物理化学主要公式及使用条件.doc

1、1物理化学主要公式及使用条件第一章 气体的 pVT 关系1. 理想气体状态方程式 nRTMmpV)/(或 式中 p， V， T及 n单位分别为 Pa，m 3，K 及 mol。 m/Vn称为气体的摩尔体积，其单位为 m3 mol-1。 R=8.314510 J mol-1 K-1，称为摩尔气体常数。此式适用于理想气体，近似地适用于低压的真实气体。2. 气体混合物（1） 组成摩尔分数 yB (或 xB) = A/n 体积分数 /m,Vym,式中 An 为混合气体总的物质的量。 A,表示在一定 T， p下纯气体 A的摩尔体积。m,Vy为在一定 T， p下混合之前各纯组分体积的总和。（2） 摩尔质量

2、BBmix /nMnyM式中 B 为混合气体的总质量， 为混合气体总的物质的量。上述各式适用于任意的气体混合物。（3） Vpny/BB式中 pB为气体 B，在混合的 T， V条件下，单独存在时所产生的压力，称为 B的分压力。 BV为 B气体在混合气体的 T， p下，单独存在时所占的体积。3. 道尔顿定律2pB = yBp， B上式适用于任意气体。对于理想气体 VRTn/B4. 分体积定律 TnV/B此式只适用于理想气体。5. 范德华方程 RTbVap)(/(m2nn式中 a的单位为 Pa m6 mol-2，b 的单位为 m3 mol-1， a和 b皆为只与气体的种类有关的常数，称为范德华常数。

3、此式适用于最高压力为几个 MPa的中压范围内实际气体 p， V， T，n 的相互计算。6. 压缩因子的定义 )/()/(mRTpVnpZZ的量纲为一。压缩因子图可用于查找在任意条件下实际气体的压缩因子。但计算结果常产生较大的误差，只适用于近似计算。第二章 热力学第一定律主要公式及使用条件1. 热力学第一定律的数学表示式 WQU或 ambddpVW规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中 pamb为环境的压力， W为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。2. 焓的定义式 pVUH33. 焓变（1） )(pVUH式中 )(pV为 乘积的增量，只有在恒压下 )()(12Vp在

4、数值上等于体积功。（2） 2,m1dpnCT 此式适用于理想气体单纯 pVT变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程，或纯的液体、固体物质压力变化不大的变温过程。4. 热力学能(又称内能)变此式适用于理想气体单纯 pVT变化的一切过程。5. 恒容热和恒压热VQU (d0,)WpH 6. 热容的定义式（1）定压热容和定容热容 /d(/)p pCQTHVVU（2）摩尔定压热容和摩尔定容热容 ,mm/(/)p pnT,VVC上式分别适用于无相变变化、无化学变化、非体积功为零的恒压和恒容过程。（3）质量定压热容（比定压热容）式中 m和 M分别为物质的质量和摩尔质量。（4） ,mpVCR 此式只适用于理

5、想气体。（5）摩尔定压热容与温度的关系 23,mpabTcd ,m/ppcM2,m1dVnCT4式中 a, b, c 及 d对指定气体皆为常数。（6）平均摩尔定压热容 21,m,m21d/()TppCT7. 摩尔蒸发焓与温度的关系 21vapm2vapm1vap,m()()dTHTHCT或 aa,(/pC 式中 vap,mC = ,p(g) ,m(l)，上式适用于恒压蒸发过程。8. 体积功（1）定义式 VpWdamb或 （2） )()(1221TnRVp 适用于理想气体恒压过程。（3） amb 适用于恒外压过程。（4） )/ln()/l(d121221 pVWV 适用于理想气体恒温可逆过程。（

6、5） ,mVUnCT 适用于 ,mVC为常数的理想气体绝热过程。9. 理想气体可逆绝热过程方程 ,m2121(/)(/)VCRT,p)/(/122r上式中， ,m,/pVC称为热容比（以前称为绝热指数） ，适用于 ,mVC为常数，理想气体可逆绝热过程 p， V， T的计算。10. 反应进度 B/n5上式是用于反应开始时的反应进度为零的情况， B,0Bn， ,为反应前 B的物质的量。B为 B的反应计量系数，其量纲为一。 的量纲为 mol。11. 标准摩尔反应焓 rmBfmBcm(,)(,)HH式中 fm(B,)及 c(,)分别为相态为 的物质 B的标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓。上式适用于 =1

