標準態(tài)壓力的改變對標準熱力學(xué)函數(shù)值的影響畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　題目： 標準態(tài)壓力的改變對標準熱 </p><p>　　力學(xué)函數(shù)值的影響 </p><p>　　學(xué)院： 化學(xué)與化工學(xué)院 </p><p>　　班級： 00級化學(xué)6班 <

2、;/p><p>　　姓名： 晉某某 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 薛某某 職稱： 教授 </p><p>　　完成日期： 0000 年 6 月 5 日</p><p>　　標準態(tài)壓力的改變對標準熱力學(xué)函數(shù)值的影響</p><p>　　摘要: 當系

3、統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，它的一系列性質(zhì)也隨之改變，改變多少，只取決于系統(tǒng)始末的狀態(tài)，而與變化時所經(jīng)歷的途徑無關(guān)，在熱力學(xué)中把具有這種特性的物理量叫做狀態(tài)函數(shù)。熱力學(xué)函數(shù)就是狀態(tài)函數(shù)。在一定的溫度（T）和壓力(p)下,任一物質(zhì)的熱力學(xué)函數(shù)值是一個定值。當標準態(tài)壓力(p)改變時，必然會對標準熱力學(xué)函數(shù)值產(chǎn)生一定的影響。本文就是利用熱力學(xué)函數(shù)基本關(guān)系式及其基本理論，討論標準態(tài)壓力的改變（101.325kPa變?yōu)?00kPa）對物質(zhì)的標準摩爾生成焓

4、（B，T）、標準摩爾熵（B，T）、標準摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)（T）和標準摩爾定壓熱容（B，T）的影響，并指出了修正這些數(shù)據(jù)的方法，同時列表給出了標準態(tài)壓力為100kPa時某些物質(zhì)的熱力學(xué)函數(shù)數(shù)據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞:標準摩爾生成焓；標準摩爾定壓熱容；標準摩爾熵；標準摩爾吉布斯自由能</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

5、><b>　　1 前言1</b></p><p>　　2 標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響1</p><p>　　3標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響2</p><p>　　4標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響3</p><p>　　5標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響6</p><

6、p><b>　　6小結(jié)8</b></p><p>　　6.1標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響8</p><p>　　6.2標準態(tài)壓力的改變對的影響8</p><p>　　6.3標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響8</p><p>　　6.4標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響8</p>&l

7、t;p><b>　　7附錄9</b></p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　致 謝13</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　一直以來，規(guī)定標準態(tài)壓力為１atm，

8、即760mm汞柱。國際單位制確定以后，壓力的單位只用帕（斯卡），符號為Pa,因此標準態(tài)壓力為101.325kPa[1]，但為了使用方便，國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）建議將這一標準態(tài)壓力改變?yōu)?00kPa[2]，并已獲得國際標準化組織（ISO）的通過[3]。在一定的條件（P，T）下，系統(tǒng)的性質(zhì)不再隨時間而變化，其狀態(tài)就是確定的，系統(tǒng)狀態(tài)的一系列表征系統(tǒng)的物理量被稱為狀態(tài)函數(shù)，熱力學(xué)函數(shù)就是狀態(tài)函數(shù)。那么這1.325kPa的變化對

9、標準摩爾熱力學(xué)函數(shù)值將有怎樣的影響？其影響程度如何？具體如何修正？本文主要以物質(zhì)的標準摩爾生成焓（B，T）、標準摩爾熵（B，T）、標準摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)（T）、標準定壓摩爾熱容（B，T）為研究對象，討論標準態(tài)壓力的改變對其函數(shù)值的影響。</p><p>　　2 標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響</p><p>　　化學(xué)熱力學(xué)規(guī)定，某溫度下，由處于標準狀態(tài)的各種元素的最穩(wěn)定的單質(zhì)生成標準狀

10、態(tài)下單位物質(zhì)的量（1mol）某純物質(zhì)的熱效應(yīng)，叫做這種溫度下該物質(zhì)的標準摩爾生成焓。當然處于標準狀態(tài)下各元素的最穩(wěn)定的單質(zhì)的標準生成焓為零[4]。下面主要用熱力學(xué)關(guān)系式[5]來討論（B，T）隨壓力p的變化情況。</p><p>　　由熱力學(xué)的基本方程 </p><p>　　及麥克斯韋關(guān)系式 </p><p>　　和物質(zhì)的定壓熱膨脹系數(shù)定義式

