物理化学-物理化学-00章_绪论
物理化学 第一章 绪论气体
物理化学讲课的内容
第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分热力学 第五章 相平衡
3-10周 讲课 40 h
第六章 化学平衡 第七章 电化学 第八章 化学动力学 第九章 界面现象与
描述真实气体的 pVT 关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
1. 真实气体的 pVm - p 图及波义尔温度
T > TB
pVm - p曲线都有左图所示三种
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
T = Tc时， l – g 线变为拐点c c：临界点 ；Tc 临界温度； pc 临界压力； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
类型。
pVm
T = TB T < TB
(1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变， 然后增加
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
(3) pVm 随 p增加，先降后升。
T > TB T = TB
对任何气体都有一个特殊温度 -
波义尔温度 TB ，在该温度下，压
（密闭容器）
水
乙醇
苯
t / ºC 20 40 60 80 100 120
物理化学第一章_热力学第一定律
J＝1°50′
W=8° t =－20℃
东经J1 =118°75 ′
北纬 W1 = 32°00 ′ 某时气温 t1 = 30℃
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标准态
➢规定标准态的必要性:
• 体系的状态函数强烈地依赖于物质所处的状态. • 有关状态函数的计算强烈地依赖于基础的实验数据. • 建立通用的基础热力学数据需要确立公认的物质标
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由经验可知，一般来说，质量一定的单组分气相 体系，只需要指定两个状态函数就能确定它的状态。 另一个通过近似PV=nRT的关系也就随之而定了，从 而体系的状态也就确定了。
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状态函数共同性质
(1) 体系的状态一定，状态函数有确定值。
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四、状态函数与状态性质
1、状态和状态函数
物理性质和化学性质的综合表现就称体系的状态。
描述物质状态的性质叫做状态函数(state function)。
状态函数是相互联系，相互制约，一个状态函 数的改变，也会引起另一个状态函数的改变 。
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四、状态函数与状态性质
⑴ 状态函数的数学表达
体系由A态变到B态，Z值改变量
Z ZB ZA
ZB dZ
ZA
对于循环过程 dZ 0
状态函数的微小改变量可以表示为全微分，即偏微分之和
dZ
物理化学概述-绪论
现代化学键理论的形成 量子力学的兴起
结构化学形成 量子化学形成
⑶计算化学（Computational chemistry）时期
20世纪60年代，随着大容量高速电子计算机的发展，物理化学 的新生长点诞生——量子化学计算方法的研究。其中严格计算的 从头算方法、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法 的出现，扩大了量子化学的应用范围，提高了计算精度。
李远哲 J.C.Polanyi
1887年，自物理化学作为一门学科的正式形成后，大体经过了 三个时期的发展。
⑴化学热力学时期
19世纪中后期到20世纪初，物理化学家把热力学第一定律、第二定律 被广泛应用于各种化学体系进行研究，促使化学热力学蓬勃发展。
1867年，美国物理化学家Gibbs 通过对对多相平衡体系的研究提出了 相律。
美国化学家理查德·R·施罗克(Richard R. Schrock )其研究 主要从有机化学及无机化学的角度研究高氧化态金属配合物、相 关的催化反应及其催化机理。因其在烯烃复分解 反应的贡献，成为2005年诺贝尔化学奖获得者之 一。