7、 mol，在标准状态下的反应。12. mrH与温度的关系 21rm2rmr,m()()dTpTHC式中 r,m,BppC，适用于恒压反应。13. 节流膨胀系数的定义式 JT(/)HpTJ又称为焦耳-汤姆逊系数。第三章 热力学第二定律主要公式及使用条件1. 热机效率 12121/)(/)(/ TQW式中 1Q和 2分别为工质在循环过程中从高温热源 T1吸收的热量和向低温热源 T2放出的热。 W为在循环过程中热机中的工质对环境所作的功。此式适用于在任意两个不同温度的热源之间一切可逆循环过程。2. 卡诺定理的重要结论 21/TQ不不,0任意可逆循环的热温商之和为零，不可逆循环的热温商之和必小于零。3

8、. 熵的定义64. 克劳修斯不等式 dS/QT, 不5. 熵判据ambsyisoSS0, 不式中 iso, sys和 amb分别代表隔离系统、系统和环境。在隔离系统中，不可逆过程即自发过程。可逆，即系统内部及系统与环境之间皆处于平衡态。在隔离系统中，一切自动进行的过程，都是向熵增大的方向进行，这称之为熵增原理。此式只适用于隔离系统。6. 环境的熵变7. 熵变计算的主要公式 222r111ddQUpVHpSTT对于封闭系统，一切 0W的可逆过程的 S计算式，皆可由上式导出（1） ,m2121ln(/)ln(/)VSCTRV,p p,m21,m21l(/)l(/)VC上式只适用于封闭系统、理想气体

9、、 ,V为常数，只有 VT变化的一切过程（2） T2112ln(/)ln(/)SRRp此式使用于 n一定、理想气体、恒温过程或始末态温度相等的过程。（3） ,m21l(/)pCT此式使用于 n一定、 , 为常数、任意物质的恒压过程或始末态压力相等的过程。8. 相变过程的熵变rd/Sambysambamb /STTTHS/7此式使用于物质的量 n一定，在 和 两相平衡时衡 T， p下的可逆相变化。9. 热力学第三定律或 0)K,(m完 美 晶 体S上式中符号 代表纯物质。上述两式只适用于完美晶体。10. 标准摩反应熵 )B(mrS2rm2r1r,m()/)dpTCT上式中 r,mpC= B,p，

10、适用于在标准状态下，反应进度为 1 mol时，任一化学反应在任一温度下，标准摩尔反应熵的计算。11. 亥姆霍兹函数的定义12. rdTAW 此式只适用 n一定的恒温恒容可逆过程。13. 亥姆霍兹函数判据VTA,平 衡自 发,0只有在恒温恒容，且不做非体积功的条件下，才可用 A作为过程的判据。14. 吉布斯函数的定义15 ,rdTPGW此式适用恒温恒压的可逆过程。li不T0TSUATSH816. 吉布斯函数判据 不,0只有在恒温恒压，且不做非体积功的条件下，才可用 G作为过程的判据。17. 热力学基本方程式 ddUTSpVHAG热力学基本方程适用于封闭的热力学平衡系统所进行的一切可逆过程。说的更

11、详细些，它们不仅适用于一定量的单相纯物质，或组成恒定的多组分系统发生单纯 p, V, T变化的过程。也可适用于相平衡或化学平衡的系统，由一平衡状态变为另一平衡态的过程。18. 克拉佩龙方程 md/()pTHV此方程适用于纯物质的 相和 相的两相平衡。19. 克劳修斯-克拉佩龙方程 2vap21m12dln(/)(/)d(/)HRTp此式适用于气-液（或气-固）两相平衡；气体可视为理想气体； (l)mV与 g)相比可忽略不计，在21T的温度范围内摩尔蒸发焓可视为常数。对于气-固平衡，上式 vapmH则应改为固体的摩尔升华焓。20. )(/(/ln(fusfs) 1212V 式中 fus代表固态物

