) J (0.10.025)m 2.33 k J
0.1 m ??=-?-=- （4）分两步的等外压膨胀
4e ,121e ,23()()W p V V p V V =----
213223
()()nRT nRT V V V V V V =---- 122
3255011250100V V nRT nRT V V ????=-+-=+- ? ????? (18.314373) J 3.
n R T =-=-??=- 从计算说明了，功不是状态函数，是与过程有关的量。系统与环境的压力差越小，膨胀的次数越多，所做功的绝对值也越大。理想气体的等温可逆膨胀做功最大（指绝对值）。
4．在一个绝热的保温瓶中，将100 g 处于0°C 的冰，与100 g 处于50°C 的水混合在一起。试计算：
（1）系统达平衡时的温度；
（2）混合物中含水的质量。已知：冰的熔化热1333.46 J g p Q -=?，水的平均等压比热容114.184 J K g p C --<>=??。
解：（1）首先要确定混合后，冰有没有全部融化。如果100 g 处于0°C 的冰，全部融化需吸收的热量1Q 为
11100 g 333.46 J g 33.346 k J
Q -=??= 100 g 处于50°C 的水降低到0°C ，所能提供的热量2Q 为
112100g 4.184 J K g (50K)20.92 kJ Q --=????-=-
显然，水降温所能提供的热量，不足以将所有的冰全部融化，所以最后的混合物还是处于0°C 。
（2）设到达平衡时，有质量为x 的冰融化变为水，所吸的热刚好是100 g 处于50°C 的水冷却到0°C 时所提供的，即
1333.46 J g 20.
92 k J x -??= 解得 62.74 g
x = 所以混合物中含水的质量为：
(62.74100) g 162.74 g +=
5．1 mol 理想气体在122 K 等温的情况下，反抗恒定外压10.15 kPa ，从10 dm 3膨胀到终态体积100.0 dm 3 ，试计算Q ，W ，ΔU 和ΔH 。
解：理想气体等温过程，0U H ?=?=
e 21()W p V V =--
3310.15 kPa (10010)10 m 913.5 J -=-?-?=-
913.5 J Q W =-=
6．1 mol 单原子分子的理想气体，初始状态为298 K ，100 kPa ，经历了0U ?=的可逆变化过程后，体积为初始状态的2倍。请计算Q ，W 和ΔH 。
解：因为0U ?=，对于理想气体的物理变化过程，热力学能不变，则温度也不变，所以0H ?=。
12
ln V W nRT V =1(18.314298) J ln 1.72 kJ 2=???=- 1.72 k J
Q W =-= 7．在以下各个过程中，分别判断Q ，W ，ΔU 和ΔH 是大于零、小于零，还是等于零。
(1) 理想气体的等温可逆膨胀；
(2) 理想气体的节流膨胀；
(3) 理想气体的绝热、反抗等外压膨胀；
(4) 1mol 实际气体的等容、升温过程；
(5) 在绝热刚性的容器中，H 2(g)与Cl 2(g)生成HCl(g) (设气体都为理想气体)。
解：（1）因为理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数，所以在等温的,,p V T 过程中，0, 0 U H ?=?=。膨胀要对环境做功，所以 <0 W ，要保持温度不变，则必须吸热，所以>0Q 。
（2）节流过程是等焓过程，所以 0H ?=。理想气体的焦-汤系数J-T 0μ=，经过节流膨胀后，气体温度不变，所以0U ?=。节流过程是绝热过程，0Q =。因为0U ?=，0Q =，所以0W =。
（3）因为是绝热过程，0Q =，U W ?=。等外压膨胀，系统对外做功，e <0W p V =-?，所以<0U ?。 ()0H U pV U nR T ?=?+?=?+?<。
（4）等容过程，0W =，V U Q ?=。升温过程，热力学能增加，0U ?>，故>0V Q 。
温度升高，体积不变，则压力也升高， 0H U V p ?=?+?>。
（5）绝热刚性的容器，在不考虑非膨胀功时，相当于一个隔离系统，所以0Q =，0W =，0U ?=。这是个气体分子数不变的放热反应，系统的温度和压力升高
()0H U pV U V p ?=?+?=?+?>
或 ()0H U p V U n R T ?=?+?=?+?>
8．在300 K 时，1 mol 理想气体作等温可逆膨胀，起始压力为1 500 kPa ，终态体积为10 dm 3。试计算该过程的Q ，W ，?U 和 ?H 。
解： 该过程是理想气体的等温过程，故0U H ?=?=。设气体的始态体积为V 1，
113111 1 mol 8.314 J mol K 300 K 1.66 dm 1 500 kPa
nRT V p --????===
12
ln V W nRT V = 1.66 (18.314300) J l n 4.48 k J
10=???=- 4.48 k J
Q W =-= 9．在300 K 时，有4 g Ar(g)（可视为理想气体，1Ar 39.95 g mol M -=?），压力为506.6 kPa 。今在等温下分别按如下两种过程，膨胀至终态压力为202.6 kPa ，① 等温可逆膨胀；② 等温、等外压膨胀。分别计算这两种过程的Q ，W ，ΔU 和ΔH 。
解：① 理想气体的可逆,,p V T 变化过程，0U H ?=?=。
4 g Ar(g)的物质的量为：
14 g 0.10 m o l 39.95g m o l
n -==? 12
ln R R p Q W nRT p =-= 506.6 (0.108.314300) J l n 228.6 J 202.6
=???= ② 虽为不可逆过程，但还是等温过程，所以0U H ?=?=。
221()R R Q W p V V =-=-
222111nRT nRT p p nRT p p p ????=-=- ? ????
? 202.6 0.108.314300) 1 J 149.7 J 506.6????=???-=?? ????
? 10． 在573 K 时，将1 mol Ne （可视为理想气体）从1 000 kPa 经绝热可逆膨胀到100 kPa 。求Q ，W ，ΔU 和ΔH 。
解：因该过程为绝热可逆过程，故0Q =，21()V U W C T T ?==-。首先应计算出终态温度2T 。根据理想气体的绝热可逆过程方程式
22,m 11
ln ln V T V C R T V =-
因为是理想气体，根据状态方程有221112
V T p V T p =?，代入上式，可得 221,m 112
ln ln ln V T T p C R R T T p =-- 移项得 22,m 11
()ln ln V T p C R R T p += 因为惰性气体是单原子分子气体，根据能量均分原理，,m 32V C R =所以,m 52
p C R =。理想气体的,m ,m p V C C R -=，代入上式，得 22,m 11
ln ln p T p C R T p = 221,m 1100ln ln ln 2.51000
p T R p R T C p R == 解得 2228 K
T = ,m 21()V W U nC T T =?=-
1(1 1.58.314) J K (228573) K 4.30 k J
-=????-=- ,m 21()p H nC T T ?=-
1(1 2.58.314) J K (228573) K 7.17 k J
-=????-=- 11．有31.0 m 的单原子分子的理想气体，始态为273 K ，1 000 kPa 。现分别经①等温可逆膨胀，②绝热可逆膨胀，③绝热等外压膨胀，到达相同的终态压力100 kPa 。请分别计算终态温度2T 、终态体积2V 和所做的功。
解： ① 等温可逆膨胀，
21273 K T T ==， 3
311221000 kPa 1.0 m 10.0 m 100 kPa
pV V p ?=== 3111111000 kPa 1.0 m 440.6 mol 8.314 J K mol 273 K
pV n RT --?===???
