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物化计算题

例1-1在310K,燃烧葡萄糖(C6H12O6(s))和硬脂酸(C18H36O2(s))的ΔU值分别为-2880KJmol-1及-11360KJmol-1,求每个过程的ΔH.解:ΔH=ΔU+ΔnRTC6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)Δn=6-6=0 ΔH=ΔU=-2880KJmol-1C18H36O2(s)+26O2(g)=18CO2(g)+18H2O(l)Δn=18-26=-8 ΔH=-11380.6KJmol-1例 1-2常压下530℃的1000Kg甲烷气体恒容降温至200℃,试求Qv、ΔH 、ΔU。

(已知Cp,m=14.15+75.496×10-3T-17.99×10-6T2 JmoL-1K-1 M=0.016Kgmol-1)解: Cv,m= Cp,m –R =5.84+75.496×10-3T-17.99×10-6T2n=1000Kg/M=100/0.016=6.25×104molQv=ΔU=∫T1T2 nCv,mdT=6.25×104∫T1T2(5.84+75.496×10-3T-17.99×10-6T2)dTT1=811.15K T2=473.15K∴Qv=ΔU=-8.395×108J同理:ΔH=∫T1T2 nCp,mdT=-9.840×108J3. 5 mol 理想气体于27℃ 101.325KPa状态下受某恒定外压恒温压缩至平衡,再由该状态恒容升温至97℃,则压力升高到1013.25KPa。

求整个过程的W、Q、ΔU及ΔH 。

已知该气体的Cv,m恒定为20.92J mol K-1。

4. 热化学测量的一个用处是测定键焓,以甲烷中的C-H键为例,它是反应CH4(g)-→C(g)+4H(g)焓变的1/4.已知下列数据测定键焓:C(s)+2H2(g) -→CH4(g) ΔH1θ=-74.8KJ.moL-1H2(g) -→2H(g) ΔH2θ=+434.7KJ.moL-1C(s) -→C(g) ΔH3θ=+719.0KJ.moL-1假定在甲烷和乙烯中C-H键的键焓是相同的.乙烯的ΔfHθ是+54.3KJ.moL-1,计算在乙烯中C=C键的键焓.CH4(g)→C(s)+2H2(g)ΔrH=74.8KJmoL-1C(s)→C(g)ΔrH=719.0KJmoL-1H2(g)→2H(g)ΔrH=434.7KJmoL-1∴ CH4(g)→C(g)+4H(g)ΔrH=74.8+719.0+2×434.7=1663.2KJmoL-1ΔHC-H=1663.2/4=415.8KJmoL-1C2H4(g)→2C(g)+4H(g)C2H4(g)→2C(s)+2H2(g)ΔrH=-54.3KJmoL-12C(s)→2C(g)ΔrH=2×719.0KJmoL-12H2(g)→4H(g)ΔrH=2×434.7KJmoL-1ΔrH=-54.3+2×719+2×437.2=2258.1KJmoL-1又ΔrH=2258.1=1663.2+ΔrHC=C∴ΔrHC=C=594.9KJmoL-1 (手册εC=C:615KJmoL-1)5. 1mol理想气体由100kPa、10dm3恒压压缩到1dm3,再恒容升压到1000kPa。

试计算整个过程的W、Q、∆U、∆H..第二章例:1mol单原子理想气体从273K、22.4dm3的始态变到202.65KPa 、303K的末态,已知系统始态的规定熵为83.68 J. K-1,求此过程ΔU、ΔH、ΔS及ΔG.解答:在题中给出的过程中设置一个中间状态,即状态I(T1、V1、P1)等温状态II(T2、V2、P2)等压状态III (T3、V3、P3)T1=273K T2= T1 =273K T3=303KV1=22.4 L P2= P3 =202.65KPa P3 =202.65KPaΔU=QV=∫T2T3 nCV, m dT=nCV, m(T3-T2)=3/2 R(303-273)=374.13 J mol-1ΔH=QP=∫T2T3 CPdT/T=nCP,m(T3-T2)=5/2 R(303-273)=623.55 J mol-1ΔS=ΔS1+ΔS2=nRln(V2/V1)+nCP,mln(T3/T2)=8.314 ln(11.2/22.4)+5/2 × 8.314 × ln(303/273)=-3.60 J K-1ΔG=ΔH -(T3S3-T1S1)=623.55-(303×80.08-273×83.68)=-796.05 J K-16. 4 mol理想气体从300K,下等压加热到600K,求此过程的ΔU,ΔH,ΔS,ΔF,ΔG。

已知此理想气体的Smθ(300K) =150.0J K-1 mol-1 ,Cp,m= 30.00 J K-1 mol-1 。

解:ΔU=nCV,mΔT=26.0kJ, ΔH=nCp,mΔT=36.0kJ ,ΔS= nCp,mln(T2/T1)= 83.2 J K-1Smθ(600K) = Smθ(300K) + ΔS =233.2J K-1 mol-1ΔF=ΔU-Δ(TS)= -203.9kJ , ΔG=ΔH-Δ(TS)= -193.9kJ7. 1mol理想气体由27℃,1MPa的初态经等温反抗恒外压为0.1MPa,膨胀到平衡为止,求该过程的ΔU、ΔH、Q、W、ΔG、ΔF、ΔS(体)、ΔS(环)、ΔS(孤),并判断方向且指出所用判据。