12、质的熔化。 mfus和 fus为常数的固-液两相平衡才可用此式计算外压对熔点的 T的影响。,TpG921. 麦克斯韦关系式 (/)(/)/()()SpVVTpT适用条件同热力学基本方程。第四章 多组分系统热力学主要公式及其适用条件1. 偏摩尔量：定义: Cnp,TXB (1) 其中 X为广延量，如 VUS 全微分式： dBBBddp,nT,nXXpnT (2)总和： B (3)2. 吉布斯-杜亥姆方程在 Tp 一定条件下， 0dBXn， 或 0dBXx。此处， xB 指 B的摩尔分数， XB指 B的偏摩尔量。3. 偏摩尔量间的关系广延热力学量间原有的关系，在它们取了偏摩尔量后，依然存在。例：

13、H = U + PV HB = UB + PVB ； A = U - TS AB = UB - TSB ；G = H TS GB = HB - TSB ； .STG;ST;Vpp np,pnT,T BB104. 化学势 定义 Cnp,TGB5. 单相多组分系统的热力学公式 BddnVpSUTHBp-AddnVSGCCCCBBBB np,TnV,Tnp,SnV,S GAHU 但按定义，只有 Bp,TG才是偏摩尔量，其余 3个均不是偏摩尔量。6. 化学势判据在 dT = 0 , dp = 0 W= 0 的条件下， 平 衡自 发,0 )(dBBn其中， 指有多相共存， )(B指 相内的 B 物质。7

14、. 纯理想气体 B在温度 T压力 p时的化学势00g)ln()*(Rpg 表示理想气体，* 表示纯态， g为气体的标准化学势。真实气体标准态与理想气体标准态均规定为纯理想气体状态，其压力为标准压力 0p= 100 kPa。8. 理想气体混合物中任一组分 B的化学势11)ln(g(p)0B0BpRT)其中， 总ypB为 B的分压。9. 纯真实气体 B在压力为 p时的化学势 *m00(g)ln()(g)dp* RTRTVp其中， ()*mV为纯真实气体的摩尔体积。低压下，真实气体近似为理想气体，故积分项为零。10. 真实气体混合物中任一组分 B的化学势 ppRTVRT0B0B d(g)ln(g)

15、总其中，V B(g)为真实气体混合物中组分 B在该温度及总压 B下的偏摩尔体积。低压下，真实气体混合物近似为理想气体混合物，故积分项为零。11. 拉乌尔定律与亨利定律（对非电解质溶液）拉乌尔定律： A*xp 其中， *Ap为纯溶剂 A之饱和蒸气压， 为稀溶液中溶剂 A的饱和蒸气分压， xA为稀溶液中 A的摩尔分数。亨利定律： BBBckbxkp, 其中， B为稀溶液中挥发性溶质在气相中的平衡分压， BBc,b,x,k及 为用不同单位表示浓度时，不同的亨利常数。12. 理想液态混合物定义：其任一组分在全部组成范围内都符合拉乌尔定律的液态混合物。 Bxp*其中，0x B1 , B 为任一组分。13

16、. 理想液态混合物中任一组分 B的化学势12)ln()lB*BxRT其中， (l)*B为纯液体 B在温度 T压力 p下的化学势。若纯液体 B在温度 T压力 0下标准化学势为 (l)0B，则有：m*0BB(l)l(l)dl0p*,V其中， mB(l)*,V为纯液态 B在温度 T下的摩尔体积。14. 理想液态混合物的混合性质 0mix； iH； BixB()ln()SRx； TGmixi15. 理想稀溶液 溶剂的化学势：m0AA(l)ln()(l)d0p*,RTxV当 p与 0相差不大时，最后一项可忽略。 溶质 B的化学势： )ln(ln(g)l)ln(g)( 0B0B0B00BBbRT)pkTp

