
物理化学演示教案.ppt
50页《物理化学》课程教学教案《物理化学》课程教学教案 教学内容及学习目的教学内容及学习目的n一、教学内容及学习目的一、教学内容及学习目的n1 1、教学内容、教学内容((1 1)热力学)热力学 ((2 2)相平衡)相平衡n((3 3)电化学)电化学 ((4 4)化学动力学)化学动力学n((5 5)表面性质)表面性质n二、学习目的二、学习目的n1 1、为学习后继课程服务为学习后继课程服务n2 2、专业技术人员必备的理论基础专业技术人员必备的理论基础n三、物理化学研究的方法三、物理化学研究的方法n1 1、统计学的方法(平均意义)统计学的方法(平均意义)n2 2、研究状态及状态函数研究状态及状态函数n3 3、状态函数都具有全微分的概念状态函数都具有全微分的概念n4 4、在热力学的研究中没有时间概念在热力学的研究中没有时间概念n5 5、物理化学在本专业中的地位物理化学在本专业中的地位第一章第一章 热力学第一定律热力学第一定律 n一、热力学基本概念一、热力学基本概念n1 1、体系与环境、体系与环境n2 2、体系的性质、体系的性质 n3 3、热力学平衡和状态函数、热力学平衡和状态函数 n4 4、过程和途径、过程和途径 n5 5、热(Q)与功(W)、热(Q)与功(W)n二、热力学第一定律二、热力学第一定律n1 1、内能(U)的概念、内能(U)的概念 n2 2、热力学第一定律、热力学第一定律 n((1 1)热力学第一定律经典描述)热力学第一定律经典描述n((2 2)热力学第一定律的数学表达)热力学第一定律的数学表达 n3 3、焓(H)、焓(H) n((1 1)焓的定义)焓的定义n((2 2)焓是状态函数)焓是状态函数n 4 4、可逆过程与最大功、可逆过程与最大功 n((1 1)理想气体向真空膨胀)理想气体向真空膨胀n((2 2)理想气体在恒外压下膨胀)理想气体在恒外压下膨胀n 1 1)外压维持恒定:W=P(V)外压维持恒定:W=P(V2 2-V-V1 1))n 2 2)多次等外压膨胀:W=P)多次等外压膨胀:W=P1 1△△VV11+P+P2 2△△VV22 n((3 3)理想气体的等温可逆膨胀)理想气体的等温可逆膨胀n W=nRT㏑VW=nRT㏑V22/V/V11n 5 5、热容(C表示)、热容(C表示)n((1 1)等容热容与等压热容:)等容热容与等压热容: n 1 1)等容热容(C)等容热容(CVV):C):CVV==δδQQVV/dT/dT n 2 2)等压热容(C)等压热容(CPP):C):CPP==δδQQPP/dT/dTn 3 3)等容和等压过程中的热:)等容和等压过程中的热:n 等容过程中的热:等容过程中的热: △ △U=QU=QVV==∫∫CCVVdTdTn 等压过程中的热:等压过程中的热: △ △H=QH=QPP==∫∫CCPPdTdTn((2 2)热容与温度的关系:)热容与温度的关系: n C CP.mP.m=a+bT+cT=a+bT+cT2 2 C CP.mP.m=a+bT+c=a+bT+c′′T T-2-2 6 6、热力学第一定律在理想气体中的应用、热力学第一定律在理想气体中的应用 n1 1、理想气体的内能与焓:、理想气体的内能与焓:n(1)理想气体的内能只是温度的函数,与气体的体积或压力无关:(1)理想气体的内能只是温度的函数,与气体的体积或压力无关:U=f(T)。
U=f(T)n(2)理想气体的焓也只是温度的函数,与气体的体积或压力无关:H=f(T).(2)理想气体的焓也只是温度的函数,与气体的体积或压力无关:H=f(T). n2.理想气体的2.理想气体的C Cp p和和C CV V之间的关系:之间的关系:C CP.mP.m-C-CV.mV.m=R=Rn(1)气体在等容过程中,不作体积功,吸收的热量只是增加体系的内能.(1)气体在等容过程中,不作体积功,吸收的热量只是增加体系的内能. n(2)气体在等压过程中,吸收的热量,除增加体系的内能外,还要作膨胀功.(2)气体在等压过程中,吸收的热量,除增加体系的内能外,还要作膨胀功.n3.理想气体的内能和焓的计算3.理想气体的内能和焓的计算 ::n dU=nCdU=nCV.mV.mddT T dH=nCdH=nCP.mP.mddT T n4 4、可逆过程的特点:、可逆过程的特点: (1)完成过程需要无限长的时间.(1)完成过程需要无限长的时间. (2)使体系和环境都完全恢复原来状态.(2)使体系和环境都完全恢复原来状态. (3)在等温可逆膨胀过程中体系作最大功.(3)在等温可逆膨胀过程中体系作最大功.n 说明:可逆过程是一个理想的过程.说明:可逆过程是一个理想的过程. n P14 P14 例例4 4 分析说明分析说明n过程中有相变时的分析方法n100度 水 1 100度 水 2 100度 汽 3 150度 汽n 2mol 2mol 2mol 2moln说明:(1).1、3是等压过程,2是相变过程。
