2024版天津大学物理化学教学课件ppt合集

天津大学物理化学教学课件
ppt合集
目录CONTENCT •课程简介与物理化学概述•热力学基础
•化学动力学基础
•电化学基础与应用
•表面现象与胶体化学基础•结构化学基础与物质性质关系
01
课程简介与物理化学概述
课程背景及教学目标
课程背景
天津大学物理化学课程是化学及相关专业的重要基础课程之一，旨
在培养学生掌握物理化学基本原理和方法，为后续专业课程学习及
科学研究打下坚实基础。

教学目标
通过本课程的学习，学生应能够掌握物理化学的基本概念、原理和
方法，了解物理化学在化学及相关领域的应用，培养分析问题和解
决问题的能力。

物理化学学科概述
学科定义
物理化学是研究化学现象和物理现象之间相互联系和规律的一门科学，是化学的重要分支学科。

研究内容
物理化学主要研究物质的宏观性质和微观结构之间的关系，以及化学变化过程中的物理效应。

学科地位
物理化学在化学及相关领域具有重要地位，是理解化学反应本质、开发新材料和新能源等方面的重要基础。

教材与参考资料
教材
《物理化学》（上、下册），天津
大学物理化学教研室编，高等教育
出版社。

参考资料
包括国内外经典物理化学教材、相
关期刊论文、网络资源等。

课程安排与考核方式
课程安排
本课程按照教学计划分为两个学期进
行，每周安排一定的课时进行课堂教
学和实验教学。

考核方式
采用平时成绩、期中考试和期末考试相
结合的方式进行考核，其中平时成绩包
括作业、课堂表现和实验报告等。

02
热力学基础
80%
80%
100%
热力学系统与环境
由大量微观粒子组成的宏观物体或物体集合，被选定为研究对象。

与系统发生相互作用的其他物体或物体集合。

开放系统、封闭系统和孤立系统。

热力学系统的定义
环境的定义
系统与环境的分类
状态函数的定义
过程途径的分类
状态函数的特性
状态函数与过程途径
等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程等。

全微分性质、叠加性质和路径无关性。

描述系统状态的物理量，其值仅取决于系统的状态，与达到
该状态的过程无关。

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03
热力学第一定律的表述
热力学第一定律的数学表达式
热力学第一定律的应用
能量守恒和转化定律在热力学中的具体形式。

ΔU=Q+W。

计算系统内能的变化、热功转换和热量传递等。

03
热力学第二定律的应用
判断过程的方向性、热机效率和制冷机效率等。

01
热力学第二定律的表述
热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。

02
热力学第二定律的数学表达式
熵增原理。

熵增原理及应用
熵增原理的表述
孤立系统的熵永不减小。

熵增原理的数学表达式
ΔS≥0。

熵增原理的应用
解释自然现象、判断过程是否可逆和计算系统的熵变等。

同时，熵增原理也在化学、生物、
信息等领域有着广泛的应用，如化学反应的方向性、生物进化的方向性和信息熵等。

03
化学动力学基础
1 2 3单位时间内反应物或生成物浓度的变化量。

化学反应速率定义
微分法和积分法，常用单位有mol/(L·s)、
mol/(cm³·s)等。

表示方法
平均速率表示在一段时间内反应速率的平均值，瞬时速率表示在某一瞬间反应速率的大小。

平均速率和瞬时速率
化学反应速率概念及表示方法
反应物分子之间发生碰撞，只有能量足够高、碰撞取向合适的分子才能发生反应。

碰撞理论
过渡态理论
量子化学理论
反应物分子与活化分子间存在一个能量较高的过渡态，反应速率由过渡态的稳定性决定。

通过计算分子的电子结构和能量，预测反应速率和反应机理。

03
02
01
反应速率理论简介
反应速率与反应物浓度的关系
一般情况下，反应速率与反应物浓度的乘积成正比。

反应级数
表示反应速率与反应物浓度关系的指数，可以是整
数、分数或负数。

复杂反应速率方程
对于多步反应或复杂反应，需要建立相应的速率方程来描述反应速率与浓度的关系。

阿伦尼乌斯公式
表示反应速率与温度的关系，通过活化能和指前因子计算不同温度下的反应速率。

温度对活化能的影响
温度升高，活化能降低，反应速率加快。

温度对指前因子的影响
温度升高，指前因子增大，反应速率加快。

01
02
03
04
催化剂定义
催化剂作用机理
催化剂种类
催化剂选择性
催化剂作用原理
均相催化剂和非均相催化剂，其中均相催化剂与反应物处于同一相态，非均相催化剂与反应物处于不同相态。

通过提供新的反应路径、降低活化能或改变反应历程等方式来加速反应速率。

能够加速化学反应速率而本身在反应前后不发生改变的物质。

催化剂对反应物和生成物具有不同的作用效果，因此可以通过选择合适的催化剂来提高目标产物的选择性。

04
电化学基础与应用
电解质溶液的导电性质
离子迁移率
电导率与电导
理论模型
电解质溶液导电性质及理论模型
电解质在水溶液或熔融状态下能够导电，其导电能力与离子浓度、离子迁移率等因素有关。