ΔU =ΔH= 0Q=W=PeΔV=0.1MPa×(V2-V1)=2244.8JΔG=nRTln0.1=1×8.314×300×(-2.303)=-5744.1JΔS体系=nRTln(P1/P2)=1×8.314×ln10= 19.14 J·K-1ΔF=-W=-2244.8JΔS环境=-Q实/T环=-2244.8/300=-7.48 J·K-1ΔS孤=ΔS体系+ΔS环境=19.14-7.48=11.67 J·K-1ΔS孤>0 反应能自发进行.范氏方程应用举例例1.某反应在1100K附近,温度每升高1度,Kp比原来增大1%,求在此附近反应的ΔHm。

解 dKp/dT=Kp×1% dlnKp/dT=0.01dlnKp/dT=ΔHm/RT2 ΔHm=0.01RT 2 =100.6KJ例2. 已知下列反应:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)ΔrHmθ=-37.9KJmoL-1, 700K时的Kp1=9.018,求800K的Kp2。

解 lgKp2θ= lgKp1θ+[ΔrHmθ/2.303R ][(T2-T1 )/T1T2 ] =0.6016Kp2θ=3.996一、相 phase(φ)1. 定义:体系中理化性质完全均匀的部分.不同的相之间在指定条件下有明显的界面.2. 说明:* 同一相可以是非连续的。

* 气体:一个相。

* 液体:互溶:一相不互溶:φ=液层数* 固体:固溶体:φ=1 非固溶体:φ=固体种数多晶形:φ=晶形种数(理化性质不同例:下列聚集状态,分别存在着几个相?水中有两块冰空气水:苯酚=50:50水:苯酚=99:1 Ag-Au的固态溶液石墨与金刚石牛奶二、物种数(S)和组分数(K)1.物种数(S): 平衡体系中所含的化学物质数。

例:水+冰 S=1 石墨+金刚石 S=22.组分数(K):平衡体系中所有各相组成所需最少的物种数。

组分数(K) = 物种数(S) - 独立的化学平衡数(R)- 独立的浓度限制条件数(R')例1 H2(g)+I2(g)=2HI (g) 达到平衡S=3 R=1 K=2∵三物种之间有一个浓度关系∴只需用两个物种就可以表示出整个体系的组成。

表示体种各相组成所需的最小物种数为2。

各物种之间有一个独立的化学平衡关系。

例2:CO2、CO、C、H2O、H2之间同时存在三个反应,达到平衡:(1)H2O(g)+C(s)=CO(g)+H2(g)(2)CO2(g)+H2(g)=H2O(g)+CO(g)(3)CO2(g)+C(s)=2CO(g)R=2≠3 K=5-2=3∴(1)+(2)=(3)真正独立的化学平衡数=2例3:NH3分解平衡2HN3(g)== N2(g) + 3H2(g)R=1 S=3另外因为是分解平衡 PN2=1/3PH2∴存在一个独立浓度限制条件数, R’=1∴ K=S-R-R’=1例4:分解平衡 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)S=3 R=1 R’=0≠1 ∴K=2无论CO2分压多少, CaO(s)的浓度=1∴CaO和 CO2之间无浓度限制关系,R’=0∴独立的浓度限制条件必须在一个相中。

例5:Na+、C1-、 Ag+、NO3- 、AgCl(s)、H2O,中性体系S=6R=1 AgCl(s)= Cl-+Ag-R’=1 [Ag+]+[Na+]=[Cl-]+[NO3-]∴ K=6-1-1=4第六章例1:有一药物溶液每毫升含500单位,40天后降为每毫升300单位,设其分解为一级反应,求分解至原有浓度的一半需多少天?解:k=(2.303/t) lg Co/C=(2.303/40) lg (500/300) =0.0128day-1t=0.693/k=0.693/0.0128=54.3 day例2、血药浓度通常与药理作用密切相关,血药浓度过低不能达到治疗效果,血药浓度过高又可能发生中毒现象。

已知卡那霉素最大安全治疗浓度为35μg·ml-1,最小有效浓度为10μg·ml-1。

当以每千克体重7.5mg的剂量静脉射入人体后1.5h和3h测得其血药浓度分别为17.68μg·ml-1和12.50μg·ml-1, 药物在体内的消除可按一级反应处理。

求:(1)速率常数;(2)经过多长时间注射第二针;(3)允许的最大初次静脉注射剂量。

例:用波长为253.7nm的光来光解气体HI2HI→H2+I2 ,实验表明吸收307J的光能可分解HI 1.30×10-3 mol ,试求量子效率。

解:被吸收光子的物质的量307/(0.1196/λ)=307×253.7×10-9/0.1196=6.51×10-4mol∴Φ=1.30×10-3/6.51×10-4=1.99HI光解的量子效率近似于2,这是因为:HI + hν→ H . +I . H . + HI →H2+I .2I . + M → I2 + M 总反应 2HI→ H2 + I2一个HI分子吸收光能后,共有两个HI分子起反应,故Φ=2。

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