报国赤心·守正创新·倾心育新——电动势法测定化学反应热力学函数实验的课程思政设计

课程思政的有效融入是教学质量提升和高素质人才培养的关键。我们以“电动势法测定化学反应的热力学函数”这一实验项目为例,构建了一次深入的实验探究与思政教育相结合的教学实践活动。通过对电动势测定原理和方法的探讨以及反应热力学量的导出,学生们不仅深化了对相关基础理论知识的理解,提升了他们解决实际问题的实验技能和创新能力;同时强化了学生的家国情怀以及责任担当意识。

巧用坐标系记忆热力学函数关系式

热力学函数关系式是物理化学和化工热力学课程中的基础知识,主要包含4个热力学基本关系式、4个Maxwell关系式和4个对应系数关系式。这12个关系式是由8个热力学性质按照一定函数关系构成的微分方程,热力学性质包括内能(U)、热力学焓(H)、亥姆霍兹自由能(A)、吉布斯自由能(G)、温度(T)、压力(p)、体积(V)和熵(S)。这些热力学关系式较为复杂,初学者难以记忆,为了便于学习,采用坐标系来记忆热力学函数关系式。

锆氢化反应热力学函数的计算

用B3LYP/SDD密度泛函方法计算了ZrH的微观性质,气态ZrH(D,T)的能量(E),熵(S)以及Zr与氢同位素气体反应的热力学函数.在ZrH(s)、ZrD(s)和ZrT(s)的E和S的计算中,近似以分子总能量中的振动能Ev代替固态能量,以电子和振动熵SEv代替固态熵.在这种近似下,计算了不同温度下Zr与H2、D2、T2反应的ΔH、ΔG、ΔS及氢化反应平衡压力,导出了与温度的依赖关系.计算结果表明,ZrH(s)的生成热为161.34 kJ·mol－1,与实验值(173.5 kJ·mol－1)接近,表明这种近似处理方法是合理的,可以用于研究贮氢材料氢化反应的热力学.

锆钴合金氢化反应热力学函数的计算

在有效原子实势近似下，采用 Ｇａｕｓｓｉａｎ ９８计算程序及 Ｂ３ＬＹＰ／ＳＤＤ密度泛函方法计算得到了 ＺｒＣｏ和ＺｒＣｏＨ分子的结构、力常数、离解能，能量（Ｅ）、熵（Ｓ）以及ＺｒＣｏ与氢同位素气体反应的热力学函数．在固态ＺｒＣｏ、ＺｒＣｏＨ（Ｄ、Ｔ）的Ｅ和Ｓ的计算中，近似以气态分子总能量中的振动能Ｅｖ代替该分子处于固态时的振动能量，以电子运动和振动运动熵ＳＥｖ代替分子处于固态的熵，在这种近似下，计算了不同温度下ＺｒＣｏ与Ｈ２、Ｄ２、Ｔ２反应的 Ｈ 、 Ｇ 、 Ｓ 及氢化反应平衡压力，导出了氢化反应温度与平衡压力的依赖关系．计算得出：ＺｒＣｏＨ、ＺｒＣｏＤ、ＺｒＣｏＴ的生成焓（３９８～５９８ Ｋ）分别为 ８２．８１、８１．５４和 ８０．４９ ｋＪ·ｍｏｌ－１，与实验结果有很好的一致性，表明这种近似处理方法是合理的，可以用于一些未知氢化物的热力学函数的近似计算。

t-BAMBP分离铷钾萃取机理及热力学函数研究

为了提取稀有金属铷,研究了4-叔丁基-2-(α-甲苄基)酚(t-BAMBP,简称ROH)/二甲苯从高含量Na+,K+的碱性水溶液中萃取铷、钾的萃取机理。通过考察分配比D与pOH以及ROH浓度的关系,使用斜率法和饱和法测得萃取反应的萃合物组成为MOR.2ROH(M为K+,Rb+),证明了萃取机理为阳离子交换反应,确定萃取反应式为:M(+a)+OH(-a)+3ROH(o)MOR.2ROH(o)+H2O(a),进而计算得Rb,K的表观平衡常数K分别为2.729和1.317。由分配比与温度的关系,求得Rb,K的萃取热焓ΔH分别为-48.65,-23.99 kJ/mol,由ΔH以及表观平衡常数K计算得Rb,K的萃取反应的自由能ΔG分别为-2.487,-0.683 kJ/mol;熵变ΔS分别为-154.9,-78.21 J/(K.mol),证明萃取反应是放热反应。Rb的萃取能力大于K。

电化学法测定几种稀土贮氢合金的热力学函数

贮氢材料由于能可逆地吸放氢,得到了广泛地应用.特别是以贮氢材料为负极制成的氢镍二次电池,容量为同类型镉镍电池的1.5～2倍,且电压又相近,是镉镍电池的理想换代产品,受到人们普遍的关注。LaNi4.5Mn0.5,LaNi4.9Sn0.1和La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Al0.1是电化学性能较优越的贮氢合金。LaNi4.5Mn0.5的电化学容量高,理论容量可达400mAh.g-1.LaNi4.9Sn0.1和La0.8Nd0.