离子在电场作用下的迁移能力，与离子所带电荷、溶剂性质、温度等因素有关。

电导率是电解质溶液的导电能力，与离子浓度和离子迁移率成正比；电导则是电导率与电极距离的乘积，表示电解质溶液在电场作用下的导电效果。

包括德拜-休克尔理论、昂萨格电导理论等，用于描述电解质溶液的导电性质和离子迁移行为。

原电池工作原理
将化学能转化为电能的装置，通过氧化还原反应产生电流。

原电池由正极、负极和电解质组成，正极发生还原反应，负极发生氧化反应。

性能评价指标
包括电动势、内阻、容量等，用于评估原电池的工作性能和储能能力。

其中，电动势是原电池两极间的电势差，内阻是原电池内部电阻，容量是原电池能够提供的电量。

电解池工作原理
将电能转化为化学能的装置，通过电解反应将电解质分解为单质或化合物。

电解池由阳极、阴极和电解质组成，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

性能评价指标
包括电解效率、槽电压、电流密度等，用于评估电解池的工作效果和能耗情况。

其中，电解效率是电解池将电能转化为化学能的能力，槽电压是电解池两极间的电压，电流密度是单位面积上的电流强度。

研究电极反应速率和反应机理的学科，涉及电化学反应的动力学参数和影响因素。

电极过程动力学
描述电极反应快慢的参数，与反应物浓度、电极电势、温度等因素有关。

电极反应速率
描述电极反应过程的化学步骤和中间产物，有助于深入理解电化学反应的本质和影响因素。

反应机理
电极过程动力学简介
电化学在能源领域应用
电池技术
包括锂离子电池、燃料电池等，利用
电化学原理实现能量的储存和转换，
广泛应用于电动汽车、移动电源等领
域。

电解水制氢
利用电解原理将水分解为氢气和氧气，
是一种清洁、高效的制氢方法，可用
于氢能源领域。

电化学储能技术
包括超级电容器、电化学储能电池等，利用电化学原理实现能量的快速储存和释放，具有功率密度高、循环寿命长等优点。

05
表面现象与胶体化学基础
表面张力概念及影响因素
表面张力定义
液体表面分子之间的相互吸引力，使液体表面尽可能缩小的力。

影响因素
温度、溶质种类、溶液浓度等。

表面张力与物质性质关系
表面张力是物质的一种重要性质，与物质的微观结构和分子间作用
力有关。

润湿现象和接触角概念
润湿现象
液体在固体表面上的铺展现象。

接触角概念
液滴在固体表面上形成的角度，反映液体对固体的润湿性。

接触角与润湿性的关系
接触角越小，润湿性越好；接触角越大，润湿性越差。

固体表面吸附现象及理论模型
吸附现象
气体或液体分子在固体表面上的浓集现象。

吸附类型
物理吸附和化学吸附。

理论模型
Langmuir吸附模型、BET吸附模型等，用于描述固体表面的吸
附行为。

胶体系统稳定性原理
胶体系统定义
由微小粒子分散在介质中形成的系统。

稳定性原理
胶体系统的稳定性与粒子大小、电荷、溶剂性质等因素有关。

聚沉现象
胶体粒子在一定条件下相互聚集而沉淀的现象，与胶体系统的稳定性密切相关。

表面活性剂作用机制
表面活性剂定义
能显著降低液体表面张力的物质。

作用机制
表面活性剂分子在溶液表面形成定向排列的吸附层，改变溶液表面的性质，从而影响溶液中的润湿、乳化、分散等现象。

应用领域
表面活性剂在日常生活、工业生产、农业等领域有广泛应用，如洗涤剂、乳化剂、分散剂等。

06
结构化学基础与物质性质关系
原子结构和元素周期律关系
原子结构决定元素在周期表中的位置
原子的电子排布决定了元素的化学性质，进而决定了元素在周期表中的位置。

元素周期律的实质是原子结构的周期性变化
随着原子序数的递增，元素的性质呈周期性的变化，这种变化是由原子结构的周期性变
化所引起的。

原子结构与元素性质的关系
原子半径、电离能、电子亲和能等性质的变化都与原子结构密切相关，这些性质的变化
也反映了元素性质的递变规律。

分子结构和分子间作用力关系
分子结构决定分子的性质
01
分子的几何形状、键长、键角等结构参数决定了分子的化学性质和物理
性质。

分子间作用力影响物质的聚集状态
02
分子间作用力的大小和类型决定了物质的沸点、熔点、溶解度等物理性
质，也影响了分子在空间的排列方式。

分子结构与分子间作用力的关系
03
分子结构中的官能团、极性、非极性等性质都会影响分子间作用力的大
小和类型，进而影响物质的性质。

晶体结构和性质关系
晶体结构决定晶体的性质
晶体的结构类型、晶格常数、晶胞参数等决定了晶体的物理性质和化学性质。

晶体性质反映晶体结构的特征
晶体的熔点、硬度、导电性、光学性质等都与晶体结构密切相关，这些性质的变化也反映了晶体结构的特征。

晶体结构与性质的关系在材料科学中的应用
通过调控晶体的结构，可以改变晶体的性质，进而制备出具有特定性质的材料。

01 02 03配合物结构决定配合物的性质
配合物的空间构型、配位数、配位键的类型等结构参数决定了配合物的化学性质和物理性质。

配合物性质反映配合物结构的特征
配合物的稳定性、磁性、光学性质等都与配合物结构密切相关，这些性质的变化也反映了配合物结构的特征。

配合物结构与性质的关系在化学中的应用
通过设计和合成具有特定结构的配合物，可以制备出具有特定性质的功能材料，如催化剂、光电材料等。

配合物结构和性质关系
新材料的设计与合成
利用结构化学的原理和方法，可以设计和合成出具有特定结构和性质的新材料，如纳米材料、高分子材料等。

材料的改性与优化
通过改变材料的结构，可以优化材料的
性质，提高材料的性能，如提高材料的
强度、硬度、耐腐蚀性等。

材料结构与性能关系
的研究
结构化学在材料科学中的一个重要应用
是研究材料的结构与性能之间的关系，
为材料的设计、合成和改性提供理论依
据和指导。

010203结构化学在材料科学中应用
THANK YOU
感谢聆听。