河北科技大学物理化学课件绪论第一章

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1、2020/9/27,物理化学电子教案,物理化学,河北科技大学理学院 物理化学教研室,主讲：张彦辉,Tel：15130167386；E-mail：,2020/9/27,教 科 书,河北科技大学 物理化学（上, 下） 化学工业出版社,2020/9/27,参 考 书,付献彩. 物理化学(上, 下). 南京大学. 刘俊吉. 物理化学(上, 下). 天津大学. 印永嘉. 物理化学简明教程(上,下).山东大学. 朱传征. 物理化学.科学出版社.,2020/9/27,目 录,绪 论 第一章 气体的性质 （4 学时） 第二章 热力学第一定律 （10学时） 第三章 热力学第二定律 （10学时） 第四章 多组分系

2、统热力学 （6 学时） 第五章 化学平衡 （6 学时） 第六章 相平衡 （6 学时）,2020/9/27,目 录,第七章 电化学 （12学时） 第八章 统计热力学基础 第九章 界面现象 （6 学时） 第十章 化学动力学 （14学时） 第十一章 胶体化学 （6 学时）,2020/9/27,绪 论,0.1 物理化学课程的内容及作用 0.2 物理化学的研究方法 0.3 物理化学的学习方法 0.4 物理化学中物理量的表示和运算,2020/9/27,0.1 物理化学课程的内容及作用,从物质物理现象和化学现象间的联系出发研究化学变化中具有普遍性的基本规律的一门科学。, 何谓物理化学？,物理化学研究的是化学

3、变化的共性的理论问题，也叫理论化学。,2020/9/27,0.1 物理化学课程的内容及作用,十八世纪开始萌芽,俄国科学家罗蒙诺索 夫最早使用“物理化 学”这一术语, 建立与发展,2020/9/27,十九世纪中叶形成,0.1 物理化学课程的内容及作用,2020/9/27,二十世纪迅速发展 分支学科，如：化学热力学，化学动力学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，催化作用，量子化学和结构化学等。,0.1 物理化学课程的内容及作用,2020/9/27,0.1 物理化学课程的内容及作用, 主要理论支柱：,热 力 学,量子力学,统计力学,以两个经典热力学定律为基础，研究宏观性质间的关系。,用量子力学的

4、基本方程研究微观粒子运动的规律，从而指示物性与结构之间的关系。,用概率规律研究微观运动的平均结果，计算一些热力学宏观性质。,2020/9/27,0.1 物理化学课程的内容及作用,化学热力学,研究物质变化的方向、限度和能量转换问题,化学动力学,研究物质变化的速率和机理问题,主要内容：两个基本问题,2020/9/27,0.1 物理化学课程的内容及作用, 作用 解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质,更好的驾驭化学，使之为生产实际服务。,学科交叉与渗透普遍性,要在某个学科作出成绩，必须具备相关学科各 种知识。,化学与生命科学、环境科学、医药科学等学科紧密相连。,2020/9

5、/27,0.2 物理化学的研究方法,遵循常用的科学方法 实验方法、归纳和演绎方法、模型化方法、理想化方法等。,特殊的研究方法 热力学方法、量子力学方法、统计力学方法。,领会物理化学解决实际问题的科学方法,2020/9/27,0.3 物理化学的学习方法, 抓重点、考点，学会总结；, 准确理解基本概念，区别对待重要公式 和一般公式，明确其使用条件；, 正确对待数学推导，明确引入的条件；, 认真演算习题，学会解题方法；,注意复习、各章间的联系；, 重视实验，加深对理论的理解，提高动手能力；, 课前自学，课上记笔记，课后复习，勤于 思考，培养自学和独立工作的能力；,2020/9/27,0.4 物理化学