用分子子图法计算烷烃热力学函数

在一种新的烷烃分子子图编码方法基础上 ,对烷烃的系列热力学函数进行了拟合和预测 ,取得了满意结果。对吉布斯自由能ΔGf,原子生成热ΔHatm,热容 Cp,蒸发热ΔHV,液态生成热ΔHf( l) 和熵 S的拟合方程的回归系数分别为 0 .9559,1 .0 0 0 0 ,0 .990 5,0 .9969,0 .9973和 0 .992 2。

长期秸秆还田对农田土壤水分运动与热力学函数关系初探

利用长期定位试验的土壤,研究了温度、水分、热力学函数之间的关系。结果表明,不同玉米秸秆还田土壤比较,土壤水势温度效应为高量玉米秸秆还田>低量玉米秸秆还田>单施化肥;在同一温度条件下,提高土壤水势可增加土壤非饱和导水率,呈现高量玉米秸秆还田>低量玉米秸秆还田、单施化肥;在相同的土壤含水量条件下,增加温度可提高土壤非饱和导水率,其导水率温度效应值(dk/dt)高量玉米秸秆还田<低量玉米秸秆还田和单施化肥。土壤含水量一定时,随着相对偏摩尔自由能变和相对偏摩尔焓变增大,土壤非饱和导水率也增大,并且高量玉米秸秆还田大于低量玉米秸秆还田和单化施肥,拟合得出的相对偏摩尔自由能变和相对偏摩尔焓变与土壤非饱和导水率方程,具有较好的适应性。

PuN基态分子势能函数与热力学函数的理论计算

在Pu的相对论有效原子实势近似和N原子 6 - 311G 全电子基函数下 ,用密度泛函B3LYP方法计算得到PuN分子基态X6Σ+ 的结构与势能函数、力常数与光谱数据 .同时计算得到PuN(g)分子在 2 98K时的标准生成热力学函数ΔfH0 、ΔS0 和ΔfG0 ,分别为 - 4 87.2 39kJ/mol、95 .345J/molK和 - 5 15 .6 6 6 1kJ/mol.

扑草净和扑灭通在土壤中吸附及其与色谱热力学函数的相关性

本研究比较了除草剂扑草净和扑灭通在 6种土壤中的吸附 ,采用Freundlich方程对其吸附等温线进行描述 ,对Freundlich方程吸附常数Kaf与土壤理化性质的相关性进行了分析 ,由于反相高效液相色谱流动相组成与扑草净和扑灭通容量因子成线性关系 ,从而测定了扑草净和扑灭通的过量热力学函数ΔH ,证明扑草净和扑灭通在土壤中的吸附与ΔH 存在一定的关系 ,从而提出ΔH 和ΔS 可作为研究农药性质的重要参数之一。

PuH分子的X^8Σ^+ 态的势能函数及热力学函数的从头计算

在考虑相对论有效原子实势(RECP)近似下,用QCISD方法计算了PuH分子基态X8Σ+的MurrellSorbie解析势能函数和热力学函数。Re,De,Be,αe,ωe,ωeχe的理论计算值,分别为2.28,1.2227eV,3.2334,0.07742,1146.2632,24.7514(cm-1)。还给出了PuH(g)在298.15-911K之间的生成热力学函数ΔH0,ΔS0。

盐类溶解动力学的数学模型和热力学函数

总结了研究盐类溶解动力学的方法和数学模型。采用C语言编写了自动寻优的单线形法 ,实现了含 4个参数的通用程序 ,并例举了研究实例。另外讨论了热力学函数的处理 。

非饱和土壤水分运动与热力学函数关系初探

在不同的温度条件下，研究了土壤水势对水分运动的影响。结果表明，在同一温度条件下，提高土壤水势可增加土壤非饱和导水率，呈现黄绵土＞ 土。在相同的土壤含水量条件下，增加温度可提高土壤非饱和导水率，其导水率温度效应值 土＞黄绵土。土壤含水量一定时，随着相对偏摩尔自由能变 和相对偏摩尔焓变 增大，土壤非饱和导水率也增大，并且呈现出黄绵土＞ 土，拟合得出的相对偏摩尔自由能变和相对偏摩尔焓变 与土壤非饱和导水率方程，具有较好的适应性。

固态二元合金超额热力学函数的计算方法

基于Miedema二元合金生成热模型 ,结合自由体积理论 ,充分考虑超额熵 ,针对实际固态二元合金熔体 ,提出全浓度范围内的超额热力学函数的计算方法 ,分别推导出对有序、无序固态二元合金的全摩尔超额函数、偏摩尔超额函数、组元活度计算式·分别计算了固态无序合金Ag Au、有序合金Co Pt在 80 0K、1 2 73K温度下的各种超额热力学函数值 ,计算结果与实验值吻合良好·