n n (2).Q1、Q3利用nCp.m(T2-T1),而Q2=相变热n 0100100100100100四、热化学四、热化学n1 1、化学反应的热效应、化学反应的热效应n((1 1)化学反应的热效应的概念)化学反应的热效应的概念n 1)反应过程中除体积功外不做其它功. 1)反应过程中除体积功外不做其它功.n 2)反应物和产物的温度相同. 2)反应物和产物的温度相同.n 3)体系所吸收或放出的热量.3)体系所吸收或放出的热量.n((2 2)等容和等压过程中的热效应)等容和等压过程中的热效应n △△rrU=(U=(∑∑U)U)产物产物-(-(∑∑U)U)反应物反应物n △△rrH=(H=(∑∑H)H)产物产物-(-(∑∑H)H)反应物反应物n △△rrH=H=△△rrU+PU+P△△V(等压过程)V(等压过程)n △△rrH=H=△△rrU+RTU+RT△△n(理想气体)n(理想气体)n 2 2、热化学方程式、热化学方程式n1)必须注明物质的物态.1)必须注明物质的物态.n2)固体的晶型不同亦须注明.2)固体的晶型不同亦须注明.n3)仅仅代表一个已知完成的反应. 3)仅仅代表一个已知完成的反应. n4)必须注明温度和压力.4)必须注明温度和压力.n5)溶液中的溶质参加了反应,须注明溶剂.5)溶液中的溶质参加了反应,须注明溶剂.n6)反应的热效应是指产物的总焓与反应物的总焓之差.6)反应的热效应是指产物的总焓与反应物的总焓之差.n7)正向、逆向进行时热效应的大小相等、符号相反.7)正向、逆向进行时热效应的大小相等、符号相反.n8)反应热效应的大小与化学方程式的书写形式有关.8)反应热效应的大小与化学方程式的书写形式有关. 3 3、热效应的测量、热效应的测量 nQ=C(TQ=C(T22-T-T11))n其中:C为体系的平均热容.其中:C为体系的平均热容.n 4 4、盖斯定律、盖斯定律n((11))..化化学学反反应应的的热热效效应应仅仅与与反反应应的的初初始始状状态态和和终终了了状状态态有有关关,,与与中中间间步步骤骤无无关.关.n(2).热化学方程式可以像代数方程式那样进行运算.(2).热化学方程式可以像代数方程式那样进行运算.n(3).利用盖斯定律可以求那些难以测定或无法测定的化学反应的热效应.(3).利用盖斯定律可以求那些难以测定或无法测定的化学反应的热效应.n 5 5、反应热效应的计算、反应热效应的计算n (1).生成焓(1).生成焓n 11))在在标标准准压压力力下下,,由由稳稳定定的的单单质质生生成成11molmol纯纯物物质质的的等等压压热热效效应应,,称称为为该该物物质的标准摩尔生成热.质的标准摩尔生成热.n 2)化学反应热效应的计算:2)化学反应热效应的计算:n△△rrHHθθ=(=(∑∑rrBB△△ffHHθθm.Bm.B))产物产物-(-(∑∑rrBB△△ffHHθθm.Bm.B))反应物反应物n (2).燃烧焓(2).燃烧焓n 11))在在标标准准压压力力下下,,11摩摩尔尔某某物物质质完完全全燃燃烧烧时时的的等等压压热热效效应应,,称称为为该该物物质质的的标准燃烧焓.标准燃烧焓. n 2)化学反应热效应的计算:2)化学反应热效应的计算: n△△CCHHθθ=(=(∑∑rrBB△△CCHHθθmm))反应物反应物 -(-(∑∑rrBB△△CCHHθθmm))产物产物 6 6、热效应与温度的关系、热效应与温度的关系 n1.当热容与温度无关时:1.当热容与温度无关时: n △ △CCPP=(=(∑∑CCPP))产物产物-(-(∑∑CCPP))反应物反应物 n △ △rrH(TH(T2 2))=△=△rrH(TH(T11))+△+△CCPP(T(T22- -TT11)) n 2 2.当热容与温度有关时:.当热容与温度有关时: n △ △CCPP==△△a+a+△△bT+bT+△△cTcT22 n △ △rrH(TH(T22)=)=△△rrH(TH(T11)+)+ n ∫ ∫((△△a+a+△△bT+bT+△△cTcT22)dT)dT 第二章第二章 热力学第二定律和化学平衡热力学第二定律和化学平衡n第一节第一节 自发过程的共同特征自发过程的共同特征 n1.一切自发过程都是不可逆的.1.一切自发过程都是不可逆的.n2.热能否全部转化为功而不引起其他任何变化.2.热能否全部转化为功而不引起其他任何变化.n3.功可以自发地全部变为热.但热不能全部变为功而不引起其它任3.功可以自发地全部变为热.但热不能全部变为功而不引起其它任何变化.何变化. 第二节 热力学第二定律第二节 热力学第二定律 n一.热力学第二定律的表述 一.热力学第二定律的表述 n1.不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化.1.不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化.n2.不可能从单一热源取出热使之完全变为功热不发生其它变化.2.不可能从单一热源取出热使之完全变为功热不发生其它变化.n3.二类永动机是不可能造成的.3.二类永动机是不可能造成的. 二.卡诺循环和热机效率二.卡诺循环和热机效率 n1.卡诺循环:(图2-1)1.卡诺循环:(图2-1)n(1)AB过程为等温可逆膨胀(1)AB过程为等温可逆膨胀n Q Q22=W=W11=RT=RT22㏑V㏑V22/V/V1 1 n(2)BC过程为绝热可逆膨胀(2)BC过程为绝热可逆膨胀n W W22=-=-△△UU22=-=-∫∫T2T2T1T1CCVVdTdTn(3)CD为等温可逆压缩(3)CD为等温可逆压缩n Q Q11=W=W33=RT=RT11㏑V㏑V44/V/V3 3 n(4)DA过程为绝热可逆压缩(4)DA过程为绝热可逆压缩n W W44=-=-△△UU44=-=-∫∫T1T1T2T2CCVVdTdTn结论:W=R(T结论:W=R(T22-T-T11)㏑V)㏑V22/V/V1 1 2.热机效率2.热机效率 n(1)热机效率:(1)热机效率:ηη=W/Q=W/Q22=1-T=1-T11/T/T22n(2)卡诺热机效率只与而热源温度有关,而与工作物质无关.(2)卡诺热机效率只与而热源温度有关,而与工作物质无关.n((33))热热机机必必须须工工作作于于两两个个温温度度之之间间,,热热量量从从高高温温热热源源传传递递给给低低温温热热源源而做功.