(完整版)第五版物理化学复习资料

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第五版物理化学复习资料

第一章 热力学第一定律

1、热力学三大系统:

(1)敞开系统:有物质和能量交换;

(2)密闭系统:无物质交换,有能量交换; (3) 隔绝系统(孤立系统):无物质和能量交换。 2、状态性质(状态函数): (1)容量性质(广度性质):如体积,质量,热容量。 数值与物质的量成正比;具有加和性。 (2)强度性质:如压力,温度,粘度,密度。 数值与物质的量无关;不具有加和性,整个系统的强度性质的数值与各部分的相同。

特征:往往两个容量性质之比成为系统的强度性质。 3、热力学四大平衡:

(1)热平衡:没有热隔壁,系统各部分没有温度差。

(2)机械平衡:没有刚壁,系统各部分没有不平衡的力存在,即压力相同 (3)化学平衡:没有化学变化的阻力因素存在,系统组成不随时间而变化。

(4)相平衡:在系统中各个相(包括气、液、固)的数量和组成不随时间而变化。 4、热力学第一定律的数学表达式: ?U = Q + W Q 为吸收的热(+),W 为得到的功(+)。

定容

定温

定压

绝热

,2121ln ln p m C T T R p p =

得到的功W

12

ln

p nRT p - 或

2

1

ln

V nRT V - p V -?

nR T -?

,V m nC T ?

吸收的热Q

,V m nC T ?

21

ln V nRT V

,p m nC T ?

内能增量

U Q W ?=+

,V m nC T ? 0

,V m nC T ? ,V m nC T ?

焓变

H U p V ?=?+?

,V m nC T ?

,p m nC T ? ,p m nC T ?

熵变S ?

21ln V T C T

12

ln p nR p

21

ln p T C T

或2

1

ln

V nR V 亥姆霍兹(定温定容)

A U T S ?=?+?

pdV -?

吉布斯(定温定压) G H T S ?=?-?

2

1

ln

p nRT p

12、在通常温度下,对理想气体来说,定容摩尔热容为:

单原子分子系统 ,V m C =

32

R 双原子分子(或线型分子)系统 ,V m C =52R 多原子分子(非线型)系统 ,V m C 6

32

R R == 定压摩尔热容:

单原子分子系统 ,52

p m C R =

双原子分子(或线型分子)系统 ,,p m V m C C R -=,72

p m C R = 多原子分子(非线型)系统 ,4p m C R = 可以看出:

,,p m V m C C R -=

13、,p m C 的两种经验公式:,2p m C a bT cT =++ (T 是热力学温度,a,b,c,c ’ 是经 ,2

'

p m c C a bT T =++

验常数,与物质和温度范围有关) 14、在发生一绝热过程时,由于0Q δ=,于是dU W δ=

理想气体的绝热可逆过程,有:,V m nC dT pdV =- ? 22

,11

ln

ln V m T V C R T V =- 21,12ln ,ln V m p V C Cp m p V ?= ,,p m

V m

C pV C γγ=常数 =

>1. 15、-焦耳汤姆逊系数:J T T =(

)H p

μ??- J T μ->0 经节流膨胀后,气体温度降低; J T μ-<0 经节流膨胀后,气体温度升高; J T μ-=0 经节流膨胀后,气体温度不变。

16、气体的节流膨胀为一定焓过程,即0H ?=。

17、化学反应热效应:在定压或定容条件下,当产物的温度与反应物的温度相同而在反应过

程中只做体积功不做其他功时,化学反应所吸收或放出的热,称为此过程的热效应,或“反应热”。 18、化学反应进度:()()()

n B n B B ξν-=

末初

(对于产物v 取正值,反应物取负值)

1ξ=时,r r m U

U ξ??=

,r r m H

H ξ

??=

19、(1)标准摩尔生成焓(0

r m H ?):在标准压力和指定温度下,由最稳定的单质生成单位

物质的量某物质的定压反应热,为该物质的标准摩尔生成焓。 (2)标准摩尔燃烧焓(0

c m H ?):在标准压力和指定温度下,单位物质的量的某种物质

被氧完全氧化时的反应焓,为该物质的标准摩尔燃烧焓。

任意一反应的反应焓0

r m H ?等于反应物燃烧焓之和减去产物燃烧焓之和。 20、反应焓与温度的关系-------基尔霍夫方程

()()r B A p p p p p p H H H C B C A C T T T ??????????

=-=-=?

? ? ??????????

()()()()

210,021p p p C H T H H C T T ?=???>?-?=?-

0,Cp ?<即产物热容小于反应物热容,则 ()0p H T ???<,即温度升高时反应焓减小。 0,Cp ?>即产物热容大于反应物热容,则 ()0p H T ???>,即温度升高时反应焓增大。 0,p C ?=或很小时,反应焓将不随温度而改变。

21、基尔霍夫方程的应用: ()()()2121p H H C T T ?-?=?-

适用条件:温度变化范围不大时,将 p C ?近似看作常数,与温度无关。

第二章 热力学第二定律

1、热力学第二定律的经典表述:人们不可能设计成这样一种机器,这种机器能不断循环工

作,它仅仅从单一热源吸热变为功而没有任何其他变化。

2、卡诺循环:

过程1 保持T 2定温可逆膨胀。故2

2121

ln

V Q W RT V =-= 过程2 绝热可逆膨胀。由于系统不吸热,0Q =,故 212()V W U C T T =?=- 过程3 保持T 1定温可逆压缩。故 4

1313

ln V Q W RT V =-= 过程4 绝热可逆压缩。故 421()V W U C T T =?=- 卡诺热机的效率:2122W T T Q T η--=

= 制冷效率:1

21

T T T β=- 3、卡诺定理:

(1)在两个不同温度的热源之间工作的任意热机,以卡渃热机的效率为最大。否则将违

反热力学第二定律。

(2)卡诺热机的效率只与两个热源的温度有关,而与工作物质无关。否则也将违反热力学

第二定律。

4、热力学第二定律人数学表达式--------克劳修斯不等式 Q dS T

δ≥

dS 是系统的熵变,Q δ是实际过程中传递的热,T 是热源温度,

Q

T

δ是实际过程中的热温商。该式的等号适用于可逆过程;大于号适用于不可逆过程。它的含义是:

(1) 假如某一过程的发生将使系统的熵变大于热温商,则该过程是一个不违反热力学第

二定律的、有可能进行的不可逆过程。

(2) 假如某一过程发生时,系统的熵变为热温商相等地,则该过程是一个可逆过程。 (3) Q dS T

δ<

的过程不可能发生。

(4) 克劳修斯不等式用于孤立系统时,0dS ≥,即孤立系统中所发生的任意过程总是向着

熵增大的方向进行。

5、熵变的计算:

(1)定温过程中的熵变:2

21112

ln

ln ln r V nRT Q V p V S nR nR T T V p ?=

=

==? (2)定压过程的熵变:2

2

112

1

ln T T r

p T T Q C dT T S Cp T T T δ?=

==??

(3)定容过程的熵变:2211

2

1

ln T T r V V T T Q C dT T S C T T T δ?===?? (4)相变化的熵变:H n H

S T T

???== (定温定压,两相平衡,可逆) 6、熵是系统混乱度的度量: ln S k =Ω Ω是热力学概率,k 是玻耳兹曼常数。

7、热力学第二定律的本质:一切自发过程,总的结果都是向混乱度增加的方向进行。 8、热力学第三定律:在0K 时,任何纯物质的完美晶体其熵值为零。 9、有反应: aA bB gG hH +→+

熵变计算:()()()()o o o o o

r m m m m m S gS G hS H aS A bS B ?????=+-+????

10、定温定容的系统--------亥姆霍兹函数A (1)定义A U TS =-

(2)(),'T V A W ?≤ 等式表示可逆,不等式表示不可逆。

在定温定容条件下,系统亥姆霍兹函数的减少等系统所能做的最大有效功(绝对值)。 (3)(),0T V A ?< ,表示能够发生的不可逆过程。

(),0T V A ?= ,表示可逆过程(或平衡) (),0T V A ?> ,表示不可能发生的过程

11、定温定压系统-----------吉布斯函数G

(1)定义: G H TS U pV TS A p V =-=+-=+ (2)(),'T p G W ?≤ 等式表示可逆,不等式表示不可逆。

在定温定压条件下,系统亥姆霍兹函数的减少等系统所能做的最大有效功(绝对值)。 (3)(),0T p G ?< ,表示能够发生的不可逆过程。 (),0T p G ?= ,表示可逆过程(或平衡)

(),0T p G ?> ,表示不可能发生的过程 12、热力学的基本公式:

当系统只做体积功不做其他功时

dU TdS pdV dH TdS Vdp

dA SdT pdV dG SdT Vdp

=-=+=--=-+

13、麦克斯韦关系式: V S T p V S ??????