17、b,b,溶 质 ）我们定义： pb,b, 0pV)pkRdl(g) B0B0B0B (溶 质 )(溶 质同理，有：13px,x, pc,c00VpkRT p)d(溶 质 )(溶 质 溶 质溶 质 B0B0B0B,0ln(g)lpx, pc, pb, 000pVxRTcpbTd()ln()( )l()ln(B0B00 溶 质溶 质 溶 质溶 质 溶 质溶 质溶 质注：（1）当 p与 0相差不大时，最后一项积分均可忽略。(2）溶质 B的标准态为 0p下 B的浓度分别为 .x,c,b1B00B , 时，B 仍然遵循亨利定律时的假想状态。此时，其化学势分别为 )(0,溶 质b )(,溶 质 )(0,溶

18、 质。16. 分配定律在一定温度与压力下，当溶质 B在两种共存的不互溶的液体 间达到平衡时，若 B在 两相分子形式相同，且形成理想稀溶液，则 B在两相中浓度之比为一常数，即分配系数。B()()bcK,17. 稀溶液的依数性 溶剂蒸气压下降： B*Axp 凝固点降低：（条件：溶质不与溶剂形成固态溶液，仅溶剂以纯固体析出）0Am,fusfBf HM)R(TkbkT2* 沸点升高：（条件：溶质不挥发）0Am,vapbBb)(kk2* 渗透压： VnRT18. 逸度与逸度因子14气体 B的逸度pB，是在温度 T总压力 总p下，满足关系式: )ln(g)0B0BR的物理量，它具有压力单位。其计算式为：d

19、()expBBpTV0总1逸度因子（即逸度系数）为气体 B的逸度与其分压力之比：Bp理想气体逸度因子恒等于 1 。19. 逸度因子的计算与普遍化逸度因子图 pRTVp0d1(g)lnB用 Vm = ZRT / p 代 VB， （ Z为压缩因子）有：rp0r1)(l不同气体，在相同对比温度 Tr对比压力 pr 下，有大致相同的压缩因子 Z，因而有大致相同的逸度因子 。20. 路易斯兰德尔逸度规则混合气体中组分 B的逸度因子等于该组分 B在该混合气体温度及总压下单独存在时的逸度因子。 B*BBB ypypp总总 总适用条件：由几种纯真实气体在恒温恒压下形成混合物时，系统总体积不变。即体积有加和性。

20、21. 活度与活度因子对真实液态混合物中溶剂： B*B*Bln()ln()l fxRTaRT，且有： 1limBfx，其中 aB为组分 B的活度， fB为组分 B的活度因子。15若 B挥发，而在与溶液平衡的气相中 B的分压为 Bp，则有Bxpaf* ，且 *a对温度 T压力 p下，真实溶液中溶质 B的化学势，有： 00BBln()dpbRT)Vp(溶 质 )(溶 质 )溶 质其中， 0ba/为 B的活度因子，且 1lim 0。当 p与 0相差不大时， BBBln)(aRT溶 质溶 质 ，对于挥发性溶质，其在气相中分压为：Bbk，则 ,bbppakk。第五章 化学平衡主要公式及其适用条件1 化学

21、反应亲和势的定义A代表在恒温、恒压和 0W的条件下反应的推动力， A 0反应能自动进行； A0 处于平衡态； A 0反应不能自动进行。2 摩尔反应吉布斯函数与反应进度的关系 Brm, GTpG式中的 , 表示在 T， p及组成一定的条件下，反应系统的吉布斯函数随反应进度的变化率，称为摩尔反应吉布斯函数变。3 化学反应的等温方程式中 rmBG ，称为标准摩尔反应吉布斯函数变； BBpJ ，称为反应的压力商，其单位为 1。此式适用理想气体或低压下真实气体， ，在 T， p及组成一定，反应进度为 1 mol时的rmAGplnRGmrr16吉布斯函数变的计算。4 标准平衡常数的表达式式中 eqBp为参

22、加化学反应任一组分 B的平衡分压力， B为 B的化学计量数。 K 量纲为一。若已知平衡时参加反应的任一种物质的量 nB，摩尔分数 yB，系统的总压力 p，也可采用下式计算 ：BBKp 式中 Bn为系统中气体的物质的量之和， 为参加反应的气态物质化学计量数的代数和。此式只适用于理想气体。5 标准平衡常数的定义式或 rmexp()KGRT 6 化学反应的等压方程范特霍夫方程微分式 2rmdlnTH积分式 21r1()()KTR不定积分式 rlC对于理想气体反应， rmr，积分式或不定积分式只适用于 rmH为常数的理想气体恒压反应。若 rmH是 T的函数，应将其函数关系式代入微分式后再积分，即可得到

