《《物理化学》全套800p课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《物理化学》全套800p课件(831页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、绪论 Introduction,化学现象与物理现象的联系,一、什么是物理化学,化学反应 物理现象,伴随发生,影响,物理化学由此联系出发研究化学反应的普遍规律,物理化学的研究方法,理论基础:热力学、统计力学、量子力学 实验方法:以物理方法为主 数学演绎方法,所以,物理化学是集化学、物理及数学于一身的一门学科。即以物理和数学的方法研究化学问题。,二、物理化学的任务,(1) 化学热力学:方向,限度,能量转换, 宏观性质 (2) 化学动力学:反应速率及机理,(3) 物质结构:宏观性质与微观结构的关系,四、数学准备,例如:复合函数微分法,则,此公式是以下数学处理方法的结果:,令:,则,在y不变的条件下此
2、式两端同除以dx,得,五、教材和参考书,教材:,朱文涛.物理化学中的公式与概念,朱文涛.物理化学,参考书:,傅献彩等.物理化学,天津大学.物理化学,胡英.物理化学,Ira. N. Levine . Physical Chemistry P. W. Atkins . Physical Chemistry,第一章 气 体 Chapter 1 Gas,11 理想气体 (Ideal gas),一、理想气体状态方程 (Equation of state for ideal gas),p, V, T, n的意义及单位: Vm:摩尔体积,m3 mol-1 R:摩尔气体常数,8.314 JK-1mol-1,理
3、想气体的定义及方程的用途,定义:在任意温度和压力下都严格服从理想气体状态方程的气体,用途:对于一定量的理想气体,pVT中有一个不独立。所以p可叙述为:将物质的量为n的理想气体置于一个温度为 T体积为V的容器中,气体所具有的压力。,低压实际气体可近似当作理想气体,二、分压定律 (The Law of Partial Pressure),1. 分压:在气体混合物中,定义, pB代表组分气体B对气体混合物压力的贡献。,2. 分压定律:,对理想气体混合物, 在理想气体混合物中,任意组分气体的分压等于同温下该气体在容器中单独存在时的压力,12 实际气体 (Real gas),一、实际气体状态方程 (Eq
4、uation of state for real gas),问题提出: 用理想气体状态方程计算 实际气体,产生偏差。至今实际气体状态方程已约200个,Van der Waals方程,思想:对实际气体分别做两项修正,方程:,a和b:Van der Waals常数,可查,意义 方程的优缺点:,二、对比状态原理 (The principle of corresponding states),1. 几个概念,(1) 蒸气压:在讨论气液转化时常用,定义:在一定条件下,能与液体平衡共存的它的蒸气的压力,例如:,是液体的性质:表示液体挥发的难易。其大小决定于液体所处的状态(主要决定于温度)。,沸点:蒸气压外
5、压时的温度,通常是指蒸气压101325 Pa,称(正常)沸点。,(2) 临界参数和临界点:,定义:,Tc利用加压手段使气体液化的最高温度,pc在临界温度时使气体液化所需的最小压力,Vc在临界温度和临界压力时气体的摩尔体积,是物性参数,不易测定,(3) 对比参数和对比状态:,定义:,范氏对比方程:,1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理,得到,代入原方程并整理,Van der Waals 对比方程,启示:f (pr, Vr, Tr)=0。即不同气体如果它们具有相同的pr和Tr,则Vr必相同。称它们处在相同对比状态。,2. 对比状态原理:,处在相同对比状态的各种气体(乃至液体),具有相近
6、的物性(如摩尔热容、膨胀系数、压缩系数、黏度等)。,(2) 如何求Z:Z不是特性参数,随气体状态而改变,Z = f(T, p),代入对比参数,Zc: Critical compression factor,若满足范氏方程,则,即 Zc3/80.375,实验表明:,Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO,0.31 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30, Zcconst.,于是,处在相同对比状态的各种气体不仅有相近的物性,而且有相同的压缩因子。于是许多人测定Z,结果确是如此。将测量结果绘制成图压缩因子图,如何用图:例 CO2 (304K, 110101325 Pa),V
7、m=?,本章小结:,气体计算方法,理想气体状态方程,实际气体状态方程,压缩因子图,二、对比状态原理 (The principle of corresponding states),1. 几个概念,(1) 蒸气压:在讨论气液转化时常用,定义:在一定条件下,能与液体平衡共存的它的蒸气的压力,例如:,是液体的性质:表示液体挥发的难易。其大小决定于液体所处的状态(主要决定于温度)。,沸点:蒸气压外压时的温度,通常是指蒸气压101325 Pa,称(正常)沸点。,物化朱文涛02_实气_热力学概念,(2) 临界参数和临界点:,定义:,Tc利用加压手段使气体液化的最高温度,pc在临界温度时使气体液化所需的最小
