《物理化学》电子教案(上册)

物理化学电子教案（上册） 主讲教师： 工作单位：化学学院物理化学电子教案（上册）学期教学内容目录学期教学内容目录I课程基本信息III绪 论1第一章 气体的PVT关系4§1-1 理想气体状态方程4§1-2 理想气体混合物5§1-3 气体的液化及临界参数6§1-4 真实气体状态方程7第二章 热力学第一定律8§2-1 热力学基本概念8§2-2 热力学第一定律11§2-3 恒容及定恒压下的热 焓13§2-4 热容 恒容变温过程 恒压变温过程14§2-5 理想气体的内能和焓 热容162-6 理想气体的绝热过程方程式18§2-7 化学反应的热效应20章末总结与习题22第三章 热力学第二定律27§3-1 热力学第二定律27§3-2 卡诺循环和卡诺定理29§3-3 熵和熵判据31§3-4 熵变的计算及热力学第三定律33§3-5 亥姆霍兹函数与吉布斯函数35§3-6 G的计算38§3-7 热力学基本方程及重要关系式39§3-8 克拉贝龙方程41章末总结与习题41第四章 多组分系统热力学46§4-1 偏摩尔量47§4-2 化学势48§4-3 理想液态混合物50章末总结与习题53第五章 化学平衡56§5-1 反应的等温方程56§5-2 平衡常数的表示方法59§5-3 各种因素对标准平衡常数的影响62章末总结与习题63第六章 相平衡66§6-1 相律66§6-2 杠杆规则68§6-3 单组分体系的相图69§6-4 二组分理想液态混合物的气液平衡相图72§6-5 二组分真实液态混合物的气液平衡相图73章末总结与习题76课程基本信息课程名称物理化学课程属性独立授课课程类别专业必修课授 课对 象2010级化学专业及应用化学专业本科生总学时54/学期考核方式考试教学时间2012.9-2013.1学  分3作业次数1次/6学时教学环节及学时安排绪论（2学时）；热力学第一定律（16学时）；热力学第二定律（12学时）；多组分系统热力学（10学时）；化学平衡（8学时）；相平衡（8学时）教学手段及教法建议本课程以讲授为主，同时安排一定量的习题课和讨论课，培养学生比较系统地掌握物理化学的基本概念、基础理论和基本技能，增强分析问题和解决问题的能力。先 修课 程高等数学、 普通物理、 无机化学、 有机化学、 分析化学教 材物理化学（第五版），傅献彩等编，高等教育出版社，2005年参 考书 目物理化学（第四版），傅献彩等编，高等教育出版社，1990年物理化学上、中、下册，胡英主编，第一版，高等教育出版社，2001年物理化学上、下册，宋世谟主编，第四版，高等教育出版社，2001年物理化学（第三版），上海师大等校编，高等教育出版社，1991年物理化学 朱文涛编，清华大学出版社，1995年物理化学教程（修订版），姚允斌，朱志昂编，湖南科技出版社，1995年化学热力学基础，李大珍编，北京师范大学出版社，1982年I物理化学教案（上册）绪 论【教学重点】1. 介绍物理化学的定义、目的和内容2. 掌握物理化学的学习方法【教学难点】物理化学定义及内容的理解 【引 言】化学是研究物质性质与变化的科学。自然界的物质是由大量的分子、原子等构成的，所以从微观上看，化学所研究的物质变化，实质上就是分子、原子之间相互作用、相互结合方式及运动方式的变化。这些分子、原子相互作用及相对运动均具有一定的能量。故相互作用及运动方式的变化亦引起能量形式的变化，因而物质变化的化学现象常伴随着热、光、电、声等物理现象。例如：光照射照相底片所引起的化学反应可使图像显示出来；蓄电池中电极和溶液之间进行的化学反应是电流产生的原因等。许多的现象都说明物理现象与化学现象之间总是紧密联系着的。【提 问】那么什么是物理化学呢？【板 书】一、物理化学的定义：从化学现象与物理现象的联系去寻找化学变化规律的学科，也称为理论化学。 二、物理化学的目的：解决生产实际和科学实验向化学提出的理论问题，从而使化学更好地为生产实际服务。【引 言】物理化学要解决哪些问题？或者说其内容是什么？【板 书】三、物理化学的内容（解决三个方面的问题）1. 化学反应的方向和限度问题化学热力学；2. 化学反应的速率和机理问题化学动力学；3. 物质的性质与其结构之间的关系问题物质结构。四、物理化学的形成、发展和前景【讲 解】 1. 形成：19世纪前期，欧洲发生产生革命，手工业向机械工业过渡，化学向现代科学转化。1804年道尔顿（Dalton）的原子论原子分子学说；1811年阿伏加德罗(Avogadro)的分子论定比定律；至19世纪中叶，随着生产的发展，化学已经积累了很多经验，在这种情况下，物理化学逐渐建立起来。2. 