美国化学家罗杰·科恩伯格(Roger D.Kornberg) 通过一系列的转录相关复合物（RNA聚合酶II、模 板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、调控蛋白）的晶 体结构，从分子水平上帮助人们深入地理解真核转 录的分子机制。成为2006年诺贝尔化学奖获得者。
计算化学的发展，使定量的计算扩大到原子数较多的分子，并 加速了量子化学向其它学科的渗透。
1928～1933年，许莱拉斯、詹姆斯和库利奇计 算 He、H2，得到了接近实验值的结果。70 年代 又对它们进行更精确的计算，得到了与实验值几 乎完全相同的结果。
以色列化学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉 姆·赫什科(Avram Hershko)和美国化学家欧文·罗斯（Irwin Rose），在20世纪70—80年代发现泛素调节的蛋白质降解，揭示 了泛素调节的蛋白质降解机理，指明了蛋白质降解研究的方向， 成为2004年诺贝尔化学奖获得者。
《物理化学》课程教学大纲
物理化学Physical Chemistry一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分：3学分课程总学时：48 学时，其中讲课：48 学时课程性质：必修开课学期：第3学期先修课程：高等数学、大学物理、材料化学适用专业：应用化学，材料物理等教材：沈文霞编，《物理化学核心教程》，科学出版社，2009年。
开课单位：物理与光电工程学院材料物理系二、课程性质、教学目标和任务本课程是适用于应用化学，材料物理等相关专业的学科基础课，本课程主要解决化学反应的方向和限度、化学反应的速率和机理等方面的问题，着重研究学科内更具普遍性的、更本质的化学运动内在规律，研究化学中的物质运动基本规律。
通过本课程的学习，要求学生了解和理解物理化学中重要的基本概念和基本知识，掌握各基本原理、定律、规则，并能进行计算和综合运用，解决一些实际问题，使学生在今后的实际工作中能有意识的运用化学观点去思考、认识和解决问题。
该课程的任务是激发学生学习化学的兴趣，将化学知识体系和思维方法传授给学生，培养学生分析和解决一般化学问题的能力，提高学生的化学素质，从而为后继课程以及今后从事生产和科研打下一定的化学基础。
三、教学内容和要求第1章绪论（1学时）（1）明确为什么要学习物理化学，了解物理化学课程内容；（2）掌握物理化学研究与学习的方法；（3）掌握物理量的表示与运算。
重点：物理量的表示难点：物理量的表示与运算第2章气体（2学时）（1）了解低压气体的经验定律、真实气体的状态方程；（2）理解液体的饱和蒸汽压和临界状态；（3）理解道尔顿分压定律和阿马格分体积定律（4）掌握理想气体的状态方程、混合物组成表示法；重点：混合物组成表示法；难点：液体的饱和蒸汽压和临界状态；道尔顿分压定律和阿马格分体积定律；第3章热力学第一定律（7学时）3.1 热力学概论（0.5学时）（1）了解热力学的研究对象；热力学的研究方法和（2）理解热力学研究方法的局限性；（3）掌握热力学研究方法；重点：热力学研究方法；难点：热力学研究方法的局限性；3.2 热力学的一些基本概念（0.5学时）（1）掌握热力学的一些基本概念；（2）掌握状态函数的特点；重点：热力学的一些基本概念；难点：状态函数的特点；3.3 热力学第一定律（1学时）（1）理解内能（U ）和焓（H）都是状态函数、热（Q）和功（W ）都是与途径有关的过程量。
物理化学简介
• 概论
•物质的聚集状态
气体 V 受 T、p 的影响很大 V 受T、p 的影响较小 （又称凝聚态）
液体
固体
•联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程 •本章中主要讨论气体的状态方程 理想气体 气体的讨论 实际气体
29
§1.1 理想气体状态方程
1. 理想气体状态方程 低压气体定律： （1）波义尔定律(R.Boyle,1662): pV ＝ 常数 ( n ,T 一定）
解：M甲烷 ＝ 16.04×10－3 kg · -1 mol
m pM ρ V RT 200 103 16.04 103 k g m 3 8.315 (25 273.15) 1.294k g m 3
33
§1.1 理想气体状态方程
2.理想气体模型
（1）分子间力
•相互作用 相互吸引—范德华力(趋向力,诱导力,色散力) 相互排斥—分子间电子云、原子核间排斥力
25
0.3 物理量的表示及运算
3. 量值计算
物理化学的公式中均表示成量方程式的形式， 而在对量的数学运算中，有时涉及数值方程式。
[例如] 计算25℃，100kPa下理想气体的摩尔体积Vm =? •用量方程式运算
