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1、教材：物理化学核心教程，沈文霞，科学，2004.学时 64 （含实验12学时），4 学分.主要参考书：傅献彩，物理化学（第五版），高教，2005.http:/ 论1. 物理化学内容简介物理化学：通过物理现象与化学现象之间的关系，并主要采用物理实验方法, 来研究化学变化基本规律的一门科学。物理化学D 物理化学主要任务：属于化学热力学，研究变化方向及平衡问题。（2） 化学反应的速率和机理；e.g. 催化剂 属于化学动力学，解决反应速率和历程。（3） 物质结构和性能之间的关系e.g. N2 结构 属于物质结构，微观方法。本课程内容主要是 (1) 和 (2)。（1） 化学变化的方向和限度e.g. N2
2、 + 3H2 = 2NH32. 物理化学研究方法归纳 ： 从个别到一般演绎 ： 从一般到个别（推理过程）微观方法：直接应用分子概念； 宏观方法：研究宏观性质，不直接涉及分子.具体有：热力学方法(宏观方法)：多质点系统 两定律 推理 热力学函数 判据。通过宏观量变化推断系统性质变化，不需了解过程细节及粒子结构，结论可靠。属经典热力学，仅适用于平衡态。物质结构方法：统计力学方法：从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒子系统的规律。e.g. p 大量分子与器壁碰撞后动量改变的统计平均结果。统计力学联系微观与宏观，有助于理解热力学定律。动力学方法：化学键 分子/晶体结构 结构 性能反应细节，依赖实验手
3、段。3. 物理化学发发展简简史十八世纪开始：燃素说 能量守恒与转化定律。罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。十九世纪：1887 年第一本物理化学杂志创刊, 创办人是Ostwald 和 Vant Hoff 。二十世纪：得到迅速发展和广泛应用，形成了许多新的分支学科，e.g. 热化学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化学动力学，催化化学，量子化学和 结构化学等。近代物理化学发展趋势：(1) 从宏观到微观(2) 从体相到表相(3) 从静态到动态(4) 从定性到定量(5) 从单一学科到边缘学科(6) 从平衡态到非平衡态4. 物理化学学习习方法第一章 气 体物质常见聚集状态 ( 按复杂程度上升
4、排列 )：气、固、液气体性质中，p, V, T 最基本，均可直接测定（混合气体应包括组成）压力 p : 分子热运动 碰撞器壁 作用力 单位面积受力（压强） p ，大量分子的宏观表现。单位：帕斯卡 Pa，1Pa = 1 Nm-2 ( 1 atm = 101325 Pa)体积 V : 气体所占空间大小，单位: 立方米 m3 温度 T : 热力学温度，单位: 开尔文 与摄氏温度的关系: T / K = t / C + 273.15热力学第零定律1. 理想气体状态态方程(1) 理想气体状态方程三个经验定律：波义尔定律：pV = 常数,（T, n 不变） 1-1 理想气体及其状态态方程盖吕萨克定律：V
5、/ T = 常数,（p,n 不变）阿伏加德罗定律：V/n = 常数,（p,T 不变）由此可得：pV = nRT即理想气体状态方程式。式中：p 气体压力，单位 PaV 气体体积，单位 m3T 气体温度，单位 Kn 物质的量，单位 molR 摩尔气体常数，8.314 Jmol-1K-1实验证明，气体压力越低，越符合上述方程式。理想气体 : 在任何 T, p 下都能符合理想气体状态方程式的气体。理想气体只是实际气体在 p 0 时的极限情况，反映了各种气体在低压下的共性。另有: pVm = RT, Vm 摩尔体积，单位 m3mol1m 气体质量，M 气体摩尔质量和pVT 曲面 Ne理想气体O2CO20
6、25507510012522602265227022552275p/kPapVm / ( J mol- )(2) 摩尔气体常数 R实际气体， R 并不是常数；仅在 p 0 时，才有 pV = nRT273.15K, Ne, O2 , CO2 的 pVm p 等温线(3) 理想气体微观模型理想气体两个特征：(1) 分子本身不占体积: (2) 分子间无相互作用力压力正比于分子数。若分子间有作用力，则无此简单关系。何时可用 pV = nRT 处理实际气体？应考虑：(1) 气体种类(3) 工程具体要求（精确度）pV = 常数，p ，V 0难液化气体常用，H2 , O2 等；易液化气体少用，H2O, N