3
1132 1.0m ln (440.68.314273ln ) J 2 302.7 kJ 10.0m
V W nRT V ==???=- ② 解法1：根据理想气体的绝热可逆过程方程式
22,m 11
ln ln V T V C R T V =- 因为是理想气体，根据状态方程有
221112V T p V T p =?，代入上式，可得 221,m 112
ln ln ln V T T p C R R T T p =-- 移项得 22,m 11
()ln ln V T p C R R T p += 因为惰性气体是单原子分子气体，根据能量均分原理，,m 32V C R =所以,m 52
p C R =。理想气体的,m ,m p V C C R -=，代入上式，得 22,m 11
ln ln p T p C R T p = 221,m 1100ln ln ln 2.51000
p T R p R T C p R == 解得 2108.6K
T = 解法2：运用绝热可逆过程方程式 常数=γpV ，即1122pV p V γγ=，对于单原
子理想气体
,m ,m / 2.5/1.55/3p V
C C R R γ=== 1353312121000 1.0 m 3.98 m 100p V V p ????==?= ? ?????
3
22211100 kPa 3.98 m 108.6 K 440.6 mol 8.314 J K mol
p V T nR --?===??? 22,m 21
()V W U nC T T =?=- 3[440.68.314(108.6273)] J 903.3 k J
2=???-=-
③ 对于理想气体的绝热不可逆过程，不能使用绝热可逆过程方程式。但是2,m 21()V U nC T T W ?=-=这个公式无论对绝热可逆还是绝热不可逆过程都能使用。所以对于绝热等外压膨胀，用公式,m 21()V nC T T W -=求终态温度。因为e 2100 kPa p p ==
,m 21e 2
()()V n C T T p V V -=-- 2122213(273K)2nRT nRT n R T p p p ???-=-- ???
2122213100273K (273K)21000p T T T T p ???-=--=-+ ???
解得 2174.7K
T = 33222440.68.314174.7 m 6.40 m 100 000nRT V p ????=== ???
33e 21()100 k P a (6.40 1.0)m 540 k J
W p V V =--=-?-=- 从计算结果可知，等温可逆膨胀系统做的功最大，绝热可逆膨胀做的功比绝热不可逆膨胀做的功大，所以过程②的终态温度和体积都比过程③的小。到达相同终态压力时，绝热不可逆的22,T V 介于等温可逆与绝热可逆之间。可以推而广之，若到达相同的终态体积，则绝热不可逆的22,T p 也一定介于等温可逆与绝热可逆之间。
12．在373 K 和101.325kPa 压力时，有1 mol H 2O(l) 可逆蒸发成同温、同压的H 2O(g)，已知H 2O(l)的摩尔汽化焓1vap m 40.66 kJ mol H -?=?。
（1）试计算该过程的Q ，W 和vap m U ?，可以忽略液态水的体积。
（2）比较vap m H ?与vap m U ?的大小，并说明原因。
解：（1） v a p m
p Q Q n H ==? 11 m o l 40.66 k J m o l 40.66 k J
-=??= g l g ()W p V V pV nRT =--≈-=-
第一章 气体 一．基本要求 1．了解低压下气体的几个经验定律； 2．掌握理想气体的微观模型，能熟练使用理想气体的状态方程； 3．掌握理想气体混合物组成的几种表示方法，注意Dalton 分压定律和Amagat 分体积定律的使用前提； 4．了解真实气体m p V -图的一般形状，了解临界状态的特点及超临界流体的应用； 5．了解van der Waals 气体方程中两个修正项的意义，并能作简单计算。 二．把握学习要点的建议 本章是为今后用到气体时作铺垫的，几个经验定律在先行课中已有介绍，这里仅是复习一下而已。重要的是要理解理想气体的微观模型，掌握理想气体的状态方程。因为了解了理想气体的微观模型，就可以知道在什么情况下，可以把实际气体作为理想气体处理而不致带来太大的误差。通过例题和习题，能熟练地使用理想气体的状态方程，掌握,,p V T 和物质的量n 几个物理量之间的运算。物理量的运算既要进行数字运算，也要进行单位运算，一开始就要规范解题方法，为今后能准确、规范地解物理化学习题打下基础。 掌握Dalton 分压定律和Amagat 分体积定律的使用前提，以免今后在不符合这种前提下使用而导致计算错误。 在教师使用与“物理化学核心教程”配套的多媒体讲课软件讲课时，要认真听讲，注意在Power Point 动画中真实气体的m p V -图，掌握实际气体在什么条件下才能液化，临界点是什么含义等，为以后学习相平衡打下基础。 三．思考题参考答案 1．如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？ 答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球的壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。 2．在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？ 答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。
第一章气体的pVT性质 1.1 物质的体膨胀系数与等温压缩率的定义如下 试推出理想气体的，与压力、温度的关系。 解：根据理想气体方程 1.2 0℃，101.325kPa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：将甲烷(M w =16.042g/mol)看成理想气体： PV=nRT , PV =mRT/ M w 甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PM w /RT =101.325 16.042/8.3145 273.15(kg/m3) =0.716 kg/m3 1.3 一抽成真空的球形容器，质量为25.0000g充以4℃水之后，总质量为125.0000g。若改充以25℃，13.33 kPa的某碳氢化合物气体，则总质量为 25.0163g。试估算该气体的摩尔质量。水的密度1g·cm3计算。 解：球形容器的体积为V=（125-25）g/1 g.cm-3=100 cm3 将某碳氢化合物看成理想气体：PV=nRT , PV =mRT/ M w M w = mRT/ PV=(25.0163-25.0000)×8.314×298.15/(13330×100×10-6) M w =30.31(g/mol) 1.4 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℃，另一个球则维持 0℃，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， 1.5 0℃时氯甲烷（CH 3Cl ）气体的密度ρ随压力的变化如下。试作p p -ρ 图，用外推法求氯甲烷的相 对分子质量。