RT 8.315J m ol1 K 1 (273.15 25) K Vm 3 p 100 10 Pa
物理化学笔记(附例题)
用分析天平称取 1.2346g K2Cr2O7 基准物质，溶解后转移至 100.0mL 容量
瓶中定容，试计算 c(K2Cr2O7)和 c( 1 6 K 2 Cr2 O 7 ) 解：已知
m(K 2 Cr2 O 7 )＝1.2346g
M ( K 2 Cr2 O 7 )＝ 294.18g mol－1
1 －1 M (1 ＝ 49.03g mol－1 6 K 2 Cr2 O 7 )＝ 294.18g mol 6
表 1－2 类 型 粒子直径/nm ＜1 分散系名称 真溶液 分子、离子 分散系 分散系分类（二） 主要特征 最稳定，扩散快，能透过滤纸及半透 膜，对光散射极弱。 很稳定，扩散慢，能透过滤纸及半透 膜，对光散射极弱，粘度大。 稳定，扩散慢，能透过滤纸，不能透 过半透膜，光散射强。 不稳定，扩散慢，不能透过滤纸及半 透膜，无光散射 多 相 系 统 单 相 系 统
1 1 n( KMnO 4 ) ＝5n（5KMnO4） 5 5
可见，基本单元的选择是任意的，它既可以是实际存在的，也可以根据需要而人为设定。
1mol 物质的质量称为该物质的 “摩尔质量” ，符号为 M，单位为 kg·mol 1，常用单 － － 位为 g·mol 1。例如 1mol 12C 的质量是 0.012kg，则 12C 的摩尔质量 M(C)＝12 g·mol 1。 － 任何分子、原子或离子的摩尔质量，当单位为 g·mol 1 时，数值上等于其相对原子 质量、相对分子质量或离子式量。若用 m 表示 B 物质的质量，则该物质的物质的量为：
（3）NaCl 饱和溶液中
n( NaCl) ＝ 3.173g / 58.44g mol－1 ＝ 0.0542mol n(H 2 O) ＝ (12.003－3.173)g / 18g mol－1 ＝ 0.491mol
物理化学 第一章 学习小结
绪论 1 学时基本要求：1、了解物理化学学科、阐明物理化学课程的基本内容和任务。
2、掌握物理化学的学习方法。
P V T 关系 3 学时气体的第一章基本要求：1、掌握理想气体性质、状态方程及基本定律。
2、了解实际气体的性质及范德华方程。
3、掌握临界状态概念、对应状态原理。
4、了解pVT 关系的普遍化计算方法。
重点：理想气体定义、分压力、分体积的概念；理想气体状态方程、范德华方程的应用，对应状态原理及其应用。
难点：分压力、分体积的概念，使用范德华方程及用压缩因子图对真实气体进行有关计算。
第一章气体的pVT关系主要公式及使用条件1.理想气体状态方程式nRTRT?(m/M)pV?pV?p(V/n)?RT 或m3V?V/n称为气体的摩尔体。
mol PaTp式中，V，及n单位分别为，m，K及m3 -1-1 -1，称为摩尔气体常数。
mol·K=8.314510 J ·m积，其单位为·mol。
R此式适用于理想气体，近似地适用于低压的真实气体。
气体混合物2.（1）组成? ) = y (或x 摩尔分数nn/BB ABA???yV/??体积分数Vy Bm,BBAm,AA?V?表示在一定T，p式中下纯气体为混合气体总的物质的量。
A的摩n Am,AA??为在一定T，p尔体积。
下混合之前各纯组分体积的总和。
Vy A,mAA（2）摩尔质量???n/M?m/nM??yM BmixBBB BBB??为混合气体总的物质的量。
上为混合气体的总质量，式中nm?nm?BBBB述各式适用于任意的气体混合物。
?y?n/n?p/p?V/V（3）BBBB式中p为气体B，在混合的T，V条件下，单独存在时所产生的压力，称为B B?V下，单独存在时所占的体积。
，p的分压力。
为B气体在混合气体的T B道尔顿定律3.?，p= yp pp?BB BB上式适用于任意气体。
对于理想气体p?nRT/V BB4.阿马加分体积定律?V?nRT/V BB此式只适用于理想气体。
物理化学知识点总结
第一章 热力学第一定律一、基本概念系统与环境，状态与状态函数，广度性质与强度性质，过程与途径，热与功，内能与焓。
二、基本定律热力学第一定律：ΔU =Q +W 。