23、 lnK与 T的函数关系式。7 真实气体的化学平衡上式中 eqBp， eqB分别为气体 B在化学反应达平衡时的分压力、逸度和逸度系数。 K则为用逸度表示的标准平衡常数，有些书上用 fK表示。上式中 eqeqBp。第六章 相平衡eqplnBBeqeqeq()()()Kpp17主要公式及其适用条件1 吉布斯相律 2PCF式中 F为系统的自由度数（即独立变量数） ； P为系统中的相数；“2”表示平衡系统只受温度、压力两个因素影响。要强调的是， C称为组分数，其定义为 C=S R R ，S 为系统中含有的化学物质数，称物种数；R 为独立的平衡化学反应数； R为除任一相中 1Bx（或 B） 。同一种物质

24、在各平衡相中的浓度受化学势相等限制以及 R个独立化学反应的标准平衡常数 K对浓度限制之外，其他的浓度（或分压）的独立限制条件数。相律是表示平衡系统中相数、组分数及自由度数间的关系。供助这一关系可以解决：（a）计算一个多组分多平衡系统可以同时共存的最多相数，即 F0 时， P值最大，系统的平衡相数达到最多；（b）计算一个多组分平衡系统自由度数最多为几，即是确定系统状态所需要的独立变量数；（c）分析一个多相平衡系统在特定条件下可能出现的状况。应用相律时必须注意的问题：（a）相律是根据热力学平衡条件推导而得的，故只能处理真实的热力学平衡系统；（b）相律表达式中的“2”是代表温度、压力两个影响因素，若

25、除上述两因素外，还有磁场、电场或重力场对平衡系统有影响时，则增加一个影响因素， “2”的数值上相应要加上“1” 。若相平衡时两相压力不等，则 2PCF式不能用，而需根据平衡系统中有多少个压力数值改写“2”这一项；（c）要正确应用相律必须正确判断平衡系统的组分数 C和相数 P。而 C值正确与否又取决与 R与 R的正确判断；（d）自由度数 F只能取 0以上的正值。如果出现 F0，则说明系统处于非平衡态。2 杠杆规则杠杆规则在相平衡中是用来计算系统分成平衡两相（或两部分）时，两相（或两部分）的相对量，如图 61 所示，设在温度为 T下，系统中共存的两相分别为 相与 相。图 61 说明杠杆规则的示意图

26、 Bx B18图中 M， ， 分别表示系统点与两相的相点； BMx， ， B分别代表整个系统， 相和 相的组成（以 B的摩尔分数表示） ； n， 与 则分别为系统点， 相和 相的物质的量。由质量衡算可得或 上式称为杠杆规则，它表示 ， 两相之物质的量的相对大小。如式中的组成由摩尔分数 Bx，BMx， 换成质量分数 B， M， B时，则两相的量相应由物质的量 n与 （或 m与 ） 。由于杠杆规则是根据物料守恒而导出的，所以，无论两相平衡与否，皆可用杠杆规则进行计算。注意：若系统由两相构成，则两相组成一定分别处于系统总组成两侧。第七章 电 化 学主要公式及其适用条件1迁移数及电迁移率电解质溶液导电

27、是依靠电解质溶液中正、负离子的定向运动而导电，即正、负离子分别承担导电的任务。但是，溶液中正、负离子导电的能力是不同的。为此，采用正(负)离子所迁移的电量占通过电解质溶液的总电量的分数来表示正(负)离子之导电能力，并称之为迁移数，用 t+ ( t- ) 表示。即正离子迁移数 uQtv负离子迁移数 t上述两式适用于温度及外电场一定而且只含有一种正离子和一种负离子的电解质溶液。式子表明，正(负)离子迁移电量与在同一电场下正、负离子运动速率 v与 有关。式中的 u+ 与 u- 称为电迁移率，它表示在一定溶液中，当电势梯度为 1Vm-1 时正、负离子的运动速率。若电解质溶液中含有两种以上正(负)离子时