=-

? ??????? S p T V p S ??????= ? ??????? V T S p V T ??????

= ? ??????? p T S V p T ??????-= ? ????

??? 14、计算G ?:

(1)定温:221

1

2

1

ln p p p p nRT p G Vdp dp nRT p p ?=

==?

?

(2)发生相变:始态和终态的两个相平衡,且温度和压力相同,则0G ?=

始态和终态不平衡,则设计可逆过程来计算。 (3)化学反应:G H T S ?=?-?

(4)G ?温度的变化--------吉布斯--亥姆霍兹公式

定温:()p G S T ????=-??

???? ()p G T G H T ?????=?-???

???

? ()2p G T H

T T ?????=-????? 应用式: 2211

22111()T T T T G G H dT H T T T

T T ???????

??

-=-=?- ? ? ?

??????

?

第三章 化学势

1、 (1)偏摩尔量的定义:多组分系统的任一种容量性质X (X 可分别代表V ,U ,H ,S ,

A ,G 等),可以看成是温度T 、压力p 及各物质的量,

B

C n n ,…的函数: (),,,,,B C

D X f T p n n n =L L

C A ,(B)A ,(B),,(C A)

d d d d p n T n T p n X X X X T p n T p n ≠?????????=++ ? ? ?

?????????

C B

B ,,(

C B)

d T p n X n n ≠??

?++ ????L L 定义:()B B ,,C B def C T p n X X n ≠??? ???? 则A A B B d d d X X n X n =++L L B

B B

d X

n =∑

B X 称为B 的“偏摩尔量”。

(2)偏摩尔量的集合公式: A A C C X n X n X =++……

2、(1)化学势定义:B B B ,,(C B)

C

T P n

G G n μ≠??

?=

????

(2)物理意义:决定物质传递方向和限度的强度因素。 (3)定温定压下: 'B

B

r dG dn

W μδ=

=∑ ,也就是说B B dn μ∑是定温度定压条件下

一多组分均相系统在发生状态变化时所能做出的最大有效功。

(4)在不做其他功的条件下,(),0T p dG <是能够进行的过程;(),0T p dG =,过程即达

平衡。

3、理想气体化学势表达式:ln

p RT p

θ

θμμ=+ 4、对于理想气体混合物来说,其中某种气体的行为与该气体单独占有混合气体总体积时的 行为相同。即ln

B

B B p RT p θ

θ

μμ=+ 5、实际气体的化学势:ln

p

RT p θ

θ

γμμ=

+()ln RT f p θθμ=+

定义逸度f p γ= 校正因子γ称为逸度系数或逸度因子。

6、拉乌尔定律:一定温度时,溶液中溶剂的蒸气压A p 与溶剂在溶液中的物质的量分数A x 成正比,其比例是纯溶剂在该温度时的蒸气压*

A p (上标“*”表示纯物质)。即:

***A A A A A A B p p x p p p x =?-=

(溶液蒸气压的降低与溶质在溶液中的摩尔分数成正比) 7、(1)理想液态混合物:在一定的温度和压力下液态混合物中任意一种物质在任意浓度下

均遵守拉乌耳定律的液态混合物。

(2)理想液态混合物中物质的化学势:液态混合物与蒸气相达成平衡时,有: (ln)()()ln

B B B B p s g g RT p

μμμ?

?==+*

()ln B B l RT x μ=+, 其中*

*()()ln B B B

p l g RT p

μμ?

?=+

8、亨利定律:一定温度时,稀溶液中挥发性溶质的平衡分压与溶质在溶液中的摩尔分数成正比:B x B p k x = ,

B p 是与溶液平衡的溶质蒸气的分压,B x 是溶质在溶液中的摩尔分数,x k 是比例常数, 称为亨利系数。其数值在一定温度下不仅与溶质性质有关,还有溶剂性质有关,可以大于

或小于纯溶质的饱和蒸汽压*

B p 。

9、理想稀溶液的定义:一定的温度和压力下,在一定的浓度范围内,溶剂遵守拉乌尔定律、

溶质遵守亨利定律的溶液称为理想稀溶液。

10、不挥发性溶质理想稀溶液的依数性: (1)凝固点降低:*2()f f B fus m

R T T x H ?

?=

? (fus m H ??与温度无关)

=f B K m ,其中B m 是溶液中溶质的质量摩尔浓度。

f K 是凝固点降低常数*2()f A f fus m R T M K H ?

=

?(A M 是溶剂的摩尔质量,单位1

kg mol -g )

(2)沸点升高:*11

ln ()vap m A b b

H x R T T ??=-

沸点升高常数*2()b A

b vap m

R T M K H ?

=? 则b b B T K m ?= (3)半透膜两边平衡时,纯溶剂的压力为*

p 、溶液的压力为p ,则 *

p p -=∏ ,压力差∏称为渗透压, 渗透压cRT ∏=B B W RT

M V

?=

∏ (4)求算活度:*

11ln (

)fus m A f f

H a R

T T ?

?=

- *11()vap m b b

H R T T ??=-

*,m A

V RT

∏=-

第四章 化学平衡

1、理想气体的化学反应:()()()()aA g bB g gG g hH g +===+

标准平衡常数()()()()

g h

G H a b

A B p p p p K p p p p ???

??= 活度商(')(')(')(')g h

G H a a b

A B p p p p Q p p p p ????=

标准吉布斯函数变化ln r m G RT K ???=- ln r m r m a G G RT Q ?

?=?+

当a Q K ?

<时,0r m G ?<,反应能够正向进行。 当a Q K ?

>时,0r m G ?>,反应能够逆向进行。 当a Q K ?

=时,0r m G ?=,反应达到平衡。。

2、平衡常数的表示法:

(1)气相反应:()()()()()()

B g h G H B a b

A B p p p p K p p p p p p νν

???

?-???==∏ (g h a b ν?=+--) ()()B

B B p B B B x K p px x p K p ννννν??=∏=∏=∏= B

x B

p K x K p νν-?=∏=(与温度、压力有关)=

(()B

B B x B B B n K x n n n n K n ν

νννν-?-?=∏=∏=∏=总总总) n x K K n ν?=总

总结:()()()p x n K K p K p p K p p n ννν??-?????===总

(2)液相反应: 理想液态混合物:B B K x ν?

=∏

理想稀溶液:()B B K

c c ν?

?=∏

非理想稀溶液:B B K a ν?

=∏

(3)复相反应:

3、(1)温度对平衡常数的影响:12

(2)11ln ()(1)r m H K K R T T ????=-

(2)压力、惰性气体的影响:()n K K p p n ν

???=总

第五章 多相平衡

1、相:系统中,物理及化学性质完全均一的部分。

气体:一个系统中,无论有多少气体,都只能形成一个气相。 液体:由于不同液体的相互溶解的程度不同,一个系统中可以有一个或两个液相,

但不会超过三个。

固体:如果系统中的不同固体达到分子程度的均匀混合,形成固溶体,一种固溶

体是一个固相;否则,不论固体有多碎,系统中有多少固体,就有多少个 固相。

2、 物种数S :系统中所含的化学物质。

3、 组分数K :足以表示系统中各相组成所需要的最少独立物种数。

4、 独立化学平衡数R ,独立溶度关系数R ’

5、 'K S R R =--

6、 自由度:在不引起旧相消失和新相形成的前提下,可以在一定范围内独立变动的强度性

质。 7、 相律:2f K φ=-+(只考虑温度和压力)φ为相数 普遍式:f K n φ=-+

第六章

1、设每种分布的微观状态数为j t ,那么系统的总微观状态数就等于各种分布的微观状态 数之和:j

t

Ω=

2、波尔兹曼定理:ln S k =Ω(23

1.3810k R L -==?)

3、斯特林近似:ln !ln N N N N ≈-

4、分子配分函数:

最概然分布方式:i i kT i i kT

i n g e N g e ξξ--=∑i j kT

i i kT j j n g e n g e

ξξ--?=(i ξ为i 级能量值,g 为简并度)

第七章 电化学

1、(1)原电池:正极是阴极(还原极);负极是阳极(氧化极)。

(2)电解池:正极是阳极(氧化极);负极是阴极(还原极)。

2、法拉第定律:当电流通过电解质溶液时,通过电极的电荷量与发生电极反应的物质的

量成正比:Q nF =,其中1

196485F C mol -=g

,n 的数值就等于该离子

的价态变化数。

3、(1)溶液电阻()R l A ρ= ,l 为两电极间的距离,A 为浸入溶液的电极面积,ρ为电

阻率。

(2)电导率1

l G A κρ??

=

= ???