焦耳实验：ΔU =f (T ) ; ΔH =f (T ) 三、基本关系式1、体积功的计算 δW = －p e d V恒外压过程：W = －p e ΔV可逆过程：1221ln ln p p nRT V V nRT W ==2、热效应、焓等容热：Q V =ΔU （封闭系统不作其他功） 等压热：Q p =ΔH （封闭系统不作其他功） 焓的定义：H =U +pV ; d H =d U +d(pV )焓与温度的关系：ΔH =⎰21d p T T T C3、等压热容与等容热容热容定义：V V )(T U C ∂∂=；p p )(T H C ∂∂=定压热容与定容热容的关系：nR C C =-V p 热容与温度的关系：C p =a +bT +c’T 2 四、第一定律的应用1、理想气体状态变化等温过程：ΔU =0 ; ΔH =0 ; W =－Q =⎰-p e d V 等容过程：W =0 ; Q =ΔU =⎰T C d V ; ΔH =⎰T C d p 等压过程：W =－p e ΔV ; Q =ΔH =⎰T C d p ; ΔU =⎰T C d V 可逆绝热过程：Q =0 ; 利用p 1V 1γ=p 2V 2γ求出T 2,W =ΔU =⎰T C d V ;ΔH =⎰T C d p不可逆绝热过程：Q =0 ; 利用C V (T 2-T 1)=－p e (V 2-V 1)求出T 2,W =ΔU =⎰T C d V ;ΔH =⎰T C d p2、相变化可逆相变化：ΔH =Q =n Δ＿H ；Ｗ＝－p (V 2-V 1)=－pV g =－nRT ; ΔU =Q +W3、热化学物质的标准态；热化学方程式；盖斯定律；标准摩尔生成焓。
摩尔反应热的求算：)298,()298(B H H m f B m r θθν∆=∆∑反应热与温度的关系—基尔霍夫定律：)(])([,p B C T H m p BB m r ∑=∂∆∂ν。
物理化学
物理化学2017年10月20日9:48绪论2017年10月20日9:51物理化学定义：从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化基本规律的一门科学化学热力学：化学反应的方向和限度问题化学动力学：化学反应的速率和机理问题结构化学和量子化学：物质结构和性能之间的关系反应进度 的定义为：按致电给反应方程式为单元来表示的反应进行的程度，单位mol公式总结2017年11月16日20:42第一章：热力学基础理想气体四种途径体积功：真空膨胀，一次膨胀，二次膨胀，可逆膨胀焓的表示理想气体的焓只是温度的函数理想气体热力学能与焓的变化计算Cv,m,p,m C与R的关系第三章，相平衡相律：单组分两相平衡时：热力学能量守恒2017年10月20日10:10化学热力学基础内容：化学变化的方向与限度对象：大数量分子的结合体特点：只考虑变化前后的净结果，不考虑微观结构与机理能判断变化能否发生及程度，但不考虑变化所需的时间局限：不知道反应机理，速率和微观性质只讲可能性，不讲现实性理论相关：热力学第一定律：ΔU,ΔH,Q,W热力学第二定律：ΔS,ΔG,ΔA热力学第三定律：S0k热力学第一定律：基本概念：体系：研究的对象；环境：与体系相关的部分体系与环境之间的界面可以是实际存在的，也可以是假想的体系的分类：敞开体系，物质能量交换封闭体系：没有物质交换，有能量交换孤立体系：既无物质交换，又无能量交换体系的性质：广度+强度热力学平衡状态：体系的各种宏观性质不随时间改变，必须同时满足四个平衡：热平衡，力学平衡，相平衡，化学平衡功与热热：体系与环境之间因温度差引起的能量交换，符号为Q。
热是大量质点以混乱无序运动方式传递的能量。
热食欲过程性质有关的参变量，其微小量只能用σQ表示功：体系与环境之间因压力差或其他机电力引起的能量流动，符号为W。
同样不具有全微分性质。
是大量质点以整体有序运动方式而传递的能量，不能用d表示，用σ表示热力学能：（U）是能量的一种形式，状态函数，广度量，其绝对值无法确定U=f(T,V)功与变化的途径有关可逆膨胀，系统对环境做做大功；反之，环境对系统做最小功可逆过程的特点：推动力与阻力相差无限小，接近于无线平衡状态任何一个中间状态可以从正逆两个方向到达一个循环后，体系与环境均恢复原态，无任何耗散效应等温可逆过程中，体系对环境作最大功，环境对体系做最小功热与过程2017年11月2日13:28定容热：等容，非体积功等于0.体系吸收的热量等于热力学能的变化定压热：等压，非体积功等于0物理意义：只做膨胀功的体系在定压过程中吸收的热等于焓的变化焓是由几个状态函数的组合，结果仍为状态函数。
物理化学
W
V1 V2
p环
dV
V1 V2
(
p系
dp)dV
V1 V2
p系dV
膨胀过程系统所作之功：
W
V2 V1
p环dV
( p V2
V1
系
dp)dV
V2 V1
p系dV
三、可逆过程与不可逆过程 热力学将能够通过同一方法、手段令过
程反方向变化而使系统回复到原来状态的同 时，环境也完全回到原来状态而未留下永久 性变化，该过程称为热力学可逆过程。否则 为不可逆过程。
为热力学第一定律。也可以表述为：第一类永 动机是不可能制成的。 第一类永动机：
一种既不靠外界提供能量，本身也不减 少能量，却可以不断对外作功的机器称为第 一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。