微量量热法研究阴离子表面活性剂在DMA/长链醇体系中CMC和热力学函数

在N,N-二甲基乙酰胺(DMA)/长链醇非水溶液体系中,利用微量量热仪,研究阴离子表面活性剂十二烷基羧酸钠(SLA)、十二烷基硫酸钠(SDS)的临界胶束浓度(CMC)和热力学函数.本文在十二烷基羧酸钠,十二烷基硫酸钠的N,N-二甲基乙酰胺溶液中,分别加入长链醇(庚醇、辛醇、壬醇、癸醇),测定体系的热功率-时间曲线.借助热力学理论,由测得曲线,进一步得到临界胶束浓度和热力学函数(△Hm,△Gm和△Sm).讨论了温度、醇的碳原子数目、醇的浓度与热力学参数之间的关系.结果表明,对十二烷基羧酸钠或十二烷基硫酸钠的DMA溶液,在含有相同浓度的各种醇的体系中,CMC,△Hm和△Sm的值随着温度的升高而增加,而△Gm的值随着温度的升高而降低.在相同温度及相同浓度的醇体系中,CMC,△Hm,△Gm和△Sm的值都随着醇中碳原子数目的增加而降低.在相同温度及相同醇的体系中,CMC,△Gm的值随着醇的浓度的增加而增大,而△Hm,△Sm的值随着醇的浓度的增加而减少.

封闭体系热力学函数之间关系和四方形规则

在物理化学的教学与研究中 ,复杂的封闭体系热力学函数之间的关系一直是学习基础热力学的一个难题 ,本文在总结了大量应用实例的基础上 ,归纳出适合各种封闭体系热力学函数之间的经验规则——四方形规则。有利于封闭体系热力学函数关系式的记忆、应用与推导。

叔铵盐-烷烃-醇-水四元体系的热力学函数与结构研究

叔铵类（R3N）萃取剂萃取金属离子需在酸性介质中进行,与无机酸先形成铵盐（属阴离子表面活性剂类）,然后与金属配阴离子进行阴离子交换反应。而将R3N制成无机酸盐,作为表面活性剂以微乳液为模型对其进行热力学函数与结构研究尚未见报道。 本文制备了TOA·HCl、N235·HCl、N235·HNO3与N235·HClO44种叔铵无机酸盐,测定了叔铵盐的界面化学性质。以w/o型微乳液的球形颗粒结构为模型,用稀释法测定了叔铵盐（TOA·HCl,N235·HCl,N235·HNO3,N235·HClO4）-烷烃-醇-水四元均相透明体系的结构参数;并用不同醇时,醇由油相（o）转移至界面层（i）的标准自由能变（?）结果表明其结构“颗粒”半径小于0.5nm,表面活性剂叔铵盐的平均聚集数小于0.05,应属醇的反向胶团。 1 实验 1.1 试剂 三正辛胺（TOA,德国）;N235(R3N,R=C5—C10,大连油脂化学厂)。叔铵盐TOA·HCl分别用干法（D）与湿法（W）制备。向TOA中通入干燥HCl气体至饱和,再加入分析量的TOA中和过量的HCl,制得TOA·HCl（D）.TOA与过量10mol/L盐酸振荡平衡,再加入分析量的TOA中和过量酸制得TOA·HCl（W）,样品均为淡黄色蜡状固体,N235·HCl、N235·HNO3、N235·HClO4均用湿法制备。其它试剂均为A.R.级,未进一步处理,水为二次蒸馏水。

油酸/氨水-醇-燃油-水微乳体系形成过程热力学函数的研究

研究了油酸 /氨水 燃油 醇 水微乳体系的形成过程热力学。结果发现 ,助表面活性剂醇和燃油的种类、燃油含量和环境温度等因素皆影响此过程热力学函数的变化。在微乳液形成过程中 ,助表面活性剂醇从连续相油相进入微乳液界面层的标准自由能变化ΔGs<0 ;标准焓变ΔHs=0 ,为无热效应过程 ;ΔGs 是由醇分子的混乱度熵变ΔSs 决定的。

钇二氢化反应热力学函数的研究

用密度泛函方法B3LYP/SDD/6-311++G~**计算了YH_2的微观性质.并用分子总能量中的振动能E_V代替固态能量,振动熵S_(Ev)代替固态熵的近似方法,以及考虑到电子能量的变化,计算了固态YH_2(D,T)的焓H和熵S,得到不同温度下Y与H_2,D_2,T_2反应的ΔH~θ,ΔS~θ,ΔG~θ及氢化反应平衡压力,导出了与温度的依赖关系.计算结果表明,YH_2(s)的生成热为199.25 kJ·mol^(-1),与实验值210.00及225.94 KJ·mol^(-1)非常接近,说明近似方法的正确性.

土壤水分热力学函数研究

研究了几种土壤在不同含水量条件下土壤水分热力学函数(相对偏摩尔自由能△G,相对偏摩尔焓△H,相对偏摩尔熵△S)的结果表明;在不同含水量和温度条件下,供试样品各土壤水分热力学函数均为负值,且随水分含量增加绝对值趋于减小。温度与土壤水△分G呈显著正相关。吉布斯—亥姆霍茨方程在实验温度范围内适用于土壤水分△G的计算。在相同含水量条件下,供试样品土壤水分的△G,△H和△S值,均是黑垆土、垆土>红油土,并呈规律性变化。