()

1S m -g ,G 是倒数电导。 (3)摩尔电导率()

21m c S m mol κ-?=g g

强电解质的摩尔电导率与物质的量溶度c :(1)m m c β∞?=?- 弱电解质的摩尔电导率(以HAc 为例): ()()()m m

m

HAc H Ac λλ∞

+

-

?=+

()()()m m m HCl NaAc NaCl ∞∞∞

=?+?-?

4、电导测定应用:

(1)求弱电解质的电离度α和电离平衡常数:m m α∞

=ΛΛ

22

1()

m c m m m c c K αα∞

Λ==-ΛΛ-Λ

(2)求微溶盐的溶解度和溶度积: 饱和溶液的溶度:2()

(((m m H O c κκκ∞∞-==ΛΛ盐)

盐)盐),

溶解度:s Mc =

溶度积(m n A B ):()()()()n m

n m n m sp K c A c B mc nc +-

????==??????

g g 5、溶液中的离子的活度和活度系数:

z z v v M A v M v A +-

+-+-→+

(1)电解质的化学势可用各个离子的化学势之和表示:

v v μμμ++--=+

(ln )(ln )

ln ln v

v v RT a v RT a v v RT a a RT a

μμμμμ+-

??+++---?

?

++--+-

?+=+++=++=+

(2)离子平均活度a ±,与离子平均质量摩尔溶度m ±和离子平均活度系数γ±的关系:

a m m γ?

±±±=

(3)对强电解质v v M A +-来说,令v v v +-=+,定义离子平均活度v v v a a a +-

±+-= , 离子平均活度系数v v v γγγ+-±+-= ,离子平均质量摩尔溶度v v v m m m +-

±+-= 。

(4) 在稀溶液情况下,影响强电解质离子平均活度系数γ±的主要因素是浓度和离子

价数,而且离子价数比浓度的影响更加显著。溶液离子强度定义:

21

2B B B

I m z =

∑ (m 是离子的质量摩尔浓度,z 是离子价数,B 是某种离子) ln 'A I γ±=- (温度和溶剂指定,'A 为常数)

6、可将化学能转化为电能的装置叫电池,若此转化是以热力学可逆方式进行的,则称为“可逆电池”。在可逆电池中,系统吉布斯函数的降低'()r m T p G ?,等于系统对外所做 的最大功'r W 此时电池两极间的电势差可达最大值,称为该电池的电动势E ,即: '()'r m T p r G W nFE ?==-

7、热力学意义上的可逆电池具备的两个条件:

(1)可逆电池放电时的反应与充电时的反应必须互为逆反应。

(2)可逆电池所通过的电流必须为无限小。 8、能斯特方程:

反应温度为T 时,电池反应:aA bB gG hH +→+

方程:ln

g h

G H a b

A B a a RT E E nF a a ?

=- (n 是电极反应中得失电子数,B a 是反应物质B 的活度) 9、求算电池标准电动势:r m E

G nF ?

?=-?

10、电动势E 及其温度系数()p E T ??与电池反应热力学量的关系: r m p p

G E nF T T ???????=- ?

?

???????r m p E S nF T ???

?= ???? 定温条件,反应的可逆热效应:r r m p

E Q T S nFT T ???

=?=

???? r m r m r m p

E H G T S nFE nFT T ???

?=?+?=-+

???? 11、在任何温度下,H +的标准摩尔生成吉布斯函数f m G ?

? 、标准摩尔生成焓f m H ?

?及 标准摩尔熵m S ?

均为零。 电极电势的表示:ln (RT a

nF a ???

=-

(还原态)氧化态)

12、电极电势及其电池电动势的应用:

(1)判断反应趋势:电势越低,越易失去电子;电势越高,越易得到电子。 两个电极进行比较时,在??

值相差较大,或活度相近的情况下,可以用数据直接

判断反应趋势,否则,均必须比较?值方可判断。

(2)求化学反应的平衡常数:ln r m G nFE RT K ???

?=-=- ,

则ln K ?

=nFE RT

?

(3)求微溶盐活度积:微溶盐活度积sp K 实质就是微溶盐溶解过程的平衡常数。 (4)求离子平均活度系数:测定一电池的电动势E ,再由??

求得E ?

后,依据能斯特方

程求算电池电解质溶液的离子平均活度a ±及离子平均活度系数γ±。

13、(1)当有电流通过电极时,发生的必然是不可逆的电极反应,此时的电极电势i ?与

可逆电极电势r ?不同。

(2)电极在有电流通过时所表现的电极电势i ?与可逆电极电势r ?产生偏差的现象称

为“电极的极化”;偏差的大小(绝对值)称为“过电势”i r η??=-

(3)电极极化,阳极电势升高,阴极电势降低:

()i r ??η=+阳极 ; ()i r ??η=-阴极

第八章 表面现象和分散系统

1、在一定的温度与压力下,对一定的液体来说,扩展表面所做的表面功'W δ应与表面积dA 成正比,以σ表示比例系数:'W dA δσ= 若扩展过程可逆:,(

)T p G A

σ?=? σ可称为:表面吉布斯函数,表面能(2*J m -);表面张力(1

*N m -)。

2、弯曲液面下的附加压力:2p r

σ

?=(方向指向曲面球心,即无论凹凸液面,球内压力总是大于球外压力)。

曲率对蒸汽压的影响: 开尔文公式:'2ln

'r p M p RTr σρ

= 'r p 为饱和蒸汽压,'p 为平面液体蒸汽压

3、毛细管现象:2cos h gR

σθ

ρ=

(R 为毛细管半径),完全润湿时:θ=0.。

4、气体在固体表面的吸附: (1)吸附等量式:2ln ads m H p T RT -????

=

?

???等量

(ads m H ?是吸附热,为负;p 为吸附质平衡分压)

(2)朗格缪尔等温式:1kbp

a k bp

θ==+(a 为吸附量,)

5、物理吸附与化学吸附:

物理吸附

化学吸附

吸附力 范德华力 化学链力

吸附分子层

被吸附分子可以形成单分子层或多分子层

被吸附分子只能形成单分子层

吸附选择性

无选择性,任何固体皆能吸附任何气体,易液化者易被吸附 有选择性,指定吸附剂只对某些 气体有吸附作用

吸附热

较小,与气体凝聚热相近,约为

441210410J mol -??:g

较大,近于化学反应热,约为

451410410J mol -??:g

吸附速率

较快,速率少受温度影响。 以达平衡,较易脱附

较慢,升温速率加快,不易达平衡, 较难脱附

第九章 化学动力学基本原理 1、反应速率的表示法:d J dt ξ

=

对于任意化学反应:aA bB gG hH +→+ ,

其反应速率:1111G A B H

dn dn dn dn J a dt b dt g dt h dt

=-

=-== 8、 有许多的速率公式:[][]

r k A B α

β

=…

定义反应级数:n αβ=++…

3、对于基元反应:aA bB gG hH +→+ ,

其速率公式:[][]a

b

r k A B =

4、 速率常数k 311/()

n

mol dm s ---g g ,n 是反应级数。

5、几种简单级数反应的速率公式:(a 是反应物的起始浓度,x 为t 时刻反应物已反应掉的浓度)

级数

速率公式的微分形式

速率公式的微分形式

半衰期

0dx

k dt

= 0x k t =

120

2a t k =

1

1()dx

k a x dt

=- 1ln

a

k t a x

=- 1210.6932

t k =

2

22()dx

k a x dt

=- 211

k t a x a

-=- 1221t k a

=

2 2()()dx

k a x b x dt

=-- 21()ln ()

b a x k t

a b a b x -=--

3

33()dx

k a x dt

=- 322

11

2()k t a x a -=-

122

33

2t k a =

5、 阿累尼乌斯经验公式:

2ln a E d k

dT RT

= Ea RT k Ae -?= (a E 称为实验活化能,一般被看做与温度无关的常数,单位:1

1

J mol mol --g

g 或kJ ) 6、有效碰撞数q 的计算:c E RT

q e -=

(完整版)物理化学界面现象知识点

279 界面现象 1. 表面张力、表面功及表面吉布斯函数 表面张力γ:引起液体或固体表面收缩的单位长度上的力,单位为N·m -1。 表面功:'δ/d r s W A ,使系统增加单位表面所需的可逆功,单位为J·m -2。 表面吉布斯函数:B ,,()(/)s T p n G A α??,恒温恒压下系统增加单位表面时所增加的吉布斯 函数,单位为J·m -2。 表面吉布斯函数的广义定义: B()B()B()B(),,,,,,,,( )()()()S V n S p n T V n T p n s s s s U H A G A A A A ααααγ????====???? ',r s T p s W dA dG dA γδ== 表面张力是从力的角度描述系统表面的某强度性质,而表面功及表面吉布斯函数则是从能量角度和热力学角度描述系统表面的某一性质。三者虽为不同的物理量,但它们的数值及量纲等同的,均可化为N·m -1。 在一定温度、压力下,若系统有多个界面,其总界面吉布斯函数: s i i s i G A γ=∑ 2. 弯曲液面的附加压力、拉普拉斯方程 附加压力:Δp =p 内-p 外 拉普拉斯方程:2p r γ?= 规定弯曲液面凹面一侧压力位p 内,凸面一侧压力位p 外;γ为表面张力;r 为弯曲液面的曲率半径,△p 一律取正值;附加压力方向总指向凹面曲率半径中心。 3. 毛细现象 毛细管内液体上升或下降的高度 2cos h r g γθρ= 式中:γ为表面张力;ρ为液体密度;g 为重力加速度;θ为接触角;r 为毛细管半径。当液体不能润湿管壁,θ>90°即0cos θ<时,h 为负值,表示管内凸液体下降的深度。 4. 微小液滴的饱和蒸汽压——开尔文公式

界面物理化学习题

选 择 题 1. 在相同的温度及压力下,把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程,以下性质保持不变 的是( d ) (a )总表面能 (b )比表面 ( c )液面下的附加压力 ( d )表面张力 2. 直径为 1×10 -2 m 的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为 ?m -1 )( d ) (a )5 Pa (b )10 Pa (c )15 Pa (d )20 Pa 思路:因为肥皂泡有内、外两个表面,内面的附加压力是负值,外面的附加压力是正值,故 4 p s ,答案选 d 。 R' 4. 298K 时,苯蒸汽在石墨上的吸附符合 Langmuir 吸附等温式, 在苯蒸汽压力为 40Pa 时,覆盖率 θ=, 当 θ =时,苯蒸汽的平衡压力为( b ) (a )400 Pa (b )760 Pa (c )1000 Pa ( d ) 200 Pa 思路: Langmuir 公式 1 ap 将已知条件的压强和覆盖率代入公式, 计算得到 a 的值,然后根据新的覆盖度和 a ,计算出平衡压力。 答案为 b 。(要求能够自己推导 Langmuir 公式) 5. 在 298K 时,已知 A 液的表面张力是 B 液的一半,其密度是 B 液的两倍。如果 A , B 液分别用相同 的毛细管产生大小相同的气泡时, A 液的最大气泡压力差等于 B 液的( a ) (a )倍 (b )1倍 (c )2倍 (d )4 倍 2 思路: p s ,代入该公式计算比值,答案选 a 。 s R' 6. 将一毛细管插入水中,毛细管中水面上升 5cm ,在 3cm 处将毛细管折断,这时毛细管上端( c ) (a )水从上端溢出 (b )水面呈凸面 (c )水面呈凹形弯月面 ( d )水面呈水平面 思路:液体具有流动性, Yang-Laplace 公式中的半径是可以变化的,不可能出现“井喷”的情况。 7. 用同一滴管分别滴下 1cm 3 的 NaOH 水溶液、水、乙醇水溶液,各自的滴数多少的次序为( c ) (a )三者一样多 (b )水 >乙醇水溶液 >NaOH 水溶液 (c )乙醇水溶液 >水 >NaOH 水溶液 (d )NaOH 水溶液 >水>乙醇水溶液 思路:乙醇对水而言是表面活性剂, NaOH 对水而言是非表面活性3. 已知水溶解某物质以后,其表面张力 γ0 为纯水的表面张力, 式中 A , γ 与溶质的活度 a 呈如下关系: B 为常 数,则溶液表面过剩 Γ2为( c ) a ) Aa RT 1 Ba b ) ABa RT 1 Ba c ) ABa RT 1 Ba d ) Ba RT 1 Ba 思路: ad RT da RT A B 1 Ba ABa ,答案选 c 。 RT 1 Ba

物理化学打印完整版

物理化学核心教程 P13 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充满氮气,两球中间用一玻管相通,管中间有一汞滴将两边的气 体分开。当左球的温度为273 K ,右球的温度为293 K 时,汞滴处在中间达成平衡。试问: (1)若将左球温度升高10 K ,中间汞滴向哪边移动? (2)若两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动? 答:(1)左球温度升高,气体体积膨胀,推动汞滴向右边移动。 (2)两球温度同时都升高10 K ,汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低,升高10 K 所占比例比右边大,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)左边比右边大。 P24 1. 在两个容积均为V 的烧杯中装有氮气,烧瓶之间有细管相通,细管的体积可以忽略 不计。若将两烧杯均浸入373 K 的开水中,测得气体压力为60 kPa 。若一只烧瓶浸在273 K 的冰水中,另外一只仍然浸在373 K 的开水中,达到平衡后,求这时气体的压力。设气体可 以视为理想气体。 解: 12n n n =+ 根据理想气体状态程 1221122p V p V p V RT RT RT =+ 化简得: 12112 211()p p T T T =+ 221212732260 kPa 50.7 kPa 273373 T p p T T =?=??=++ 5. 有氮气和甲烷(均为气体)的气体混合物100 g ,已知含氮气的质量分数为0.31。 在420 K 和一定压力下,混合气体的体积为9.953 dm 。求混合气体的总压力和各组分的分 压。假定混合气体遵守Dalton 分压定律。已知氮气和甲烷的摩尔质量分别为281g mol -?和 161g mol -?。

物理化学第五版课后习题答案

第五章 化学平衡 5-1.在某恒定的温度和压力下,取n 0﹦1mol 的A (g )进行如下化学反应:A (g ) B (g ) 若0B μ﹦0 A μ,试证明,当反应进度ξ﹦0.5mol 时,系统的吉布斯函数G 值为最小,这时A ,B 间达到化学平衡。 解: 设反应进度ξ为变量 A (g ) B (g ) t ﹦0 n A , 0﹦n 0 0 ξ0﹦0 t ﹦t 平 n A n B ξ ξ﹦ B B n ν n B ﹦νB ξ,n A ﹦n 0-n B ﹦n 0-νB ξ,n ﹦n A +n B ﹦n 0 气体的组成为:y A ﹦ A n n ﹦00 B n n νξ-﹦01n ξ-,y B ﹦B n n ﹦0 n ξ 各气体的分压为:p A ﹦py A ﹦0 (1)p n ξ - ,p B ﹦py B ﹦ p n ξ 各气体的化学势与ξ的关系为:0 000ln ln (1)A A A A p p RT RT p p n ξμμμ=+=+- 0 000ln ln B B B B p p RT RT p p n ξμμμ=+=+? 由 G =n A μA +n B μB =(n A 0A μ+n B 0 B μ)+00ln (1)A p n RT p n ξ-+0 ln B p n RT p n ξ ? =[n 0-ξ0A μ+ξ0 B μ]+n 00ln p RT p +00()ln(1)n RT n ξξ--+0 ln RT n ξ ξ 因为 0B μ﹦0A μ,则G =n 0(0 A μ+0ln p RT p )+00()ln(1)n RT n ξξ--+0 ln RT n ξ ξ ,0()ln T p G RT n ξξξ?=?- 20,20()()T p n RT G n ξξξ?=-?-<0 令 ,( )0T p G ξ?=? 011n ξξξξ ==-- ξ﹦0.5 此时系统的G 值最小。

物理化学第五版课后习题答案

第十章界面现象 10-1 请回答下列问题: (1) 常见的亚稳定状态有哪些?为什么产生亚稳态?如何防止亚稳态的产生? (2) 在一个封闭的钟罩内,有大小不等的两个球形液滴,问长时间放置后,会出现什么现象? (3) 下雨时,液滴落在水面上形成一个大气泡,试说明气泡的形状和理由? (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么? (5) 在一定温度、压力下,为什么物理吸附都是放热过程? 答:(1) 常见的亚稳态有:过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成,要想防止这些亚稳状态的产生,只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后,大液滴会越来越大,小液滴会越来越小,最终大液滴将小液滴“吃掉”,根据开尔文公式,对于半径大于零的小液滴而言,半径愈小,相对应的饱和蒸汽压愈大,反之亦然,所以当大液滴蒸发达到饱和时,小液滴仍未达到饱和,继续蒸发,所以液滴会愈来愈小,而蒸汽会在大液滴上凝结,最终出现“大的愈大,小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形,因为雨滴在降落的过程中,可以看作是恒温恒压过程,为了达到稳定状态而存在,小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低,而此时只有通过减小表面积达到,球形的表面积最小,所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为范德华力,而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的,所以ΔG<0,而ΔS<0,由ΔG=ΔH-TΔS,得 ΔH<0,即反应为放热反应。