而做功.n(4)工作于两个确定温度之间的任意热机,以卡诺热机的效率最大.(4)工作于两个确定温度之间的任意热机,以卡诺热机的效率最大. 2.热机效率2.热机效率 n(1)热机效率:(1)热机效率:ηη=W/Q=W/Q22=1-T=1-T11/T/T22n(2)卡诺热机效率只与而热源温度有关,而与工作物质无关.(2)卡诺热机效率只与而热源温度有关,而与工作物质无关.n((33))热热机机必必须须工工作作于于两两个个温温度度之之间间,,热热量量从从高高温温热热源源传传递递给给低低温温热热源源而做功.而做功.n(4)工作于两个确定温度之间的任意热机,以卡诺热机的效率最大.(4)工作于两个确定温度之间的任意热机,以卡诺热机的效率最大. 三.熵(S表示)三.熵(S表示) n1.熵是状态函数1.熵是状态函数n(1)热温熵(Q/T)的定义.(1)热温熵(Q/T)的定义.n(2)任意可逆循环过程的热温熵之和为零.(2)任意可逆循环过程的热温熵之和为零.n ∑∑((δδQQii/T/Tii))RR=0或=0或∮δ∮δQQRR/T/Tii=0=0n(3)熵是状态函数:只与始、终态有关,而与过程无关.(3)熵是状态函数:只与始、终态有关,而与过程无关.n2.热力学第二定律的数学表达式2.热力学第二定律的数学表达式n △△SSABAB≥≥((∑δ∑δQ/T)Q/T)ABABn(1)体系发生变化时,若熵变大于热温熵,则此过程为不可逆过程.(1)体系发生变化时,若熵变大于热温熵,则此过程为不可逆过程.n(2)体系发生变化时,若熵变等于热温熵,则此过程为可逆过程.(2)体系发生变化时,若熵变等于热温熵,则此过程为可逆过程. 三.熵(S表示)三.熵(S表示)n3.熵增原理3.熵增原理n(1)孤立体系发生自发过程的方向总是朝着熵值增大的方向进行.(1)孤立体系发生自发过程的方向总是朝着熵值增大的方向进行.n(2)(2)△△SS孤立孤立==△△SS体系体系++△△SS环境环境n △△SS环境环境==△△QQ环境环境/T/T境境n4.熵变的计算4.熵变的计算n(1)确定始态A和终态B.(1)确定始态A和终态B.n(2)设计由A至B的可逆过程.(2)设计由A至B的可逆过程.n(3)由公式(3)由公式△△S=S=∫∫AABBδδQQRR/T计算体系的熵变./T计算体系的熵变.n AA. .等温过程中的熵变:等温过程中的熵变:△△S=R㏑S=R㏑V V22//V V11+ +R㏑R㏑P P11//P P22n B.等温相变过程中的熵变: B.等温相变过程中的熵变:n △ △S=QS=QRR/T=Q/T=QPP/T=/T=△△H/TH/T 四.热力学第三定律和规定熵四.热力学第三定律和规定熵 n1 1、在绝对零度时,任何物质的完整晶体的熵等于零.、在绝对零度时,任何物质的完整晶体的熵等于零.n2 2、在标准压力和、在标准压力和298.15298.15K时的摩尔熵值称为物质的规定熵值.K时的摩尔熵值称为物质的规定熵值.n3 3、求化学反应的熵变:、求化学反应的熵变:n △△rrSSθθ=(=(∑∑rrBBSSθθm.Bm.B))产物产物n -( -(∑∑rrBBSSθθm.Bm.B))反应物反应物 第三节吉布斯自由能和亥姆斯自由能第三节吉布斯自由能和亥姆斯自由能 n一.吉布斯自由能(G表示)一.吉布斯自由能(G表示)n1.定义:在等温等压条件下:G=H-TS1.定义:在等温等压条件下:G=H-TSn2.意义:封闭体系在等温、等压和非体积功为零的条件下,只有使体2.意义:封闭体系在等温、等压和非体积功为零的条件下,只有使体系吉布斯能减少的过程才会自发进行.系吉布斯能减少的过程才会自发进行. 二.亥姆斯自由能(A)二.亥姆斯自由能(A) n1.定义:在等温等容条件下:A=U-TS 1.定义:在等温等容条件下:A=U-TS n22..意意义义::封封闭闭体体系系在在等等温温等等容容的的条条件件下下,,若若发发生生可可逆逆过过程程,,体体系系所所作作的最大非体积功等于体系亥姆斯自由能减少.的最大非体积功等于体系亥姆斯自由能减少.n3.表达:(3.表达:(△△A)A)T,V,WT,V,W′′=0=0≤≤00 三.过程方向及限度的判据 n1、凡能自发进行的过程都有:n dS≥O,dG≤O,dA≤O n2、dU=TdS-PdV;dH=TdS+VdPn dG=-SdT+VdP;dA=-SdT-PdV n Hn n U PVn TS A PVn TS G五.五.△△G的计算G的计算 n1.理想气体等温变化中的1.理想气体等温变化中的△△G:G:n △△G=nRT㏑PG=nRT㏑P22/P/P11n2.相变过程的2.相变过程的△△G:G:n((1 1))若若始始、、终终态态的的温温度度、、压压力力相相同同,,是是成成平平衡衡的的两两相相,,则则为为可可逆逆相相变变过过程.程.n((2 2))若若始始、、终终态态的的两两相相是是不不平平衡衡的的,,则则将将发发生生不不可可逆逆相相变变化化,,应应当当设设计计为可逆过程来计算.为可逆过程来计算.n3.化学变化的3.化学变化的△△G: G: n((1 1)根据反应的热效应求)根据反应的热效应求△△G。