第一章 气体 一．基本要求 1．了解低压下气体的几个经验定律； 2．掌握理想气体的微观模型，能熟练使用理想气体的状态方程； 3．掌握理想气体混合物组成的几种表示方法，注意Dalton 分压定律和Amagat 分体积定律的使用前提； 4．了解真实气体m p V -图的一般形状，了解临界状态的特点及超临界流体的 应用； 5．了解van der Waals 气体方程中两个修正项的意义，并能作简单计算。 二．把握学习要点的建议 本章是为今后用到气体时作铺垫的，几个经验定律在先行课中已有介绍，这 里仅是复习一下而已。重要的是要理解理想气体的微观模型，掌握理想气体的状 态方程。因为了解了理想气体的微观模型，就可以知道在什么情况下，可以把实 际气体作为理想气体处理而不致带来太大的误差。通过例题和习题，能熟练地使 用理想气体的状态方程，掌握,,p V T 和物质的量n 几个物理量之间的运算。物理 量的运算既要进行数字运算，也要进行单位运算，一开始就要规范解题方法，为 今后能准确、规范地解物理化学习题打下基础。 掌握Dalton 分压定律和Amagat 分体积定律的使用前提，以免今后在不符合 这种前提下使用而导致计算错误。 在教师使用与“物理化学核心教程”配套的多媒体讲课软件讲课时，要认真 听讲，注意在Power Point 动画中真实气体的m p V -图，掌握实际气体在什么条 件下才能液化，临界点是什么含义等，为以后学习相平衡打下基础。 三．思考题参考答案 1．如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？ 答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球的壁变软，球中空气受热膨胀，可 使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。 2．在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。 试问，这两容器中气体的温度是否相等？ 答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相 等。
第一章气体的pVT性质 1.1物质的体膨胀系数与等温压缩率的定义如下 试推出理想气体的，与压力、温度的关系。 解：根据理想气体方程 1.20℃，101.325kPa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：将甲烷(M w=16.042g/mol)看成理想气体：PV=nRT,PV=mRT/M w 甲烷在标准状况下的密度为=m/V=PM w/RT =101.32516.042/8.3145273.15(kg/m3) =0.716kg/m3 1.3一抽成真空的球形容器，质量为25.0000g充以4℃水之后，总质量为125.0000g。若改充以25℃，13.33kPa的某碳氢化合物气体，则总质量为25.0163g。试估算该气体的摩尔质量。水的密度1g·cm3计算。 解：球形容器的体积为V=（125-25）g/1g.cm-3=100cm3 将某碳氢化合物看成理想气体：PV=nRT,PV=mRT/M w M w=mRT/PV=(25.0163-25.0000)×8.314×298.15/(13330×100×10-6) M w=30.31(g/mol) 1.4两个容积均为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℃，另一个球则维持0℃，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， 1.50℃时氯甲烷（CH 3Cl ）气体的密度ρ随压力的变化如下。试作p p -ρ 图，用外推法求氯甲烷的相对分 子质量。
1.6今有20℃的乙烷－丁烷混合气体，充入一抽成真空的200cm3容器中，直至压力达101.325kPa，测得容器中混合气体的质量为0.3897g。试求该混合气体中两种组分的摩尔分数及分压力。 解：将乙烷(M w=30g/mol,R1),丁烷(M w=58g/mol,R2)看成是理想气体: PV=nRTn=PV/RT=8.314710-3mol (R130+(1-R1)58)8.314710-3=0.3897 R1=0.401P1=40.63kPa R2=0.599P2=60.69kPa
第四章多组分系统热力学 一．基本要求 1．了解混合物的特点，熟悉多组分系统各种组成的表示法。 2．掌握偏摩尔量的定义和偏摩尔量的加和公式及其应用。 3．掌握化学势的狭义定义，知道化学势在相变和化学变化中的应用。 4．掌握理想气体化学势的表示式，了解气体标准态的含义。 5．掌握Roult定律和Henry定律的含义及用处，了解它们的适用条件和不同之处。 6．了解理想液态混合物的通性及化学势的表示方法，了解理想稀溶液中各组分化学势的表示法。 7．了解相对活度的概念，知道如何描述溶剂的非理想程度，和如何描述溶质在用不同浓度表示时的非理想程度。 8．掌握稀溶液的依数性，会利用依数性来计算未知物的摩尔质量。 二．把握学习要点的建议 混合物是多组分系统的一种特殊形式，各组分平等共存，服从同一个经验规律（即Rault定律），所以处理起来比较简单。一般是先掌握对混合物的处理方法，然后再扩展到对溶剂和溶质的处理方法。先是对理想状态，然后扩展到对非理想的状态。 偏摩尔量的定义和化学势的定义有相似之处，都是热力学的容量性质在一定的条件下，对任一物质B的物质的量的偏微分。但两者有本质的区别，主要体现在“一定的条件下”，即偏微分的下标上，这一点初学者很容易混淆，所以在学习时一定要注意它们的区别。偏摩尔量的下标是等温、等压和保持除B以外的其他组成不变（C B ）。化学势的下标是保持热力学函数的两个特征变量和保持除B以外的其他组成不变。唯独偏摩尔ibbs自G由能与狭义化学势是一回事，因为Gibbs自由能的特征变量是,T p，偏摩尔量的下标与化学势定义式的下标刚好相同。 多组分系统的热力学基本公式，比以前恒定组成封闭系统的基本公式，在 d n时所引起的相应热最后多了一项，这项表示某个组成B的物质的量发生改变 B