二、热力学能（U） 体系的总能量由下列三部分组成： （1）体系整体运动的动能 （2）体系在外力场中的位能 （3）系统内所有粒子全部能量的总和即 热力学能（U ）
P（环）
dL
W = FdL= p(环)A( dV/A)= p(环)dV
因为气体膨胀，dV ＞0，对环境作功； 所以W = −p(环)dV 单位： J、kJ
W
V2 V1
p环dV
注意： 不论系统是膨胀还是压缩，体积功都用
−p(环)dV表示， pV或Vdp都不是体积功。
例题 P78 概念题1
（五）热和功 1、热（heat）
体系与环境之间因温度差而传递的能量称为 热，用符号Q表示。
能量传递的一种形式，非状态函数，其值与过程有关
性质： 系统吸热 Q > 0；系统放热Q <0 在微小过程中的改变量为 Q
物理化学知识点归纳
第二章热力学第一定律一、热力学基本概念1.状态函数状态函数,是指状态所持有的、描述系统状态的宏观物理量，也称为状态性质或状态变量.系统有确定的状态，状态函数就有定值；系统始、终态确定后，状态函数的改变为定值；系统恢复原来状态，状态函数亦恢复到原值。
2.热力学平衡态在指定外界条件下，无论系统与环境是否完全隔离,系统各个相的宏观性质均不随时间发生变化,则称系统处于热力学平衡态。
热力学平衡须同时满足平衡（△T=0)、力平衡（△p=0）、相平衡（△μ=0）和化学平衡（△G=0）4个条件.二、热力学第一定律的数学表达式1.△U=Q+W或dU=ΔQ+δW=δQ—p amb dV+δW`规定系统吸热为正，放热为负.系统得功为正，对环境做功为负。
式中p amb为环境的压力,W`为非体积功。
上式适用于封闭系统的一切过程.2．体积功的定义和计算系统体积的变化而引起的系统和环境交换的功称为体积功.其定义式为:δW=-p amb dV（1） 气体向真空膨胀时体积功所的计算 W=0（2） 恒外压过程体积功 W=p amb （V 1—V 2）=-p amb △V 对于理想气体恒压变温过程 W=—p △V=—nR △T （3） 可逆过程体积功 W r =⎰21p V V dV(4）理想气体恒温可逆过程体积功W r =⎰21p V V dV =—nRTln(V 1/V 2）=—nRTln （p 1/p 2）（5）可逆相变体积功 W=-pdV三、恒热容、恒压热，焓 1.焓的定义式H def U + p V 2．焓变(1）△H=△U+△（pV)式中△（pV)为p V 乘积的增量，只有在恒压下△（pV)=p(V 2—V 1)在数值上等于体积功。
（2）△H=⎰21,T T m p dT nC此式适用于理想气体单纯p VT 变化的一切过程，或真实气体的恒压变温过程,或纯的液、固态物质压力变化不大的变温过程。
3. 内能变 （1）△U=Qv式中Qv 为恒热容.此式适用于封闭系统，W`=0、dV=0的过程。
1绪论理想气体
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• 物理化学是化学领域一门非常重要和关键的基 础学科。它在化学、材料、化工、生物、医药 等领域有着广泛的应用。 • 定义：应用物理学原理和方法研究有关化学现 象和化学过程的一门科学。 • 物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验 中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本 质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。
用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程）求 解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从 而指示物性与结构之间的关系。
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三、物理化学的研究内容
①化学热力学——化学变化的方向和限度，以及伴随发生的 能量转换关系； 例如合成氨，常温常压下能否进行？产率？ ②化学动力学——化学反应的速率和机理； 上例理论上可行。关键是寻找合适的催化剂和反应途径（ 模拟生物固氮） ③结构化学——物质的性质与其微观结构的关系 例如研究与氮分子有关的配合物的结构，以及它们在不同 条件下的变化，就有利于常温常压下寻找固氮的途径。
其物理意义：p是一个状态函数，dp只与始、终 态有关，而与途径无关。
⒋全微分的性质：
p p V T V T T V T V