10-2 在293.15K 及101.325kPa 下,把半径为1×10-3m 的汞滴分散成半径为1×10-9m 的汞滴,试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少?已知293.15K 时汞的表面张力为0.4865 N ·m -1。 解: 3143r π=N×3243r π N =3 132 r r ΔG =2 1 A A dA γ?= (A 2-A 1)=4·( N 2 2 r -21 r )=4 ·(3 12 r r -21r ) =4× ×(339 (110)110 --??-10-6) =5.9062 J 10-3 计算时373.15K 时,下列情况下弯曲液面承受的附加压力。已知时水的表面张力为58.91×10-3 N ·m -1 (1) 水中存在的半径为0.1μm 的小气泡;kPa (2) 空气中存在的半径为0.1μm 的小液滴; (3) 空气中存在的半径为0.1μm 的小气泡; 解:(1) Δp =2r γ=36 258.91100.110--???=1.178×103 kPa (2) Δp =2r γ =36 258.91100.110--???=1.178×103 kPa (3) Δp =4r γ=36 458.91100.110--???=2.356×103 kPa 10-4 在293.15K 时,将直径为0.1nm 的玻璃毛细管插入乙醇中。问需要在管内加多大的压力才能防止液面上升?若不加压力,平衡后毛细管内液面的高度为多少?已知该温度下乙醇的表面张力为22.3×10-3 N ·m -1,密度为789.4 kg ·m -3,重力加速度为9.8 m ·s -2。设乙醇能很好地润湿玻璃。

固体界面物理化学

2017 年秋季学期研究生课程考核 (读书报告、研究报告) 考核科目:固体界面物理与化学 学生所在院(系):化工学院 学生所在学科:化学工程与技术 学生姓名: 学号: 学生类别: 考核结果阅卷人 第 1 页(共7 页)

吸附等温线及其应用 1 吸附等温线的定义 吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之问的关系曲线。在一定温度下.分离物质在液相和固相中的浓度关系可用吸附方程式来表示。作为吸附现象方面的特性有吸附量、吸附强度、吸附状态等,而宏观地总括这些特性的是吸附等温线,也就是说吸附等温线是吸附研究中最重要的关系曲线。 2吸附等温线的分类 2.1 气体吸附等温线 文献中曾报道过许多不同形状的气体吸附等温线,但由国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)提出的物理吸附等温线分类可以归纳为如图1所示的六类吸附等温线:分别是I型、II型、III型、IV型和VI型吸附等温线。图中纵坐标表示吸附量,横坐标为相对压力P/P0,P0表示气体在吸附温时的饱和蒸汽压,P表示吸附平衡时气相的压力。各种吸附等温线对应着吸附时气体在固体表面上的排列形式,固体的孔、表面积、孔径分布以及孔容积等有关信息。 图1 六类气体吸附等温线 I型等温线的特点是,在低相对压力区域,气体吸附量有一个快速增长。这是由于发生了微孔填充过程。随后的水平或近水平平台表明,微孔已经充满,没

有或几乎没有进一步的吸附发生。达到饱和压力时,可能出现吸附质凝聚。外表面相对较小的微孔固体,如活性炭、分子筛沸石和某些多孔氧化物,表现出这种等温线。II型等温线一般由非孔或宏孔固体产生。B点通常被作为单层吸附容量结束的标志。III型等温线以向相对压力轴凸出为特征。这种等温线在非孔或宏孔固体上发生弱的气-固相互作用时出现,而且不常见。IV型等温线由介孔固体产生。一个典型特征是等温线的吸附分支与等温线的脱附分支不一致,可以观察到迟滞回线。在P/P0值更高的区域可观察到一个平台,有时以等温线的最终转而向上结束。V型等温线的特征是向相对压力轴凸起。与III型等温线不同,在更高相对压力下存在一个拐点。V型等温线来源于微孔和介孔固体上的弱气-固相互作用,微孔材料的水蒸汽吸附常见此类线型。VI型等温线以其吸附过程的台阶状特性而著称。这些台阶来源于均匀非孔表面的依次多层吸附。液氮温度下的氮气吸附不能获得这种等温线的完整形式,而液氩下的氩吸附则可以实现。 在这些等温线类型中,已发现存在多种迟滞回线。虽然影响吸附迟滞的不同原因尚未完全清晰,但其存在4种特征,并已由国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)划分出了4种特征类型。迟滞回线的标准类型如图2所示。 图2 迟滞回线的标准类型 H1型迟滞回线可在孔径分布相对较窄的介孔材料,和尺寸较均匀的球形颗粒聚集体中观察到。H2型迟滞回线由有些固体,如某些二氧化硅凝胶给出。其中孔径分布和孔形状可能不好确定,比如,孔径分布比H1型回线更宽。H3型迟

物理化学第十章界面现象

第十章界面现象 10.1 界面张力 界面:两相的接触面。 五种界面:气—液、气—固、液—液、液—固、固—固界面。(一般常把与气体接触的界面称为表面,气—液界面=液体表面,气—固界面=固体表面。) 界面不是接触两相间的几何平面!界面有一定的厚度, 有时又称界面为界面相(层)。 特征:几个分子厚,结构与性质与两侧体相均不同 比表面积:αs=A s/m(单位:㎡·㎏-1) 对于一定量的物质而言,分散度越高,其表面积就越大,表面效应也就越明显,物质的分散度可用比表面积αs来表示。 与一般体系相比,小颗粒的分散体系有很大的表面积,它对系统性质的影响不可忽略。 1. 表面张力,比表面功及比表面吉布斯函数 物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的——所有表面现象的根本原因! 表面的分子总是趋向移往内部,力图缩小表面积。液体表面如同一层绷紧了的富有弹性的橡皮膜。 称为表面张力:作用于单位界面长度上的紧缩力。单位:N/m, 方向:表面(平面、曲面)的切线方向 γ可理解为:增加单位表面时环境所需作的可逆功,称比表面功。单位:

J · m-2。 恒温恒压: 所以: γ等于恒温、恒压下系统可逆增加单位面积时,吉布斯函数的增加,所以,γ也称为比表面吉布斯函数或比表面能。单位J · m-2 表面张力、比表面功、比表面吉布斯函数三者的数值、量纲和符号等同,但物理意义不同,是从不同角度说明同一问题。(1J=1N·m故1J·m-2=1N·m-1,三者单位皆可化成N·m-1) 推论:所有界面——液体表面、固体表面、液-液界面、液-固界面等,由于界面层分子受力不对称,都存在界面张力。 2. 不同体系的热力学公式 对一般多组分体系,未考虑相界面面积时:

物理化学第五版答案

物理化学第五版答案 内容介绍本书是在第四版的基础上,遵照教育部高等学校化学与化工学科教学指导委员会2004年通过的“化学专业和应用化学专业化学教学基本内容”进行了适当的调整和增删。全书重点阐述了物理化学的基本概念和基本理论,同时考虑到不同读者的需要也适当介绍了一些与学科发展趋势有关的前沿内容。各章附有扩展阅读的参考文献和书目,拓宽了教材的深度和广度。为便于读者巩同所学到的知识,提高解题能力,同时也为了便于自学,书中编入了较多的例题,每章末分别有复习题和习题,供读者练习之用。全书采用以国际单位制(SI)单位为基础的“中华人民共和国法定计量单位”和国家标准(GB 3100~3102 93)所规定的符号。全书分上、下两册,共14章。上册内容包括:气体,热力学第一定律,热力学第二定律,多组分系统热力学,相平衡,化学平衡和统计热力学基础。下册内容包括:电解质溶液,可逆电池电动势的测定和应用,电解和极化,化学动力学基础,表面化学和胶体分散系统等。即将与本书配套出版的有:学习与解题指导书,多媒体电子教案,多媒体网络课程等,形成一套新型的立体 《物理化学》为教育部普通高等教育“十一五”国家级规划教材。1999年出版的《物理化学》第四版,内容大致与国际趋势接轨。本版则是一个精要版,是在第四版的基础上修订而成。它并不降低基本要求,而是从实际出发,进一步取其精华,提高质量,篇幅比第四版减少约三分

之一。全书仍分为5篇共18章。平衡篇包括物质的pVT关系和热性质、化学热力学、相平衡和化学平衡。速率篇包括传递现象和化学动力学。结构篇有量子力学基础、化学键和分子间力的理论,以及波谱原理。统计篇有独立子系统和相倚子系统的统计热力学,以及速率理论。... [显示全部]