28、，则其中某一种离子 B的迁移数 t B计算式为BB()()aMMnxnx()19BQtz2电导、电导率与摩尔电导率衡量溶液中某一电解质的导电能力大小，可用电导 G，电导率 与摩尔电导率 m来表述。电导G与导体的横截面 As及长度 l之间的关系为lRGs1式中 称为电导率，表示单位截面积，单位长度的导体之电导。对于电解质溶 液，电导率 则表示相距单位长度，面积为单位面积的两个平行板电极间充满 电解质溶液时之电导，其单位为 S m-1。若溶液中含有 B种电解质时，则该溶液的电导率应为 B种电解质的电导率之和，即B(溶 液 )虽然定义电解质溶液电导率时规定了电极间距离、电极的面积和电解质溶液的体积，

29、但因未规定相同体积电解质溶液中电解质的量，于是，因单位体积中电解质的物质的量不同，而导致电导率不同。为了反映在相同的物质的量条件下，电解质的导电能力，引进了摩尔电导率的概念。电解质溶液的摩尔电导率 m定义是该溶液的电导率 与其摩尔浓度 c之比，即cm表示了在相距为单位长度的两平行电极之间放有物质的量为 1 mol电解质之溶液的电导。单位为S m2 mol-1 。使用 m时须注意：(1)物质的量之基本单元。因为某电解质 B的物质的量 nB正比于 B的基本单元的数目。例如，在 25 0C下，于相距为 l m的两平行电极中放人 1mol BaSO4(基本单元)时，溶液浓度为 c ，其 (BaSO4

30、，298.15K)= 2.87010-2 S m2 mol-1 。若基本单元取( 21BaS04)，则上述溶液的浓度变为 c，且 c=2c 。于是， (1BaS04，298.15K)= m(BaS04，298.15K)=1.43510 -2 S m2 mol-1；(2)对弱电解质，是指包括解离与未解离部分在内总物质的量为 1 mol的弱电解质而言的。 是衡量电解质导电能力应用最多的，但它数值的求取却要利用电导率 ，而 的获得又常需依靠电导 G的测定。3. 离子独立运动定律与单种离子导电行为摩尔电导率 m与电解质的浓度 c之间有如下关系: cAm20此式只适用于强电解质的稀溶液。式中 A与 m

31、在温度、溶液一定下均为常数。 m是 c0时的摩尔电导率，故称为无限稀释条件下电解质的摩尔电导率。 m是电解质的重要特性数据，因为无限稀释时离子间无静电作用，离子独立运动彼此互不影响，所以，在同一温度、溶剂下，不同电解质的 m数值不同是因组成电解质的正、负离子的本性不同。因此，进一步得出 ,- m, m式中 与 分别为电解质 AC全部解离时的正、负离子的化学计量数， , m与 , 则分别为溶液无限稀时正、负离子的摩尔电导率。此式适用溶剂、温度一定条件下，任一电解质在无限稀时的摩尔电导率的计算。而 , m和 , 可通过实验测出一种电解质在无限稀时的 与迁移数 Bt ，再由下式算出： m,m,;tt

32、利用一弱电解质的 值及一同温同溶剂中某一浓度(稀溶液)的该弱电解质之 m，则从下式可计算该弱电解质在该浓度下的解离度: m4电解质离子的平均活度和平均活度系数强电解质 AC解离为 z离子和 zA离子，它们的活度分别为 a， a+ ， a - ，三者间关系如下： a因实验只能测得正、负离子的平均活度 a，而 与 a， a+， a - 的关系为 ;另外 0ba 式中： b称为平均质量摩尔浓度，其与正、负离子的质量摩尔浓度 b+， b- 的关系为 。 式中 称离子平均活度系数，与正、负离子的活度系数 ， 的关系为 。5. 离子强度与德拜休克尔极限公式离子强度的定义式为 2B1IbZ。式中 bB与 Z

