物理化学课程简介.pptx

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1、绪论绪论 ( 0.5( 0.5学时学时) )热力学第一定律热力学第一定律 ( 3( 3学时学时) )热力学第二定律热力学第二定律 ( 3( 3学时学时) )多多组分热力学平衡体系组分热力学平衡体系 ( ( 1 1学时学时) )化学平衡化学平衡 ( ( 2 2学时学时) )相平衡相平衡 ( ( 2 2学时学时) )化学动力学化学动力学 (2.5(2.5学时学时) )电化学电化学 (2(2学时学时) )胶体与界面化学胶体与界面化学 ( ( 2 2学时学时) ) 通过通过物理现象物理现象与与化学现象化学现象之间的之间的关系关系，并主要，并主要采用采用物理实物理实验方验方法法, , 来来研究化学变化基

2、本规律研究化学变化基本规律的一门科学的一门科学。- -傅傅献彩献彩 Physical chemistryPhysical chemistry is the branch of chemistry that establishes and develops the is the branch of chemistry that establishes and develops the principles of the subjects. Its principles of the subjects. Its concepts concepts are used to explain and i

3、nterpret observations on are used to explain and interpret observations on the physical and chemical properties of matter. the physical and chemical properties of matter. Physical chemistryPhysical chemistry is also is also essentialessential for developing and for developing and interpreting theint

4、erpreting the modern modern techniquestechniques used to determine the structure and propertiesused to determine the structure and properties of matter, suchof matter, such as new as new synthetic materials and biological macromolecules.synthetic materials and biological macromolecules. -Atkins -Atk

5、ins化学学科化学学科体系建立体系建立18521852年年洛蒙诺索夫提出物理化学洛蒙诺索夫提出物理化学物理化学进展物理化学进展材料学科材料学科 建筑建筑 金属及合金金属及合金能源研究能源研究 煤裂解机理煤裂解机理 锂锂离子电池离子电池化学计算化学计算量子化学量子化学第一阶段第一阶段 价键理论价键理论 分子轨道理论分子轨道理论 休克尔分子轨道理论休克尔分子轨道理论第二阶段第二阶段 量子化学计算方法量子化学计算方法统计热力学统计热力学玻尔兹曼玻尔兹曼物理化学物理化学“三剑客三剑客”阿伦尼乌斯阿伦尼乌斯范霍夫范霍夫 奥斯特瓦尔德奥斯特瓦尔德其他贡献巨大的科学家其他贡献巨大的科学家吉布斯吉布斯朗缪尔朗

6、缪尔教材教材：沈文霞沈文霞. . 物理化学核心教程物理化学核心教程，第第3 3版，科学出版社版，科学出版社，20162016主要参考书：主要参考书：肖衍繁肖衍繁. . 物理化学，第物理化学，第2 2版，天大出版社，版，天大出版社，2006.2006.傅傅献彩，沈文霞，姚天扬献彩，沈文霞，姚天扬. . 物理化学物理化学，第第5 5版，高教，版，高教，2002009 9. .学习方法：学习方法： 1. 1. 上课做笔记；上课做笔记；2. 2. 课后研读书本课后研读书本；3. 3. 独立独立完成作业。完成作业。(1(1) ) 物理量物理量X X 包括数值和单位包括数值和单位 例例：T T 298 2

7、98 K K p p 101.325 kPa 101.325 kPa 同同量纲的可用量纲的可用+ +， ，= = 运算运算 物理量物理量 = = 数值数值 单位单位1 1 物理量的表示物理量的表示( (数值为没有单位的纯数数值为没有单位的纯数) )(2(2) ) 作图列表时要用纯数作图列表时要用纯数ln(ln(p p/kPa)/kPa)T T 1 1/K/K例：以例：以 ln lnp p 1/ 1/T T 作图作图ln ln x x，e ex x 中的中的 x x 是是物理量除以单位后的纯数物理量除以单位后的纯数2 2 对数中的物理量对数中的物理量x x x x/x /x 如：如：ln ln

8、p p ln ln ( ( p p/ kPa/ kPa) )为为简便起见，有时将单位省略简便起见，有时将单位省略先写出量方程式先写出量方程式，再，再代入数值和单位计算代入数值和单位计算 例：例：3 3 量值计算量值计算p pRTRTV V m m1 13 3molmoldmdm4 4 . .2222 1 13 33 3molmolm m1010325325. .1011011515. .273273314314. .8 8 1 1 函数函数：Z Z = = f f( (x x, ,y y) ) 如如理想气体的压力、温度和体积三个物理量中：理想气体的压力、温度和体积三个物理量中： p p = =

