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1、,物理化学 Physical Chemistry,大学不是终点，而是你起飞的地方！,教育：素质教育与知识教育 素质教育（学习方面）：学习习惯、学习态度、 学习方法（大学：教1学2考3） 知识教育 中学：学习知识 大学：学习知识、认识知识的本质（宏观、微观） 硕士研究生：学习揭示新知识的本质（部分创新） 博士研究生：进行科学研究 （揭示新知识/新体系的本质，创新）,参考书 1 工科大学化学，张平民等，湖南教育出版社 2物理化学，南京大学物理化学教研室，傅献彩等，高等教育出版社 3物理化学，天津大学物理化学教研室，宋世谟等，高等教育出版社 4物理化学，胡英等，高等教育出版社(面向21世纪课程教材)
2、,绪 论 一. 物理化学研究内容及对象 1.什么叫物理化学? 化学反应常伴有物理性质的变化，如体积、压强、热、电、光效应。 物理因素的变化（T、p、c、光照、磁场、微波、超声波）可能引起化学反应的变化。 微观物理运动状态（分子中电子运动、原子转动与振动,分子中原子间的相互作用）直接决定物质反应性质及反应能力。 一些物理现象反映化学本质。,1.什么叫物理化学? 从化学现象与物理现象的联系去寻找化学变化的规律性,即用物理的理论和实验方法来研究化学的一般理论问题，即化学反应过程：, 能量的转换 方向、限度 速率、机理,2.物理化学的研究内容 科学体系 化学热力学和统计热力学：研究化学变化的方向和限度
3、、能量变化 平衡性质 化学动力学：化学反应的速率和机理 物质结构：研究物质结构（微观,化学键特征）与化学性能（宏观）的关系，称结构化学,研究对象 电化学反应性质电化学 溶液性质溶液化学 表面性质表面化学 胶体性质胶体化学,例： T=298K，Ka = 1.9103 T=773K，Ka = 3.810-3 （最大产量） 化学热力学：低温（高压） 化学动力学：高温（高压）催化剂(低温高压下反应速率很小),本期内容：化学热力学 1) 热力学第一定律 3）热力学第二定律 4）热力学第三定律 5）热力学势函数和基本方程(第2章) 6）溶液热力学及活度(第3章) 7）化学反应热力学及化学平衡(第4章) 8
4、）相平衡热力学与相图(第5章),热力学基本概念和基本定律,(第1章),下期内容： 1）化学动力学 (第7章) 2) 电解质溶液电化学（第8章） 3）电池反应热力学电化学（第9章） 4）电极过程电化学（第10章） 5）表面化学与胶体化学基础（第11章）,二、 物理化学研究方法 1. 一般方法：一般自然科学研究方法 现象 1）实验 假设或建立模型 新实验验证 2）归纳：个别 一般 3）演绎: 一般 个别,2. 特殊方法 1）宏观（唯象） 热力学方法 状态函数法：始态末态 GT，P=G末态 G始态 理想模型法：理想气体、理想溶液、卡诺循环、可逆过程 动力学方法： 速率方程 动力学方程 2）微观 量子
5、化学:电子运动规律化学键特征物理化学性质 统计力学：单个（少量粒子） 大量粒子 大量粒子微观运动 宏观表现 微观动力学：分子反应动力学、过渡态理论,三、如何学好物理化学 1.兴趣：物质变化/体系发生过程 物理化学原理 2.基本概念: 状态函数,强度性质,容量性质，热力学能，焓，熵，Gibbs自由能，Helmholtz自由能 3.理想模型：理想气体，理想溶液，卡诺循环,可逆过程，实际过程加以校正 4.了解推理过程，掌握公式应用条件 5. 习题、实验 6. 多次反复学习，加深理解 7. 注意与无机化学讲述的内容相联系,四、要求： 作业、实验、期中考试（习题课）、笔记,分析问题、解决问题的思路与方法
6、！ “授人以渔” ！ 期末考试！,第一章 热力学基本概念和基本定律,本章要求： 严格掌握热力学的一些基本概念和三个基本定律（热力学第零定律） ； 熟悉基本概念和定律的简单应用； 了解热力学的科学框架。,第一章 热力学基本概念和基本定律 1 化学热力学的科学框架 一、概述 问题： 一定条件下，过程能否自动进行 一定条件下，过程的限度及最大产量 过程的能量转换（热、功等）。,热力学内容：三个经验定律（热力学第零定律） 热力学第一定律：第一类永动机不可能，对过程能量转换进行计算。 热力学第二定律：第二类永动机不可能，判断过程进行方向、限度、化学平衡、相平衡。 热力学第三定律：绝对零度不可能用有限手段