11、 </p><p>　　可以推導(dǎo)出H隨p的變化關(guān)系式為</p><p>　　（1）對氣態(tài)物質(zhì)的討論</p><p>　　氣態(tài)物質(zhì)可看作是理想氣體，有 </p><p><b>　　所以 , </b></p><p>　　所以標準態(tài)壓力的改變對（B，T）沒有影響，無需修正。<

12、;/p><p>　?。?）對凝聚態(tài)物質(zhì)的討論</p><p>　　凝聚態(tài)物質(zhì)可按氣態(tài)物質(zhì)進行處理。</p><p>　　同樣可以得到 </p><p>　　因此標準態(tài)壓力的改變，對凝聚態(tài)物質(zhì)的（B，T）也沒有影響。</p><p>　　上述討論結(jié)果表明，標準態(tài)壓力的改變對（B，T）沒有影響，即可照用原有熱力學(xué)數(shù)據(jù)表值

13、中的（T）數(shù)據(jù)，無需進行修正。 </p><p>　　3標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響</p><p>　　根據(jù)麥克斯韋關(guān)系式 </p><p>　　及物質(zhì)的定壓熱膨脹系數(shù)定義式 </p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　所以有

14、 </b></p><p>　　對其積分，得 </p><p>　?。?）對氣態(tài)物質(zhì)的討論</p><p>　　氣態(tài)物質(zhì)可認為是理想氣體</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　此計算結(jié)果表明，氣體物質(zhì)因標準態(tài)壓力改變1.325kPa而引起的標準摩爾熵

15、的增加值為0.109,這一變化值不能被輕易地忽略。</p><p>　?。?）對凝聚態(tài)物質(zhì)的討論</p><p>　　由麥克斯韋關(guān)系式 　</p><p>　　得 </p><p>　　由物質(zhì)的體積熱膨脹系數(shù)的定義式 </p><p><b>　　得 &

16、lt;/b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　因為液體和固體物質(zhì)的體積熱膨脹系數(shù)的數(shù)量級分別為和[6]，都很小，所以代入上式計算，其結(jié)果也很小，且要遠小于0.109，一般計算可以忽略，但是對于精確計算不應(yīng)忽略。</p><p>　　由上述討論結(jié)果可知，標準態(tài)壓力由101.325kPa改變?yōu)?00kPa時，對物

17、質(zhì)的標準摩爾熵（B，T）的影響盡管很小，在工業(yè)生產(chǎn)中可以忽略不計，可照用原熱力學(xué)表值中的（B，T）值。但是對于理論研究，應(yīng)加以修正，尤其是對于氣體物質(zhì)。</p><p>　　4標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響</p><p>　　化學(xué)熱力學(xué)規(guī)定，某溫度下由處于標準狀態(tài)的各種元素的最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol某純物質(zhì)的吉布斯自由能改變量，叫做這種溫度下該物質(zhì)的標準摩爾生成吉布斯自由能，用符號表

18、示。按這種規(guī)定，當然處于標準狀態(tài)下的各元素的最穩(wěn)定的單質(zhì)的標準摩爾生成吉布斯自由能為零[4]。</p><p>　　由熱力學(xué)基本方程式 </p><p>　　可以推導(dǎo)出 </p><p>　　所以，標準摩爾生成吉布斯自由能（B，T）隨壓力p的變化關(guān)系式為 </p><p>　　寫成積分形式為 <

19、;/p><p>　　此式就是標準態(tài)壓力的改變對（B，T）影響的通式。</p><p>　　（1）對氣態(tài)物質(zhì)的討論</p><p>　　氣態(tài)物質(zhì)可視為理想氣體，有</p><p>　　已知，取T＝298K，則</p><p>　　對＝0的氣相反應(yīng)的討論</p><p>　　如[7]，由上式可知 &l

20、t;/p><p>　　說明標準態(tài)壓力的改變對此類物質(zhì)的（B，T）無影響。</p><p>　　對≠ 0的氣相反應(yīng)的討論</p><p>　　如[7]，由上式可知</p><p><b>　　又如，由上式可知</b></p><p>　　所以此類物質(zhì)需具體計算（B，T）隨壓力的改變值，原熱力學(xué)表值中的（

21、B，T）需要重新修正后才能使用。</p><p>　?。?）對凝聚態(tài)物質(zhì)的討論</p><p>　　鑒于，粗略計算，上式可轉(zhuǎn)化為</p><p>　　根據(jù)物質(zhì)的壓縮系數(shù)的定義式 </p><p>　　可求得定溫條件下體積與壓力的關(guān)系式為 </p><p>　　上式中通常選取273K，101.325kPa下

