物理化学课件：气体
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▪ 二十世纪初物理化学的近代，进入微观领域。随着 各种微观粒子及原子能的发现，促进原子核化学、反 应动力学及催化动力学的发展。
绪论
➢ 物理化学的发展与前景
▪ 指导开发新材料、新技术、新工艺 ▪ 化学热力学从平衡态热力学向非平衡态热力学发 展，研究不可逆过程热力学。对生物学、气象学及 天体物理等领域具重要意义； ▪ 化学动力学进入微观快速反应的研究——分子动 力学。运用分子束技术、激光技术等实验手段，用 量子力学理论研究具有确定初始能态的微观粒子， 在基元过程中发生能量传递和跃激等的规律。
掌握思想方法，善于总结归纳常用手段和规律； 掌握理想化模型、平衡态特点； 理论课与实验有机结合； 预习、课堂笔记、思考题、习题有机结合；
绪论
重点学习内容（按教材）： 第一章 气体 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分系统热力学 第五章 化学平衡 第六章 相平衡 第七章 电化学 第十章 界面现象 第十一章 化学动力学
联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程
物理化学中主要讨论气体的状态方程
n 确定：f ( p, V, T ) = 0 n不确定：f ( p, V, T, n ) = 0
气体
理想气体 实际气体
7
§1.1 理想气体状态方程
1. 理想气体模型 （1）分子间力 吸引力 分子相距较远时，有范德华引力；
排斥力 分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。
研究变化的速率及机理。受实验技术的限制，理 论尚不能用于普遍的预测。 ⑶ 物质结构——研究物质结构与其性质的联系。
理论主要为量子力学、统计热力学及计算化学， 依赖于物质结构的微观数据。已作为独立的课程。
绪论
➢ 物理化学的内容和任务 3、研究的目的和任务 ▪ 将化学领域各现象联系起来。对其中的一般规律 性予以更深刻、更本质的探讨； ▪ 正确反映客观世界，并以其规律指导实践； ▪ 是改进旧的化学工艺、实现新的化工合成及新技 术的基础和定量依据。 ▪ 应用领域：化学工业、冶金工业、材料工程、生 物医学、能源的开发利用、三废治理等。
▪物理性质的变化：聚集状态、p、V、T、U、S…
▪物理现象的产生：热、光、电… ▪物理环境的影响：温度、压力、光照、电弧…
物理化学即是应用数学、物理学等基础科学的理
论及实验方法，研究物质系统在发生pVT 变化、相变
化和化学变化过程的基本原理，涉及平衡规律和速率 规律以及与它们有关的物质结构和性质。
如设计一个新产品（化工产品、特殊
E吸引－1/r6 F dE( r ) ,
E
E排斥 1/rn
dr
Lennard-Jones理论：n = 12
（兰纳德.琼斯）
0
E总
E吸引＋E排斥＝－rA6
B r12
式中：A－吸引常数；B－排斥常数
2
我们可以看出：
化学热力学是 解决物质变化的可能性
化学动力学 是解决如何把可能性变
为现实
工艺路线、 流程设计
设备选型的依据
绪论
➢ 物理化学的发展与前景 ▪ 形成于十九世纪中后期
物理化学宏观体系理论中人物：盖斯(Hess)、克劳 修斯(Clausius) 、开尔文(Kelvin)、吉布斯(Gibbs)、范 德华(van der Waals)、范德霍夫(van’t Hoff)、阿累尼 乌斯(Arrhenius)。
绪论 ➢ 参考书 《物理化学》<4> 南京大学
➢ 课程安排 学时：64
第一章 气体的pVT性质
基本要求：
1.理解和会用理想气体状态方程（包括 混合物）
2.理解范德华方程 3.理解饱和蒸气压、临界状态、临界参数、 的概念
第一章 气体的 pVT 性质
物质的聚集T、p 的影响较小
绪论
➢ 物理化学中的量与单位——自学
国际标准化组织(ISO)、国际法制计量组织(OIML) 的定义：
量(quantity)：对现象、物体或物质的可以定性区别和可以定 量确定的一种属性。
Q {Q}[Q]
标量的数值： {Q} Q /[Q]
物理方程式的三种形式： 量方程式、数值方程式、
单位方程式
掌握：
有机化学
19世纪下半叶 碳氢化合物 及其衍生物 高分子化学*
物理化学
1887年 化学反应的 方向、限度 速率、机理
绪论
➢ 化学学科的分支 化学学科 四大化学
与其它学科交叉结合形成的边缘学科
生 环 农 医 材 地 放计
物 境 业 化 料 球 射算
化 化 化 学 化 化 化化
学学学
学 学 学学
绪论
➢ 物理化学的内容和任务 1、什么是物理化学？ 化学变化的同时
材料），首先要搞清楚以下问题：
用什么样的原料（反应的可能性)； 用什么方法生产（反应过程的实现）； 生产工艺参数（反应压力、温度、浓度、
原料比）的确定； 在可能条件下，产品能达到的纯度（平衡
转化率和产率）； 反应的速率(单位时间的产量)如何； 产品的提纯工艺（精馏、结晶、萃取等）
确定。
根据可持续发展战略，在考虑实际生 产设计时要遵循以下原则：
•怎样正确表示物理量?
•物理量取对数时，其单 位如何处理？
•物理量的正确计算及计 算式的正确表示。
绪论
➢ 物理化学课程特点和学习建议 ▪理论性强：物理学理论（热学）、高等数学手段（微积分）； ▪三多一严：概念多、符号多、公式多；推导所得公式条件严； ▪逻辑性强：特殊→一般、理想→真实、宏观→微观； ▪学习方法： 复习简单微积分概念、公式，偏微分概念；
绿色化学 原子经济性 无毒、无害催化剂； “零排放” 物质的综合利用和能源的综合利用
物理化学可提供解决上述问题的基 本方法和原则。
绪论
➢ 物理化学的内容和任务
2、研究内容 ⑴ 化学热力学——研究平衡规律。
研究变化的方向、限度及过程中的能量衡算。理 论具高度的准确性和极大的普遍性，可成功预测。 ⑵ 化学动力学(以及传输过程)——研究速率规律。
物理化学
绪论
➢ 化学学科的分支 ➢ 物理化学的内容和任务 ➢ 物理化学的发展与前景
➢ 量与单位－自学（P4-6）
➢ 物理化学课程特点和学习建议 ➢ 参考书 ➢ 课程安排
绪论 ➢ 化学学科的分支
化学学科
分析化学
19世纪初 光性质 电性质的 现代仪器分析
无机化学
1870年前后 周期律及 周期表为标志
绪论
➢ 物理化学的发展与前景
▪ 指导开发新材料、新技术、新工艺 ▪ 化学热力学从平衡态热力学向非平衡态热力学发 展，研究不可逆过程热力学。对生物学、气象学及 天体物理等领域具重要意义； ▪ 化学动力学进入微观快速反应的研究——分子动 力学。运用分子束技术、激光技术等实验手段，用 量子力学理论研究具有确定初始能态的微观粒子， 在基元过程中发生能量传递和跃激等的规律。
掌握思想方法，善于总结归纳常用手段和规律； 掌握理想化模型、平衡态特点； 理论课与实验有机结合； 预习、课堂笔记、思考题、习题有机结合；
绪论
重点学习内容（按教材）： 第一章 气体 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分系统热力学 第五章 化学平衡 第六章 相平衡 第七章 电化学 第十章 界面现象 第十一章 化学动力学
联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程
物理化学中主要讨论气体的状态方程
n 确定：f ( p, V, T ) = 0 n不确定：f ( p, V, T, n ) = 0
气体
理想气体 实际气体
7
§1.1 理想气体状态方程
1. 理想气体模型 （1）分子间力 吸引力 分子相距较远时，有范德华引力；
排斥力 分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。
研究变化的速率及机理。受实验技术的限制，理 论尚不能用于普遍的预测。 ⑶ 物质结构——研究物质结构与其性质的联系。
理论主要为量子力学、统计热力学及计算化学， 依赖于物质结构的微观数据。已作为独立的课程。
绪论
➢ 物理化学的内容和任务 3、研究的目的和任务 ▪ 将化学领域各现象联系起来。对其中的一般规律 性予以更深刻、更本质的探讨； ▪ 正确反映客观世界，并以其规律指导实践； ▪ 是改进旧的化学工艺、实现新的化工合成及新技 术的基础和定量依据。 ▪ 应用领域：化学工业、冶金工业、材料工程、生 物医学、能源的开发利用、三废治理等。
▪物理性质的变化：聚集状态、p、V、T、U、S…
▪物理现象的产生：热、光、电… ▪物理环境的影响：温度、压力、光照、电弧…
物理化学即是应用数学、物理学等基础科学的理
论及实验方法，研究物质系统在发生pVT 变化、相变
化和化学变化过程的基本原理，涉及平衡规律和速率 规律以及与它们有关的物质结构和性质。