关于界面物理化学习题

一、选择题 1. 在相同的温度及压力下,把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程,以下性质保持不变的是(d ) (a )总表面能 (b )比表面 (c )液面下的附加压力 (d )表面张力 2. 直径为1×10-2m 的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为0.025N?m -1)(d ) (a )5 Pa (b )10 Pa (c )15 Pa (d )20 Pa 思路:因为肥皂泡有内、外两个表面,内面的附加压力是负值,外面的附加压力是正值,故 4' s p R γ=,答案选d 。 3. 已知水溶解某物质以后,其表面张力γ与溶质的活度a 呈如下关系: ()0ln 1A Ba γγ=-+ 式中γ0为纯水的表面张力,A ,B 为常数,则溶液表面过剩Γ2为(c ) (a )()21Aa RT Ba Γ=-+ (b )() 21ABa RT Ba Γ=-+ (c )()21ABa RT Ba Γ=+ (d )() 21Ba RT Ba Γ=-+ 思路:() 211a d a B ABa A RT da RT Ba RT Ba γ??Γ=-=--= ?++??,答案选c 。 4. 298K 时,苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir 吸附等温式,在苯蒸汽压力为40Pa 时,覆盖率θ=0.05,当θ=0.5时,苯蒸汽的平衡压力为(b ) (a )400 Pa (b )760 Pa (c )1000 Pa (d )200 Pa 思路:Langmuir 公式1ap ap θ=+ 将已知条件的压强和覆盖率代入公式,计算得到a 的值,然后根据新的覆盖度和a ,计算出平衡压力。答案为b 。(要求能够自己推导Langmuir 公式) 5. 在298K 时,已知A 液的表面张力是B 液的一半,其密度是B 液的两倍。如果A ,B 液分别用相同的毛细管产生大小相同的气泡时,A 液的最大气泡压力差等于B 液的(a ) (a )0.5倍 (b )1倍 (c )2倍 (d )4倍 思路:2' s p R γ=,代入该公式计算比值,答案选a 。 6. 将一毛细管插入水中,毛细管中水面上升5cm ,在3cm 处将毛细管折断,这时毛细管上端(c ) (a )水从上端溢出 (b )水面呈凸面 (c )水面呈凹形弯月面 (d )水面呈水平面

物理化学第五版课后习题答案

第七章 电化学 7-1.用铂电极电解CuCl 2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Cu ? (2) 在阳阴极上能析出多少体积的27℃, 100 kPa 下的Cl 2(g )? 解:(1) m Cu = 201560635462.F ???=5.527 g n Cu =201560 2F ??=0.09328 mol (2) 2Cl n =2015602F ??=0.09328 mol 2Cl V =00932830015 100 .R .??=2.328 dm 3 7-2.用Pb (s )电极电解Pb (NO 3) 2溶液,已知溶液浓度为1g 水中含有Pb (NO 3) 21.66×10-2g 。通电一段时间,测得与电解池串联的银库仑计中有0.1658g 的银沉积。阳极区溶液质量为62.50g ,其中含有Pb (NO 3) 21.151g ,计算Pb 2+的迁移数。 解: M [Pb (NO 3) 2]=331.2098 考虑Pb 2+:n 迁=n 前-n 后+n e =262501151166103312098(..)..--??-11513312098..+01658 21078682 ..? =3.0748×10-3-3.4751×10-3+7.6853×10-4 =3.6823×10-4 mol t +(Pb 2+ )=4 4 36823107685310..--??=0.4791 考虑3NO -: n 迁=n 后-n 前 =1151 3312098 ..-262501151166103312098(..)..--??=4.0030×10-3 mol t -(3 NO -)=4 4 40030107658310..--??=0.5209 7-3.用银电极电解AgNO 3溶液。通电一段时间后,阴极上有0.078 g 的Ag 析出,阳极区溶液溶液质量为23.376g ,其中含AgNO 3 0.236 g 。已知通电前溶液浓度为1kg 水中溶有7.39g 的AgNO 3。求Ag +和3NO -的迁移数。 解: 考虑Ag +: n 迁=n 前-n 后+n e =3233760236739101698731(..)..--??-023********..+00781078682 .. =1.007×10- 3-1.3893×10- 3+7.231×10- 4

物理化学第五版课后习题答案

第十章 界面现象 10-1 请回答下列问题: (1) 常见的亚稳定状态有哪些?为什么产生亚稳态?如何防止亚稳态的产生? (2) 在一个封闭的钟罩,有大小不等的两个球形液滴,问长时间放置后,会出现什么现象? (3) 下雨时,液滴落在水面上形成一个大气泡,试说明气泡的形状和理由? (4) 物理吸附与化学吸附最本质的区别是什么? (5) 在一定温度、压力下,为什么物理吸附都是放热过程? 答: (1) 常见的亚稳态有:过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。产生这些状态的原因就是新相难以生成,要想防止这些亚稳状态的产生,只需向体系中预先加入新相的种子。 (2) 一断时间后,大液滴会越来越大,小液滴会越来越小,最终大液滴将小液滴“吃掉”, 根据开尔文公式,对于半径大于零的小液滴而言,半径愈小,相对应的饱和蒸汽压愈大,反之亦然,所以当大液滴蒸发达到饱和时,小液滴仍未达到饱和,继续蒸发,所以液滴会愈来愈小,而蒸汽会在大液滴上凝结,最终出现“大的愈大,小的愈小”的情况。 (3) 气泡为半球形,因为雨滴在降落的过程中,可以看作是恒温恒压过程,为了达到稳定状态而存在,小气泡就会使表面吉布斯函数处于最低,而此时只有通过减小表面积达到,球形的表面积最小,所以最终呈现为球形。 (4) 最本质区别是分子之间的作用力不同。物理吸附是固体表面分子与气体分子间的作用力为德华力,而化学吸附是固体表面分子与气体分子的作用力为化学键。 (5) 由于物理吸附过程是自发进行的,所以ΔG <0,而ΔS <0,由ΔG =ΔH -T ΔS ,得 ΔH <0,即反应为放热反应。 10-2 在293.15K 及101.325kPa 下,把半径为1×10-3m 的汞滴分散成半径为1×10-9m 的汞滴,试求此过程系统表面吉布斯函数变(ΔG )为多少?已知293.15K 时汞的表面力为0.4865 N ·m -1。 解: 3143r π=N ×3243r π N =3132 r r ΔG =2 1 A A dA γ? =γ(A 2-A 1)=4πγ·( N 22 r -21 r )=4πγ·(3 12 r r -21r )

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感谢你的观看 感谢你的观看 一、 选择题 1. 在相同的温度及压力下,把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程,以下性质保持不变的是(d ) (a )总表面能 (b )比表面 (c )液面下的附加压力 (d )表面张力 2. 直径为1×10-2m 的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为0.025N?m -1)(d ) (a )5 Pa (b )10 Pa (c )15 Pa (d )20 Pa 思路:因为肥皂泡有内、外两个表面,内面的附加压力是负值,外面的附加压力是正值,故 4's p R γ =,答案选d 。 3. 已知水溶解某物质以后,其表面张力γ与溶质的活度a 呈如下关系: 式中γ0为纯水的表面张力,A ,B 为常数,则溶液表面过剩Γ2为(c ) (a )()21Aa RT Ba Γ=- + (b )() 21ABa RT Ba Γ=- + (c )()21ABa RT Ba Γ= + (d )()21Ba RT Ba Γ=- + 思路:()211a d a B ABa A RT da RT Ba RT Ba γ??Γ=- =--= ?++??,答案选c 。 4. 298K 时,苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir 吸附等温式,在苯蒸汽压力为40Pa 时,覆盖率θ=0.05,当θ=0.5时,苯蒸汽的平衡压力为(b ) (a )400 Pa (b )760 Pa (c )1000 Pa (d )200 Pa 思路:Langmuir 公式1ap ap θ= + 将已知条件的压强和覆盖率代入公式,计算得到a 的值,然后根据新的覆盖度和a ,计算出平衡压力。答案为b 。(要求能够自己推导Langmuir 公式) 5. 在298K 时,已知A 液的表面张力是B 液的一半,其密度是B 液的两倍。如果A ,B 液分别用相同的毛细管产生大小相同的气泡时,A 液的最大气泡压力差等于B 液的(a ) (a )0.5倍 (b )1倍 (c )2倍 (d )4倍 思路:2's p R γ =,代入该公式计算比值,答案选a 。 6. 将一毛细管插入水中,毛细管中水面上升5cm ,在3cm 处将毛细管折断,这时毛细管上端(c ) (a )水从上端溢出 (b )水面呈凸面 (c )水面呈凹形弯月面 (d )水面呈水平面 思路:液体具有流动性,Yang-Laplace 公式中的半径是可以变化的,不可能出现“井喷”的情况。 7. 用同一滴管分别滴下1cm 3的NaOH 水溶液、水、乙醇水溶液,各自的滴数多少的次序为(c )