9、 f f1 1( (T T, ,V V), ), 压力是温度和体积的压力是温度和体积的函数；函数； V V = = f f2 2( (T T, , p p), ), 体积是温度和压力的体积是温度和压力的函数；函数； T T = = f f3 3( (p p, ,V V), ), 温度是压力和体积的函数温度是压力和体积的函数2 2 偏微商的物理意义：如偏微商的物理意义：如p p = = f f( (T T, ,V V) )( ( p p/ / T T) )V V( ( p p/ / V V) )T T表示等容条件下表示等容条件下p p随随T T的变化率的变化率; ; VTpTVp表示等温条件下表

10、示等温条件下p p随随V V的变化率的变化率; ;TVppdpdVdTVT物理意义物理意义：p p是一个是一个状态函数状态函数，d dp p只与始、终态有关，而与途只与始、终态有关，而与途径无关。径无关。3 3 全微分全微分: : 若若p p = = f f( (T T, ,V V) )4 4 微分法微分法则与积分法则则与积分法则( (查数学手册查数学手册) )dxdvudxduvvdxvud21/cabaxbaxdx)ln(1 1 理想气体状态方程理想气体状态方程pV = nRT p气体压力，气体压力，Pa或或kPa；V气体体积，气体体积，m3或或L； T气体温度，气体温度，K；n 物质的量

11、，物质的量，mol； R 摩尔气体常数，摩尔气体常数，8.314 J mol-1 K-1实验证明，气体压力越低，越符合上述方程式。实验证明，气体压力越低，越符合上述方程式。理想气体在理想气体在任何任何 T, p 下都能符合理想气体状态方程下都能符合理想气体状态方程式。式。理想气体只是实际理想气体只是实际气体在气体在 p 0 时的极限时的极限情况情况气体分子不具有体积气体分子不具有体积气体分子间无相互作用力气体分子间无相互作用力2 2 理想气体混合物理想气体混合物(1(1) ) 摩尔分数摩尔分数x x 表示液相组成表示液相组成, , y y 表示气相组成表示气相组成(2) (2) 道尔顿定律道尔

12、顿定律（分压定律）（分压定律）气体混合物的总压力气体混合物的总压力p pt t是各组分气体分压是各组分气体分压p pi i之和。之和。(3) (3) 阿马加阿马加定律定律（分（分体积体积定律）定律）1 1 真实气体的液化及临界参数真实气体的液化及临界参数p*气液平衡示意图气液平衡示意图1. 1. 液体的饱和蒸气压液体的饱和蒸气压气液平衡时气液平衡时： 气体称为气体称为饱和蒸气饱和蒸气； 液体称为液体称为饱和液体饱和液体； 压力称为压力称为饱和蒸气压饱和蒸气压p p* *。 p p* *等于等于外压时的温度称为外压时的温度称为沸点沸点； p p* *等于等于101.325 101.325 kPa

13、kPa时的温度称为时的温度称为正常正常沸点沸点。 水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压 H H2 2O O乙醇乙醇苯苯t t/C /C p p* */ /kPakPa t t/C /C p p* */kPa /kPa t t/C /C p p* */kPa /kPa 20202.3382.33820205.6715.67120209.97129.971240407.3767.376404017.39517.395404024.41124.411606019.91619.916606046.008 46.008 606051.99351.993808047.3

14、43 47.343 78.478.4101.325101.32580.180.1101.325101.325100100101.325101.325100100222.48222.48100100181.44181.44120120198.54 198.54 120120422.35 422.35 120120308.11 308.11 T T 一定时：一定时：若若 p p p p* * ，气体，气体将将凝结为液体凝结为液体, , 直至直至 p p = = p p* * 。2 2 真实气体的真实气体的 p- p-V Vm m图及图及气体的液化气体的液化临界温度临界温度T TC C ：气体能被液

15、化的：气体能被液化的最高最高温度温度临界压力临界压力p pC C ： T TC C 时液化所需最时液化所需最小压力。小压力。临界临界摩尔体积摩尔体积V VC C ：T TC C ， p pC C 下的下的摩尔体积。摩尔体积。再考虑分子间作用力：再考虑分子间作用力：( (V Vm mb b) ) 为理想气体为理想气体体积体积 p p( (V Vm mb b) = ) = RTRT分子间吸引力分子间吸引力 p p （设减小（设减小p pi i） ( (p p + + p pi i) )为为理想气体压力。理想气体压力。RTRTb bV VV Va ap p ) )()( (m m2 2m m对于对于 n n molmol 气体，有：气体，有：a a ，b b 为范德华为范德华常数常数nRTnRTnbnbV VV Va an np p ) )( () )( (2 22 23 3 范德华方程范德华方程