物理化学
物理化学知识点(全)
第二章热力学第一定律内容摘要热力学第一定律表述热力学第一定律在简单变化中的应用 热力学第一定律在相变化中的应用 热力学第一定律在化学变化中的应用 一、热力学第一定律表述U Q W ∆=+ dU Q W δδ=+适用条件：封闭系统的任何热力学过程 说明：1、amb W p dV W '=-+⎰2、U 是状态函数，是广度量W 、Q 是途径函数 二、热力学第一定律在简单变化中的应用----常用公式及基础公式 过 程WQΔUΔH理想气体自由膨胀理想气体等温可逆－nRTln （V 2/V 1）； －nRTln （p 1/p 2） nRTln （V 2/V 1）；nRTln （p 1/p 2）0 0等 容任意物质0 ∫nCv.mdT ∫nCv.mdT ΔU+V Δp 理想气体 0 nCv.m △T nCv.m △T nCp.m △T 等 压任意物质－P ΔV ∫nCp.mdT ΔH －p ΔV Qp 理想气体－nR ΔT nCp.m △TnCv.m △T nCp.m △T 理 想 气 体 绝 热过 程 Cv.m(T 2－T 1)；或nCv.m △TnCp.m △T可逆 (1/V 2γ-1－1/ V 1γ-1)p 0V 0γ/(γ－1)2、基础公式热容 C p .m =a+bT+cT 2 (附录八) ● 液固系统----Cp.m=Cv.m ● 理想气体----Cp.m-Cv.m=R ● 单原子: Cp.m=5R/2 ● 双原子: Cp.m=7R/2 ● Cp.m / Cv.m=γ理想气体• 状态方程 pV=nRT• 过程方程 恒温:1122p V p V = • 恒压: 1122//V T V T = • 恒容: 1122/ / p T p T =• 绝热可逆: 1122 p V p V γγ= 111122 T p T p γγγγ--=111122 TV T V γγ--= 三、热力学第一定律在相变化中的应用----可逆相变化与不可逆相变化过程1、 可逆相变化 Q p =n Δ相变H m W = -p ΔV无气体存在: W = 0有气体相,只需考虑气体,且视为理想气体ΔU = n Δ相变H m － p ΔV2、相变焓基础数据及相互关系 Δ冷凝H m (T) = －Δ蒸发H m (T)Δ凝固H m (T) = －Δ熔化H m (T) Δ凝华H m (T) = －Δ升华H m (T)(有关手册提供的通常为可逆相变焓)3、不可逆相变化 Δ相变H m (T 2) = Δ相变H m (T 1) +∫Σ(νB C p.m )dT 解题要点： 1.判断过程是否可逆;2.过程设计,必须包含能获得摩尔相变焓的可逆相变化步骤;3.除可逆相变化,其余步骤均为简单变化计算.4.逐步计算后加和。
物理化学的知识点总结
物理化学的知识点总结一、热力学1. 热力学基本概念热力学是研究能量转化和传递规律的科学。
热力学的基本概念包括系统、环境、热、功、内能、焓、熵等。
2. 热力学第一定律热力学第一定律描述了能量守恒的原理，即能量可以从一个系统转移到另一个系统，但总能量量不变。
3. 热力学第二定律热力学第二定律描述了能量转化的方向性，熵的增加是自然界中不可逆过程的一个重要特征。
4. 热力学第三定律热力学第三定律表明在绝对零度下熵接近零。
此定律是热力学的一个基本原理，也说明了热力学的某些现象在低温下会呈现出独特的特性。
5. 热力学函数热力学函数是描述系统状态和性质的函数，包括内能、焓、自由能、吉布斯自由能等。
二、化学热力学1. 热力学平衡和热力学过程热力学平衡是指系统各个部分之间没有宏观可观察的能量传输，热力学过程是系统状态发生变化的过程。
2. 能量转化和热力学函数能量转化是热力学过程中的一个重要概念，热力学函数则是描述系统各种状态和性质的函数。
3. 热力学理想气体理想气体是热力学研究中的一个重要模型，它通过状态方程和理想气体定律来描述气体的性质和行为。
4. 热力学方程热力学方程是描述系统热力学性质和行为的方程，包括焓-熵图、温度-熵图、压力-体积图等。
5. 反应焓和反应熵反应焓和反应熵是化学热力学研究中的重要参数，可以用来描述化学反应的热力学过程。