初中物理化学合卷完整版

初中物理化学合卷 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

理化合卷 (考试时间120分钟满分150分) 第一部分选择题(40分) 一、选择题(本题包括20小题,物理、化学各10题,每小题2分,计40分。每小 题只有一个选项符合题意。) 1.古诗词是古人留给我们的宝贵精神财富。下列诗词中涉及化学变化的是() A.好雨知时节,当春乃发生 B.欲渡黄河冰塞川,将登太行雪满山。 C.气蒸云梦泽,波撼岳阳城。 D.爆竹声中一岁除,春风送暖入屠苏 2.加油站必须粘贴的标志是( )。 3.CO和CO2相比较,下列说法错误的是( )。 A.它们都是氧化物,又都是纯净物 B.组成元素种类相同,但碳元素的化合价不同 C.常温下都是气体,前者有毒,后者一般不支持燃烧 D.它们都能溶于水,生成酸 4.在M + H2SO4(稀) → Fe2(SO4)3 + N ( M、N分别代表不同的物质) 反应中,M 可能是下列物质中的 ( )。①Fe ②Fe2O3 ③Fe(OH)3 ④FeC12 A.①② B.②③ C.①②③ D.全部 5.某温度下,有一杯饱和的硝酸钾溶液,欲使其溶质的质量分数发生改变,下列操 作可行的是( )。 A. 加入一定质量的硝酸钾晶体 B.加入少量的水 C. 升高温度 D.恒温蒸发溶剂 6.多数花卉适合在微酸性土壤中生长。某盆花长势不佳,经测定盆中土壤的pH为,用较稀的硫酸亚铁溶液浇灌后,长势良好。这说明该硫酸亚铁溶液的pH( ) A.大于7 B.小于7 C.等于7 D.无法判断 7、2006年5月15日国家食品、药品管理局通报了查处齐齐哈尔第二制药有限公司假药案的情况。“齐二药”违反规定,购入工业用“二甘醇”(化学式为C4H10O3)代 替医用丙二醇(化学式为C3H8O2)为辅料,用于“亮菌甲素”注射液的生产,导致病人肾功能急性衰竭,造成多人死亡。下列有关说法正确的是() A、丙二醇和二甘醇物理性质、化学性质完全相同 B、丙二醇中碳、氢、氧元素的质量比为3:8:2 C、二甘醇的相对分子质量为106 D、丙二醇中氧元素质量分数大于二甘醇 8.有Fe2O3、Fe、Ba(OH)2溶液、K2CO3溶液、稀H2SO4等五种物质,在常温下两 种物质间能发生的化学反应最多有:()

界面物理化学复习知识点

界面物理化学复习知识点 绪论 1、界面定义 界面:物体与物体之间的接触面,也称两种物质之间的接触面、连接层和分界层。 复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。界面通常包含以下几个部分:基体和增强物的部分原始接触面;基体与增强物相互作用生成的反应产物,此产物与基体及增强物的接触面; 2、复合材料定义:用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分(或称组元),通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。 外加颗粒增强和内生颗粒增强复合材料的比较 3、界面连接情况 根据界面的连接紧密程度,界面连接有两种情况:物质之间无相互渗透和物质之间有相互渗透 4、界面所起的作用 界面的效应 (1)传递效应界面能传递力,即将外力传递给增强物,起到基体和增强物之间的桥梁作用。 (2)阻断效应结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。

(3)不连续效应在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象,如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。(4)散射和吸收效应光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收,如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击性等。 (5)诱导效应一种物质(通常是增强物)的表面结构使另一种(通常是聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变,由此产生一些现象,如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等 界面效应是任何一种单一材料所没有的特性,它对复合材料具有重要的作用。界面效应既与界面结合状态、形态和物理-化学性质有关,也与复合材料各组分的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。 5、物质固液气态,表现出的界面种类,举例说明 气—液界面:蒸发、蒸馏、表面张力、泡沫。蒸发——部分液相分子在一定温度下转换为气相分子;蒸馏——液体分子蒸发后,部分气相分子凝结为液相分子。 液—液界面:乳液、界面张力。乳液——两不互溶液体相互接触时,一相的微滴分散在另一项的液体内,微滴对光线发生漫射反射;界面张力——互不相溶的两相液体接触界面上所特有的一种力。 气/固界面:气体吸附、气蚀、升华、灰尘、催化反应、固体的分解。气体吸附——吸附剂吸收气体的一种作用;气蚀——如汽轮机的叶片,长期受喷射气体的冲刷所发生的腐蚀;升华——固体直接气化的现象;灰尘——固体的微粒悬浮于空气中。

界面物理化学-习题

界面物理化学-习题

一、 选择题 1. 在相同的温度及压力下,把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程,以下性质保持不变的是(d ) (a )总表面能 (b )比表面 (c )液面下的附加压力 (d )表面张力 2. 直径为1×10-2m 的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为0.025N?m -1)(d ) (a )5 Pa (b )10 Pa (c )15 Pa (d )20 Pa 思路:因为肥皂泡有内、外两个表面,内面的附加压力是负值,外面的附加压力是正值,故 4's p R γ =,答案选d 。 3. 已知水溶解某物质以后,其表面张力γ与溶质的活度a 呈如下关系: ()0 ln 1A Ba γγ=-+ 式中γ0为纯水的表面张力,A ,B 为常数,则溶液表面过剩Γ2为(c ) (a )()21Aa RT Ba Γ=-+ (b )()21ABa RT Ba Γ=-+

4倍 思路:2's p R γ=,代入该公式计算比值,答案选a 。 6. 将一毛细管插入水中,毛细管中水面上升5cm ,在3cm 处将毛细管折断,这时毛细管上端(c ) (a )水从上端溢出 (b )水面呈凸面 (c )水面呈凹形弯月面 (d )水面呈水平面 思路:液体具有流动性,Yang-Laplace 公式中的半径是可以变化的,不可能出现“井喷”的情况。 7. 用同一滴管分别滴下1cm 3的NaOH 水溶液、水、乙醇水溶液,各自的滴数多少的次序为(c ) (a )三者一样多 (b )水>乙醇水溶液>NaOH 水溶液 (c )乙醇水溶液>水>NaOH 水溶液 (d )NaOH 水溶液>水>乙醇水溶液 思路:乙醇对水而言是表面活性剂,NaOH 对水而言是非表面活性剂。 8. 当水中加入表面活性剂后,将发生(a )

物理化学界面现象知识点

界面现象 1. 表面张力、表面功及表面吉布斯函数 表面张力γ:引起液体或固体表面收缩的单位长度上的力,单位为N·m -1。 表面功:'δ/d r s W A ,使系统增加单位表面所需的可逆功,单位为J·m -2。 表面吉布斯函数:B ,,()(/)s T p n G A α??,恒温恒压下系统增加单位表面时所增加的吉布斯 函数,单位为J·m -2。 表面吉布斯函数的广义定义: B()B()B()B(),,,,,,,,( )()()()S V n S p n T V n T p n s s s s U H A G A A A A ααααγ????====???? ',r s T p s W dA dG dA γδ== 表面张力是从力的角度描述系统表面的某强度性质,而表面功及表面吉布斯函数则是从能量角度和热力学角度描述系统表面的某一性质。三者虽为不同的物理量,但它们的数值及量纲等同的,均可化为N·m -1。 在一定温度、压力下,若系统有多个界面,其总界面吉布斯函数: s i i s i G A γ=∑ 2. 弯曲液面的附加压力、拉普拉斯方程 附加压力:Δp =p 内-p 外 拉普拉斯方程:2p r γ?= 规定弯曲液面凹面一侧压力位p 内,凸面一侧压力位p 外;γ为表面张力;r 为弯曲液面的曲率半径,△p 一律取正值;附加压力方向总指向凹面曲率半径中心。 3. 毛细现象 毛细管内液体上升或下降的高度 2cos h r g γθρ= 式中:γ为表面张力;ρ为液体密度;g 为重力加速度;θ为接触角;r 为毛细管半径。当液体不能润湿管壁,θ>90°即0cos θ<时,h 为负值,表示管内凸液体下降的深度。 4. 微小液滴的饱和蒸汽压——开尔文公式