7、H3 等.(2) 具体压力，xxx xxxx kPa 间例：由上述三经验定律导出理想气体状态方程。微分：微分：由波义尔定律：pV = 常数,微分：同样，由盖吕萨克定律：V/ T = 常数,代入全微分：由阿伏加德罗定律：V/n = 常数， 1-2 理想气体混合物1. 混合物的组成x 表示液相组成y 表示气相组成(1) 摩尔分数(2) 质量分数2. 道尔顿定律（分压定律）气体混合物的总压力是各组分气体分压之和。对于理想气体混合物，某组分的分压等于同温下该气体单独存在于容器中之压力，此即分压定律（仅适用于理想气体, 为什么？）分压的物理意义：物质的量为 nB 的气体 B 在 T, V 时的压力， 3
8、. 阿马加定律（略）思考题(1) 一封闭容器中装有某种理想气体，如果保持其压力和体积不变，温度能否改变?(2) 两封闭容器中装有同一种理想气体，它们的压力、体积相同，温度是否一定相同？思考题：p19 (3)两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273K，右球的温度为293K时，汞滴处在中间达成平衡。问： (1)若将左球温度升高10K，中间汞滴向哪边移动？ (2)若两球温度同时都升高10K, 中间汞滴向哪边移动？概念题：p20（4）（8） 1-3 气体的液化及临临界参数1. 液体的饱和蒸气压气液平衡(动态平衡) 饱和蒸气 饱和液体 沸
9、点 正常沸点 相对湿度加压或降温可能使实际气体液化，但并不是在任意温度下通过加压都能使实际气体液化的。2. 临界参数一般，分子间引力 ， TC ， 易液化。临界温度 TC ：气体能被液化的最高温度。临界压力 pC ： TC 时液化所需最小压力。临界摩尔体积 VC ：TC ， pC 下的摩尔体积。TC ， pC ，VC 统称为临界参数。3. 真实气体的 pVm p 图及气体的液化真实气体与理想气体的偏差3. 真实气体状态方程真实气体分子有一定体积真实气体分子间有作用力:排斥力； 吸引力；范德华方程（1873）对理想气体模型，作两方面修正：再考虑分子间作用力：考虑分子体积 b，从Vm中扣除后，即为
10、分子自由运动空间，（Vm b）为理想气体体积。 p（Vmb）RT分子间吸引力 p （设减小pi） （p pi）为理想气体压力。代入理想气体状态方程，对于 n mol 气体，有：a ，b 为范德华常数，需具体测定。pi 与气体分子数 N1 、碰撞器壁分子数 N2 成正比，即：pi N1 和 N2，而N1 和 N2 都正比于气体密度 ，所以pi 2 与Vm 成反比，概念题：p20（3）思考题：已知 CO2 的临界参数：tC = 39.98 C ，pC = 7.373 MPa,一钢瓶中贮存有 29 C 的CO2，其状态 （ ）。(A) 一定为液体 (B) 一定为气体(C) 一定为气液共存 (D) 数
11、据不足，无法确定在恒温 100 C 的带活塞汽缸中，有压力为 100 kPa 的饱和水蒸气。恒温下压缩该水蒸气，直到其体积为原来的 1/3，此时水蒸气的压力为 ( ) ？(A) 300 kPa (B) 33.3 kPa (C) 100 kPa (D) 无法确定25C 时，一密闭容器中有少量水及被水蒸气饱和的空气，总压力为 100 kPa，此时空气的摩尔分数 y1 = ? . 若将容器升温至 100C，达平衡后容器中仍有水存在，则此时空气的摩尔分数 y2 = ? . 已知 25C 时水的饱和蒸气压为 3.67 kPa.解：p1 = ( 100 3.67 ) = 96.33 kPay1 = 96.33 / 100 = 0.963 p2 = p1T2 / T1 = 373.15 96.33 / 298.15 = 120.56 kPap2 (H2O) = 101.325 kPap (总) = 101.325 + 120.56 = 221.89 kPa y2 = p2 / p (总) = 120.56 / 221.89 = 0.543思考题：p19 (6)