1 绪论 1．生物化学研究的对象和内容是什么？ 解答：生物化学主要研究: （1）生物机体的化学组成、生物分子的结构、性质及功能； （2）生物分子分解与合成及反应过程中的能量变化； （3）生物遗传信息的储存、传递和表达； （4）生物体新陈代谢的调节与控制。 2．你已经学过的课程中哪些内容与生物化学有关。 提示：生物化学是生命科学的基础学科，注意从不同的角度，去理解并运用生物化学的知识。 3．说明生物分子的元素组成和分子组成有哪些相似的规侓。 解答：生物大分子在元素组成上有相似的规侓性。碳、氢、氧、氮、磷、硫等6种是蛋白质、核酸、糖和脂的主要组成元素。碳原子具有特殊的成键性质，即碳原子最外层的4个电子可使碳与自身形成共价单键、共价双键和共价三键，碳还可与氮、氧和氢原子形成共价键。碳与被键合原子形成4个共价键的性质,使得碳骨架可形成线性、分支以及环状的多种多性的化合物。特殊的成键性质适应了生物大分子多样性的需要。氮、氧、硫、磷元素构成了生物分子碳骨架上的氨基（—NH 2）、羟基（— OH ）、羰基（C O ）、羧基（—COOH ）、巯基（—SH ）、磷酸基（—PO 4 ）等功能基团。这些功能基团因氮、硫和磷有着可变的氧化数及氮和氧有着较强的电负性而与生命物质的许多关键作用密切相关。生物大分子在结构上也有着共同的规律性。生物大分子均由相同类型的构件通过一定的共价键聚合成链状，其主链骨架呈现周期性重复。构成蛋白质的构件是20种基本氨基酸。氨基酸之间通过肽键相连。肽链具有方向性（N 端→C 端）,蛋白质主链骨架呈“肽单位”重复；核酸的构件是核苷酸,核苷酸通过3′, 5′-磷酸二酯键相连，核酸链也具有方向性(5′、→3′ ),核酸的主链骨架呈“磷酸-核糖（或脱氧核糖）”重复；构成脂质的构件是甘油、脂肪酸和胆碱，其非极性烃长链也是一种重复结构；构成多糖的构件是单糖，单糖间通过糖苷键相连，淀粉、纤维素、糖原的糖链骨架均呈葡萄糖基的重复。2 蛋白质化学 1．用于测定蛋白质多肽链N 端、C 端的常用方法有哪些？基本原理是什么？ 解答：（1） N-末端测定法：常采用2,4―二硝基氟苯法、Edman 降解法、丹磺酰氯法。 ①2,4―二硝基氟苯(DNFB 或FDNB)法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与2,4―二硝基氟苯（2,4―DNFB ）反应（Sanger 反应），生成DNP ―多肽或DNP ―蛋白质。由于DNFB 与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNP ―多肽经酸水解后，只有N ―末端氨基酸为黄色DNP ―氨基酸衍生物，其余的都是游离氨基酸。② 丹磺酰氯(DNS)法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与与丹磺酰氯（DNS ―Cl ）反应生成DNS ―多肽或DNS ―蛋白质。由于DNS 与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNS ―多肽经酸水解后，只有N ―末端氨基酸为强烈的荧光物质DNS ―氨基酸，其余的都是游离氨基酸。③ 苯异硫氰酸脂（PITC 或Edman 降解）法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与异硫氰酸苯酯（PITC ）反应（Edman 反应），生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质。在酸性有机溶剂中加热时，N ―末端的PTC ―氨基酸发生环化，生成苯乙内酰硫脲的衍生物并从肽链上掉下来，除去N ―末端氨基酸后剩下的肽链仍然是完整的。④ 氨肽酶法：氨肽酶是一类肽链外切酶或叫外肽酶，能从多肽链的N 端逐个地向里切。根据不同的反应时间测出酶水解释放的氨基酸种类和数量，按反应时间和残基释放量作动力学曲线，就能知道该蛋白质的N 端残基序列。（2）C ―末端测定法：常采用肼解法、还原法、羧肽酶法。 肼解法：蛋白质或多肽与无水肼加热发生肼解，反应中除C 端氨基酸以游离形式存 在外，其他氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物。 ② 还原法：肽链C 端氨基酸可用硼氢化锂还原成相应的α―氨基醇。肽链完全水解后，代表原来C ―末端氨基酸的α―氨基醇，可用层析法加以鉴别。③ 羧肽酶法：是一类肽链外切酶，专一的从肽链的C ―末端开始逐个降解，释放出游离的氨基酸。被释放的氨基酸数目与种类随反应时间的而变化。根据释放的氨基酸量（摩尔数）与反应时间的关系，便可以知道该肽链的C ―末端氨基酸序列。2．测得一种血红蛋白含铁0.426%，计算其最低相对分子质量。一种纯酶按质量计算含亮氨酸1.65%和异亮氨酸2.48%，问其最低相对分子质量是多少？解答： （1）血红蛋白： 55.8100100131000.426??=铁的相对原子质量最低相对分子质量＝＝铁的百分含量 （2）酶： 因为亮氨酸和异亮氨酸的相对分子质量相等，所以亮氨酸和异亮氨酸的残基数之比为：1.65%:2.48%=2:3，因此，该酶分子中至少含有2个亮氨酸，3个异亮氨酸。()r 2131.11100159001.65M ??=≈最低 ()r 3131.11100159002.48M ??=≈最低 3．指出下面pH 条件下，各蛋白质在电场中向哪个方向移动，即正极，负极，还是保持原点？ （1）胃蛋白酶（pI 1.0），在pH 5.0； （2）血清清蛋白（pI 4.9），在pH 6.0； （3）α-脂蛋白（pI 5.8），在pH 5.0和pH 9.0； 解答：（1）胃蛋白酶pI 1.0＜环境pH 5.0，带负电荷，向正极移动； （2）血清清蛋白pI 4.9＜环境pH 6.0，带负电荷，向正极移动； （3）α-脂蛋白pI 5.8＞环境pH 5.0，带正电荷，向负极移动； α-脂蛋白pI 5.8＜环境pH 9.0，带负电荷，向正极移动。 4．何谓蛋白质的变性与沉淀？二者在本质上有何区别？ 解答：蛋白质变性的概念：天然蛋白质受物理或化学因素的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化学性质的改变，这种作用称为蛋白质的变性。变性的本质：分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有序的状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。
第七章电化学 7.1用铂电极电解溶液。通过的电流为20 A，经过15 min后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的?(2) 在的27℃，100 kPa下的？ 解：电极反应为 电极反应的反应进度为 因此： 7.2 用Pb(s)电极电解Pb(NO3)2溶液，已知溶液浓度为每1g水中含有Pb(NO3)21.66×10-2g。 7.3用银电极电解溶液。通电一定时间后，测知在阴极上析出的，并知阴极区溶液中的总量减少了。求溶液中的和。 解：解该类问题主要依据电极区的物料守恒（溶液是电中性的）。显然阴极区溶液中的总量的改变等于阴极析出银的量与从阳极迁移来的银的量之差：
7.4已知25℃时溶液的电导率为。一电导池中充以此溶液，在25℃时测得其电阻为。在同一电导池中装入同样体积的质量浓度为的溶液，测得电阻为。计算（1）电导池系数；（2）溶液的电导率；（3）溶液的摩尔电导率。 解：（1）电导池系数为 （2）溶液的电导率 （3）溶液的摩尔电导率 7.525℃时将电导率为的溶液装入一电导池中，测得其电阻为。在同一电导池中装入的溶液，测得电阻为。利用表7.3.2中的数据计算的解离度及解离常熟。 解：查表知无限稀释摩尔电导率为 因此，