33、B分别代表溶液中某离子 B的质量摩尔浓度与该离子的电荷数。单位为 molkg -1。 I 值的大小反映了电解质溶液中离子的电荷所形成静电21场强度之强弱。 I的定义式用于强电解质溶液。若溶液中有强、弱电解质时，则计算 I值时，需将弱电解质解离部分离子计算在内。德拜休克尔公式： Iz A lg上式是德拜休克尔从理论上导出的计算 的式子，它只适用于强电解质极稀浓度的溶液。A为常数，在 25 0C的水溶液中 A= - 0.509(kgmol -1)1/2 。6. 可逆电池对环境作电功过程的 mrmrH,S,G， oK及 Qr的计算在恒 T， p，可逆条件下，若系统经历一过程是与环境间有非体积功交换时

34、，则 G = Wr当系统(原电池)进行 1 mol反应进度的电池反应时，与环境交换的电功 W= - zFE，于是 rGm= -zFE 式中 z为 1mol反应进度的电池反应所得失的电子之物质的量，单位为 mol电子mol 反应， F为 1mol电子所带的电量，单位为 C mol-1电子。如能得到恒压下原电池电动势随温度的变化率 pET(亦称为电动势的温度系数)，则恒压下反应进度为 1mol的电池反应之熵差 rSm可由下式求得 :r S m = rppGEzFT再据恒温下， rGm = rHm T r Sm，得 r Hm = -zFE + zFT pET。此式与 rGm一样，适用于恒 T， p

35、下反应进度为 1mol 的电池反应。若电池反应是在温度为 T 的标准状态下进行时，则于是 OlnKzFE/R此式用于一定温度下求所指定的原电池反应的标准平衡常数 OK。式中 E称为标准电动势。7. 原电池电动势 E的求法计算原电池电动势的基本方程为能斯特方程。如电池反应aA(aA)+cC(aC) = dD(aD)+f F(aF)则能斯特方程为 dfOFacAClnRTEz上式可以写成 Bl oomrzFG22上式表明，若已知在一定温度下参加电池反应的各物质活度与电池反应的得失电子的物质的量，则E就可求。反之，当知某一原电池的电动势，亦能求出参加电池反应某物质的活度或离子平均活度系数 。应用能斯

36、特方程首要的是要正确写出电池反应式。在温度为 T，标准状态下且氢离子活度 aH+为 1时的氢电极定作原电池阳极并规定该氢电极标准电极电势为零，并将某电极作为阴极(还原电极)，与标准氢组成一原电池，此电池电动势称为还原电极的电极电势，根据能斯特方程可以写出该电极电势与电极上还原反应的还原态物质活度 a(还原态)及氧化态物质活度 a(氧化态)的关系 OlnRTaEzF(还 原 态 )电 极 (电 极 )氧 化 态利用上式亦能计算任一原电池电动势。其计算方法如下：对任意两电极所构成的原电池，首先利用上式计算出构成该原电池的两电极的还原电极电势，再按下式就能算出其电动势 E： E = E(阴)E(阳)

37、式中 E(阴)与 E(阳)分别为所求原电池的阴极和阳极之电极电势。若构成原电池的两电极反应的各物质均处在标准状态时，则上式改写为: (阳 )阴 OOE(阴 )O与 阳 可从手册中查得。8极化电极电势与超电势当流过原电池回路电流不趋于零时，电极则产生极化。在某一电流密度下的实际电极电势 E与平衡电极电势 E(平)之差的绝对值称为超电势 ，它们间的关系为 (阳) = E(阳) E (阳，平 ) (阴) = E(阴，平) E(阴)上述两式对原电池及电解池均适用。第八章 量子力学基础概念与主要公式1.量子力学假设（1） 由 N个粒子组成的微观系统，其状态可由这 N个粒子的坐标（或动量）的函数来表示，

38、被称为波函数。 为在体积元 d 中发现粒子的概率；波函数为平方可积的，归一化的， ，彼此可相差因子 ；波函数是单值的、连续的。23（2）与时间有关的 Schrdinger 方程：势能与时间无关时，系统的波函数：（3) 系统所有可观测物理量由算符表示；量子力学中与力学量 A对应的算符 的构造方法是： 写出 A的经典表达式：A( t; q1 ,q2 , ; p1, p2, ); 将时间 t 与坐标 q1 ,q2 , .看作数乘算符，将动量 pj 用算符代替，则 A的算符为：（4）测量原理：在一系统中对力学量 A进行测量，其结果为 的本征值 n 。若系统所处态为 的某一本征态 n ，则对 A测量的结

