大学物理化学全套课件

解：
pV 2RT
☺ pV 28.3145J K1 T
☺ T
101.325103 0.0448
2 8.3145
K
T 273 K ☺
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第1章 化学热力学基础
1.0 化学热力学理论的基础和方法
热力学第一定律（能量守恒） 热力学第二定律（物质变化过程的方向与限度） 热力学第一定律和第二定律都是经验规律。 热力学第三定律（化学平衡计算）
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第1章 化学热力学基础
第2章 相平衡热力学
第3章 相平衡强度状态图
第4章 化学平衡热力学
第5章 统计热力学初步
第6章 化学动力学基础
第7章 界面层的平衡与速率
第8章 电解质溶液
第9章 电化学反应的平衡与速率
第10章 胶体分散系统与粗分散系统
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物理化学的研究方法
宏观方法（热力学方法） 微观方法（量子力学方法） 从微观到宏观的方法（统计热力学方法）
p、V、T等叫热力学系统的宏观性质。
宏观性质分为两类： 广度性质：与系统中所含物质的量有关，有加和性， 例如V，m等。 强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性， 例如T，p等。
强度性质
一种广度性质 另一种广度性质
如Vm
V n
，
m V
等。
1.1.3 均相系统和非均相系统
相：系统中物理性质及化学性质均匀的部分。 相与相之间有分界面存在。 系统根据其中所含相的数目 均相系统（单相系统）：系统中只含一个相； 非均相系统（多相系统）：系统中含有一个以上的 相。
解：
pV nRT
R pV nT
100103 Pa 24.78103 m3 8.3145J mol1 K1 1mol 300K
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已知组成系统的理想气体n =1mol ，T=300K， V=24.78dm3，p =100kPa，试计算摩尔气体常量R？
解： R
pV
100103 Pa 24.78103 m3
Θ
N
J
如：体积V的量纲 dimV L3
导出量的量纲指数为零的量称为量纲一的量。
例如标准平衡常数、活度因子等。
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量的单位与数值物理量的表示
量 = 数值×单位
Q Q•Q
[Q]为物理量Q的某一单位的符号； {Q}是以单位[Q]表示量Q的数值。 例如 p =100 kPa {p}=100， [p]=kPa
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1.1 热力学基本概念
1.1.1 系统和环境
系统：热力学研究的对象。 环境：与系统通过物理界面（或假想的界面）相隔 开并与系统密切相关的周围的物质与空间。
环境
系统
1.1.1 系统和环境
根据系统与环境之间发生物质的质量与能量的传递 情况，系统分为3类： 敞开系统：系统与环境之间通过界面既有物质的质 量传递也有能量传递。
Vm,c/(10-6m3·mol-1) 57.3 65 90 73.4 94 56 259
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超临界流体
超临界流体：温度在Tc以上，压力接近 或超过pc的 流体。
超临界流体具有气体和液体的双重特性。 超临界流体萃取
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4.化学变化过程与反应进度
化学反应aA bB yY zZ
可简写成0 BB B B为参与化学反应的物质。
注意 不要把量的单位与量纲相混淆。
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量的单位与数值
Q Q•Q
水的饱和蒸气压与温度的关系
T/K 303.15 323.15 343.15
p*/Pa 4242.9 12360 31157
T/K 353.15 363.15 373.15
p*/Pa 47343 70096 101325
p / Pa
p / p
学习物理化学的方法
听总做 课结题
9
• • •
理想气体状态方程
理想气体状态方程 pV nRT
摩尔气体常量 R 8.3145J mol1 K1
理想气体在微观上具有两个特征： （1）分子间无相互作用力； （2）分子本身不占有体积。 理想气体可看做是真实气体在压力趋于零时的极限 情况。
10
物理化学的量、量纲及量的单位
＊《物理化学简明教程》（第四版）
印永嘉等编，高等教育出版社。
3
绪言
物理化学的建立与发展
俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。 1887年德国科学家奥斯特瓦尔德和荷兰科学家范特霍 夫合办的《物理化学杂志》（德文）创刊。
4
物理现象
化学现象
物理化学
应用物理学的实验方法 物质的性质和结构的关系 化学反应过程中的普遍性规律
dZ 0
异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
2.热力学平衡态
热力学平衡态：系统在一定环境条件下，经足够长 的时间，其各部分的宏观性质都不随时间而变，此 后将系统隔离，系统的宏观性质仍不改变，此时系 统所处的状态叫热力学平衡态。
热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡
2.热力学平衡态
热平衡：系统各部分的温度相等；若系统不是绝热 的，则系统与环境的温度也要相等。 力平衡：系统位移。
1
教材及配套习题
＊《物理化学简明教程》（第二版）
傅玉普等主编，大连理工大学出版社。
＊《物理化学学习指导》（第四版）
傅玉普等主编，大连理工大学出版社。
2
参考书目
＊《基础物理化学》
王新平等编，高等教育出版社。
＊《物理化学》（第五版）
傅献彩等编，高等教育出版社。
＊《物理化学》（第五版）
天津大学物理化学教研室，高等教育出版社。
广度性质强度性质 强度性质
一种广度性质 另一种广度性质
状态函数
异途同归，值变相等；周而复始，数值 还原。
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几种主要的单纯 p、V、T变化过程
定温过T程1：= T2 = Tsu 定压过程p1：= p2= psu
定容过程：V1=V2
绝热过程：Q = 0
对抗恒定外压过程p：su＝常数
自由膨胀过程 (向真空膨胀过
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1.1.4 系统的状态、状态函数
系统的状态: 系统所处的样子。 系统的宏观性质也称为系统的状态函数。
(1) 状态函数是状态的单值函数。 (2) 状态发生变化时，其状态函数的改变只由始态 和终态决定，而与途径无关。
Z2 Z1
dZ
Z2
Z1
Z
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1.1.4 系统的状态、状态函数
(3) 当系统经一循环过程，恢复到原来状态时，任 何状态函数均不变。
临界压力pc：临界温度时的饱和蒸气压。
临界状态：物质处于临界温度、临界压力 下的状态。
临界摩尔体积Vm,c：临界温度和临界压力 下的摩尔
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物质的临界参量
物质
He
H2 N2 O2 CO2 H2O C6H6
Tc/K 5.19 33.2 126.2 154.6 304.2 647.3 562.1
pc/MPa 0.227 1.30 3.39 5.05 7.38 22.05 4.89
nT
1mol 300K
8.3145J mol1 K1
运算也可简化为：
解：
R pV 100 103 24.78103 J mol1 K1
nT
1 300
8.3145J mol1 K1
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【例】
求2mol理想气体，在压力为101.325 kPa下，体积为 0.0448 m3时的温度（R=8.3145 J·mol-1·K-1）。
程) ： psu＝0
循环过程：
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相变化过程与饱和蒸气压
相变化过程是指系统中发生的聚集态的变
气体 化过程。
(T, p)
(T, p)
汽化液化 升华 凝华
液体
凝固 熔化(T, p)
晶型转化
固体() (T, p)固体()
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液(或固)体饱和蒸气压及临界参量
在一定温度下，当液(或固)体与其蒸气
达成液(或固)、气两相平衡时，气相的
液压体力的称蒸为气该压液等(或于固外)体压在该温度下的饱
和蒸气压。 时的温度称为液体的沸
g
正常沸点点：。101.325 kPa下的沸点
p* T一定
标准沸点：100 kPa下的沸点l
水的正常沸点为
100℃，标准沸点
液体的饱和蒸气压
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气体的液化及临界参量
临界温度Tc
临界温度是气体通过定温压缩方法使气体液化 的最高温度。
量（物理量）
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。
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量的量制与量纲
约定选取的基本量和相应导出量的特定组合叫量制。
以量制中基本量的幂的乘积，表示该量制中某量的 表达式，称为量纲。
量Q的量纲 dimQ
SI的7个基本量：
长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
LMT I
相平衡：若为多相系统，则系统中的各个相可以长 时间共存，即各相的组成和数量不随时间而变。