8、压力,Vc在临界温度和临界压力时气体的摩尔体积,是物性参数,不易测定,(3) 对比参数和对比状态:,定义:,范氏对比方程:,1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理,得到,代入原方程并整理,Van der Waals 对比方程,启示:f (pr, Vr, Tr)=0。即不同气体如果它们具有相同的pr和Tr,则Vr必相同。称它们处在相同对比状态。,2. 对比状态原理:,处在相同对比状态的各种气体(乃至液体),具有相近的物性(如摩尔热容、膨胀系数、压缩系数、黏度等)。,(2) 如何求Z:Z不是特性参数,随气体状态而改变,Z = f(T, p),代入对比参数,Zc: Critical com
9、pression factor,若满足范氏方程,则,即 Zc3/80.375,实验表明:,Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO,0.31 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30, Zcconst.,于是,处在相同对比状态的各种气体不仅有相近的物性,而且有相同的压缩因子。于是许多人测定Z,结果确是如此。将测量结果绘制成图压缩因子图,如何用图:例 CO2 (304K, 110101325 Pa),Vm=?,本章小结:,气体计算方法,理想气体状态方程,实际气体状态方程,压缩因子图,第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermod
10、ynamics,热力学的任务:方向、限度、能量转换、宏观性质,热力学的特点:,研究对象:N 1020 宏观方法 无涉及时间因素,本章目的:,能量转换规律 物化学习方法,21 基本概念 (Important concepts),一、系统和环境 (System and surroundings),定义:系统研究对象(也称体系),环境与系统有相互作用的外界,系统的分类,开放系统 (敞开系统) 封闭系统 孤立系统,系统,二、热力学平衡状态,定义: 状态,平衡状态,热平衡 力学平衡 相平衡 化学平衡,平衡状态包括的具体内容,(Thermodynamic equilibrium state),平衡状态,三
11、、状态函数 (State function),定义: 用于描述系统状态的宏观性质。数学表述。,分类:,容量性质:与n成正比,有加和性。例如m,C,V;是n的一次齐函数,强度性质:与n无关,无加和性。例如T,p,Vm,;是n的零次齐函数,特点:,(1)相互关联:单组分均相封闭 系统有两个独立变量;(无组成变化的封闭系统),(2)变化只决定于初末状态,作业:第一章 10;第二章 1,5,6;A. 1.17阅读: A. 2.1 2.2,物化朱文涛03_第一定律_功_可逆过程,调 课 通 知,9.23(二)的课调至9.21(日)晚7:00 (2) 9.30(二)的课停 (3) 10.14(二)的课调至
12、10.12(日)晚7:00,2. 对比状态原理:,处在相同对比状态的各种气体(乃至液体),具有相近的物性(如摩尔热容、膨胀系数、压缩系数、黏度等)。,(2) 如何求Z:Z不是特性参数,随气体状态而改变,Z = f(T, p),代入对比参数,Zc: Critical compression factor,若满足范氏方程,则,即 Zc3/80.375,实验表明:,Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO,0.31 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30,Zcconst.,于是,处在相同对比状态的各种气体不仅有相近的物性,而且有相同的压缩因子。于是许多人测定Z,结果确是如此。
13、将测量结果绘制成图压缩因子图,Tr=1 pr=1.5,Z=0.25,110101325 PaVm=0.258.314 J K-1mol-1304K,解得: Vm=5.6710-5 m3 mol-1,如何用图:例 CO2 (304K, 110101325 Pa),Vm=?,本章小结:,气体计算方法,理想气体状态方程,实际气体状态方程,压缩因子图,第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics,热力学的任务:方向、限度、能量转换、宏观性质,热力学的特点:,研究对象:N 1020 宏观方法 无涉及时间因素,本章目的:,能量转换规律 物化学习
14、方法,21 基本概念 (Important concepts),一、系统和环境 (System and surroundings),定义:系统研究对象(也称体系),环境与系统有相互作用的外界,系统的分类,开放系统 (敞开系统) 封闭系统 孤立系统,系统,二、热力学平衡状态,定义: 状态,平衡状态,热平衡 力学平衡 相平衡 化学平衡,平衡状态包括的具体内容,(Thermodynamic equilibrium state),平衡状态,三、状态函数 (State function),定义: 用于描述系统状态的宏观性质。数学表述。,分类:,容量性质:与n成正比,有加和性。例如m,C,V;是n的一次齐
15、函数,强度性质:与n无关,无加和性。例如T,p,Vm,;是n的零次齐函数,特点:,(1)相互关联:单组分均相封闭 系统有两个独立变量;(无组成变化的封闭系统),(2)变化只决定于初末状态,四、过程与途径 (Process and path),按系统初末状态的差异,分为,简单物理过程:p V T 变化 复杂物理过程:相变、混合等 化学过程:,按过程本身的特点,分为多种多样。物化感兴趣的几种典型过程为:,等温过程:T1T2T环const. 等压过程:p1p2p外const. 等容过程:Vconst. 绝热过程: 循环过程:,五、热量和功 (Heat and work),定义:由于温度不同而在系统与环境之间传递的能量,Q;除热以外,在系统与环境之间所传递的能量,W。,符号:系统吸热,Q 0;系统放热,Q 0;环境做功,W 0,