化学热力学的基本概念

第五章

化学热力学基础

5-1从手册查出常用试剂浓盐酸﹑ 浓硫酸﹑ 浓硝酸﹑浓氨水的密度和质量分数，计算它们的（体积）物质的量浓度（c）和质量摩尔浓度（m）。

5-2从手册查出常温下的饱和水蒸气压，计算当相对湿度为40%时，水蒸气压多大。

5-3化学实验事中经常用蒸馏水冲洗已用自来水洗净的烧杯。设洗后烧杯内残留“水”为1ml，试计算，用30ml蒸馏水洗一次和洗两次，烧杯中残留的“自来水的浓度”分别多大？

5-4计算 15℃ ，97kPa下15g氯气的体积。

5-5 20 ℃，97kPa下0.842g 某气体的体积为0.400 L ，求该气体的摩尔质量。

5-6测得 2.96g 氯化汞在 407℃的 1L 容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为60

kPa ，求氯化汞蒸汽的摩尔质量和化学式。

5-7 在1000℃ 和 97kPa 下测得硫蒸汽的密度为0.5977 g.L-1 ，求硫蒸气的摩尔质量和化学式。

5-8 在25℃ 时将相同压力的5.0 L 氮气和15 L 氧气压缩到一个10.0 L 的真空容器中，测得混合气体的总压为150 kPa ，（1）求两种气体的初始压力；（2）求混合气体中氮和氧的分压；（3）将温度上升到 210 ℃ ，容器的总压。

5-9在25 ℃ ， 1.47MPa 下把氨气通入容积为1.00 L 刚性壁容器中，在350℃ 下催化剂使部分氨分解为氮气和氢气，测得总压为 5MPa ，求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压。

5-10 某乙烯和足量的氢气的混合气体的总压为 6930Pa ，在铂催化剂催化下发生如下反应：

C2H4(g) +H2(g) === C2H6(g)

反应结束时温度降至原温度后测得总压为4530Pa 。求原混合气体中乙烯的摩尔分数。

5-11以下哪些关系式是正确的（ p、V、n 无下标时表示混合气体的总压、总体积和总的物质的量）？说明理由。

化学热学知识点总结高中

一、热力学基本概念

1. 系统和环境

热力学研究的对象称为系统，系统与其周围的其它部分组成环境。在标准热力学中，系统是指要研究的对象，通常把物体（或物质）与外界根据它们的相互作用的方式分成系统和环境，是物理学研究的一个基本概念。

2. 状态函数和过程函数

状态函数是系统某一瞬时状态的函数，与路径无关。过程函数是系统发生变化过程中经过的路径有关的函数，与状态无关。

3. 基本热动学过程

（1）绝热过程：在绝热条件下，系统与环境之间不发生热量和功的交换。

（2）等温过程：系统温度保持不变时发生的过程。

（3）等容过程：系统体积保持不变时发生的过程。

（4）等压过程：系统压强保持不变时发生的过程。

4. 热机和热泵

热机是利用热量做功的设备，热泵是用来将低温热量转化为高温热量的设备。

5. 热容量

热容量是指物体在温度变化时吸收或释放热量的能力。它是质量或摩尔数的函数。

6. 热力学第一定律

能量守恒原理，总能量守恒不变。即系统从一个状态变到另一状态，系统所吸收的热量和所做的功之和等于系统内能的增量。

7. 热力学第零定律

如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态,那么这两个系统之间也处于热平衡状态。

8. 热力学第二定律

热力学第二定律表达了热量不可能从低温物体转换到高温物体而不需要外界输入能量的现象。也可以说在有限时间内，任何热机都不能把热全部变为功。 9. 熵

熵是一个系统的无序程度的度量，它表示了一个系统能量无法再次利用的程度。

二、气体状态方程

1. 气体状态方程

（1）理想气体状态方程：PV=nRT，其中P为压强，V为体积，n为摩尔数，R为气体常数，T为绝对温度。

（2）达西法则：在相同温度下，等摩尔体积不同的气体的压强成反比，这就是达西法则的内容。

2. 分子速率分布

根据玻尔兹曼分布定律，气体分子速率服从玻尔兹曼分布定律。这个定律说明不同分子速率所对应的两个自由度之间在能量上存在一定的关系。

热力学和物理化学的关系

热力学和物理化学是两门密不可分的学科，在化学领域的研究中，它们常常交织在一起，成为探究物理世界深层次的难题。随着科学技术的发展，人们对于热力学和物理化学之间的关系越来越感兴趣。