39、果一定为 n ；若系统所处态不是 的本征态，则对 A的测量将使系统跃迁到 的某一本征态 k，测量结果为该本征态对应的 k ，若系统的归一化的态 可用 的本征态展开：则测量结果为 k概率为|a k|2 。一般说来，对处于态 的系统进行测量，力学量 A的平均值为：2一维箱中粒子24波函数 ； 能级 3. 一维谐振子哈密顿算符：能级：波函数：4. 拉普拉斯算符在球极座标中的表示5. 球谐函数256. 二体刚性转子若 r及 V( r ) 均为常数，二体问题即成为二体刚性转子问题。若 = m1 m2 /( m1 +m2 ) 则：其中 为转动惯量。波函数即为球谐数 YJ,m(, )。7. 类氢离子8. 多

40、电子原子的哈密顿算符9. 多电子原子电子波函数计算的近似方法步骤（1） 忽略电子间库伦排斥项：步骤（2）处理电子间库伦排斥项26方法 中心力场近似将除电子 i以外的其余 Z-1个电子看作是球形对称分布的，电子 i的势能为 ， 对不同电子 i值不同。哈密顿算符成为：， Schrdinger 方程的解成为：方法 自洽场方法（SCF）：设原子的电子波函数为各个电子的波函数的乘积：；电子 i与所有其它电子 j 的相互作用即为：所以单电子哈密顿为：先假设一组单电子波函数 ，如类氢离子轨道，利用 (8.5.18)求出电子排斥能函数Vi ，再求解 Schrdinger方程 ，得到一组新的单电子波函数 ，将它

41、作为输入进行下一轮计算。该迭代过程进行到 时，迭代结束。此时，称电子排斥能函数 Vi 为自洽的。10. 斯莱特行列式27式 不满足费米子对波函数的反对称性的要求，斯莱特提出构造反对称波函数的一般方法。对 N个电子的系统，若归一化的空间-自旋轨道组为 ，则反对称波函数表示为：11. 玻恩-奥本海默近似分子系统中核的运动与电子的运动可以分离。12. 类氢分子离子的 Schrdinger 方程的解哈密顿算符：定义椭球坐标： （1） Schrdinger 方程的解：（2） =|m| 0 1 2 3 4分子轨道符号 28对于坐标反演（ , , ）（ , , - ）波函数不变的用 g表示，改变符号的用 u

42、表示。（3）电子能级 Eel(R)，为核间距的函数，当核间距 R时为氢原子能级，核间距 R0 时为氦正离子 He+ 能级。（4） U(R)= Eel(R) + e2 /R为势能曲线，对基态，在 R = Re =1.0610 -10m时有极小值-16.40eV。所以，该轨道为成键轨道。第九章 统计热力学初步主要公式及其适用条件1. 分子能级为各种独立运动能级之和2. 粒子各运动形式的能级及能级的简并度（1）三维平动子简并度：当 a = b = c时有简并,( )相等的能级为简并的。（2）刚性转子（双原子分子）：其中。简并度为： gr,J = 2J + 1。（3）一维谐振子其中 分子振动基频为29

43、， k为力常数， 为分子折合质量。简并度为 1，即 gv, = 1。（4）电子及原子核全部粒子的电子运动及核运动均处于基态。电子运动及核运动基态的简并度为常数。3.能级分布微态数定域子系统： 离域子系统：温度不太低时（即 时）：一般情况下：系统总微态数：4. 等概率定理在 N， V， U确定的情况下，系统各微态出现的概率相等。5. 玻尔兹曼分布（即平衡分布，也即最概然分布）Stirling公式：粒子的配分函数：30玻尔兹曼分布：能级 i的有效容量：6. 配分函数的析因子性质7. 能量零点的选择对配分函数的影响若基态能级能量值为 ，以基态为能量零点时，能量值 常温下，平动及转动配分函数与能量零点选择几乎无关，但振动配分函数与能量零点选择有关。即：电子运动与核运动的配分函数，与能量零点选择也有关。无关 有关与能量零点 U， H， A， G与定域或离域 U， H S， A， G8.配分函数的计算平动: