物理化学上册--课件

《物理化学上册--课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学上册--课件（529页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1,物 理 化 学 Physical Chemistry,物理化学多媒体课件,2,绪 论,Preface,3,化学,物理化学是化学学科的一个分支,一、什么是物理化学?,4,化学反应,原子、分子间的分离与组合,热,电,光,磁,温度变化,压力变化,体积变化,化学,物理学,密不可分,状态变化,热学、电学、光学、磁学是物理学的重要分支,5,物理现象,化学现象,物理化学,用物理的理论和实验方法，通过数学演绎,研究化学变化的本质与规律,6,二、物理化学要解决的问题 化学反应的方向与限度问题热力学 化学反应进行的速率和机理问题动力学 物质的性质与其结构之间的关系问题物质结构 三、物理化学研究的方法 热力学方

2、法 适用于宏观系统 量子力学的方法 适用于微观系统 统计热力学的方法 两者的桥梁,7,物理化学课程的内容,热力学,基本定律,第一定律,第二定律,应用,多组分系统溶液,相平衡,化学平衡,可逆电池,表面化学,胶体,动力学,宏观动力学,微观动力学,电极过程动力学,统计热力学,四、物理化学的建立与发展,十八世纪开始萌芽： 从燃素说到能量守恒与转化定律。俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。, ,十九世纪中叶形成： 1887年俄国科学家W.Ostwald（18531932）和荷兰科学家J.H.vant Hoff （18521911）合办了第一本“物理化学杂志” 。,W. Ostwald (1

3、8531932),J. H. vant Hoff (18521911),1887，J. of Physical Chemistry (in gunman),二十世纪迅速发展： 新测试手段和新的数据处理方法不断涌现，形成了许多新的分支学科，如：热化学，化学热力学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化学动力学，催化作用，量子化学和结构化学等。,近代化学的发展趋势和特点：,(1)从宏观到微观,(2)从体相到表相,(3)从定性到定量,(4)从单一学科到交叉学科,(5)从研究平衡态到研究非平衡态,学科间相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的边缘学科，,当今科学研究的四大方向： 能源、材料 、环境

4、、生命,化学分支的重新划分 生物化学 合成化学 测试化学 物理化学,五、对本门课程学习的要求 要注重对概念的理解与掌握 掌握公式的使用条件与记住公式同等重要 要善于归纳与总结 重视实践环节 每两次课交一次作业 主要参考书 物理化学上、下册 （第五版） 南京大学物理化学教研室 傅献彩 物理化学上、下册 （第四版）胡英 物理化学练习500例 （第二版）李大珍 物理化学解题指南 李文斌（天大）,13,五、对本门课程学习的要求 要注重对概念的理解与掌握 掌握公式的使用条件与记住公式同等重要 要善于归纳与总结 重视实践环节 每两次课交一次作业 主要参考书 物理化学上、下册 （第五版） 南京大学物理化学教

5、研室 傅献彩 物理化学上、下册 （第四版）胡英 物理化学练习500例 （第二版）李大珍 物理化学解题指南 李文斌（天大）,14,第一章 气体的 pVT 性质,V 受 T、p 的影响很大,V 受 T、p 的影响较小,联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程,物理化学中主要讨论气体的状态方程,气体,理想气体,实际气体,Chapter1 the pVT relationships of gases,15,100、101325Pa下水蒸气的体积 大致是水体积的1603倍,其中气体的流动性好，分子间距离大，是理论研究的首选对象。,16,1.1 理想气体状态方程,1. 理想气体状态方程,低压气体定律：

6、,（1）玻义尔定律(R.Boyle,1662): pV 常数 （n,T 一定）,（2）盖.吕萨克定律(J. Gay-Lussac,1808)： V / T 常数 (n, p 一定),（3）阿伏加德罗定律（A. Avogadro, 1811) V / n 常数 (T, p 一定),The State Equation of Ideal Gas,17,pV = nRT,单位：p Pa V m3 T K n mol R J mol-1 K-1,R 摩尔气体常数mole gas constant,R 8.314510 J mol-1 K-1,18,理想气体状态方程也可表示为：,pVm=RT pV =

7、(m/M)RT,以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V),R8.314 JK-1mol-1 0.08206 atml K-1mol-1 1.987 cal K-1mol-1,理想气体：在任何温度与压力下都能严格服从理想 气体状态方程的气体。,19,过程方程 当理想气体经一过程从状态1变到状态2，则,p/Pa,V/m3,20,理想气体模型及定义 the modle and definition of ideal gas,（1）分子间力,E吸引 1/r 6 E排斥 1/r n,Lennard-Jones理论：n = 12,式中：A吸引常数；B排斥常数,21,（2） 理想

8、气体模型,a) 分子间无相互作用力 b) 分子本身不占体积 C)分子间的碰撞为弹性碰撞,（低压气体）p0 理想气体,22,3. 摩尔气体常数 R mole gas constant R,R 是通过实验测定确定出来的,例：测300 K时，N2、He、CH4 pVm p 关系，作图,p0时： pVm=2494.35 Jmol,R=pVm/T=8.3145 JmolK-1,在压力趋于0的极限条件下，各种气体 的行为均服从pVm=RT的定量关系。 R 是一个对各种气体都适用的常数,23,1.2 理想气体混合物,1. 混合物的组成components of mixtures,1) 摩尔分数 x 或 y,