7.7已知25℃时水的离子积，、和的分别等于，和。求25℃时纯水的电导率。 解：水的无限稀释摩尔电导率为 纯水的电导率 7.10电池电动势与温度的关系为 （1）写出电池反应；（2）计算25℃时该反应的以及电池恒温可逆放电时该反应过程的。 解：（1）电池反应为 （2）25℃时
因此， 7.20在电池中，进行如下两个电池反应： 应用表7.7.1的数据计算两个电池反应的。 解：电池的电动势与电池反应的计量式无关，因此 7.13写出下列各电池的电池反应。应用表7.7.1的数据计算25℃时各电池的电动势、各电池反应的摩尔Gibbs函数变及标准平衡常数，并指明的电池反应能否自发进行。 解：（1）电池反应
物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后习题 答案5-8 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
四．概念题参考答案 1．在等温、等压且不做非膨胀功的条件下，当反应的1r m 5 kJ mol G -?=?时，该反应自发进行的方向为 ( ) (A) 正向自发进行 (B) 逆向自发进行 (C) 无法判断 (D) 反应不能进行 答：(C)。 判断反应能否自发进行，要用等温、等压且不做非膨胀功的条件下r m G ?的变化值，而不能用r m G ?的值。除非该反应是在标准压力下进行，则r m 0G ?>，反应能逆向自发进行。或者r m G ?是一个绝对值很大的负值，改变压力商也不可能改变r m G ?的符号，则r m G ?也小于零，这时可以估计反应能自发正向进行。 2．理想气体混合物在化学反应达平衡时，应该使用下列哪个关系式 （ ） （A ） r m ln p G RT K ?=- （B ）r m ln p G RT K ?=- （C ）r m ln x G RT K ?=- （D ）r m ln c G RT K ?=- 答：（B ）。根据理想气体化学势的表示式，对数项中用B /p p 表示，在化学反应等温式中，对数项中是压力商p Q ，达平衡时，是平衡时的压力商，所以标准平衡常数是p K ，相应的Gibbs 自由能的变化值为r m G ?。 3．理想气体反应23CO(g)2H (g)CH OH(g)+=的r m G ?与温度T 的关系为：1r m /(J mol )21 66052.92/K G T -??=-+。若要使反应的平衡常数大于1，则应控制的反应温度为 ( ) (A) 必须低于409.3℃ (B) 必须高于409.3 K (C) 必须低于409.3 K (D) 必须等于409.3 K 答：(C)。r m G ?与标准平衡常数p K 的关系式为r m ln p G RT K ?=-，要使1p K =，则r m 0G ?=。从已知的关系式，解得409.3 K T =。要使反应在标准压力下能自发正向进行，r m G ?必须小于零，所以，根据已知的关系式，反应温度必须低于409.3 K 。 4．在973 K 时，反应222CO(g)H O(g)CO (g)H (g)++的标准平衡常数0.71p K =。若将如下各分压的理想气体混合在一起，CO 100 kPa p =，
第七章化学反应动力学 一．基本要求 1．掌握化学动力学中的一些基本概念，如速率的定义、反应级数、速率系数、基元反应、质量作用定律和反应机理等。 2．掌握具有简单级数反应的共同特点，特别是一级反应和a = b的二级反应的特点。学会利用实验数据判断反应的级数，能熟练地利用速率方程计算速率系数和半衰期等。 3．了解温度对反应速率的影响，掌握Arrhenius经验式的4种表达形式，学会运用Arrhenius经验式计算反应的活化能。 4．掌握典型的对峙、平行、连续和链反应等复杂反应的特点，学会用合理的近似方法（速控步法、稳态近似和平衡假设），从反应机理推导速率方程。学会从表观速率系数获得表观活化能与基元反应活化能之间的关系。 5．了解碰撞理论和过渡态理论的基本内容，会利用两个理论来计算一些简单反应的速率系数，掌握活化能与阈能之间的关系。了解碰撞理论和过渡态理论的优缺点。 6．了解催化反应中的一些基本概念，了解酶催化反应的特点和催化剂之所以能改变反应速率的本质。 7．了解光化学反应的基本定律、光化学平衡与热化学平衡的区别，了解光敏剂、量子产率和化学发光等光化反应的一些基本概念。 二．把握学习要点的建议 化学动力学的基本原理与热力学不同，它没有以定律的形式出现，而是表现为一种经验规律，反应的速率方程要靠实验来测定。又由于测定的实验条件限制，同一个反应用不同的方法测定，可能会得到不同的速率方程，所以使得反应速率方程有许多不同的形式，使动力学的处理变得比较复杂。反应级数是用幂函数型的动力学方程的指数和来表示的。由于动力学方程既有幂函数型，又有非幂函数型，所以对于幂函数型的动力学方程，反应级数可能有整数（包括正数、负数和零）、分数（包括正分数和负分数）或小数之分。对于非幂函数型的动力学方程，就无法用简单的数字来表现其级数。对于初学者，
第十二章表面现象练习题 一、判断题： 1．只有在比表面很大时才能明显地看到表面现象，所以系统表面增大是表面张力产生的原因。 2．对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。 3．比表面吉布斯函数是指恒温、恒压下，当组成不变时可逆地增大单位表面积时，系统所增加的吉布斯函数，表面张力则是指表面单位长度上存在的使表面张紧的力。所以比表面吉布斯函数与表面张力是两个根本不同的概念。 4．恒温、恒压下，凡能使系统表面吉布斯函数降低的过程都是自发过程。 5．过饱和蒸气之所以可能存在，是因新生成的微小液滴具有很大的比表面吉布斯函数。6．液体在毛细管内上升或下降决定于该液体的表面张力的大小。 7．单分子层吸附只能是化学吸附，多分子层吸附只能是物理吸附。 8．产生物理吸附的力是范德华力，作用较弱，因而吸附速度慢，不易达到平衡。 9．在吉布斯吸附等温式中，Γ为溶质的吸附量，它随溶质(表面活性物质)的加入量的增加而增加，并且当溶质达饱和时，Γ达到极大值。。 10．由于溶质在溶液的表面产生吸附，所以溶质在溶液表面的浓度大于它在溶液内部的浓度。 11．表面活性物质是指那些加人到溶液中，可以降低溶液表面张力的物质。 二、单选题： 1．下列叙述不正确的是： (A) 比表面自由能的物理意义是，在定温定压下，可逆地增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量； (B) 表面张力的物理意义是，在相表面的切面上，垂直作用于表面上任意单位长度功线的表面紧缩力； (C) 比表面自由能与表面张力量纲相同，单位不同； (D) 比表面自由能单位为J·m2，表面张力单位为N·m-1时，两者数值不同。 2．在液面上，某一小面积S周围表面对S有表面张力，下列叙述不正确的是： (A) 表面张力与液面垂直；(B) 表面张力与S的周边垂直； (C) 表面张力沿周边与表面相切； (D) 表面张力的合力在凸液面指向液体内部(曲面球心)，在凹液面指向液体外部。 3．同一体系，比表面自由能和表面张力都用σ表示，它们： (A) 物理意义相同，数值相同；(B) 量纲和单位完全相同； (C) 物理意义相同，单位不同；(D) 前者是标量，后者是矢量。 4．一个玻璃毛细管分别插入25℃和75℃的水中，则毛细管中的水在两不同温度水中上升的高度： (A) 相同；(B) 无法确定； (C) 25℃水中高于75℃水中；(D) 75℃水中高于25℃水中。 5．纯水的表面张力是指恒温恒压组成时水与哪类相接触时的界面张力： (A) 饱和水蒸气；(B) 饱和了水蒸气的空气； (C) 空气；(D) 含有水蒸气的空气。 6．水的相图中s、l、g分别表示固、液、气三态，a、b、c、 d是四种不同的状态，则在这四种状态中没有界面张力、 只有一种界面张力、有两种以上界面张力的状态依次是：
