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1、物理化学Physical Chemistry(上册上册)主讲：张丽丹 博士博士 教授教授Tel:13910713992E-mail；zhang_通信地址：北京化工大学通信地址：北京化工大学9999信箱信箱邮编：邮编：100029100029 7/23/20241北京化工大学绪 论一、什么是物理化学二、物理化学的内容三、物理化学的研究方法四、学习物理化学的意义五、如何学好物理化学六、物理量的表示及运算7/23/20242北京化工大学一、什么是物理化学 应用物理学原理和方法研究有关化学现象应用物理学原理和方法研究有关化学现象和化学过程的一门科学。和化学过程的一门科学。 物理化学是从物质的物理现象与
2、化学现象物理化学是从物质的物理现象与化学现象的联系入手来研究化学变化基本规律的一门科的联系入手来研究化学变化基本规律的一门科学。学。7/23/20243北京化工大学What is Physical Chemistry? ChemistryChemistry works with an enormous number of substance ;it is an extensive science .PhysicsPhysics on the other hand works with rather few substance ; it is an intensive science. Phys
3、ical chemistryPhysical chemistry is the child of these two sciences; it has inherited the extensive character from chemical. Upon this depends its all embracing feature, with has attested so great admiration .Physical chemistry may be regarded as an excellent school of exact reasoning for all studen
4、ts of natural science. Arrhenius S A7/23/20244北京化工大学化学变化总伴随着物理变化化学变化总伴随着物理变化 例如例如：化学反应中常伴有能量的吸收或放出， 有压力、温度、密度、形态等的变化，有光的发射或吸收，有声响，有电动势、电流等物理条件的变化也影响着化学变化物理条件的变化也影响着化学变化 例如例如：压力、温度、浓度等变化对化学变化有影响 化学现象与物理现象之间有着密切联系。物理化学研究的正是这种联系，从而找出化学反应中具有普遍性的规律。一、什么是物理化学7/23/20245北京化工大学二、物理化学的内容二、物理化学的内容化学变化的能量守恒：热力学
5、第一定律化学变化的方向和限度：热力学第二定律化学反应进行的速度化学反应进行的具体步骤-机理 化学性质与微观结构之间的关系化学热力学化学动力学结构化学7/23/20246北京化工大学三、物理化学的研究方法实验的方法研究化学反应随时间的变化规律；研究化学平衡的规律；研究物质性质与外界条件的关系；测定各种物理化学常数； 除常用的化学实验外，常用物理学中的一系列实验方法：测温度、压力、浓度，观颜色、声现象，测电流、磁场等。经典热力学 统计热力学量子力学理论的方法7/23/20247北京化工大学四、物理化学的研究内容和学习方法四、物理化学的研究内容和学习方法 物理化学的内容包括：物理化学的内容包括：1、
6、气体；2、热力学第一定律；3、热力学第二定律；4、多组分系统热力学；5、化学平衡；6、相平衡；7、电化学；8、统计热力学初步；9、表面化学；10、化学动力学；11、特殊反应动力学；12、胶体化学。 物理化学的学习方法物理化学的学习方法：1、实验的方法：学会从实验的结果中总结出规律性的结论，再用于实践；2、物理化学是研究规律性的一门学科，在学习中学会善于思考、学会归纳和总结，从思考和总结中掌握物理化学基本原理。7/23/20248北京化工大学五、如何学好物理化学五、如何学好物理化学 物理化学课的特点物理化学课的特点物理化学课的特点物理化学课的特点： 1 .理论性强、有的概念相当抽象。 2 .各章
7、节相互联系密切。 3 .理论与计算并重。 4 .大部分公式都有使用条件和适用范围。 要求：要求：要求：要求： 1 .认真听讲、及时复习，做好习题、思考题。 2 .了解各章节重点、难点，注意概念之间的联系， 3 .要注意每个公式的应用条件，切忌死记硬背。 4 .要有一定的数学、物理基础。7/23/20249北京化工大学六、物理量的表示及运算物理量=数值单位 如:压力 p=101.325kPa1.物理量常用特定符号表示，该符号即包括数值又包括单位；2 .用物理量表示的方程式中，有加、减、比较时，要求量纲、单位相同。3.对数、指数中的变量应当是纯数而不是物理量。 例如： ln（X/X）、x/x 。4
8、.作图、列表应当用纯数。5.国际单位制常用的物理量：长度：m（米),质量：kg（千克）,时间：s（秒）,压力：Pa（帕斯卡）,能量：J（焦耳）。7/23/202410北京化工大学第一章气体及其pVT性质1-1理想气体状态方程及微观模型1-2道尔顿定律和阿马格定律1-3实际气体的p、V、T性质1-4范德华方程与维里方程1-5实际气体的液化与临界性质1-6对比状态原理与压缩因子图7/23/202411北京化工大学一、理想气体状态方程二、气体常数 R三、理想气体定义及微观模型四、理想气体p、V、T性质计算1-1理想气体状态方程及微观模型7/23/202412北京化工大学1、分子之间有一定距离；2、分