9、显然 xB = 1 , yB = 1,Mixtures of ideal gasas,24,2. 理想气体方程对理想气体混合物的应用,因理想气体分子间没有相互作用，分子本身又不占体积，所以理想气体的 pVT 性质与气体的种类无关，因而一种理想气体的部分分子被另一种理想气体分子置换，形成的混合理想气体，其pVT 性质并不改变，只是理想气体状态方程中的 n 此时为总的物质的量。,25,pV = nRT = ( nB)RT 及 pV = （m/Mmix)RT 式中：m 混合物的总质量 Mmix 混合物的摩尔质量,又 m = mB = nB MB = n yB MB = nMmix Mmix= m/n

10、 = mB / nB,即混合物的摩尔质量又等于混合物的总质量除以混合物的总的物质的量,26,混合气体（包括理想的和非理想的）的分压定义： pB yB p 式中： pB B气体的分压 p 混合气体的总压 pB yB p yB = 1 p = pB,3. 道尔顿定律 Daltons Law,27,混合理想气体：,即理想混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体的T、V时产生的压力总和 道尔顿分压定律,28,4. 阿马加定律 Amagats Law,理想气体混合物的总体积V为各组分分体积VB*之和： V= VB*,即：理想气体混合物中物质B的分体积VB*，等于纯气体B在混合物的温度及总压条件下所占有

11、的体积。,29,阿马加定律表明理想气体混合物的体积具有加和性，在相同温度、压力下，混合后的总体积等于混合前各组分的体积之和。,由二定律有：,30,解：,31,上次课主要内容,1.绪论 2.理想气体,pV = nRT,3. 理想气体混合物,道尔顿定律,阿马加定律,32,1.3 气体的液化及临界参数 Gases liquidation and Critical paracters,1. 液体的饱和蒸气压 the Saturated Vapour Pressure,理想气体不液化（因分子间没有相互作用力） 实际气体：在一定T、p 时，气液可共存达到平衡,气液平衡时： 气体称为饱和蒸气； 液体称为饱和

12、液体； 压力称为饱和蒸气压。,33,饱和蒸气压是温度的函数,表1.3.1 水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压,饱和蒸气压外压时的温度称为沸点 饱和蒸气压101.325kPa时的温度称为正常沸点,34,T一定时： 如 pB pB*，B气体凝结为液体至pBpB* （此规律不受其它气体存在的影响）,相对湿度的概念：相对湿度,35,2. 临界参数 Critical paracters,由表1.3.1可知：p*=f (T) T ，p* 当TTc 时，液相消失，加压不再可使气体液化。,Tc 临界温度：使气体能够液化所允许的最高温度, 临界温度以上不再有液体存在， p*=f (T) 曲线终止于临界温度；

13、临界温度 Tc 时的饱和蒸气压称为临界压力,36,临界压力 pc : 在临界温度下使气体液化所需的最低压力 临界摩尔体积Vm,c： 在Tc、pc下物质的摩尔体积,Tc、pc、Vc 统称为物质的临界参数,37,3. 真实气体的 p-Vm 图及气体的液化,CO2的PV图,38,三个区域： T Tc T Tc T = Tc,39,1) T Tc,气相线 g1g1: p , Vm ,气液平衡线 g1l1 : 加压，p*不变, gl, Vm,g1: 饱和蒸气摩尔体积Vm(g) l1: 饱和液体摩尔体积Vm(l) g1l1线上，气液共存,液相线l1l1: p, Vm很少，反映出液体的不可压缩性,40,2)

14、 T=Tc,T , l-g线缩短，说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小,T=Tc时，l-g线变为拐点C C：临界点 Tc 临界温度 pc 临界压力 Vm,c 临界体积,临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同， 气态、液态无法区分，此时：,41,3) T Tc,无论加多大压力，气态不再变为液体，等温线为一光滑曲线,lcg虚线内：气液两相共存区 lcg虚线外：单相区 左侧：液相区 右侧：气相区 中 间：气、液态连续,42,超临界流体,超临界流体及超临界萃取： 1、密度大，溶解能力强。 2、粘度小，扩散快。 3、毒性低，易分离。 4、无残留，不改变萃取物的味道。可用于食品、药品、保健品的萃取与

15、提纯。 5、操作条件温和，萃取剂可重复使用，无三废。,43,1.4 真实气体状态方程 the State Equation of Real Gases,描述真实气体的pVT关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程,1. 真实气体的 pVmp图及波义尔温度 T一定时，不同气体的pVmp曲线有三种类型， 而同一种气体在不同温度的 pVmp曲线亦有 三种类型,44,45,T TB : p ， pVm T = TB : p , pVm开始不变，然后增加 T = TB : p , pVm先下降，后增加,TB: 波义尔温度，定义为：,46,每种气体有自己的波义尔温度； TB 一般为Tc 的2 2.5 倍； T TB 时，气体在几百 kPa 的压力范围内 符合理想气体状态方程,2. 范德华（J.D.Vander Waals)方程,(1) 范德华方程,实质为： （分子间无相互作用力时气体的压力） （1 mol 气体分子的自由活动空间）RT,理想气体状态方程 p