第五章 化学平衡 一．基本要求 1．掌握化学反应等温式的各种形式，并会用来判断反应的方向和限度。 2．了解标准平衡常数的定义，掌握标准平衡常数的各种表示形式和计算方法。 3．掌握标准平衡常数K 与r m G ?在数值上的联系，熟练用热力学方法计算r m G ?，从而获得标准平衡常数的数值。 4．了解标准摩尔生成Gibbs 自由能f m G ?的定义和它的应用。 5．掌握温度对化学平衡的影响，记住van ’t Hoff 公式及其应用。 6．了解压力和惰性气体对化学平衡的影响。 二．把握学习要点的建议 把本章放在多组分系统之后的目的，就是要利用多组分系统中介绍的化学势的概念和各种表示方式，来导出化学反应等温式，从而用来判断化学反应的方向与限度。 本章又用到了反应进度的概念，不过其值处在0 1 mol -的区间之内。因为在利用化学势的表示式来计算反应的Gibbs 自由能的变化值时，是将化学势看作为一个定值，也就是在有限的反应系统中，化学进度为d ξ，如果在一个很大的系统中， 1 mol ξ=。 严格讲，标准平衡常数应该用绝对活度来定义，由于本教材没有介绍绝对活度的概念，所以利用标准态化学势来对标准平衡常数下定义，其含义是一样的。从标准平衡常数的定义式可知，标准平衡常数与标准化学势一样，都仅是温度的函数，因为压力已指定为标准压力。对于液相反应系统，标准平衡常数有其相应的形式。对于复相化学反应，因为纯的凝聚态物质本身就作为标准态，它的化学势就是标准态化学势，已经归入r m G ?中，所以在计算标准平衡常数时，只与气体物质的压力有关。 学习化学平衡的主要目的是如何判断反应的方向和限度，知道如何计算平衡常数，了解温度、压力和惰性气体对平衡的影响，能找到一个经济合理的反应条件，为科研和工业生产服务。而不要过多地去考虑各种浓度表示式和各种平衡常数表示式之间的换算，否则会把自己搞糊涂了，反而没抓住主要内容。 由于标准平衡常数与r m G ?在数值上有联系，r m ln p G RT K ?=-， 所以有了r m G ?的值，就可以计算p K 的值。定义了标准摩尔生成Gibbs 自由能f m G ?，就可以很方便地用热力学数据表中个物质的f m G ?值，来计算反应的r m G ?，从而可以求出标准平衡常数。 为什么说r m G ?与p K 仅是在数值上有联系呢？因为它们处于不同的状态，r m G ?处于标准态，而p K 处于平衡态，它们之间的关系可以这样来理解。根据公式： B r m ,r m B B ()ln T p p G G RT p ν???=?+ ???∏ 在等温、等压不做非膨胀功时，化学反应达到平衡，r m ,()0T p G ?=，才得到
生物化学简明教程课后 习题答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
1绪论 1．生物化学研究的对象和内容是什么？ 解答：生物化学主要研究: （1）生物机体的化学组成、生物分子的结构、性质及功能； （2）生物分子分解与合成及反应过程中的能量变化； （3）生物遗传信息的储存、传递和表达； （4）生物体新陈代谢的调节与控制。 2．你已经学过的课程中哪些内容与生物化学有关。 提示：生物化学是生命科学的基础学科，注意从不同的角度，去理解并运用生物化学的知识。 3．说明生物分子的元素组成和分子组成有哪些相似的规侓。 解答：生物大分子在元素组成上有相似的规侓性。碳、氢、氧、氮、磷、硫等6种是蛋白质、核酸、糖和脂的主要组成元素。碳原子具有特殊的成键性质，即碳原子最外层的4个电子可使碳与自身形成共价单键、共价双键和共价三键，碳还可与氮、氧和氢原子形成共价键。碳与被键合原子形成4个共价键的性质,使得碳骨架可形成线性、分支以及环状的多种多性的化合物。特殊的成键性质适应了 生物大分子多样性的需要。氮、氧、硫、磷元素构成了生物分子碳骨架上的氨基（—NH2）、羟基（—OH）、羰基（C O ）、羧基 （—COOH）、巯基（—SH）、磷酸基（—PO4 ）等功能基团。这些功能基团因氮、硫和磷有着可变的氧化数及氮和氧有着较强的电负性而与生命物质的许多关键作用密切相关。 生物大分子在结构上也有着共同的规律性。生物大分子均由相同类型的构件通过一定的共价键聚合成链状，其主链骨架呈现周期性重复。构成蛋白质的构件是20种基本氨基酸。氨基酸之间通过肽键相连。肽链具有方向性（N 端→C端）,蛋白质主链骨架呈“肽单位”重复；核酸的构件是核苷酸,核苷酸通过3′, 5′-磷酸二酯键相连，核酸链也具有方向性(5′、→3′ ),核酸的主链骨架呈“磷酸-核糖（或脱氧核糖）”重复；构成脂质的构件是甘油、脂肪酸和胆碱，其非极性烃长链也是一种重复结构；构成多糖的构件是单糖，单糖间通过糖苷键相连，淀粉、纤维素、糖原的糖链骨架均呈葡萄糖基的重复。 2 蛋白质化学 1．用于测定蛋白质多肽链N端、C端的常用方法有哪些基本原理是什么 解答：（1） N-末端测定法：常采用2,4 ―二硝基氟苯法、Edman降解法、丹磺酰氯法。 ①2,4 ―二硝基氟苯(DNFB或FDNB)法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与 2,4 ―二硝基氟苯（ 2,4 ―DNFB）反应（Sanger反 应），生成DNP―多肽或DNP―蛋白质。由于DNFB与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNP―多肽经酸水解后，只有N―末端氨基酸为黄色DNP―氨基酸衍生物，其余的都是游离氨基酸。 ②丹磺酰氯(DNS)法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与与丹磺酰氯（DNS―Cl）反应生成DNS―多肽或DNS―蛋白质。由于DNS与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNS―多肽经酸水解后，只有N―末端氨基酸为强烈的荧光物质DNS―氨基酸，其余的都是游离氨基酸。 ③苯异硫氰酸脂（PITC或Edman降解）法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与异硫氰酸苯酯（PITC）反应（Edman反应），生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质。在酸性有机溶剂中加热时，N―末端的PTC―氨基酸发生环化，生成苯乙内酰硫脲的衍生物并从肽链上掉下来，除去N―末端氨基酸后剩下的肽链仍然是完整的。 ④氨肽酶法：氨肽酶是一类肽链外切酶或叫外肽酶，能从多肽链的N端逐个地向里切。根据不同的反应时间测出酶水解释放的氨基酸种类和数量，按反应时间和残基释放量作动力学曲线，就能知道该蛋白质的N端残基序列。 （2）C―末端测定法：常采用肼解法、还原法、羧肽酶法。 肼解法：蛋白质或多肽与无水肼加热发生肼解，反应中除C端氨基酸以游离形式存 在外，其他氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物。 ②还原法：肽链C端氨基酸可用硼氢化锂还原成相应的α―氨基醇。肽链完全水解后，代表原来C―末端氨基酸的α―氨基醇，可用层析法加以鉴别。 ③羧肽酶法：是一类肽链外切酶，专一的从肽链的C―末端开始逐个降解，释放出游离的氨基酸。被释放的氨基酸数目与种类随反应时间的而变化。根据释放的氨基酸量（摩尔数）与反应时间的关系，便可以知道该肽链的C―末端氨基酸序列。 2．测得一种血红蛋白含铁%，计算其最低相对分子质量。一种纯酶按质量计算含亮氨酸%和异亮氨酸%，问其最低相对分子质量是多少？ 解答： （1）血红蛋白： （2）酶： 因为亮氨酸和异亮氨酸的相对分子质量相等，所以亮氨酸和异亮氨酸的残基数之比为：%:%=2:3，因此，该酶分子中至少含有2个亮氨酸，3个异亮氨酸。 3．指出下面pH条件下，各蛋白质在电场中向哪个方向移动，即正极，负极，还是保持原点？ （1）胃蛋白酶（pI ），在pH ； （2）血清清蛋白（pI ），在pH ； （3）α-脂蛋白（pI ），在pH 和pH ； 解答：（1）胃蛋白酶pI ＜环境pH ，带负电荷，向正极移动； （2）血清清蛋白pI ＜环境pH ，带负电荷，向正极移动； （3）α-脂蛋白pI ＞环境pH ，带正电荷，向负极移动； α-脂蛋白pI ＜环境pH ，带负电荷，向正极移动。 4．何谓蛋白质的变性与沉淀二者在本质上有何区别 解答：蛋白质变性的概念：天然蛋白质受物理或化学因素的影响后，使其失去原有的生物活性，并伴随着物理化学性质的改变，这种作用称为蛋白质的变性。 变性的本质：分子中各种次级键断裂，使其空间构象从紧密有序的状态变成松散无序的状态，一级结构不破坏。 蛋白质变性后的表现：①生物学活性消失；②理化性质改变：溶解度下降，黏度增加，紫外吸收增加，侧链反应增强，对酶的作用敏感，易被水解。
第一章 气体 一.基本要求 1.了解低压下气体的几个经验定律; 2.掌握理想气体的微观模型,能熟练使用理想气体的状态方程; 3.掌握理想气体混合物组成的几种表示方法,注意Dalton 分压定律与Amagat 分体积定律的使用前提; 4.了解真实气体m p V -图的一般形状,了解临界状态的特点及超临界流体的应用; 5.了解van der Waals 气体方程中两个修正项的意义,并能作简单计算。 二.把握学习要点的建议 本章就是为今后用到气体时作铺垫的,几个经验定律在先行课中已有介绍,这里仅就是复习一下而已。重要的就是要理解理想气体的微观模型,掌握理想气体的状态方程。因为了解了理想气体的微观模型,就可以知道在什么情况下,可以把实际气体作为理想气体处理而不致带来太大的误差。通过例题与习题,能熟练地使用理想气体的状态方程,掌握,,p V T 与物质的量n 几个物理量之间的运算。物理量的运算既要进行数字运算,也要进行单位运算,一开始就要规范解题方法,为今后能准确、规范地解物理化学习题打下基础。 掌握Dalton 分压定律与Amagat 分体积定律的使用前提,以免今后在不符合这种前提下使用而导致计算错误。 在教师使用与“物理化学核心教程”配套的多媒体讲课软件讲课时,要认真听讲,注意在Power Point 动画中真实气体的m p V -图,掌握实际气体在什么条件下才能液化,临界点就是什么含义等,为以后学习相平衡打下基础。 三.思考题参考答案 1.如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？ 答:将打瘪的乒乓球浸泡在热水中,使球的壁变软,球中空气受热膨胀,可使其恢复球状。采用的就是气体热胀冷缩的原理。 2.在两个密封、绝热、体积相等的容器中,装有压力相等的某种理想气体。试问,这两容器中气体的温度就是否相等？ 答:不一定相等。根据理想气体状态方程,若物质的量相同,则温度才会相等。 3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气,两球中间用一根玻管相通,管中间有一
第八章电化学 一．基本要求 1．理解电化学中的一些基本概念，如原电池和电解池的异同点，电极的阴、阳、正、负的定义，离子导体的特点和Faraday 定律等。 2．掌握电导率、摩尔电导率的定义、计算、与浓度的关系及其主要应用等。了解强电解质稀溶液中，离子平均活度因子、离子平均活度和平均质量摩尔浓度的定义，掌握离子强度的概念和离子平均活度因子的理论计算。 3．了解可逆电极的类型和正确书写电池的书面表达式，会熟练地写出电极反应、电池反应，会计算电极电势和电池的电动势。 4．掌握电动势测定的一些重要应用，如：计算热力学函数的变化值，计算电池反应的标准平衡常数，求难溶盐的活度积和水解离平衡常数，求电解质的离子平均活度因子和测定溶液的pH等。 5．了解电解过程中的极化作用和电极上发生反应的先后次序，具备一些金属腐蚀和防腐的基本知识，了解化学电源的基本类型和发展趋势。 二．把握学习要点的建议 在学习电化学时，既要用到热力学原理，又要用到动力学原理，这里偏重热力学原理在电化学中的应用，而动力学原理的应用讲得较少，仅在电极的极化和超电势方面用到一点。 电解质溶液与非电解质溶液不同，电解质溶液中有离子存在，而正、负离子总是同时存在，使溶液保持电中性，所以要引入离子的平均活度、平均活度因子和平均质量摩尔浓度等概念。影响离子平均活度因子的因素有浓度和离子电荷等因素，而且离子电荷的影响更大，所以要引进离子强度的概念和Debye-Hückel极限定律。 电解质离子在传递性质中最基本的是离子的电迁移率，它决定了离子的迁移数和离子的摩尔电导率等。在理解电解质离子的迁移速率、电迁移率、迁移数、电导率、摩尔电导率等概念的基础上，需要了解电导测定的应用，要充分掌握电化学实用性的一面。 电化学在先行课中有的部分已学过，但要在电池的书面表示法、电极反应和电池反应的写法、电极电势的符号和电动势的计算方面进行规范，要全面采用国标所规定的符号，以便统一。会熟练地书写电极反应和电池反应是学好电化学的基础，以后在用Nernst方程计算电极电势和电池的电动势时才不会出错，才有可能利用正确的电动势的数值来计算其它物理量的变化值，如：计算热力学函数的变化值，电池反应的标准平衡常数，难溶盐的活度积，水的解离平衡常数和电解质的离子平均活度因子等。