发展：1840年盖斯(Hess)的热化学定律；1869年门捷列夫(Mendeleyev)的元素周期律； 1876年吉布斯(Gibbs)奠定了多相体系的热力学理论基础；1884年范特霍夫(Vant Hoff)创立了稀溶液理论；1886年阿累尼乌斯(Arrhenius)的电离学说，揭示了电解质水溶液本性；1906年能斯特(Nernst)发现了热定理，进而建立了热力学第三定律；18951910年，伦琴(Roentgen)、汤姆逊(Thomson)、密里肯(Millikan)、居里夫人(MarieCurie)、卢瑟福(Ruthrford)、玻尔(Bohr)及爱因斯坦(Einstein)等人相继发现X-射线、电子的质量和电荷、三种射线、光电效应、原子核组成等，产生了旧量子学说的原子结构模型，进一步的研究创立了量子化学，使物理化学进入微观领域。二十世纪40年代，由于原子能的发现，大大促进了物理化学的飞速发展。3. 前景：对研究无机、有机、高分子和生化反应的机理，有着重要的启发性，如今由于计算机的应用，使物理化学有了更加广阔的前景。【引 言】怎样能够学好物理化学这门课程呢？【板 书】五、物理化学的学习方法1. 注意逻辑推理的思维方法； 2. 注意自己动手推导公式；3. 重视多做习题； 4. 勤于思考。【教学重点】1. 理想气体及其状态方程的理解；2. 掌握理想气体混合物的P、V、T关系；3. 真实气体状态方程的领会。【引 言】由于气体是气、液、固三态中最简单的一种聚集状态，气态物质的变化在物质变化中最有典型意义，所以物理化学课程一般都由气态的学习开始。为什么以气体为研究对象呢？第一章 气体的PVT关系§1-1 理想气体状态方程【板 书】一、为什么以气体为研究对象？1. 对T和P影响敏感； 2. P、V、T定量关系易发现； 3. 热力学主要研究对象（理想气体）。【引 言】从17世纪中期，人们开始研究低压下（P<1MPa）气体的PVT关系，发现了三个对各种气体均适用的经验定律。【板 书】二、理想气体状态方程式【幻 灯 片】1. 波义尔定律2. 盖-吕萨克定律3. 阿伏伽德罗定 V/N=K（T、P恒定） 即VN理想气体状态方程式：P1V1/T1=P2V2/T2=PnVn/Tn=K=PV/T【板 书】1Pa1N/m2=105dyn/(102cm)2=10dyn/cm21N=1Kg·m/s2=1000g×100cm/s2=105dyn由mmHg的定义出发： P=mg/s=vg/s=shg/s=gh（其中汞的密度汞13.595g/cm3）代入:1mmHg=13.595×980.665×10.1=1333.22dym/cm2=133.322N/m2又1atm=760mmHg=101325Pa1atm=760×133.322=1.01325dyn/cm2=1.01325105N/m2R=PV/T=0.08206atmlK-1mol-1 =(1.01325×106dyn/cm2×22.414×103cm3)/273.15Kmol =8.314×107ergsK-1mol-1所以 R=8.314JK-1mol-1R=1.987calK-1mol-1注意：1atml8.314/0.08206=101.3J 1J=0.24cal, 1cal=4.18J, 1J=107ergs（尔格）【板 书】三、理想气体的特征：1. 分子之间无相互作用力；2. 分子本身不占有体积。 通常把在任何温度，任何压力下均服从理想气体状态方程的气体称为理想气体。§1-2 理想气体混合物【板 书】一、混合物的组成1. 摩尔分数（xB） 2. 质量分数（B） 3. 体积分数（B） 二、理想气体状态方程对理想气体混合物的应用【副 板 书】道尔顿分压定律：混合理想气体的总压等于各组分的分压加和。【提 问】何谓分压？【板 书】1. 分压：各组分在相同温度下，单独存在时所占据混合气体总体积的压力叫分压，即P总P1 + P 2 + P 3+ Pi =Pi 由分压定律：P1n1RT/V，P2n2RT/V，PiniRT/V故P总(n1+ n2+ni) RT/V因为n1+ n2+nin总 ，所以 P1/P总n1/n总x1同理可得： Pi/P总xi摩尔分数因此分压定律数学表达式为：Pixi P总又因为 PV=nRT所以V=nRT/P= n1RT/P + n2RT/P + niRT/P = V1+V2+Vi即 V总V1 + V 2 + V 3+ Vi 【讲 解】进而得出分体积的定义【板 书】2. 分体积：各组分在相同温度、相同压力下，单独存在时所占据的体积，即 Vi/V总 = Xi【板 书】例题1 计算0、1atm下甲烷气体的密度。例题2 用细管连接体积V相等的两个玻璃球中放入0、1atm的空气加以密封，若将其中一个球加热至100，另一个球仍保持0，求容器中气体的压力（细管的体积可忽略不计）例题3 物质的热膨胀系数及压缩系数的定义如下：1/V(V/T)P ；=-1/V(V/P)T，试求理想气体的、和温度、压力的关系。§1-3 气体的液化及临界参数【板 书】一、液体的饱和蒸气压【引