《物理化学》朱文涛教授.ppt

绪论 Introduction,化学现象与物理现象的联系,一、什么是物理化学,化学反应 物理现象,,,伴随发生,影响,物理化学由此联系出发研究化学反应的普遍规律,物理化学的研究方法,理论基础：热力学、统计力学、量子力学 实验方法：以物理方法为主 数学演绎方法,所以，物理化学是集化学、物理及数学于一身的一门学科即以物理和数学的方法研究化学问题二、物理化学的任务,(1) 化学热力学：方向，限度，能量转换， 宏观性质 (2) 化学动力学：反应速率及机理,(3) 物质结构：宏观性质与微观结构的关系,四、数学准备,例如：复合函数微分法,则,此公式是以下数学处理方法的结果：,令：,则,在y不变的条件下此式两端同除以dx，得,五、教材和参考书,教材：,朱文涛.《物理化学中的公式与概念》,朱文涛.《物理化学》,参考书：,傅献彩等.《物理化学》,天津大学.《物理化学》,胡英.《物理化学》,Ira. N. Levine . Physical Chemistry P. W. Atkins . Physical Chemistry,,第一章 气 体 Chapter 1 Gas,1－1 理想气体 (Ideal gas),一、理想气体状态方程 (Equation of state for ideal gas),p, V, T, n的意义及单位： Vm：摩尔体积，m3· mol-1 R：摩尔气体常数，8.314 J·K-1·mol-1,理想气体的定义及方程的用途,定义：在任意温度和压力下都严格服从理想气体状态方程的气体,用途：对于一定量的理想气体，pVT中有一个不独立。

所以p可叙述为：将物质的量为n的理想气体置于一个温度为 T体积为V的容器中，气体所具有的压力低压实际气体可近似当作理想气体,二、分压定律 (The Law of Partial Pressure),1. 分压：在气体混合物中，定义,,∴ pB代表组分气体B对气体混合物压力的贡献2. 分压定律：,对理想气体混合物,∴ 在理想气体混合物中，任意组分气体的分压等于同温下该气体在容器中单独存在时的压力,1－2 实际气体 (Real gas),一、实际气体状态方程 (Equation of state for real gas),问题提出： 用理想气体状态方程计算 实际气体，产生偏差至今实际气体状态方程已约200个,,Van der Waals方程,思想：对实际气体分别做两项修正,方程：,,a和b：Van der Waals常数，可查，意义 方程的优缺点：,二、对比状态原理 (The principle of corresponding states),1. 几个概念,(1) 蒸气压：在讨论气－液转化时常用,定义：在一定条件下，能与液体平衡共存的它的蒸气的压力,例如：,,是液体的性质：表示液体挥发的难易。

其大小决定于液体所处的状态(主要决定于温度)沸点：蒸气压＝外压时的温度，通常是指蒸气压＝101325 Pa，称(正常)沸点2) 临界参数和临界点：,定义：,Tc——利用加压手段使气体液化的最高温度,pc——在临界温度时使气体液化所需的最小压力,Vc——在临界温度和临界压力时气体的摩尔体积,是物性参数,不易测定,(3) 对比参数和对比状态：,定义：,范氏对比方程：,1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理，得到,代入原方程并整理,Van der Waals 对比方程,启示：f (pr, Vr, Tr)=0即不同气体如果它们具有相同的pr和Tr，则Vr必相同称它们处在相同对比状态2. 对比状态原理：,处在相同对比状态的各种气体(乃至液体)，具有相近的物性(如摩尔热容、膨胀系数、压缩系数、黏度等)2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变,Z = f(T, p),,,代入对比参数,∴,Zc: Critical compression factor,若满足范氏方程，则,即 Zc＝3/8＝0.375,实验表明：,Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO,0.31 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30,∴ Zc≈const.,于是,,处在相同对比状态的各种气体不仅有相近的物性，而且有相同的压缩因子。

于是许多人测定Z，结果确是如此将测量结果绘制成图——压缩因子图,如何用图：例 CO2 (304K, 110×101325 Pa)，Vm=?,本章小结：,气体计算方法,理想气体状态方程,实际气体状态方程,压缩因子图,,二、对比状态原理 (The principle of corresponding states),1. 几个概念,(1) 蒸气压：在讨论气－液转化时常用,定义：在一定条件下，能与液体平衡共存的它的蒸气的压力,例如：,,是液体的性质：表示液体挥发的难易其大小决定于液体所处的状态(主要决定于温度)沸点：蒸气压＝外压时的温度，通常是指蒸气压＝101325 Pa，称(正常)沸点物化朱文涛02_实气_热力学概念,(2) 临界参数和临界点：,定义：,Tc——利用加压手段使气体液化的最高温度,pc——在临界温度时使气体液化所需的最小压力,Vc——在临界温度和临界压力时气体的摩尔体积,是物性参数,不易测定,(3) 对比参数和对比状态：,定义：,范氏对比方程：,1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理，得到,代入原方程并整理,Van der Waals 对比方程,启示：f (pr, Vr, Tr)=0。