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⒌微分法则与积分法则（查数学手册）
Chapter 1 Gas
• 本章基本要求： • 掌握理想气体状态方程 • 掌握理想气体的宏观定义及微观模型 • 掌握分压、分体积概念及计算。 • 理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象。 • 掌握饱和蒸气压概念 • 理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因子图，了解 对比状态方程及其它真实气体方程。
德文）。 二十世纪迅速发展：新测试手段和新的数据处理方法不断涌现，形成 了许多新的分支学科，如：热化学，化学热力学，电化学，溶液化学 ，胶体化学，表面化学，化学动力学，催化作用，量子化学和结构化 学等。
物理 化学 第一章 课件
(3) 量的数值
特定单位表示的数值，量与单位的比值。{A}= A/[A]。在图、表中常用到。 如 T/K =300。图中横坐标表示为x/[x], 如 T/K; 纵坐标 y/[y], 如 p/kPa。
20
图1.1.2 300 K下N2, He, CH4的 pVm-p 等温线
21
0.2.2 对数中的物理量 lnA 或 logA
0 绪 论
0.1 课程简介
0.1.1 什么是物理化学
化学：无机化学 有机化学 物理化学 分析化学 （高分子化学）
物理化学是化学的理论基础，是用物理的原理和方法来 研究化学中最基本的规律和理论，所研究的是普遍适用于各 个化学分支的理论问题——理论化学（化学中的哲学）。 研究化学变化中的普遍规律，不管是有机还是无机，化 学变化及相关的物理变化都是物理化学研究的对象。
作业/考题中若有 1 mol, 25℃，常数如π，e，二分之一等..., 约 定有效数字位数为无限多位。
24
第1章 气体的pVT关系
• 物质的聚集状态 气体、液体、固体。
宏观性质：p, V, T,ρ, U…
p, V, T 物理意义明确，易于测量
状态方程 联系 p, V, T 之间关系的方程。
液体和固体，其体积随压力和温度的变化很小，常 忽略不计；气体在改变压力和温度时，其体积会发生较 大变化，通常只讨论气体的状态方程。
物理化学
溶 液 化 学
9
0.1.3 本课程 物理化学B 的主要内容
绪论 气体的 pVT 关系 热力学第一定律 热力学第二定律 多组分系统热力学 化学平衡 相平衡 电化学 界面现象 化学动力学
胶体化学
10
0.1.4 关于本课程
物理化学(南京大学)00章_绪论
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2011-10-10
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化学学科的发展趋势
(1) 从宏观到微观 单用宏观的研究方法是不够的，只 有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规律，才 能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。 介观 微观 宏观 (看得见的物体) (纳米材料) (原子、分子) 粒子 膜 丝 管
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0.5 物理化学课程的学习方法
(1)注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识 和理性认识的相互关系。 (2)抓住重点，自己动手推导公式。 (3)多做习题，学会解题方法。很多东西只有通 过解题才能学到，不会解题，就不可能掌握物理 化学。 (4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和 独立工作的能力。
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2011-10-10
0.2 物理化学的研究方法
•统计力学方法： 用概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的 平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的 宏观性质。 •量子力学方法： 用量子力学的基本方程（E Schrödinger方程）求 解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从 而指示物性与结构之间的关系。
物理化学电子教案—绪论
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2011-10-10
绪论
0.1 物理化学的目的和内容 0.2 物理化学的研究方法 0.3 物理化学的建立与发展 0.4 近代化学的发展趋势和特点 0.5 物理化学课程的学习方法
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物理化学的定义
第0章绪论§0.1 物理化学的定义、形成和发展1. 物理化学的定义化学变化种类繁多，但从本质上说都是原子或原子团的重新组合。
在原子或原子团重新组合的过程中，总是伴随着温度、压力、体积等物理性质的变化和热效应、光效应、电效应等物理现象的发生；反过来，物理性质的变化和物理效应对化学反应发生、进行和限度均可产生重要的影响。
科学发展的经验证明，深入探讨化学现象和物理现象之间的关系，是揭示化学变化规律的重要途径。
物理化学便是借助化学现象和物理现象之间的联系，利用物理学原理和数学手段研究化学现象基本规律的学科。
2. 物理化学的形成和发展俄国科学家罗蒙诺索夫(M. V. Lomomnocov,1771~1765)在十八世纪中叶首先使用了“物理化学”这个名词，但物理化学学科是在1804年道尔顿（J. Dalton, 1766~1844）提出原子论、1811年阿佛伽德罗（A. A vogadro，1776~1886）建立分子论、以及热力学第一定律、第二定律建立并应用于化学过程之后才得以形成。
一般认为，1887年德国科学家奥斯瓦尔德（W. Ostwald,1853~1932)和荷兰科学家范霍夫（J. H. van't Hoff, 1852~1911）创办《物理化学杂志》是物理化学成为一个学科的标志。
进入二十世纪后，随着现代物理学、数学、计算机科学的进展和现代测试方法的大量涌现，物理化学的各个领域均取得了突飞猛进的发展。
量子力学的创立和发展，使物理化学的研究由宏观进入微观领域；飞秒激光技术和交叉分子束技术的出现，使化学动力学的研究由静态扩展到动态；不可逆过程热力学理论、耗散结构理论、协同理论及突变理论的提出，使化学热力学的研究由平衡态转向非平衡态；低能离子散射、离子质谱、X-射线、紫外光电子能谱等技术的发展，促进了界面化学、催化科学的研究；而共振电离光谱、原子力显微镜和扫描隧道显微镜等技术的发展，促进了纳米材料和纳米结构的研究。
物理化学课后习题与答案
逆过程。设气体的
Cv,m
＝
3 2
R
。试计算各个状态的压力
p
并填下表。
V/dm3•mol-1
44.8 C B
22.4 A
273
546
T/K
1
步骤
A B C
过程的名称
等容可逆 等温可逆 等压可逆
Q/J W/J △U/J
8. 一摩尔单原子理想气体，始态为 2×101.325kPa、11.2dm3，经 pT = 常数的可逆过程(即过
(1) 298K 时的“平衡常数”； (2) 正、逆反应的活化能； (3) 反应热；
(4) 若反应开始时只有 A，pA，0=105Pa，求总压达 1.5×105Pa 时所需时间（可忽略逆反应）。
8．有一反应，其速率正比于反应物浓度和一催化剂浓度。因催化剂浓度在反应过程中不变， 故表现为一级反应。某温度下，当催化剂浓度为 0.01 mol·dm-3 时，其速率常数为 5.8×10-6 s-1。 试问其真正的二级反应速率常数是多少？如果催化剂浓度为 0. 10 mol·dm-3，表现为一级反应
4. 固体 CO2 的饱和蒸汽压在 -103℃ 时等于 10.226kPa，在 -78.5℃ 时等于 101.325 kPa，求： （1）CO2 的升华热；（2）在 -90℃ 时 CO2 的饱和蒸汽压。
5. 设你体重为 50kg，穿一双冰鞋立于冰上，冰鞋面积为 2cm3，问温度需低于摄氏零下几 度，才使冰不熔化？已知冰的 ΔfusHm = 333.4kJ·kg-1，水的密度为 1000 kg·m3，冰的密度为 900kg·m3。
(2) 1mol 水在 100℃恒 温下于真 空容器中 全部蒸发 为蒸气， 而且蒸气 的压力恰 好为
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用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程）求 解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从 而指示物性与结构之间的关系。
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0.3 物理化学的建立与发展