Gn((2 2))根据反应的标准吉布斯自由能来求反应的))根据反应的标准吉布斯自由能来求反应的△△G 第四节 化学势第四节 化学势 n一.化学势(u表示)一.化学势(u表示)n1.化学势的概念1.化学势的概念n2.化学势作为判据的应用2.化学势作为判据的应用n((11))在在多多相相体体系系中中,,BB组组分分只只能能自自发发地地从从高高化化学学势势向向低低化化学学势势转转移移..n((22))达达到到相相平平衡衡时时,,各各相相不不但但TT、、PP相相等等而而且且对对每每一一组组分分在在各各相相中中的化学势必须相等.的化学势必须相等.n(3)化学变化:(r(3)化学变化:(rBBuuBB))产物产物- -(r(rBBuuBB))反应物反应物 ≤≤O O 第四节 化学势第四节 化学势 n二.气体的标准态和化学势二.气体的标准态和化学势n1.理想气体的化学势1.理想气体的化学势 2.实际气体的化学势2.实际气体的化学势n三.溶液的标准化学势三.溶液的标准化学势 n1.理想溶液的化学势:1.理想溶液的化学势:n(1)拉乌尔定律:(1)拉乌尔定律: PPAA=P=PжжAA.x.xAA (2)理想溶液各组分的化学势(2)理想溶液各组分的化学势 2.稀溶液中各组分的化学势2.稀溶液中各组分的化学势 (1)亨利定律:P(1)亨利定律:PBB=K=Kxx.x.xBB (2)稀溶液中的化学势(2)稀溶液中的化学势 3.非理想溶液的化学势3.非理想溶液的化学势 第五节 化学平衡第五节 化学平衡 n化学平衡的特点:化学平衡的特点:n(1)体系各物质的量均不在随时间而变化.(1)体系各物质的量均不在随时间而变化.n(2)化学平衡是一个动态平衡.(2)化学平衡是一个动态平衡.n(3)化学平衡是在一定条件下达到的.(3)化学平衡是在一定条件下达到的.n一.化学反应的方向及平衡条件 一.化学反应的方向及平衡条件 n1.化学反应的进度(1.化学反应的进度(ξξ))n2.化学反应的方向及平衡条件2.化学反应的方向及平衡条件n 二.平衡常数的表达二.平衡常数的表达1、理想气体反应的平衡常数1、理想气体反应的平衡常数 A、压力平衡常数(Kp); A、压力平衡常数(Kp); B、活度平衡常数(Ka);C.浓度平衡常数(Kc)B、活度平衡常数(Ka);C.浓度平衡常数(Kc)2、实际气体的平衡常数2、实际气体的平衡常数3、溶液中反应的平衡常数3、溶液中反应的平衡常数 A.用物质量浓度C表示;B.用mol分数表示. A.用物质量浓度C表示;B.用mol分数表示.三.平衡常数的测求三.平衡常数的测求 1.实验测定:(1)物理分析;(2)化学分析.1.实验测定:(1)物理分析;(2)化学分析. 2.用反应的焓变和熵变求平衡常数2.用反应的焓变和熵变求平衡常数 (1)(1)△△S和S和△△H可以用查表求得.H可以用查表求得. (2)利用(2)利用△△G=G=△△H-TH-T△△S来求.S来求. (3)利用(3)利用△△G=RT㏑K求得.G=RT㏑K求得. 3.利用标准生成吉布斯自由能求平衡常数3.利用标准生成吉布斯自由能求平衡常数 (1)查表求各物质标准生成吉布斯自由能.(1)查表求各物质标准生成吉布斯自由能. (2)求化学反应的(2)求化学反应的△△G和反应的平衡常数.G和反应的平衡常数. 四.温度对平衡常数的影响四.温度对平衡常数的影响四、温度对平衡常数的影响四、温度对平衡常数的影响1.吉布斯自由能的变化与温度的关系1.吉布斯自由能的变化与温度的关系2.利用标准平衡常数的数学表达2.利用标准平衡常数的数学表达3.平衡常数的计方法:3.平衡常数的计方法: A.当A.当△△H为常数时.H为常数时. B.当B.当△△H=f(T)函数关系时.H=f(T)函数关系时. ∫ ∫d㏑Kp=(d㏑Kp=(△△H/R)H/R)∫∫(1/T(1/T22)dT )dT △ △H=H=△△HH00+ +((△△a)a)T+T+((△b/2△b/2)T)T22+ +((△△cc/ /3)T3)T33 ㏑Kp=-㏑Kp=-△△HH00/RT+(/RT+(△△a/R)㏑T+ a/R)㏑T+ ((△△b/2R)T+(b/2R)T+(△△c/6R)Tc/6R)T22+I+I △△GG=△=△HH00- -((△aT△aT))㏑㏑TT- -((△△bb/ /22))TT22 - -((△△cc/ /6)T6)T33+IRT +IRT 说明:(1)第一种定积分解法. 说明:(1)第一种定积分解法. (2)第二种不定积解法.(2)第二种不定积解法.第三章 相平衡第三章 相平衡第一节 相平衡的基本概念第一节 相平衡的基本概念n一.相的概念一.相的概念n1 1、相的定义:体系内物理、化学性质完全均一的部分.、相的定义:体系内物理、化学性质完全均一的部分.n2 2、相的基本特征:相可以是连续的、也可以是不连续的.、相的基本特征:相可以是连续的、也可以是不连续的.n3 3、相的基本类型:、相的基本类型:n A.单相体系或均相体系.B.多相体系或均相体系.A.单相体系或均相体系.B.多相体系或均相体系.n4 4、相的数目表示:用字母"、相的数目表示:用字母"ΦΦ"表示相数."表示相数.n5 5、相数的确定:、相数的确定:nA.任何不同种类的气体混合只能算一个相.A.任何不同种类的气体混合只能算一个相.nB.一般不超过三个液相同时存在于一个体系中.B.一般不超过三个液相同时存在于一个体系中.nC.一般是一个固相便算一个相.C.一般是一个固相便算一个相.nD.几种固体物质形成固熔体时则只能算一个相.D.几种固体物质形成固熔体时则只能算一个相.nE.晶型不同的固体物质,一种晶型就算一个相. E.晶型不同的固体物质,一种晶型就算一个相. 二.物种及物种数二.物种及物种数 1 1、、““物物种种””的的定定义义::单单独独分分离离出出来来并并独独立立存存在在的的物物质质称称为为““物物种种””。