7、达到 。 例：,热力学：3107Pa,773K最大产量26%，放热,热力学特点： 1) 经验性的 2) 不涉及物质的微观结构，不能说明过程发生的根本原因,为宏观经验定律 3) 肯定不足，否定有余。 热力学指出某条件下不能进行的过程 H2O H2+O2 （光照、电化学过程） 热力学指出某条件下能进行的过程 H2+O2H2O （高温高压、催化剂） 热力学计算得到过程限度,表明过程可能进行的最大限度,二、 热力学基本概念 1.体系与环境 体系：研究对象，又称系统、物系。若研究热力学性质，称热力学体系。 环境：体系之外与体系有关的物质总称。,分类 根据能量和物质交换的不同： 1）开放体系：既有物质交换
8、，又有能量交换。 2）封闭体系：无物质交换，但有能量交换，若未加说明，均指封闭体系。 3）隔离体系：无物质及能量交换理想情况,按组分分类： 单组分（元）体系：水-水蒸气 多组分（元）体系：Fe-Zn, 水-乙醇 按物相分类： 单相体系：溶液 多相体系：水-水蒸气,分类 : 容量性质又称广延(广度)性质：其数值与物质的量成正比, 具有加和性。例：V,m,S，U，H，G，A 强度性质：其数值取决于体系自身的特性，与体系的数量无关，不具有加和性。例：T,p,2.热力学性质:体系宏观可测性质或与热、功、能有关的体系性质，如：质量(m)，体积(V)，压力(p)，温度(T)，粘度()，表面张力()，组成(
9、c)，能量(E)，密度()，焓(H)，熵(S)，热力学能(U)，Gibbs自由能(G) ，Helmholtze自由能(A)。,注意：容量性质与强度性质可以相互转换。,3.状态与过程 1）状态：体系物理性质和化学性质的综合表现。 状态 热力学性质 (强度性质或容量性质) question:是否需要所有热力学性质确定，状态才能确定？ 一般来说，若无化学反应，对只含一种物质的封闭体系，只要指定两个强度性质即可求得其它强度性质。 已知总量即可求得容量性质（广度性质）,热力学研究(常见)状态：平衡态(热力学平衡),定态 不改变环境条件下所有热力学性质不随时间改变,且体系内部及体系与环境间没有任何宏观的物
10、质流或能量流 热平衡：各处温度相等,dT=0 力平衡：各处压强相等，dp=0 相平衡：各相组成、数量不变，无净物质转移 化学平衡：各处组成不变，dc=0 平衡态是非平衡态的极限状态，对于隔离体系，经过足够长的时间，必将处于唯一的平衡态，且永远保持不变,2）过程：状态变化，实现这一变化的具体步骤称为途径。 分类 ：根据状态变化前后体系热力学性质改变及途径的不同 恒温过程： T体系（始）= T体系（末）= T环境=const 恒压过程： p体系（始）=p体系（末）= p环境= const 恒容过程： V=const 恒温恒压过程, 恒温恒容过程，恒温可逆过程 绝热过程： Q=0 循环过程,简单状态
11、变化过程：T，p，V变化 化学变化过程 相变过程,根据有无相变及化学反应分：,4状态函数 1）状态函数：描述体系状态的参数。 状态 状态函数（不涉及途径） 状态 热力学性质 热力学性质 状态函数 （体系宏观可测性质） (常指T,p,V,U,H,G,A,S),2）状态函数变量：体系由某一状态开始（始态），变至另一终了状态（末态），状态函数的变化值。,例: (始态,状态1)1mol,15,1atm水（p1，V1，T1） 1mol,20,2atm水（p2，V2，T2） (末态,状态2) V = V2-V1 p = p2-p1 T = T2-T1 特点：状态函数变量只与始末态有关，与变化的路径无关。,3） 状态函数的特点 是体系状态的单值函数。 体系状态变化时，状态函数的变化值只与始末态有关，与路径无关, 与全微分相当。 例： 若n，V不变 循环过程状态函数变量为零。,三、状态函数法：利用状态函数的特性来研究热力学问题。 例： H 1atm，15水 1atm，15冰 H 1 H 3 1atm，0水 1atm，0冰 H 2,