即不同气体如果它们具有相同的pr和Tr，则Vr必相同称它们处在相同对比状态2. 对比状态原理：,处在相同对比状态的各种气体(乃至液体)，具有相近的物性(如摩尔热容、膨胀系数、压缩系数、黏度等)2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变,Z = f(T, p),,,代入对比参数,∴,Zc: Critical compression factor,若满足范氏方程，则,即 Zc＝3/8＝0.375,实验表明：,Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO,0.31 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30,∴ Zc≈const.,于是,,处在相同对比状态的各种气体不仅有相近的物性，而且有相同的压缩因子于是许多人测定Z，结果确是如此将测量结果绘制成图——压缩因子图,如何用图：例 CO2 (304K, 110×101325 Pa)，Vm=?,本章小结：,气体计算方法,理想气体状态方程,实际气体状态方程,压缩因子图,,第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics,热力学的任务：方向、限度、能量转换、宏观性质,热力学的特点：,研究对象：N 1020 宏观方法 无涉及时间因素,本章目的：,能量转换规律 物化学习方法,2－1 基本概念 (Important concepts),一、系统和环境 (System and surroundings),定义：系统——研究对象(也称体系),环境——与系统有相互作用的外界,系统的分类,开放系统 (敞开系统) 封闭系统 孤立系统,,系统,二、热力学平衡状态,定义： 状态,平衡状态,热平衡 力学平衡 相平衡 化学平衡,平衡状态包括的具体内容,,(Thermodynamic equilibrium state),平衡状态,三、状态函数 (State function),定义： 用于描述系统状态的宏观性质。

数学表述分类：,容量性质：与n成正比，有加和性例如m，C，V；是n的一次齐函数,强度性质：与n无关，无加和性例如T，p，Vm，；是n的零次齐函数,,特点：,（1）相互关联：单组分均相封闭 系统有两个独立变量；（无组成变化的封闭系统）,（2）变化只决定于初末状态,作业：第一章 10； 第二章 1，5，6； A. 1.17 阅读: A. 2.1 2.2,物化朱文涛03_第一定律_功_可逆过程,调 课 通 知,9.23(二)的课调至9.21(日)晚7:00 (2) 9.30(二)的课停 (3) 10.14(二)的课调至10.12(日)晚7:00,2. 对比状态原理：,处在相同对比状态的各种气体(乃至液体)，具有相近的物性(如摩尔热容、膨胀系数、压缩系数、黏度等)2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变,Z = f(T, p),,,代入对比参数,∴,Zc: Critical compression factor,若满足范氏方程，则,即 Zc＝3/8＝0.375,实验表明：,Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO,0.31 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30,∴Zc≈const.,于是,,处在相同对比状态的各种气体不仅有相近的物性，而且有相同的压缩因子。

于是许多人测定Z，结果确是如此将测量结果绘制成图——压缩因子图,Tr=1 pr=1.5,,,Z=0.25,,110×101325 Pa·Vm=0.25×8.314 J· K-1·mol-1×304K,解得： Vm=5.67×10-5 m3· mol-1,如何用图：例 CO2 (304K, 110×101325 Pa)，Vm=?,本章小结：,气体计算方法,理想气体状态方程,实际气体状态方程,压缩因子图,,第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics,热力学的任务：方向、限度、能量转换、宏观性质,热力学的特点：,研究对象：N 1020 宏观方法 无涉及时间因素,本章目的：,能量转换规律 物化学习方法,2－1 基本概念 (Important concepts),一、系统和环境 (System and surroundings),定义：系统——研究对象(也称体系),环境——与系统有相互作用的外界,系统的分类,开放系统 (敞开系统) 封闭系统 孤立系统,,系统,二、热力学平衡状态,定义： 状态,平衡状态,热平衡 力学平衡 相平衡 化学平衡,平衡状态包括的具体内容,,(Thermodynamic equilibrium state),平衡状态,三、状态函数 (State function),定义： 用于描述系统状态的宏观性质。

数学表述分类：,容量性质：与n成正比，有加和性例如m，C，V；是n的一次齐函数,强度性质：与n无关，无加和性例如T，p，Vm，；是n的零次齐函数,,特点：,（1）相互关联：单组分均相封闭 系统有两个独立变量；（无组成变化的封闭系统）,（2）变化只决定于初末状态,四、过程与途径 (Process and path),按系统初末状态的差异，分为,简单物理过程：p V T 变化 复杂物理过程：相变、混合等 化学过程：,,按过程本身的特点，分为多种多样物化感兴趣的几种典型过程为：,等温过程：T1＝T2＝T环＝const. 等压过程：p1＝p2＝p外＝const. 等容过程：V＝const. 绝热过程： 循环过程：,,五、热量和功 (Heat and work),定义：由于温度不同而在系统与环境之间传递的能量，Q； 除热以外，在系统与环境之间所传递的能量，W符号：系统吸热，Q 0；系统放热，Q 0；环境做功，W 0,,Q和W是过程量：,热力学物理量,状态函数 过程量,,A,(状态函数),B,(状态函数),,,,,Ⅰ (过程量),Ⅱ (过程量),六、内能 (Internal energy),系统的能量,动能 势能 内能：定义，意义， 也称热力学能，U,,,机械能,2－2 热力学第一定律 (The First Law of Thermodynamics),定律：能量守恒，叙述方。