2 2、、""物种数的表示":用"S"表示.物种数的表示":用"S"表示. 3 3、物种数的确定:、物种数的确定: (1)有多少种不同的物质,"物种数"时几.(1)有多少种不同的物质,"物种数"时几. (2)不同聚积状态的同一化学物质,其物种数只能算一种.(2)不同聚积状态的同一化学物质,其物种数只能算一种.三.组分及组分数 三.组分及组分数 1.组分的定义:表示体系中各相组成所需要的最少独立物种数.1.组分的定义:表示体系中各相组成所需要的最少独立物种数.2.组分数的表示:用"K"表示组分数.2.组分数的表示:用"K"表示组分数.33..组组分分数数的的确确定定::((11))KK==11、、22称称为为""单单组组分分、、多多组组分分""体体系系,,KK==33及及以以上上的的称称为为多多组组分分体体系系..((22))物物种种数数与与组组分分数数是是两两个个不不同同的的概概念念..((33))组组分分数数的的确确定定::KK==SS--RR--RR;;RR表表示示体体系系中中独独立立存存在在的的化化学学反反应应方方程程式式的的数目.R数目.R′′表示体系中浓度条件限制的数目.表示体系中浓度条件限制的数目.四.自由度四.自由度1 1、、自自由由度度的的概概念念::在在不不引引起起旧旧相相消消失失和和新新相相生生成成的的前前提提下下,,可可以以在在一一定定范范围内独立变动的强度性质的最大数目.围内独立变动的强度性质的最大数目.2 2、自由度的表示符号:用"f"表示,无量纲的物理量. 、自由度的表示符号:用"f"表示,无量纲的物理量. 3 3、自由度表达的意义:、自由度表达的意义:((1 1)液态水来说:温度和压力可以同时改变使水仍然保持单相.)液态水来说:温度和压力可以同时改变使水仍然保持单相.((2 2))水水与与水水蒸蒸气气两两相相平平衡衡时时::温温度度和和压压力力只只有有一一个个是是可可以以独独立立改改变变..体体系系平衡时的蒸气压由温度决定.平衡时的蒸气压由温度决定.4 4、体系的分类:、体系的分类: ((1 1)f=0时,无变量体系.)f=0时,无变量体系. ((2 2)f=1时,单变量体系.)f=1时,单变量体系. ((3 3)f=2时,双变量体系.)f=2时,双变量体系. ((4 4)f=3及以上时,多变量体系.)f=3及以上时,多变量体系.第二节 相律第二节 相律 n一.多组分多相体系平衡符合的条件一.多组分多相体系平衡符合的条件n 11..热热平平衡衡::TTαα==TTββ==TTγγ==......==TTΦΦ 22..力力平平衡衡::P Pαα==P Pββ==P Pγγ==......==P PΦΦ 33..化化学学势势相相等等::u uαα==u uββ==u uγγ=...==...=u uΦΦ n二.相律的数学表达二.相律的数学表达n 11..相相律律的的数数学学表表达达::ff==KK--ΦΦ++22 KK表表示组分数 示组分数 ΦΦ表示相数 2.表示温度喝压力 表示相数 2.表示温度喝压力 n (1)当压力和温度都指定:f=K- (1)当压力和温度都指定:f=K-ΦΦn (2)当只指定一个时:f=K- (2)当只指定一个时:f=K-ΦΦ+1+1n (3)当还有其它影响因素:f=K- (3)当还有其它影响因素:f=K-ΦΦ+n+nn3.最大自由度及最大的相数3.最大自由度及最大的相数n (1)当 (1)当ΦΦ=1时,则此时体系的f最大.=1时,则此时体系的f最大.n (2)当f=0时,则体系共存的 (2)当f=0时,则体系共存的ΦΦ最大.最大. 第第第三节 水的相图第三节 水的相图 n一.单组分体系的讨论一.单组分体系的讨论n1.存在相数的讨论:1.存在相数的讨论:n K=1 f=1- K=1 f=1-ΦΦ+2=3-+2=3-ΦΦn(1)(1)ΦΦ=1,f=2,"双变量体系" =1,f=2,"双变量体系" n(2)(2)ΦΦ=2,f=1,"单变量体系" =2,f=1,"单变量体系" n(3)(3)ΦΦ=3,f=0,=3,f=0,““无变量体系无变量体系”” n2.单组分体系相图的构成:2.单组分体系相图的构成:n(1)体系中最多有三个相共存,最多有两个自由度.(1)体系中最多有三个相共存,最多有两个自由度.n((22))描描述述单单组组分分体体系系存存在在的的状状态态,,即即相相平平衡衡关关系系,,这这样样的的图图称称为为相相图.图.第三节 水的相图第三节 水的相图n二.水相图的分析与讨论二.水相图的分析与讨论n1.讨论相图的原则:1.讨论相图的原则:n(1)确定相图的类型.(1)确定相图的类型.n(2)分析相图中的点、线、面.(2)分析相图中的点、线、面.n(3)可变条件和相图间的关系.(3)可变条件和相图间的关系.n(4)相图的应用.(4)相图的应用.n2.水相图的基本构成:2.水相图的基本构成:n((11))OOAA、、OOBB、、OODD三三条条线线将将相相图图分分成成::三三个个二二相相区区,,三三个个单单相相区区,,一个三相点.一个三相点.n(2)将P(2)将P――――T平面分成三个单相区域.T平面分成三个单相区域.n(3)相图中的每个点都对应着体系的某个状态.(3)相图中的每个点都对应着体系的某个状态. 第三节 水的相图第三节 水的相图n3.水相图的讨论3.水相图的讨论n(1)DOA线与水平轴围成的区域:(1)DOA线与水平轴围成的区域:nA.K=1 A.K=1 ΦΦ=1 f=2;=1 f=2;nB.该区域为单相水蒸气存在的区域; B.该区域为单相水蒸气存在的区域; nC.确定一个状态,同时指定温度和压力.C.确定一个状态,同时指定温度和压力.n(2)AOB围成的区域:(2)AOB围成的区域:nA.K=1 A.K=1 ΦΦ=1 f=2;=1 f=2;nB.该区域为水存在的液相区域;B.该区域为水存在的液相区域;nC.确定一个状态,同时指定温度和压力.C.确定一个状态,同时指定温度和压力.n(3)BOD围成的区域:(3)BOD围成的区域:nA.K=1 A.K=1 ΦΦ=1 f=2;=1 f=2;nB.该区域为冰存在的区域;B.该区域为冰存在的区域;nC.确定一个状态,同时指定温度和压力.C.确定一个状态,同时指定温度和压力.n(4)三条实线的讨论: (4)三条实线的讨论: n1)OA线的讨论:1)OA线的讨论: n A.水和水蒸气平衡共存线。