三、物质平衡和相平衡1. 物质平衡物质平衡是研究物质在化学反应和物理过程中的转化和分配规律的一个重要概念。
2. 相平衡相平衡是研究不同相之间的平衡状态和转化规律的一个重要概念，包括固相、液相、气相以及其之间的平衡状态。
3. 物质平衡和相平衡的研究方法物质平衡和相平衡的研究方法包括热力学分析、相平衡曲线的绘制和分析、相平衡图的绘制等。
四、电化学1. 电解质和电解电解质是能在水溶液中发生电离的化合物，电解是将电能转化为化学能或反之的过程。
2. 电化学反应和电势电化学反应是在电化学过程中发生的化学反应，电势是描述电化学系统状态的一个重要参数。
物理化学简介
• 概论
•物质的聚集状态
气体 V 受 T、p 的影响很大 V 受T、p 的影响较小 （又称凝聚态）
液体
固体
•联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程 •本章中主要讨论气体的状态方程 理想气体 气体的讨论 实际气体
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§1.1 理想气体状态方程
1. 理想气体状态方程 低压气体定律： （1）波义尔定律(R.Boyle,1662): pV ＝ 常数 ( n ,T 一定）
解：M甲烷 ＝ 16.04×10－3 kg · -1 mol
m pM ρ V RT 200 103 16.04 103 k g m 3 8.315 (25 273.15) 1.294k g m 3
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§1.1 理想气体状态方程
2.理想气体模型
（1）分子间力
•相互作用 相互吸引—范德华力(趋向力,诱导力,色散力) 相互排斥—分子间电子云、原子核间排斥力
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0.3 物理量的表示及运算
3. 量值计算
物理化学的公式中均表示成量方程式的形式， 而在对量的数学运算中，有时涉及数值方程式。
[例如] 计算25℃，100kPa下理想气体的摩尔体积Vm =? •用量方程式运算
RT 8.315J m ol1 K 1 (273.15 25) K Vm 3 p 100 10 Pa
什么叫物理化学
3. 充分重视实验事实
在物理化学研究中, 在物理化学研究中 , 由于其研究 对象的特殊性( 化学现象) 对象的特殊性 ( 化学现象 ) , 所 以应当充分重视实验事实的重要 性.
例如,在化学平衡规律的研究, 例如,在化学平衡规律的研究,物质性 质与外界条件的关系, 质与外界条件的关系,各种物理化学常 数的测定等,除常用的化学方法以外, 数的测定等,除常用的化学方法以外, 更多采用物理手段(例如电磁学, 更多采用物理手段(例如电磁学,光学 等方法)进行实验测试. 等方法)进行实验测试.
三,物理化学与其他化学课程的联系 所谓"四大化学" 无机,有机,分析, 所谓"四大化学"(无机,有机,分析, 物化) 物化),它们均有各自的特殊研究对象 和目的. 和目的. 物理化学是研究化学过程中普遍性的更 物理化学是研究化学过程中普遍性的更 本质的内在规律性,无机化学, 本质的内在规律性,无机化学,有机化 学和分析化学在解决具体问题时, 学和分析化学在解决具体问题时,常常 需利用物理化学知识和方法. 需利用物理化学知识和方法.
2. 化学反应进行的速度和机理
化学反应的速度有多快, 化学反应的速度有多快,反应过程究竟 是如何进行的(即反应的机理) 是如何进行的(即反应的机理),外界 条件(如浓度,温度,催化剂等) 条件(如浓度,温度,催化剂等)对反 应速度,机理有何影响,如何控制反应 应速度,机理有何影响, 的进行( 的进行(快,慢控制). 慢控制) 这些问题的研究, 这些问题的研究,属于物理化学的另一 化学动力学(在下册) 个分支 化学动力学(在下册).
若这种预测能为多方面的实践所证 则这种假说就成为理论或学说. 实,则这种假说就成为理论或学说. 物理化学中的许多理论模型就是这 样得到的. 样得到的.
