物理化学中四个基本公式是理论体系的核心组成部分,以下为常见且重要的公式及其解析:
一、阿累尼乌斯方程
描述化学反应速率与反应物浓度及温度的关系: $$k = A e^{-\frac{E_a}{RT}}$$
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参数说明 :
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$k$:反应速率常数
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$A$:频率因子(与反应物性质相关)
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$E_a$:活化能
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$R$:气体常数($8.314 , \text{J/mol·K}$)
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$T$:热力学温度(单位:K)
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二、道尔顿定律
描述理想气体在恒温**积与摩尔数的关系: $$p_B = y_B p \quad \text{或} \quad p = \sum_{i} y_i p_i$$
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适用条件 :理想气体
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说明 :混合气体的总压力等于各组分单独存在时压力的加权平均,权重为摩尔分数
三、热力学第一定律
描述系统宏观性质与内部物理化学性质的关系: $$\Delta U = Q - W$$
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扩展形式 :
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恒压过程:$\Delta U = Q - p \Delta V$
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恒容过程:$\Delta U = Q + p \Delta V$
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参数说明 :
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$\Delta U$:系统内能变化
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$Q$:热量交换
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$W$:外界做功
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四、理想气体状态方程
描述理想气体的宏观性质关系: $$pV = nRT \quad \text{或} \quad p = \frac{nRT}{V}$$
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参数说明 :
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$p$:压强
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$V$:体积
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$n$:物质的量
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$R$:气体常数
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$T$:温度
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应用 :计算气体的压强、体积或温度变化
补充说明
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阿马加分体积定律 (理想气体):$V_2 = V_1 + nRT \ln\frac{p_2}{p_1}$,适用于恒压蒸发过程。
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范德华方程 :修正理想气体方程,适用于中压范围的实际气体:$p = \frac{a n^2}{V^2} + \frac{b n}{V}$,其中$a$、$b$为常数。
以上公式覆盖了物理化学中反应动力学与热力学的基础内容,是学习相关领域的重要工具。