6、中物理量的表示和运算,1 物理量的表示 2 对数中的物理量 3 量值计算,2020/9/27,1 物理量的表示,(1) 物理量=数值单位,例：压力 p = 101325 Pa；,注意：物理量用斜体表示，pH例外，上下标如为物理 量也用斜体，其他说明性标记用正体。 单位用正体。,例：摩尔等压热容Cp,m = 33.60 Jmol-1K-1,2020/9/27,1 物理量的表示,(2) 量的数值在图表中的表示方法,图坐标的标注或表头的标注都以纯数表示，即：物理量/单位,乙醇的蒸气压p与温度T的关系,2020/9/27,2 对数中的物理量,对数计算为纯数值计算，故对数中的物理量以纯数值形式表示，即以

7、ln(物理量/单位)表示。为方便常用简化式ln物理量表示。,同样，指数式、三角函数式中的物理量也均以纯数值的形式表示。,2020/9/27,3 量值计算,物理化学运算中采用量方程式计算。,例：计算在25 ，100 kPa下理想气体的摩尔体积Vm。,(1)量方程式：带入物理量(数值单位)进行计算,2020/9/27,3 量值计算,(2)数值方程式：带入数值(量/单位)进行计算,对于复杂运算，不列出每一个物理量的单位，而直接给出最后单位。如上式也可写为,2020/9/27,物理化学电子教案第一章,气体的性质,2020/9/27,物质聚集态,气体最简单，最容易表征，最容易用分子模型研究,第一章 气体

8、的性质,任一状态都有许多宏观性质： p、V、T、U 等。,状态方程：联系 p、V、T 之间关系的方程,p、V、T物理含义非常明确，易直接测量,常用其描述物质的状态,2020/9/27,第一章 气体的性质,1.1 理想气体状态方程 1.2 理想气体混合物 1.3 实际气体的行为及状态方程 1.4 实际气体的液化过程 1.5 压缩因子图实际气体的有关计算,2020/9/27,1.1 理想气体状态方程,1.低压气体的经验定律 2. 理想气体(perfect gas)及其状态方程,2020/9/27,1 低压气体的经验定律,波义尔定律(R.Boyle,1662)： pV = 常数 (T, n 一定)

9、盖吕萨克定律(J. Gay-Lussac,1808)： V / T 常数 (n, p 一定) 阿伏加德罗定律（A. Avogadro, 1811)： V / n 常数 (T, p 一定),1719世纪三个著名的低压气体经验定律,2020/9/27,2 理想气体及其状态方程,（1）方程表达式 pV = nRT,p 压力 Pa；,R 摩尔气体常数 8.314 J mol-1 K-1,n 物质的量 mol；,T 温度 K；,V 体积 m3；,其它表达式：,参数说明,2020/9/27,2 理想气体及其状态方程,p, V, T, n, m, M, (= m/ V)之间相互计算,(2) 方程的应用,p、

10、V、T间的函数微积分运算,p Vm=RT,分析：,p 、Vm、T间关系,Vm=RT/p,2020/9/27,(3) 理想气体定义：,任何温度、压力下均能严格服从波义尔定律和盖吕萨克定律的气体。,2 理想气体及其状态方程,任何温度、压力下均服从理想气体状态方程的气体。,(4) 理想气体的微观模型：, 分子间无相互作用力； 分子本身没有体积。,任何温度、压力下均符合理想气体模型的气体。,理想气体是一个理想模型，客观上不存在，它只是真实气体在p0时的极限情况。,2020/9/27,(4) 建立理想气体模型的意义：, 建立了一种简化的模型：理想气体不考虑气体分子本身占有的体积及分子间相互作用力，使问题

11、大大简化，为研究实际气体奠定基础。, 低压下的实际气体可近似按理想气体对待。,2 理想气体及其状态方程,2020/9/27,2 理想气体及其状态方程,pVm=2271.1Pam3mol-1,273.15K下Ne、O2、CO2 pVm p 关系,(5) 摩尔气体常数R-实验测定得到,各种气体pVT行为服从理想气体状态方程,p0时：,2020/9/27,1.2 理想气体混合物,1 组成表示方法 2 理想气体混合物状态方程 3 道尔顿定律与分压力 4 阿马加定律,2020/9/27,1 组成表示方法, 物质的量分数(摩尔分数)x或y：,注意： y用于气相，x用于液相。,2020/9/27,1 组成表