物理化学的主要内容包括
物理化学的主要内容包括
：
1. 动力学：运动的原理，能的定义，熵的概念，热力学，动力学等。
2. 化学平衡：溶液的溶解度、能量障碍及改变，静态及动态平衡，平
衡常数及平衡常数的改变，萃取平衡，反应化学平衡，皿热反应等。
3. 电离和离子竞争：电解反应、离子竞争、活性空穴及电荷构型的调节，吸附反应及calvin- wheeler竞争，体系电荷分布及滴定反応等。
4. 化学催化：催化原理及作用机制，原位及连续催化，非权衡催化反
应的特性，络合催化，分子催化等。
5. 固体表面和电场：表面状态及表面电荷，消散电荷谱，电场及偏振，极化材料及表面电荷型复合物等。
6. 分子量和热力学：分子量及其热力学特性，热力学不平衡性及能量
分配，分子结构，热量放射，热电材料等。
物理化学试题及答案
物理化学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 根据热力学第一定律，下列哪种情况下系统与外界无能量交换？A. 系统对外做功B. 系统吸收热量C. 系统与外界无功交换D. 系统与外界无热交换2. 在理想气体状态方程 PV=nRT 中，下列哪个变量与气体的体积成反比？A. 温度B. 压力C. 气体的摩尔数D. 气体的常数R3. 根据玻尔理论，氢原子的能级跃迁时，会伴随哪种现象？A. 电子的轨道半径变化B. 电子的自旋方向变化C. 电子的质子数变化D. 电子的轨道周期变化4. 根据热力学第二定律，下列哪种情况是不可能发生的？A. 自然界中的热能自发地从低温物体传递到高温物体B. 气体自发膨胀C. 热机的效率达到100%D. 热机的效率小于100%5. 在化学动力学中，反应速率常数与下列哪个因素无关？A. 反应物的浓度B. 反应的活化能C. 温度D. 催化剂6. 根据分子间作用力理论，下列哪种分子间作用力最强？A. 范德华力B. 氢键C. 离子键D. 共价键7. 在电解质溶液中，离子的迁移率与下列哪个因素有关？A. 离子的电荷数B. 离子的半径C. 离子的浓度D. 离子的摩尔质量8. 根据吉布斯自由能变化（ΔG）的定义，下列哪种情况下反应是自发的？A. ΔG > 0B. ΔG < 0C. ΔG = 0D. ΔG 无法确定9. 在相变过程中，下列哪种相变是不可逆的？A. 固体到液体B. 液体到气体C. 气体到固体D. 固体到气体10. 根据勒夏特列原理，下列哪种情况可以增加反应的平衡常数？A. 增加反应物的浓度B. 降低反应物的浓度C. 升高反应体系的温度D. 降低反应体系的温度答案：1-5 DBBCC；6-10 DBBBD二、填空题（每空1分，共10分）1. 根据热力学第一定律，能量守恒可以表示为ΔU = ____ + W。
2. 理想气体的内能只与____有关。
3. 根据玻尔理论，氢原子的能级公式为 E_n = - ____ / n^2。
结构化学物理化学
结构化学物理化学结构化学物理化学是研究物质的分子结构和物理化学性质的学科。
它通过对物质的组成和结构进行分析和研究，揭示物质的物理性质和化学反应机理，为实现物质的功能设计和制备提供理论基础和指导。
本文将从分子结构、物理性质和化学反应机理三个方面介绍结构化学物理化学的基本概念和研究方法。
分子结构是物质的基本组成单位，也是物质性质的基础。
结构化学物理化学通过实验和理论研究，揭示了不同物质的分子结构。
例如，通过光谱学和X射线衍射等实验手段，可以确定有机分子的化学键类型和空间构型，从而推断分子的立体结构。
通过分子力场计算和量子化学计算等理论方法，可以预测和优化分子的结构。
分子结构的研究有助于理解物质的性质和反应机理。
物理性质是物质在物理条件下所表现出的特征。
结构化学物理化学通过实验和理论研究，揭示了物质的物理性质与其分子结构之间的关系。
例如，通过测量物质的熔点、沸点、密度、折射率等物理性质，可以了解物质的分子间相互作用力和分子运动方式。
通过分子动力学模拟和量子力学计算等理论方法，可以预测和解释物质的物理性质。
物理性质的研究有助于揭示物质的宏观性质和应用特性。
化学反应机理是物质在化学条件下发生变化的过程。
结构化学物理化学通过实验和理论研究，揭示了化学反应的机理和动力学。
例如，通过反应动力学实验和理论模拟，可以确定化学反应的速率方程和活化能。
通过红外光谱、质谱和核磁共振等实验手段，可以探测和鉴定反应中的中间体和过渡态。
化学反应机理的研究有助于优化化学反应条件和提高反应效率。
结构化学物理化学的研究方法包括实验和理论两个方面。
实验方法主要包括光谱学、热分析、电化学、表面分析和物理性质测量等。
理论方法主要包括分子力场计算、量子化学计算、分子动力学模拟、反应动力学模拟和电子结构计算等。
实验和理论相互结合，可以更全面地揭示物质的结构和性质，为物质的功能设计和制备提供理论基础和指导。
总结起来，结构化学物理化学是研究物质的分子结构和物理化学性质的学科。
物理化学重要知识点总结及其考点说明
物理化学重要知识点总结及其考点说明
一、化学热力学
1、化学热力学的定义：化学热力学是研究化学反应中物质的热量及能量变化的学科。
2、热力学三定律：第一定律：能量守恒定律；第二定律：热力学第二定律确定有序
能可以被有度能转化；第三定律：热力学第三定律始终指出热力学反应的可能性和温度有关。
3、焓的概念：焓是衡量物质的热力学状态的量，它是物质的热力学特性连续变化的
测量，是物质拥有的热量能量，也可以视为物质拥有的有序能。
4、热力学平衡：热力学平衡是指在不变的温度、压力和其他条件下，恒定的化学反
应发生，直至反应物和生成物的物质形式和化学结构保持不变，热量吸积也变得稳定，这
种状态称为热力学平衡。