A.水和水蒸气平衡共存线n B.K=1 B.K=1 ΦΦ=2 f=1=2 f=1n C.对应的温度是在该压力下的液体的沸点. C.对应的温度是在该压力下的液体的沸点. n D.OA不能向两边无限延伸.D.OA不能向两边无限延伸.n2)OB线的讨论:2)OB线的讨论:n A.冰和水两相共存的曲线A.冰和水两相共存的曲线n B.K=1,B.K=1,ΦΦ=2,f=1=2,f=1n C.不同压力下的水的凝固温度和冰的熔化温度.C.不同压力下的水的凝固温度和冰的熔化温度.n D.同样OB不能向两边无限延伸.D.同样OB不能向两边无限延伸.n3)OD线的讨论:3)OD线的讨论:n A.冰和水蒸气两相共存的曲线.A.冰和水蒸气两相共存的曲线.n B.K=1B.K=1ΦΦ=2f=1.=2f=1.n C.不同压力下冰变为蒸气的升华温度.C.不同压力下冰变为蒸气的升华温度.n D.OD线向上止于O点,向下理论上可以延伸.D.OD线向上止于O点,向下理论上可以延伸. n(5)一个相点的讨论:(5)一个相点的讨论:n A A、表示气、固、液三态相平衡.、表示气、固、液三态相平衡.n B B、K=1,、K=1,ΦΦ=3,f=0.=3,f=0.n C C、该点的温度为、该点的温度为273.16273.16K,压力为K,压力为0.6106KPa0.6106KPa均为定值.均为定值.n(6)虚线(6)虚线OCOC的讨论:的讨论:n A A、水和水蒸气的亚稳平衡线.、水和水蒸气的亚稳平衡线.n B B、代表过冷水的饱和蒸气压与温度的关系曲线.、代表过冷水的饱和蒸气压与温度的关系曲线.n C C、、OCOC线线在在ODOD线线上上,,过过冷冷水水的的饱饱和和蒸蒸气气压压比比同同温温度度下下处处于于稳稳定定状状态态时时的的冰的蒸气压大.因此过冷水处于不稳定的状态.冰的蒸气压大.因此过冷水处于不稳定的状态.n(7)任一分界线上的讨论:(7)任一分界线上的讨论:n A A、、点点的的水水代代表表液液态态水水,,在在恒恒温温使使压压力力下下降降时时,,无无限限接接近近PP点点时时尚尚无无气气相生成,体系仍为一个液相.相生成,体系仍为一个液相.n B B、、一一旦旦到到达达PP点点时时,,体体系系呈呈气气相相和和固固相相平平衡衡,,相相应应地地 就就一一定定的的饱饱和和蒸气压.蒸气压.n C C、到达P点以下时,完全变为气相,f=2,此时只可以降低压力和、到达P点以下时,完全变为气相,f=2,此时只可以降低压力和升高温度.升高温度. 《物理化学》知识归点n一、热力学一、热力学n1、基本符号:、基本符号:△△r rH Hm mθθ——表示物质标准摩尔生成自由焓。
表示物质标准摩尔生成自由焓n △△C CH Hm mθθ——表示物质标准摩尔燃烧焓表示物质标准摩尔燃烧焓n △△f fG Gm mθθ——表示物质标准摩尔吉布斯生成自由能表示物质标准摩尔吉布斯生成自由能n S Sm mθθ——表示物质标准摩尔规定熵表示物质标准摩尔规定熵n2 2、基本定义:焓的定义、基本定义:焓的定义 H=U+PV H=U+PV n 亥姆霍兹能的定义亥姆霍兹能的定义 F=U-TS F=U-TSn 吉布斯自由能的定义吉布斯自由能的定义 G=H-TS G=H-TS n3 3、标准状态:温度为、标准状态:温度为 25 250 0C 298.15KC 298.15Kn 压力为压力为 101325Pa 101325Pa 近似计算中按近似计算中按100KPa100KPa来计算。
来计算n4 4、单位规定:能量的单位常用、单位规定:能量的单位常用KWKW或或W W ;物质的量用摩尔;物质的量用摩尔—mol—mol;;n 浓度的单位与其他学科用的单位相同浓度的单位与其他学科用的单位相同 《物理化学》知识归点n5 5、在热力学的研究过程中没有时间的概念在热力学的研究过程中没有时间的概念n6 6、在我们学过的热力学函数中,、在我们学过的热力学函数中,U U、、H H、、S S、、F F、、G G均为状态函数均为状态函数n7 7、热力学第一定律的数学表达:、热力学第一定律的数学表达:△ △U=Q-WU=Q-W;d;dU U==δQδQ--δWδW n8 8、在热力学中习惯规定:体系吸热为正;体系对环境做功为正在热力学中习惯规定:体系吸热为正;体系对环境做功为正n9 9、数学表达:、数学表达:W=nRT㏑VW=nRT㏑V22/V/V11的的 适用条件是一定量的理想气体适用条件是一定量的理想气体的等温可逆过程的等温可逆过程n1010、在等温可逆过程中,体系对环境做功最大在等温可逆过程中,体系对环境做功最大n1111、理想气体的C、理想气体的CPPm m和C和CVV.m.m之间的关系:C之间的关系:CP.mP.m-C-CV.mV.m=R。