22、的體積，所以液體和固體的摩爾體積與壓力的關(guān)系可表示如下：</p><p>　　因為液體和固體物質(zhì)的壓縮系數(shù)的數(shù)量級為 ，都很小，故的值很小，可以忽略不計，即標準態(tài)壓力的改變對液體和固體的體積影響很小，≈1。</p><p>　　所以 </p><p>　　此時，總積分結(jié)果可寫為</p><p>　　上式可較為準確地計算氣

23、體、液體、固體參加的多相化學(xué)反應(yīng)隨標準壓力p的改變而引起（B，T）的變化值。</p><p>　　現(xiàn)取反應(yīng) [7] 為例，作如下分析：</p><p>　　先忽略P(s)和PCl3（l）的摩爾體積，則</p><p>　　再按精確式計算，將M（P）＝30.97×10-3kg/mol，M（PCl3）＝137.32×10-3kg/mol[8]，ρ（

24、P，s）＝2.340×103kg/m3，ρ（PCl3，l）＝1.574×103kg/m3[9]代入，得</p><p>　　顯然，兩式的計算結(jié)果近似相等，因此在討論標準壓力p的改變對有氣、液、固多相參加的反應(yīng)（B，T）的影響時，完全可以忽略液、固兩相，當作氣相反應(yīng)來處理，通過此處理方式，對原熱力學(xué)數(shù)據(jù)表值中的（B，T）數(shù)值重新修正即可。</p><p>　　5標準態(tài)壓力

25、的改變對（B，T）的影響</p><p>　　由物質(zhì)的標準定壓摩爾熱容的定義式 </p><p><b>　　及 </b></p><p><b>　　得 </b></p><p>　　定溫條件下，式子兩邊對壓力p求導(dǎo)[10]，得 </p><

26、p>　　又因麥克斯韋關(guān)系式 </p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　轉(zhuǎn)化為積分形式，有 </p><p><b>　　已知，則</b></p><p>　　由物質(zhì)的體積熱膨脹系數(shù)的定義式 </p><p>

27、　　得到定壓條件下物質(zhì)的標準摩爾體積與溫度T的關(guān)系式 </p><p>　　通常選取273K，101.325kPa下的體積。</p><p>　　所以 , </p><p>　?。?）對氣態(tài)物質(zhì)的討論</p><p>　　氣態(tài)物質(zhì)體積熱膨脹系數(shù) </p><p><b>　　則 &l

28、t;/b></p><p>　?。?）對凝聚態(tài)物質(zhì)的討論</p><p>　　液體和固體物質(zhì)的體積熱膨脹系數(shù)的數(shù)量級分別為和，均很小。</p><p>　　由以上討論結(jié)果可知，標準態(tài)壓力的改變對物質(zhì)的標準摩爾定壓熱容（B，T）完全沒有影響，所以原有的熱力學(xué)數(shù)據(jù)表值中的（B，T）數(shù)據(jù)完全可以照用，不需要重新修正。</p><p><

29、b>　　6小結(jié)</b></p><p>　　6.1標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響</p><p>　　標準態(tài)壓力由101.325kPa變?yōu)?00kPa時，物質(zhì)的標準摩爾生成焓（B，T）完全不受其影響，所以原有的熱力學(xué)數(shù)據(jù)表值中的（B，T）數(shù)據(jù)仍然可用，無需修正。</p><p>　　6.2標準態(tài)壓力的改變對的影響</p><

30、p>　　標準態(tài)壓力由101.325kPa變?yōu)?00kPa時，物質(zhì)的標準摩爾定壓熱容（B，T）同樣不受其影響，因此原有的熱力學(xué)數(shù)據(jù)表值中的（B，T）數(shù)據(jù)仍然可用，無需修正。</p><p>　　6.3標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響</p><p>　　標準態(tài)壓力由101.325kPa變?yōu)?00kPa時，氣態(tài)物質(zhì)標準摩爾熵增加值為0.109，故原熱力學(xué)數(shù)據(jù)表中101.325kPa下的