如设计一个新产品（化工产品、特殊
E吸引－1/r6 F dE( r ) ,
E
E排斥 1/rn
dr
Lennard-Jones理论：n = 12
（兰纳德.琼斯）
0
E总
E吸引＋E排斥＝－rA6
B r12
式中：A－吸引常数；B－排斥常数
2
我们可以看出：
化学热力学是 解决物质变化的可能性
化学动力学 是解决如何把可能性变
为现实
工艺路线、 流程设计
设备选型的依据
绪论
➢ 物理化学的发展与前景 ▪ 形成于十九世纪中后期
物理化学宏观体系理论中人物：盖斯(Hess)、克劳 修斯(Clausius) 、开尔文(Kelvin)、吉布斯(Gibbs)、范 德华(van der Waals)、范德霍夫(van’t Hoff)、阿累尼 乌斯(Arrhenius)。
绪论 ➢ 参考书 《物理化学》<4> 南京大学
➢ 课程安排 学时：64
第一章 气体的pVT性质
基本要求：
1.理解和会用理想气体状态方程（包括 混合物）
2.理解范德华方程 3.理解饱和蒸气压、临界状态、临界参数、 的概念
第一章 气体的 pVT 性质
物质的聚集T、p 的影响较小
绪论
➢ 物理化学中的量与单位——自学
国际标准化组织(ISO)、国际法制计量组织(OIML) 的定义：
量(quantity)：对现象、物体或物质的可以定性区别和可以定 量确定的一种属性。
Q {Q}[Q]
标量的数值： {Q} Q /[Q]
物理方程式的三种形式： 量方程式、数值方程式、
单位方程式
掌握：
有机化学
19世纪下半叶 碳氢化合物 及其衍生物 高分子化学*
物理化学
1887年 化学反应的 方向、限度 速率、机理
绪论
➢ 化学学科的分支 化学学科 四大化学
与其它学科交叉结合形成的边缘学科
生 环 农 医 材 地 放计
物 境 业 化 料 球 射算
化 化 化 学 化 化 化化
学学学
学 学 学学
绪论
➢ 物理化学的内容和任务 1、什么是物理化学？ 化学变化的同时
材料），首先要搞清楚以下问题：
用什么样的原料（反应的可能性)； 用什么方法生产（反应过程的实现）； 生产工艺参数（反应压力、温度、浓度、
原料比）的确定； 在可能条件下，产品能达到的纯度（平衡
转化率和产率）； 反应的速率(单位时间的产量)如何； 产品的提纯工艺（精馏、结晶、萃取等）
确定。
根据可持续发展战略，在考虑实际生 产设计时要遵循以下原则：
•怎样正确表示物理量?
•物理量取对数时，其单 位如何处理？
•物理量的正确计算及计 算式的正确表示。
绪论
➢ 物理化学课程特点和学习建议 ▪理论性强：物理学理论（热学）、高等数学手段（微积分）； ▪三多一严：概念多、符号多、公式多；推导所得公式条件严； ▪逻辑性强：特殊→一般、理想→真实、宏观→微观； ▪学习方法： 复习简单微积分概念、公式，偏微分概念；
绿色化学 原子经济性 无毒、无害催化剂； “零排放” 物质的综合利用和能源的综合利用
物理化学可提供解决上述问题的基 本方法和原则。
绪论
➢ 物理化学的内容和任务
2、研究内容 ⑴ 化学热力学——研究平衡规律。
研究变化的方向、限度及过程中的能量衡算。理 论具高度的准确性和极大的普遍性，可成功预测。 ⑵ 化学动力学(以及传输过程)——研究速率规律。
物理化学
绪论
➢ 化学学科的分支 ➢ 物理化学的内容和任务 ➢ 物理化学的发展与前景
➢ 量与单位－自学（P4-6）
➢ 物理化学课程特点和学习建议 ➢ 参考书 ➢ 课程安排
绪论 ➢ 化学学科的分支
化学学科
分析化学
19世纪初 光性质 电性质的 现代仪器分析
无机化学
1870年前后 周期律及 周期表为标志