9、子之间有相互作用力；3、分子不停地作无规则的热运动。气体：气体：气体：气体：当分子之间的相互引力不足以克服分子无规则运动的分离倾向时，可充满任意空间。固体：固体：固体：固体：分子之间的引力较大，把分子束缚在固定的平衡位置上，不能分离的很远。液体：液体：液体：液体：介于如上两者之间。知识准备:物 质 的 三 态7/23/202413北京化工大学一、理想气体状态方程1.三个低压定律波义尔定律： n 、T 一定 p1/V pV=常数盖吕萨克定律：n 、p一定 VT V/T=常数阿费加德罗定律：T 、 p一定 Vn V/n=常数 且T=273.15K p=101.325kPa 时，1mol气体 Vm=
10、22.410-3m3 由三个低压定律可导出理想气体状态方程2.理想气体状态方程pV=nRT 或 pVm=RT单位：pPa Vm3 TK nmol7/23/202414北京化工大学二、气体常数 R对实际气体p 0时，符合理想气体方程,T一定时 R=8.314 Jmol-1K-1 R=0.08206 atml mol-1K-1 在 pVmp 图上 画线 ， T一定时pVmp 关系曲线 外推至p0 pVm为常数 Ne理想气体O2CO2p/ppVm/J.mol-1 2271.117/23/202415北京化工大学三、理想气体定义及微观模型对实际气体对实际气体讨论：讨论： p0时符合理想气体行为 一般情
11、况低压下可近似认为是理想气体 温度越高、压力越低，越符合理想气体宏观定义宏观定义微观模型微观模型 凡在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程（ pV=nRT ）的气体，称为理想气体。 分子本身不占体积， 分子间无相互作用力。7/23/202416北京化工大学四、理想气体p、V、T性质计算p、V、T、n知三求一计算质量、密度、体积流量、质量流量等。 如： mVMVpM(RT)两个状态之间的计算。当一定时： p1V1/T1=p2V2/T27/23/202417北京化工大学1-2道尔顿定律和阿马格定律一、道尔顿分压定律二、阿马格分体积定律三、两者关系7/23/202418北京化工大学一、道尔顿分压
12、定律1分压定义: 混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、体积时所产生的压力称为组份B的分压。用PB表示。 + TV TV TV2道尔顿分压定律：混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体T、V条件下产生的压力总和。(适用于低压气体) ： 推论：pB = p yB nA,pA,nB,pBnA+nB,p总7/23/202419北京化工大学二、阿马格分体积定律1分体积定义 混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、压力时所的体积称为组份B的分体积。用VB表示。 T,p T,p T,p2阿马格分体积定律：混合气体的总体积，等于混合气体各组分单独存在于混合气体T、p条件下
13、的体积之和。(适用于低压气体)： 推论：VB=VyBnA+nB,v总nA,VAnB,VB7/23/202420北京化工大学三、两者关系注意：pVnRTpVnRTpVnRT但是pVnRT7/23/202421北京化工大学1-3实际气体的液化与临界性质一、饱和蒸汽压的概念P水(g）水(l)温度T 当水与水蒸汽达成动态平衡时，p为温度T时的饱和蒸汽压。且饱和蒸汽压随温度的变化而变化。7/23/202422北京化工大学二、真实气体在pVm图上的等温线P温度TCO21-3实际气体的液化与临界性质7/23/202423北京化工大学1.T T t tc c气体不可液化一段光滑曲线2. T=T=t tc c气
14、体可液化的最高温度两段光滑曲线中间有拐点,C点3. T T 1真实气体比理想气体难压缩Z1，难压缩；3、p较小时分子之间表现吸引力ZTBT=TBTp(真)p(理)=p(真)+p(内)p(内)：正比于分子间作用 力 的大小，正比于碰撞在单位面积 上的分子数。ab如上两因素均于分子体积成反比，因此有：p(内)=a/Vm2压力修正7/23/202430北京化工大学1mol分子的自由活动空间=Vm4( 1mol分子本身的体积)4倍的1mol分子本身的体积=4(LR3/6)=bVm(理)=Vm(真)-babR2、体积的修正ab两球碰撞时质心的最小距离为R，4/3R3，每个分子的排除空间为(1/2)( 4
15、/3R3)即4 4/3(R/2)3范德华方程为：(p+a/Vm2 )(Vm-b)=RT 或 (p+na/V2)(V-nb)=nRT -半经验方程7/23/202431北京化工大学四、范德华常数与临界参数的关系在临界点处：Vm,C=2b, Tc=8a/27Rb, pc=a/27b2 a=27R2TC2/64pC , b=RTc/8pC 7/23/202432北京化工大学1-5对应状态原理及普遍化压缩因子图一、对比状态原理二、压缩因子图三、压缩因子图使用7/23/202433北京化工大学一、对比状态原理 pr、Tr、Vr之间大致存在着一个普遍适用的关系式： f(pr、Tr、Vr）=0对比状态原理对
16、比状态原理：若不同的气体有两个对比状态参数彼此相等，则第三个比状态参数大体上有相同的值 。 如:范德华方程可表示为：定义对比参数定义对比参数 pr=p/pc ；Tr=T/Tc ； Vr=Vm/Vc非极性气体（H2 He Ne) ： pr=p/(pc +810.6kPa)；Tr=T/(Tc+8K)7/23/202434北京化工大学二、压缩因子图ZprTrTr 将对比状态参数引入压缩因子参数Z：由对应状态原理：f(TrprVr)=0，可得：Z=f(prTr)7/23/202435北京化工大学压缩因子图7/23/202436北京化工大学三、压缩因子图使用已知p、T求Vm 查出pc、Tc计算pr、Tr， 查图找Tr线上对应pr时的Z值， 由pVm =ZRT求出Vm7/23/202437北京化工大学
