物理化学中的气体状态方程与热力学计算
气体状态方程的差异分析
在物理化学的学习中，我们常常会遇到各种气体的状态方程。一种特定的气体状态方程可以表示为：\[ \frac{m}{pV} = \frac{RT}{b} + 1 \] 其中，\( m \) 代表气体质量，\( p \) 代表压力，\( V \) 代表体积，\( R \) 是理想气体常数，\( T \) 是绝对温度，\( b \) 是一个大于零的常数。
与理想气体的状态方程 \( pV = nRT \) 相比，这种气体的状态方程在体积项上进行了修正，但未对压力项进行修正。这表明，这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的相互作用力可以忽略不计。因此，当这种气体进行真空膨胀时，其温度不会下降。
理想气体等温过程的计算
在理想气体的等温过程中，例如，1 mol 理想气体在 122K 的等温条件下，反抗恒定外压 10.15 kPa，从 10 dm³ 膨胀至 100 dm³，我们可以计算以下热力学量：
- \( Q \)：热量交换
- \( W \)：做功
- \( \Delta U \)：内能变化
- \( \Delta H \)：焓变
由于是等温过程，内能变化 \( \Delta U \) 和焓变 \( \Delta H \) 都等于零。做功 \( W \) 可以通过公式 \( W = -p_e \Delta V \) 计算，其中 \( p_e \) 是外压，\( \Delta V \) 是体积变化。因此，\( W = -10.15 \times 10^3 \times (100.0 – 10) \times 10^{-3} = -913.5 \) J。
根据热力学第一定律 \( \Delta U = W + Q \)，我们可以得到 \( Q = \Delta U – W = 0 – (-913.5) = 913.5 \) J。
铅蓄电池的极化现象
铅蓄电池的负极反应的交换电流密度比正极反应的交换电流密度小两个数量级。这表明负极反应的恢复平衡速率较小，容易出现极化。因此，正确答案是 A：负极反应的恢复平衡速率小，容易出现极化。
总结来说，通过理解气体状态方程的差异、理想气体等温过程的计算以及铅蓄电池的极化现象，我们可以更深入地理解物理化学中的复杂概念。这些知识对于化学、工程以及其他相关领域的研究和实践都具有重要意义。
【结语】
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