二、物理化学
1、物理化学的概念：物理化学是一门融合了物理学和化学的学科，通过应用物理方法，来研究化学性质的变化和分子间的作用及反应，其研究具有多学科的性质。
2、气体的特性：气体的物理性质有很多，如压强、体积、温度、熵、焓等。
质量和
体积的关系为：在一定温度下，气体的质量和体积都成正比。
3、溶质的溶解度：溶解度是衡量溶质溶解在溶剂中的性质，它是指在一定温度、压
力下，溶质在溶剂中的最高溶解量。
溶质的溶解度与温度，压强及溶剂特性有关。
4、化学均衡：化学均衡是指在特定温度和压强下，混合物中物质的各种浓度比例，
产物与原料之间的反应紊乱程度，变化状态的一种稳定平衡状态。
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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 1TT p V 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 VV pnRT V p p nRT V p V V T T T κ 1-2 气柜内有121.6kPa 、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=（14618.623÷1441.153）=10.144小时1-3 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：33714.015.273314.81016101325444--⋅=⨯⨯⨯=⋅=⋅=m kg M RT p M V n CH CH CHρ 1-4 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 。
若改用充以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。
解：先求容器的容积33)(0000.10010000.100000.250000.1252cm cm V l O H ==-=ρn=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。
若将其中一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃，忽略连接管中气体体积，试求该容器内空气的压力。
解：方法一：在题目所给出的条件下，气体的量不变。
并且设玻璃泡的体积不随温度而变化，则始态为)/(2,2,1i i i i RT V p n n n =+=终态（f ）时 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=f f ff f f f f ffT T T T R Vp T V T V R p n n n ,2,1,1,2,2,1,2,1 kPaT T T T T p T T T T VR n p f f f f i i ff f f f 00.117)15.27315.373(15.27315.27315.373325.1012 2,2,1,2,1,2,1,2,1=+⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=1-6 0℃时氯甲烷（CH 3Cl ）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 101.325 67.550 50.663 33.775 25.331ρ/（g ·dm -3）2.3074 1.5263 1.1401 0.75713 0.56660解：将数据处理如下：P/kPa101.32567.55050.66333.775 25.331(ρ/p)/（g ·dm -3·kPa ） 0.022770.022600.022500.02242 0.02237作(ρ/p)对p 图0.02220.02230.02240.02250.02260.02270.02280.022920406080100120pρ/pρ/p线性 (ρ/p)当p →0时，(ρ/p)=0.02225，则氯甲烷的相对分子质量为()10529.5015.273314.802225.0/-→⋅=⨯⨯==mol g RT p M p ρ1-7 今有20℃的乙烷-丁烷混合气体，充入一抽真空的200 cm 3容器中，直至压力达101.325kPa ，测得容器中混合气体的质量为0.3879g 。
试求该混合气体中两种组分的摩尔分数及分压力。
解：设A 为乙烷，B 为丁烷。
molRT pV n 008315.015.293314.8102001013256=⨯⨯⨯==-B A B B A A y y mol g M y M y n m M 123.580694.30 867.46008315.03897.01+=⋅==+==- （1） 1=+B A y y （2）联立方程（1）与（2）求解得401.0,599.0==B By ykPap y p kPa p y p B B A A 69.60325.101599.063.40325.101401.0=⨯===⨯==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。
H 2 3dm 3 p TN 21dm 3 p T（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，H 2及N 2的摩尔体积是否相同？（3）隔板抽去后，混合气体中H 2及N 2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 。