31、熱力學(xué)函數(shù)數(shù)據(jù)需修正后才可以使用，即；凝聚態(tài)物質(zhì)的（B，T）影響不大，故對于凝聚態(tài)物質(zhì)，熱力學(xué)數(shù)據(jù)表中101.325kPa下的熱力學(xué)函數(shù)數(shù)據(jù)無需修正即可使用。</p><p>　　6.4標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響</p><p>　　標準態(tài)壓力由101.325kPa改變?yōu)?00kPa時，物質(zhì)的標準摩爾生成吉布斯自由能（B，T）會受到影響，但是影響很小。對氣態(tài)物質(zhì)的氣相反應(yīng)，若＝0，

32、標準態(tài)壓力的改變對反應(yīng)的（B，T）無影響；若≠ 0，原熱力學(xué)數(shù)據(jù)表中101.325kPa下的熱力學(xué)函數(shù)數(shù)據(jù)需修正后才可以使用，即。對凝聚態(tài)物質(zhì)，標準態(tài)壓力的改變對（B，T）的影響，可以當作氣相反應(yīng)處理，熱力學(xué)數(shù)據(jù)表中101.325kPa下的（B，T）數(shù)據(jù)需修正后才可使用，修正方法與氣相反應(yīng)相同。</p><p><b>　　7附錄</b></p><p>　　一些物質(zhì)

33、的熱力學(xué)數(shù)據(jù)表值（標準態(tài)壓力改變前后標準熱力學(xué)函數(shù)值的比較[11]）</p><p>　　表1 一些物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)表值</p><p>　　Tab.1 Some material thermodynamics data table values </p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[

34、1] GB3102.8－86物理化學(xué)和分子物理學(xué)的量和單位[S].北京.中國標準出版社.1985.</p><p>　　[2] 國家技術(shù)監(jiān)督局編：量和單位[J].中國計量出版社，總第五期，1991；（6）；27~48.</p><p>　　[3] Wagman D.D.,Evans W.H.et al.[J]Phys.Chem.Ret.Data.,11,Suppl.2,1982.</

35、p><p>　　[4] 南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院.傅獻彩、沈文霞、姚天揚、侯文華編，《物理化學(xué)》（第五版）[M]，高等教育出版社，2004.</p><p>　　[5] 史宇文、李文斌、王正烈、宋世謨，“物理化學(xué)中物理量的表示及運算”[J]，全國化學(xué)量和單位學(xué)術(shù)討論會，河北承德,1991.</p><p>　　[6] GB 3102~92[S] (意見征求稿) . <

36、/p><p>　　[7] 代正.在普通化學(xué)中反應(yīng)方程式的寫法和配平.化學(xué)通報[N]，1965，5，59~63.</p><p>　　[8] 馬世昌.無機化合物.辭典[M].西安；陜西科技出版社，1988.</p><p>　　[9]《煉鋼設(shè)計參考資料》編寫組[J].煉鋼設(shè)計參考資料.北京：冶金工業(yè)出版社，1972.</p><p>　　[10]

37、賀才興，陸少華，王嘉善等.大學(xué)數(shù)學(xué)手冊[M].上海交通大學(xué)出版社，2000.</p><p>　　[11] CRC Handbook of Chemistry and Physics[M],Tothed.(1989～1990),D-50,CRC Press,Boca Raton,Florida,1980.</p><p>　　Influence of The Change of Stand

38、ard State Pressure </p><p>　　on The Data of Thermodynamic Function</p><p>　　Abstract: When the system's state changes, a range of its properties will change and change how much will depend

39、on the states of the beginning and the end of the system, and have no relationship of how to change,in thermodynamics has that property physical quantities called state function. Thermodynamic function is state function.

40、 In a certain temperature (T) and pressure (p), any material thermodynamics function value is a fixed value. When standard states pressure (p) change, the inevitable t</p><p>　　Key words: standard Moore gene

41、ration enthalpy; standard Moore the constant pressure heat capacity; standard Moore entropy; standard Moore gibbs free energy</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本設(shè)計是在薛某某老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在每次設(shè)

42、計遇到問題時，薛老師不辭辛苦地講解才使得我的設(shè)計順利地進行。從設(shè)計的選題到資料的搜集直到最后設(shè)計修改的整個過程中，花費了薛老師很多寶貴的時間和精力。更令我敬佩的是，老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富的研究經(jīng)驗、創(chuàng)新思維的科學(xué)品質(zhì)和高度的責任心，這所有的一切都將使我受益終生，激勵我奮發(fā)向上。在論文完成之際，在此向薛老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！</p><p>　　感謝在論文完成期間所有幫助過我的老師和同學(xué)們！