热力学，简单来说，是研究能量转化和热力学定律的物理学科，它的主要关注点在于物质的性质、能量、热力学定律以及物理过程中的规律性。而物理化学则是研究物理与化学之间的联系，以及物质的结构、性质和变化规律等方面的科学。两者在学科研究上有着很大的交叉与互动关系，下面将具体探讨它们之间的相互作用。

1. 热力学对物理化学的影响

热力学对于物理化学研究有着广泛而深刻的影响。在材料科学领域，热力学理论被广泛应用于合金、陶瓷、半导体等领域的研究，通过物质的热力学性质来研究物质的结构和性质。

例如，铝合金的热力学性质对于制备最终的材料有着决定性的影响。通过热力学模拟和计算，可以确定最佳的制备条件以及铝合金中各种物质的含量和比例。另外，还能预测材料的性能，如其强度、韧性及导电性等，这对材料工程师来说是非常关键的。

此外，在医药、生物和化工等领域中，热力学也占有重要的地位。例如，热力学可以用来研究生物分子的稳定性，如蛋白质和DNA在不同温度下的稳定性。从而，预测它们在不同条件下的行为，并提供制备和储存这些物质的最佳方法。

热力学还可以用于分析反应动力学、化学平衡以及溶解等现象。它为研究化学反应的发生提供了必要的参数，帮助化学家们预测反应条件和反应产物，从而为新材料、药物等的研究提供了很好的基础。

2. 物理化学对热力学的影响

物理化学是通过研究物质的结构、性质和变化规律来探究它与物理之间的联系。它对于热力学的研究和发展也有着不可忽略的作用。热力学的定理及其应用已经在物理化学中得到广泛的应用。

例如，物理化学家们可以利用热力学的理论来研究材料的微观结构和性质。在材料科学中，常常需要衡量材料的热容量和热导率等热力学性质来对其进行评估。通过这些热力学性质，可以对材料的结构和性能作出深入的分析，并通过理论计算来寻找最佳的制备方案。

热力学的两种表述

热力学是研究热现象与功、能、热量等物理量的关系的学科。在热力学中，有两种不同的表述方式，分别是宏观表述和微观表述。

宏观表述

宏观表述是指从宏观角度来描述物理现象。在热力学中，宏观表述主要关注热力学系统的宏观特征，如温度、压强、体积、热量等。这种表述方式主要采用宏观量来描述热力学系统的状态和变化。

在宏观表述中，熵是一个非常重要的概念。熵是热力学系统的一种状态函数，它用来描述系统的无序程度。熵增原理是热力学中一个非常重要的法则，它表明在孤立系统中，熵的增加是不可逆的，即系统的无序程度会不断增加，而系统的有序程度会不断降低。

在宏观表述中，热力学第一定律和热力学第二定律也是非常重要的概念。热力学第一定律表明能量守恒，在一个孤立系统中，能量的总量保持不变。热力学第二定律则表明热量不能从低温物体自发地流向高温物体，这是一个不可逆的过程。

微观表述

微观表述是指从微观角度来描述物理现象。在热力学中，微观表述主要关注分子的运动状态和相互作用。这种表述方式主要采用微观量来描述热力学系统的状态和变化。

在微观表述中，热力学系统的状态可以用粒子的位置和动量来描述。温度是粒子的平均动能，压强是粒子对壁的撞击力的平均值。热力学第一定律则表明能量转化的方式，它的微观表述为能量的传递和转化是由分子间的相互作用和碰撞引起的。

总结

热力学的宏观表述和微观表述是两种不同的描述方式，分别从宏观和微观角度来描述物理现象。宏观表述主要关注热力学系统的宏观特征，如温度、压强、体积、热量等。微观表述主要关注分子的运动状态和相互作用，用微观量来描述热力学系统的状态和变化。无论是宏观表述还是微观表述，热力学第一定律和热力学第二定律都是非常重要的概念。