化学平衡：若系统各物质间可以发生化学反应，则 达到平衡后，系统的组成不随时间改变。
2.热力学平衡态 问题：一足够长金属棒分别与两个恒温热源相接触，
经过一定时间后，金属棒上各指定点的温度不再随时 间而变化，此时金属棒是否处于热力学平衡态？
B称为B的化学计量数，量纲一的量。 规定 AB对a反应 B物= 为b 负，Y 对y生成Z 物 z为正。
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4.化学变化过程与反应进度
化学反应 aA + bB = yY + zZ
d def dnB 或 def nB
B
B
表示反应进度，单位为mol。
V f T, p
系统的状态函数之间的定量关系式，称为状态方 程。
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1.1.6 系统状态的变化过程
过程：在一定条件下，系统由始态变化到终态的经 过。
系统状态的变化过程分为单纯 p、V、T变化过程， 相变化过程，化学变化过程。
几种主要的单纯 p、V、T变化过程
定温过程：若过程的始态、终态的温度相等，且过程 中系统的温度等于环境温度，即T1 = T2 ＝Tsu。 定压过程：若过程的始态、终态的压力相等，且过程 中系统的压力恒定等于环境的压力，即p1＝p2＝psu。 定容过程：系统的状态变化过程中体积的量值保持恒 定，V1=V2。 绝热过程：系统状态变化过程中，与环境间的能量传 递仅可能有功的形式，而无热的形式，即Q = 0。
环境
有质量传递
有能量传递
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1.1.1 系统和环境
封闭系统：系统与环境之间通过界面只有能量传递， 而无物质的质量传递。
环境
无质量传递
有能量传递
24
1.1.1 系统和环境
隔离系统：系统与环境之间既无物质的质量传递亦 无能量传递。
环境
无质量传递
无能量传递
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1.1.2 系统的宏观性质
宏观性质：宏观集合体所表现出来的集体行为，如
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1.0 化学热力学理论的基础和方法
热力学的研究对象是大量分子、原子、离子等物质 微粒组成的宏观集合体与空间。 热力学方法属于宏观方法。 (i) 只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考 虑物质的微观结构； (ii) 只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变 化过程的中间细节，也不研究变化过程的速率和完 成过程所需的时间。
p
0
T/K
0
T /T
0
T
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量的单位与数值
Q Q•Q
指数、对数和三角函数中的变量，都应是纯数或是 由不同的量组成的导出量的量纲一的组合。
ln
p
p
T
A /K
B
ln p A B
T/K
ln( p / p )
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【例】
Q Q•Q
已知组成系统的理想气体n =1mol ，T=300K， V=24.78dm3，p =100kPa，试计算摩尔气体常量R？
几种主要的单纯 p、V、T变化过程
对抗恒定外压过程：系统在体积膨胀的过程中所对 抗的环境的压力 psu＝常数。 自由膨胀过程（向真空膨胀过程）：psu＝0 循环过程：系统由始态经一连串单一过程又回复到 始态的连续过程。
状态2
状态1
热力学基本概念
系统、环境
敞开系统、封闭系统、隔离
系统的宏观系性统质
T1
T2
热力学平衡态：系统在一定环境条件下，经足够长的时间，
其各部分的宏观性质都不随时间而变，此后将系统隔离，系
统的宏观性质仍不改变，此时系统所处的状态叫热力学平衡
态。
1.1.5 状态方程
pV nRT
对定量、定组成的均相流体系统，系统任意宏观 性质是另外两个独立的宏观性质的函数。
状态函数 p、V、T
5
物理化学课程的基本内容
在通常温度和压力下，将一定量的氢气和氧气按照 2:1的摩尔比混合，能否生成液态水？
1 H2 (g) 2 O2 (g) H2O(l)
6
物理化学课程的基本内容
(1)化学变化的方向和限度问题
化学热力学
(2)化学反应的速率和机理问题
化学动力学
(3)物质结构和性能之间的关系
结构化学、量子化学
解：
pV nRT
☺
101.325103 0.0448 28.3145T
☺ 101.325103 0.0448 28.3145T / K
101.325103 0.0448 2RT / K
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求2mol理想气体，在压力为101.325 kPa下，体积为 0.0448 m3时的温度（R=8.3145 J·mol-1·K-1）。