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第九章界面现象 界面现象 1.表面张力、表面功及表面吉布斯函数 表面张力γ:引起液体或固体表面收缩的单位长度上的力,单位为N·m 1。 表面功:' 2。 W A ,使系统增加单位表面所需的可逆功,单位为J·m δ r / d s 表面吉布斯函数:( G / A s ) T , p,n B ( ) ,恒温恒压下系统增加单位表面时所增加的吉布斯 函数,单位为 J·m 2。 表面吉布斯函数的广义定义: ( U )S ,V , n B( H ) S, p,n B( ) ( A G A s ) ( ) T,V ,n B( ) ( )T ,p ,n B( ) A s A s A s ' dA s dG T , p dA s W r 表面张力是从力的角度描述系统表面的某强度性质,而表面功及表面吉布斯函数则是 从能量角度和热力学角度描述系统表面的某一性质。三者虽为不同的物理量,但它们的数 值及量纲等同的,均可化为N·m 1。 在一定温度、压力下,若系统有多个界面,其总界面吉布斯函数: G s i A s i i 2.弯曲液面的附加压力、拉普拉斯方程 附加压力:p=p 内 p 外 2 拉普拉斯方程:p r 规定弯曲液面凹面一侧压力位 p 内,凸面一侧压力位 p 外;γ为表面张力; r 为弯曲液面的曲率半径,△ p 一律取正值;附加压力方向总指向凹面曲率半径中心。 3.毛细现象 毛细管内液体上升或下降的高度 2 cos h g r 式中:γ为表面张力;ρ为液体密度; g 为重力加速度;θ为接触角;r为毛细管半径。当液体不能润湿管壁,θ>90°即cos0 时,h为负值,表示管内凸液体下降的深度。 4.微小液滴的饱和蒸汽压——开尔文公式

界面物理化学(完整版)

硕士研究生课程论文(或读书报告) 课程名称:界面物理化学 题目:讨论空气中微小分散粒子对环境的影响题目类型(课程论文或读书报告):读书报告 学院:化学工程学院 专业名称: 姓名: 学号: 任课教师: 授课时间:2013年11月13日~2014年01月08日提交时间: 2014年01月13日

背景:在工业化时代,人类对能量资源的开发利用极度丰富了人类自身生活,促进了人类发展。然而对资源的过度开发以及对环境的忽视,人类居住的空间愈发混沌。40年代美国洛杉矶光化学烟雾事件;1952年伦敦毒雾事件;1989年希腊雅典二氧化碳超标接近60%全国进入紧急状态事件;2013年年初,我国中东部地区雾霾久久不能散去,一条巨大的深褐色的污染带横扫华夏,北京地区PM2.5检测值接近1000等等。环境污染事件层出不穷,触目惊心。对空气监测刻不容缓,研究和掌握空气中微小分散粒子的性质意义重大。 空气中微小分散粒子对环境的影响 分散质即分散介质是由物质分散成微小的离子而分布在另一种物质中所组成的物系。通常根据分散介质为气液固得到气溶胶液溶胶和固溶胶。由各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成一个庞大的分散体系,称为气溶胶体系。气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物。从城市空气质量评价标准的角度考虑,有总悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物三大指标。其中,总悬浮颗粒物按粒径分为动力学直径小于10μm不能被人的上呼吸道所阻挡的可吸入性颗粒PM10;动力学直径小于2.5μm的可吸入性气溶胶PM2.5,这种气溶胶微粒被吸入人体后,会渗透到肺部组织的深处,可引起支气管炎和肺癌等病变。从颗粒状态分成8类,如图1。 图1 大气颗粒物分类及其粒径

物理化学第五版课后习题答案

第十二章胶体化学 12-1 如何定义胶体系统?总结胶体系统的主要特征。 答:(1) 胶体定义: 胶体系统的主要研究对象是粒子直径d至少在某个方向上在1-100nm之间的分散系统。 (2) 胶体系统的主要特征: 溶胶系统中的胶粒有布朗运动,胶粒多数带电,具有高度分散性,溶胶具有明显的丁达尔效应。胶体粒子不能透过半透膜。 [注] 溶胶系统中的胶粒的布朗运动不是粒子的热运动,且只有溶胶才具有明显的丁达尔效应。 12-2 丁铎尔效应的实质及产生的条件是什么? 答:丁铎尔现象的实质是光的散射作用。丁铎尔效应产生的条件是分散相粒子的直径小于入射光波长、分散相与分散介质的直射率相差较大。 12-3 简述斯特恩双电层模型的要点,指出热力学电势、斯特恩(Stern)电势和ζ电势的区别。 答:斯特恩认为离子是有一定大小的,而且离子与质点表面除了静电作用外还有范德华力。 (1) 在靠近质点表面1~2个分子厚的区域内,反离子受到强烈地吸引而牢固地结合在质点表面,形成一个紧密地吸附层-斯特恩层, (2) 在斯特恩层,非离子的电性中心将形成一假想面-斯特恩面。在斯特恩面内电势呈直线下降的变化趋势,即由质点表面的?0直线下降至处的?s,?s称为斯特恩电势; (3) 其余的反离子扩散地分布在溶液中,构成双电层的扩散层部分。在扩散层中,电势由?s降至零。因此斯特恩双电层由斯特恩层和扩散层构成; (4) 当固、液两相发生相对运动时,紧密层中吸附在质点表面的反离子、溶剂分子与质点作为一个整体一起运动,滑动面与溶液本体之间的电势差,称为ζ电势。 热力学电势?0是质点表面与液体内部的总的电位差,即固液两相之间双电层的总电势。它与电极∕溶液界面的双电层总电势相似,为系统的热力学性质,在定温定压下,至于质点吸附的(或电离产生的)离子在溶液中活度有关,而与其它离子的存在与否无关。 斯特恩电势?s是斯特恩面与容液本体的电势差,其值与集中在斯特恩层里的正负离子的电荷总数有关,即与双电层的结构状态有关。外加电解质的种类和浓度对其亦有较大的影响。 ζ电势是当胶粒与分散介质之间发生相对滑动时,胶粒滑动面与溶液本体之间的电势差、ζ电势有如下性质: ①ζ电势则只有当固液两相发生相对运动时才能呈现出来,且可以通过电泳或电渗实验测定; ②ζ电势绝对值的大小与反号离子在双电层中的分布状况有关,扩散曾层中反号离子越少,│ζ│值就越小;反之就越大; ③ζ电势极易受外加电解质的影响。随着外加电解质浓度增加,│ζ│值显著下降直

界面物理化学 习题

一、 选择题 1、 在相同的温度及压力下,把一定体积的水分散成许多小水滴经这一变化过程,以下性质保持不变的就是(d ) (a)总表面能 (b)比表面 (c)液面下的附加压力 (d)表面张力 2、 直径为1×10-2m 的球形肥皂泡所受的附加压力为(已知表面张力为0、025N?m -1)(d ) (a)5 Pa (b)10 Pa (c)15 Pa (d)20 Pa 思路:因为肥皂泡有内、外两个表面,内面的附加压力就是负值,外面的附加压力就是正值,故 4' s p R γ=,答案选d 。 3、 已知水溶解某物质以后,其表面张力γ与溶质的活度a 呈如下关系: ()0ln 1A Ba γγ=-+ 式中γ0为纯水的表面张力,A,B 为常数,则溶液表面过剩Γ2为(c ) (a)()21Aa RT Ba Γ=-+ (b)() 21ABa RT Ba Γ=-+ (c)()21ABa RT Ba Γ=+ (d)() 21Ba RT Ba Γ=-+ 思路:() 211a d a B ABa A RT da RT Ba RT Ba γ??Γ=-=--= ?++??,答案选c 。 4、 298K 时,苯蒸汽在石墨上的吸附符合Langmuir 吸附等温式,在苯蒸汽压力为40Pa 时,覆盖率θ=0、05,当θ=0、5时,苯蒸汽的平衡压力为(b ) (a)400 Pa (b)760 Pa (c)1000 Pa (d)200 Pa 思路:Langmuir 公式1ap ap θ=+ 将已知条件的压强与覆盖率代入公式,计算得到a 的值,然后根据新的覆盖度与a,计算出平衡压力。答案为b 。(要求能够自己推导Langmuir 公式) 5、 在298K 时,已知A 液的表面张力就是B 液的一半,其密度就是B 液的两倍。如果A,B 液分别用相同的毛细管产生大小相同的气泡时,A 液的最大气泡压力差等于B 液的(a ) (a)0、5倍 (b)1倍 (c)2倍 (d)4倍 思路:2' s p R γ=,代入该公式计算比值,答案选a 。 6、 将一毛细管插入水中,毛细管中水面上升5cm,在3cm 处将毛细管折断,这时毛细管上端(c ) (a)水从上端溢出 (b)水面呈凸面 (c)水面呈凹形弯月面 (d)水面呈水平面 思路:液体具有流动性,Yang-Laplace 公式中的半径就是可以变化的,不可能出现“井喷”的情况。 7、 用同一滴管分别滴下1cm 3的NaOH 水溶液、水、乙醇水溶液,各自的滴数多少的次序为(c ) (a)三者一样多 (b)水>乙醇水溶液>NaOH 水溶液 (c)乙醇水溶液>水>NaOH 水溶液

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