生物常识 1、遗传变异与特种演化是生物界中存在的普遍现象，这种现象产生的原因是( 基因的重组或突变 ) 2、鳄鱼流泪的原因是(鳄鱼的肾脏发育不完全，需要靠眼睛附近的腺体排除盐分 ) 3、人体消化道中很长的器官是(小肠)。 4、葡萄传入中国的时间是( 西汉) 5、心脏血流方向是( 左心房→左心室→体循环→右心房→右心室→肺循环→左心房) 6、临床上以(血红蛋白值)作为判断贫血的依据。 7、覆盖在大脑半球表面的一层灰质称为(大脑皮层)。 8、医学伦理学具体原则包括(自主原则、不伤害原则、尊重原则、有利原则和公正原则)。 9、心肺复苏的正确步骤是(胸外按压→开放气道→人工呼吸)? 10、(《黄帝内经》《难经》《伤寒杂病论》《神农本草经》)是我国传统医学的四大经典著作。 11、“杂交水稻之父”袁隆平培育出高产的杂交水稻新品种，是利用了( 基因的多样性)。 12、红药水能否和碘酒一起使用( 不能，会有毒性物质产生 )? 13、人的泪水里的咸味是从哪里来的( 血液中来的 )? 14、建国后，我国发行的第一枚生肖邮票的图案是哪种动物( 猴 )? 15、坐长途车要注意揉搓小腿、大腿这是为防止( 脚浮肿 )? 16、绿色食品是指(无污染的安全、优质、营养类食品。)。 17、误食重金属盐会引起中毒，可用于急救的解毒方法是(服用大量的牛奶或豆浆)。 18、( 单选题 )绿色食品是指经专门机构认定，许可使用绿色食品标志的无污染的安全、优质、营养食品，绿色食品标志是由中国绿色食品发展中心在国家
工商行政管理总局正式注册的质量证明商标。绿色食品标志由三部分组成，即上方的太阳、下方的叶片和中心的蓓蕾，标志为( A )。 A. 正圆形，意为保护 B. 椭圆形，意为安全 C. 正方形，意为安全 D. 长方形，意为保护 19、哪种维生素可促进钙的吸收( D )? 20、人体含水量很高的器官是(眼球) 。 21、具有止血功能的维生素是(维生素K)。 化学常识 1、被称为“化学的圣经”的元素周期表是由俄国化学家( 门捷列夫 )首先系统提出的。 2、蒸发时(吸热)，结冰时(放热)。 3、物质构成的很小单元是(夸克和轻子)。 4、吃松花蛋时佐以(食醋)，是为了减少松花蛋的涩味 5、电灯泡中加入少量(红磷)，是为了防止灯丝氧化。 6、纯碱使馒头稀松多孔，是因为化学反应产生( 二氧化碳)。 物理科技 1、20世纪40年代末，美国物理学家( 伽莫夫)等提出了大爆炸宇宙模型，认为宇宙起源于160亿年前温度和密度极高的“原始火球”的一次大爆炸。 2、宇航员在外太空中( 不会(没有空气作为介质，声音无法传播，即使有声音也听不见);)听到声音。 3、光纤通讯为人类提供了难以想象的巨大通信容量和超高速率。被称为“光纤之父”的是(高琨 )。
物理化学核心教程--沈殿霞 课后习题答案 第一章气体 三．思考题参考答案 1．如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？ 答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球的壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。 2．在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？ 答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会相等。 3．两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一根玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左边球的温度为273 K，右边球的温度为293 K 时，汞滴处在中间达成平衡。试问： (1) 若将左边球的温度升高10 K，中间汞滴向哪边移动？ (2) 若将两个球的温度同时都升高10 K，中间汞滴向哪边移动？ 答：（1）左边球的温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。 （2）两个球的温度同时都升高10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边球的起始温度低，升高10 K所占的比例比右边的大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边的比右边的大。 4．在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象？ 答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是，在灌开水时不要灌得太快，且要将保温瓶灌满。 5．当某个纯的物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处
第五章 化学平衡 一．基本要求 1．掌握化学反应等温式的各种形式，并会用来判断反应的方向和限度。 2．了解标准平衡常数的定义，掌握标准平衡常数的各种表示形式和计算方法。 3．掌握标准平衡常数K 与r m G ?在数值上的联系，熟练用热力学方法计算r m G ?，从而获得标准平衡常数的数值。 4．了解标准摩尔生成Gibbs 自由能f m G ?的定义和它的应用。 5．掌握温度对化学平衡的影响，记住van ’t Hoff 公式及其应用。 6．了解压力和惰性气体对化学平衡的影响。 二．把握学习要点的建议 把本章放在多组分系统之后的目的，就是要利用多组分系统中介绍的化学势的概念和各种表示方式，来导出化学反应等温式，从而用来判断化学反应的方向与限度。 本章又用到了反应进度的概念，不过其值处在0 1 mol -的区间之内。因为在利用化学势的表示式来计算反应的Gibbs 自由能的变化值时，是将化学势看作为一个定值，也就是在有限的反应系统中，化学进度为d ξ，如果在一个很大的系统中， 1 mol ξ=。 严格讲，标准平衡常数应该用绝对活度来定义，由于本教材没有介绍绝对活度的概念，所以利用标准态化学势来对标准平衡常数下定义，其含义是一样的。从标准平衡常数的定义式可知，标准平衡常数与标准化学势一样，都仅是温度的函数，因为压力已指定为标准压力。对于液相反应系统，标准平衡常数有其相应的形式。对于复相化学反应，因为纯的凝聚态物质本身就作为标准态，它的化学势就是标准态化学势，已经归入r m G ?中，所以在计算标准平衡常数时，只与气体物质的压力有关。 学习化学平衡的主要目的是如何判断反应的方向和限度，知道如何计算平衡常数，了解温度、压力和惰性气体对平衡的影响，能找到一个经济合理的反应条件，为科研和工业生产服务。而不要过多地去考虑各种浓度表示式和各种平衡常数表示式之间的换算，否则会把自己搞糊涂了，反而没抓住主要内容。 由于标准平衡常数与r m G ?在数值上有联系，r m ln p G RT K ?=-， 所以有了r m G ?的值，就可以计算p K 的值。定义了标准摩尔生成Gibbs 自由能f m G ?，就可以很方便地用热力学数据表中个物质的f m G ?值，来计算反应的r m G ?，从而可以求出标准平衡常数。 为什么说r m G ?与p K 仅是在数值上有联系呢？因为它们处于不同的状态，r m G ?处于标准态，而p K 处于平衡态，它们之间的关系可以这样来理解。根据公式： B r m ,r m B B ()ln T p p G G RT p ν???=?+ ???∏