其中:=R其中:单原子线性分子理想气体:C单原子线性分子理想气体:CV.mV.m==3R/2, 3R/2, CCP.mP.m=5R/2;=5R/2;n双原子分子理想气体:C双原子分子理想气体:CV.mV.m==5R/2, 5R/2, CCP.mP.m=7R/2.=7R/2.n1212、数学表达:、数学表达:dU=nCdU=nCV.mV.mdT适用条件是一定量物质经等容过程dT适用条件是一定量物质经等容过程 dH=nCdH=nCP.mP.mdT适用条件是一定量物质的等压过程dT适用条件是一定量物质的等压过程n13、在热力学中,内能、在热力学中,内能U U和焓和焓H H均为状态函数均为状态函数《物理化学》知识归点n1414、、由于由于Q QP P=△H=△H、、Q QV V=△U=△U,所以热,所以热Q Q也是状态函数该说法错误)也是状态函数该说法错误)n1515、化学反应的热效应与方程式的书写形式有关化学反应的热效应与方程式的书写形式有关n1616、已知反应:、已知反应:N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g)=2NH(g)=2NH3 3(g) △H(g) △H1 1n 1/2N 1/2N2 2(g)+3/2H(g)+3/2H2 2(g)=NH(g)=NH3 3(g) △H(g) △H2 2n 故故△H△H1 1和和△H△H2 2之间的关系为:之间的关系为:△H△H1 1= 2△H= 2△H2 2 。
n1717、利用、利用△S≥0△S≥0作为判据时,作为判据时, △S △S是指体系的是指体系的△S+△S+环境的环境的△S△Sn1818、在、在△S△S的计算过程中,必须将过程设计成可逆过程的计算过程中,必须将过程设计成可逆过程n1919、利用、利用△G≤0△G≤0作为判据时,适用条件必须是:等温等压过程作为判据时,适用条件必须是:等温等压过程n2020、功可以百分之百的转化为热,而热不可能百分之百的转化为功功可以百分之百的转化为热,而热不可能百分之百的转化为功n所以一切自发过程都是不可逆的所以一切自发过程都是不可逆的n2121、在所有热机中,以卡诺热机的效率为最大在所有热机中,以卡诺热机的效率为最大n2222、一定量的物质若经一绝热可逆过程从始态到终态,故该过程的、一定量的物质若经一绝热可逆过程从始态到终态,故该过程的△S=0△S=0;若经一绝热不可逆过程从始态到终态,故该过程的;若经一绝热不可逆过程从始态到终态,故该过程的△S△S>>0 0《物理化学》知识归点n2323、从单一热源取热使之完全变为功而不引起其他变化是不可能的从单一热源取热使之完全变为功而不引起其他变化是不可能的n2424、在隔离体系中,若发生可逆过程变化,熵值不变。
若发生不可逆过程、在隔离体系中,若发生可逆过程变化,熵值不变若发生不可逆过程变化,熵值增加变化,熵值增加n2525、等量的物质,气态的熵值大于液态的熵值,液态的熵值大于固态的熵、等量的物质,气态的熵值大于液态的熵值,液态的熵值大于固态的熵值n2626、、△S=nC△S=nCv.mv.mlnTlnT2 2/T/T1 1的适用条件:无相变、无反应的恒容变温过程;的适用条件:无相变、无反应的恒容变温过程;n△S=nC△S=nCP.mP.mlnTlnT2 2/T/T1 1的适用条件:无相变、无反应的恒压变温过程的适用条件:无相变、无反应的恒压变温过程n2727、热力学第三定律:在、热力学第三定律:在0K0K,任何纯物质的完整晶体的熵值为零任何纯物质的完整晶体的熵值为零n2828、只要始、终态相同,则无论过程是否可逆,状态函数除、只要始、终态相同,则无论过程是否可逆,状态函数除S S外的改变是相外的改变是相同的n二、化学平衡二、化学平衡n1 1、化学平衡实际上是一种动态平衡当反应达到平衡时,体系中各物质量、化学平衡实际上是一种动态平衡当反应达到平衡时,体系中各物质量的量不再变化的量不再变化n2 2、化学反应平衡常数的具体数值与化学反应方程式的具体书写形式有关。
化学反应平衡常数的具体数值与化学反应方程式的具体书写形式有关n3 3、升高温度化学反应向吸热的方向进行升高温度化学反应向吸热的方向进行n4 4、增大压力有利于平衡向气体体积减小的方向进行增大压力有利于平衡向气体体积减小的方向进行《物理化学》知识归点n5 5、在反应体系中增加惰性气体的数量将有利于气体物质的量增大的反应在反应体系中增加惰性气体的数量将有利于气体物质的量增大的反应n6 6、反应物的转化率、反应物的转化率= =反应达到平衡时反应物消耗的量反应达到平衡时反应物消耗的量÷÷反应物的初始量反应物的初始量n三、相平衡三、相平衡n1 1、无论有多少种气体混合在一起,只能算一个相无论有多少种气体混合在一起,只能算一个相n2 2、无论有多少种固体混合在一起,一种固体算一个相无论有多少种固体混合在一起,一种固体算一个相n3 3、一种纯固体如果有几种不同的晶型,一种晶型算一个相一种纯固体如果有几种不同的晶型,一种晶型算一个相n4 4、若有几种固体物质混合形成固熔体,只能算一个相若有几种固体物质混合形成固熔体,只能算一个相n5 5、浓度限制条件必须在同一相中方能应用,而不同的相之间不存在浓度限、浓度限制条件必须在同一相中方能应用,而不同的相之间不存在浓度限制条件。
制条件n6 6、相律的数学表达:、相律的数学表达:f=k-f=k-φ+2φ+2,其中,其中“2”“2”表示表示““温度温度+ +压力压力””n7 7、单组分体系中,自由度、单组分体系中,自由度“f”“f”最大值为最大值为2 2;相数;相数“φ”“φ”最大值为最大值为3.3.n8 8、单组分体系水的相图表明:其三相点的、单组分体系水的相图表明:其三相点的f=0f=0,表示温度和压力均为常数表示温度和压力均为常数n9 9、两组份体系中,自由度、两组份体系中,自由度“f”“f”最大值为最大值为3 3(即温度(即温度+ +压力压力+ +组成);相数组成);相数“φ”“φ”最大值为最大值为4.4.《物理化学》知识归点n1010、由二组分相图可知,在单向区物系点和相点是重合的;而在多相共存、由二组分相图可知,在单向区物系点和相点是重合的;而在多相共存区物系点和相点是不重合的区物系点和相点是不重合的n1111、在二组分体系中,易挥发的组分在气相中的浓度大于在液相中的浓度在二组分体系中,易挥发的组分在气相中的浓度大于在液相中的浓度而难挥发组分在液相中的浓度比在气相中小而难挥发组分在液相中的浓度比在气相中小。