p dmRT n p dmRT n p N N H H ====33132222 （1）得：223N Hn n =而抽去隔板后，体积为4dm 3，温度为，所以压力为3331444)3(2222dm RT n dm RT n dm RTn n V nRT p N N N N ==+==（2）比较式（1）、（2），可见抽去隔板后两种气体混合后的压力仍为p 。
（2）抽隔板前，H 2的摩尔体积为p RT V H m /2,=，N 2的摩尔体积p RT V N m /2,=抽去隔板后22222222223n 3 /)3(/H ,,N N N N N N m N H m H n pRT n p RT n p RT n n p nRT V n V n V =+=+==+= 总所以有 p RT V Hm /2,=，p RT V N m /2,=可见，隔板抽去前后，H 2及N 2的摩尔体积相同。
（3）41 ,433322222==+=N N N N Hy n n n y p p y p p p y p N N H H 41;432222==== 所以有1:341:43:22==p p p p N H 33144134432222dm V y V dm V y V N N H H =⨯===⨯== 1-9 氯乙烯、氯化氢及乙烯构成的混合气体中，各组分的摩尔分数分别为0.89、0.09和0.02。
于恒定压力101.325kPa 条件下，用水吸收掉其中的氯化氢，所得混合气体中增加了分压力为2.670 kPa 的水蒸气。
试求洗涤后的混合气体中C 2H 3Cl 及C 2H 4的分压力。
解：洗涤后的总压为101.325kPa ，所以有kPa p p H C Cl H C 655.98670.2325.1014232=-=+（1）02.0/89.0///423242324232===H C Cl H C H C Cl H C H C Cl H C n n y y p p（2）联立式（1）与式（2）求解得kPa p kPa p H C Cl H C 168.2 ;49.964232==1-10 室温下一高压釜内有常压的空气。
为进行实验时确保安全，采用同样温度的纯氮进行置换，步骤如下向釜内通氮直到4倍于空气的压力，尔后将釜内混合气体排出直至恢复常压。
这种步骤共重复三次。
求釜内最后排气至年恢复常压时其中气体含氧的摩尔分数。
设空气中氧、氮摩尔分数之比为1∶4。
解: 高压釜内有常压的空气的压力为p 常，氧的分压为常p p O 2.02=每次通氮直到4倍于空气的压力，即总压为 p=4p 常，第一次置换后釜内氧气的摩尔分数及分压为常常常常p y p p p p p p y O O O O ⨯=⨯=====05.005.042.042.01,1,1,2222第二次置换后釜内氧气的摩尔分数及分压为常常常常p y p p p p p p y O O O O ⨯=⨯====405.0405.0405.02,2,1,2,2222所以第三次置换后釜内氧气的摩尔分数%313.000313.01605.04)4/05.0(2,3,22=====常常p p pp y O O 1-11 25℃时饱和了水蒸汽的乙炔气体（即该混合气体中水蒸汽分压力为同温度下水的饱和蒸气压）总压力为138.7kPa ，于恒定总压下泠却到10℃，使部分水蒸气凝结成水。
试求每摩尔干乙炔气在该泠却过程中凝结出水的物质的量。
已知25℃及10℃时水的饱和蒸气压分别为3.17kPa 和1.23kPa 。
解：p y p B B =，故有)/(///B B A B A B A B p p p n n y y p p -=== 所以，每摩尔干乙炔气含有水蒸气的物质的量为 进口处：)(02339.017.37.13817.3222222mol p p n n H C O H H C O H =-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛进进 出口处：)(008947.01237.138123222222mol p p n n H C O H H C O H =-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛出出 每摩尔干乙炔气在该泠却过程中凝结出的水的物质的量为 0.02339-0.008974=0.01444（mol ）1-12 有某温度下的2dm 3湿空气，其压力为101.325kPa ，相对湿度为60％。
设空气中O 2和N 2的体积分数分别为0.21和0.79，求水蒸气、O 2和N 2的分体积。
已知该温度下水的饱和蒸气压为20.55kPa （相对湿度即该温度下水蒸气分压与水的饱和蒸气压之比）。
解：水蒸气分压＝水的饱和蒸气压×0.60＝20.55kPa ×0.60＝12.33 kPa O 2分压＝（101.325-12.33 ）×0.21＝18.69kPa N 2分压＝（101.325-12.33 ）×0.79＝70.31kPa33688.02325.10169.18222dm V p p V y V O O O =⨯=== 33878.12325.10131.70222dm V pp V y V N N N =⨯=== 32434.02325.10133.12222dm V pp V y V O H O H O H =⨯=== 1-13 一密闭刚性容器中充满了空气，并有少量的水，当容器于300K 条件下达到平衡时，器内压力为101.325kPa 。