12、示方法, 质量分数wB,单位为1，,多用于液态混合物,2020/9/27,1 组成表示方法, 体积分数jB,单位为1，, 质量摩尔浓度； 物质的量浓度 质量浓度,2020/9/27,2 理想气体混合物状态方程,理想气体混合物状态方程,p、V、n为混合物总压力、总体积、总物质的量,2020/9/27,3 道尔顿定律与分压力,适用于任意混合气体。,(1) 分压力,总压为p的混合气体中，任一组分B的分压力pB是它的摩尔分数yB与混合气体总压力p的乘积。,2020/9/27,道尔顿定律与分压力,注意：适用于理想气体混合物和低压气体混合物。,理想气体混合物中某一组分分压等于该组分在混合物相同温度T下单独

13、占有总体积V时具有的压力。（道尔顿分压）,(2) 道尔顿定律：, 定义：混合气体的总压力等于各组分单独存在于混 合气体的温度、体积条件下所产生压力的总和。,2020/9/27,3 道尔顿定律与分压力, ,：组分A ：组分B, , 道尔顿定律示意图,2020/9/27,3 道尔顿定律与分压力,二者相同，均可适用。, 对理想气体或低压气体：, 对非理想气体：,道尔顿分压不再适用，而分压力可适用。,(3)道尔顿分压与分压力比较,2020/9/27,3 道尔顿定律与分压力,例：保持系统温度体积一定，在压力为p的纯理想气体 B中加入定量理想气体C，问混合气体中气体B的分压力pB为多少？,pB p,(4)

14、定律应用举例,2020/9/27,阿马加定律,VB*称为B的分体积,(1) 定义：理想气体混合物的总体积V等于各组分B单独存在于混合气体的温度T及总压p条件下占有的体积之和。,注意：定律及分体积概念适用于理想气体混合物 和低压气体混合物。,定律表明，理想气体混合物体积有加和性，同温同压下，混合后总体积等于混合前各纯组分体积之和；,2020/9/27,4. 阿马加定律,综合道尔顿定律和阿马加定律-推论：,即：理想气体混合物中某一组分B的分压与总压之比，或分体积与总体积之比等于该组分的摩尔分数yB。,2020/9/27,4. 阿马加定律,解析：根据理想气体分压力与分体积的定义式判断,A. 不变；,

15、B. 变小；,C. 变大；,D. 无法确定。,恒温恒容容器中，有A、B两种理想气体，A的分压力和分体积分别为pA 、VA。往容器中加入10mol的理想气体C ，则A的分压力( )，分体积( )。,A,B,(2) 举例：,2020/9/27,上次课内容回顾,3.状态方程表达式及应用：,pV = nRT,2.模型：,分子本身不占有体积。,分子间无相互作用力；,一、理想气体,1.定义：三种描述,2020/9/27,状态方程：,二、理想气体混合物,上次课内容回顾,2020/9/27, 1.3 实际气体的行为及状态方程,物质无论以何种状态存在，其内部分子间都存在相互作用,分子间力,实际气体的非理想性,

16、温度足够低、压力足够大时会变成液体；, pVT性质偏离理想气体状态方程。,2020/9/27,1 实际气体的行为,引入压缩因子Z来修正理想气体状态方程，描述实际气体的 pVT 性质：,(1) 压缩因子定义,注：单位为1，T、p的函数。,pV = ZnRT 或 pVm = ZRT,2020/9/27,理想气体 Z1,Z 的大小反映了实际气体对理想气体的偏差程度,同T、p,(2) 物理意义,1 实际气体的行为,2020/9/27,1 实际气体的行为,（3）Z p曲线图及波义尔温度,不同气体在相同温度下,p ， Z ；,p , Z先后。,2020/9/27,1 实际气体的行为,气体一定，温度不同,T3、T4 : p , Z先后；,T 1 : p ， Z ；,T2定义为波义尔温度，以TB表示。,T2：开始转变，曲线以较缓趋势趋向于水平线，并与之相切。相当一段压力(几百kPa )范围内Z1，随压力变化不大，并符合理想气体状态方程。,