n1212、相图在药物制剂中的应用:(、相图在药物制剂中的应用:(1)1)、制备防冻剂制备防冻剂2 2)、药物配伍方)、药物配伍方面的指导面的指导3 3)、引导剂型改良引导剂型改良n1313、在相图中,若最高(低)点处气相线与液相线相切,表示该点气相组、在相图中,若最高(低)点处气相线与液相线相切,表示该点气相组成等于液相组成,这时的混合物为恒沸混合物成等于液相组成,这时的混合物为恒沸混合物n1414、、C(s)C(s)、、CO(g)CO(g)、、COCO2 2(g)(g)、、O O2 2(g)(g)在在7007000 0c c时达到平衡该体系的自由度时达到平衡该体系的自由度f=1;f=1;组分数组分数k=2;k=2;相数相数φ=2φ=2n四、电化学四、电化学n1 1、强电解质溶液的电导率随浓度的增加而升高,但浓度增加到一定程度、强电解质溶液的电导率随浓度的增加而升高,但浓度增加到一定程度后,电导率反而下降而弱电解质的电导率随浓度的变化不明显后,电导率反而下降而弱电解质的电导率随浓度的变化不明显n2 2、在温度和溶剂一定的条件下,只要是无限稀释的溶液,同一种离子的、在温度和溶剂一定的条件下,只要是无限稀释的溶液,同一种离子的摩尔电导率都是同一数值,而与共存另一种离子种类无关。
摩尔电导率都是同一数值,而与共存另一种离子种类无关《物理化学》知识归点n3 3、在稀溶液中影响离子平均活度系数的主要因素是离子的浓度和离子的、在稀溶液中影响离子平均活度系数的主要因素是离子的浓度和离子的电荷数,而不是离子的本性电荷数,而不是离子的本性n4 4、在稀溶液中离子的平均活度系数仅取决于离子强度及离子的电荷数,、在稀溶液中离子的平均活度系数仅取决于离子强度及离子的电荷数,而与离子的本性无关而与离子的本性无关n5 5、可逆电池必须满足的条件:(、可逆电池必须满足的条件:(1 1)、电池的化学反应必须是可逆反应电池的化学反应必须是可逆反应n((2 2)、能量的转换必须是可逆的能量的转换必须是可逆的3 3)、电池中所进行的其他过程都必)、电池中所进行的其他过程都必须是可逆的须是可逆的n8 8、在电池的书写形式中,负极写在左边将发生氧化反应,而正极写在右、在电池的书写形式中,负极写在左边将发生氧化反应,而正极写在右边将发生还原反应边将发生还原反应n9 9、在电极电势的测定中,将标准氢电极布置在左边但它不一定发生氧化、在电极电势的测定中,将标准氢电极布置在左边但它不一定发生氧化反应n1010、在可逆电池的电动势测量中,规定固体的活度为、在可逆电池的电动势测量中,规定固体的活度为1.1.n1111、电动势测定的应用:(、电动势测定的应用:(1 1)、判断反应进行的方向。
判断反应进行的方向2 2)、测定反应)、测定反应的平衡常数的平衡常数3 3)、求难溶盐的活度积求难溶盐的活度积4 4)、测定溶液的)、测定溶液的PHPH值5 5)、求离子的平均活度系数求离子的平均活度系数6 6)、电势滴定电势滴定《物理化学》知识归点n五、化学动力学五、化学动力学n1 1、化学反应的级数不一定为整数化学反应的级数不一定为整数n2 2、基元反应的分子数只有、基元反应的分子数只有“1“1、、2 2、、3”3”三个整数三个整数n3 3、只有零级反应才能将反应物消耗完全只有零级反应才能将反应物消耗完全n4 4、并不是所有的化学反应都有半衰期并不是所有的化学反应都有半衰期n5 5、若反应物的浓度、若反应物的浓度C C与时间与时间t t成线性关系,故该化学反应一定为零级成线性关系,故该化学反应一定为零级n6 6、若反应物的浓度的、若反应物的浓度的lnclnc与时间与时间t t成线性关系,故该化学反应一定为一级成线性关系,故该化学反应一定为一级n7 7、若反应物的浓度的、若反应物的浓度的1/c1/c与时间与时间t t成线性关系,故该化学反应一定为二级成线性关系,故该化学反应一定为二级。
n8 8、零级反应的半衰期与反应物的初始浓度成正比零级反应的半衰期与反应物的初始浓度成正比n9 9、一级反应的半衰期与反应物的初始浓度无关一级反应的半衰期与反应物的初始浓度无关n1010、二反应的半衰期与反应物的初始浓度成反比二反应的半衰期与反应物的初始浓度成反比n1111、化学反应的速率常数的、化学反应的速率常数的lgklgk与与1/T1/T呈线性关系呈线性关系n1212、药物降解的方式有:水解作用、氧化作用、光化作用药物降解的方式有:水解作用、氧化作用、光化作用《物理化学》知识归点n六、典型例习分析六、典型例习分析n1 1、热力学第一定律、热力学第一定律 P39 1-5 1-7 P39 1-5 1-7n2 2、热力学第二定律、热力学第二定律 P81 2-10 2-11 P81 2-10 2-11n3 3、化学平衡、化学平衡 P128 4-10 4-11 P128 4-10 4-11n5 5、相平衡、相平衡 P177 5-1 5-3 P177 5-1 5-3n6 6、电化学、电化学 P229 6-9 6-10 P229 6-9 6-10n7 7、化学动力学、化学动力学 P265 7-2 7-12 P265 7-2 7-12。