(5)从研究平衡态到研究非平衡态 经典热力 学只研究平衡态和封闭体系或孤立体系，然 而对处于非平衡态的开放体系的研究更具有 实际意义，自1960年以来，逐渐形成了非平 衡态热力学这个学科分支。
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0.5 物理化学课程的学习方法
(1)注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识 和理性认识的相互关系。
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化学学科的发展趋势
(2) 从体相到表相 在多相体系中，化学反应总 是在表相上进行，随着测试手段的进步，了解 表相反应的实际过程，推动表面化学和多相催 化的发展。
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化学学科的发展趋势
(3) 从定性到定量 随着计算机技术的飞速发展， 大大缩短了数据处理的时间，并可进行人工模拟 和自动记录，使许多以前只能 做定性研究的课题 现在可进行定量监测。
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化学学科的发展趋势
(4) 从单一学科到交叉学科 化学学科与其他学 科以及化学内部更进一步相互渗透、相互结合， 形成了许多极具生命力的交叉科学，如生物化 学、地球化学、天体化学、计算化学、金属有 机化学、物理有机化学等。
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化学学科的发展趋势
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0.2 物理化学的研究方法
（1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程， 分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实 概括到一般， 再从一般推理到个别的思维过程。
（2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有： 热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。
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(1)从宏观到微观 (2)从体相到表相 (3)从定性到定量 (4)从单一学科到交叉学科 (5)从研究平衡态到研究非平衡态
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化学学科的发展趋势
(1) 从宏观到微观 单用宏观的研究方法是不够的， 只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规 律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关 系。
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0.1 物理化学课程的内容
目的 物理化学主要是为了解决生产实际 和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示 化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为 生产实际服务。
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0.1 物理化学课程的内容
研究内容： (1) 化学变化的方向和限度问题 (2) 化学反应的速率和机理问题 (3) 物质的性质与其结构之间的关系问题
(2)抓住重点，自己动手推导公式。
(3)多做习题，学会解题方法。很多东西只有通 过解题才能学到，不会解题，就不可能掌握物理 化学。
(4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和 独立工作的能力。
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0.6 物理量的表示与运算
1.物理量的表示
物理量A是由其单位[A]和以单位[A]表示的量{A}的 数值来表示的。即A={A}·[A]。
z
z
dz ( )ydx ( )xdy
x
y
• 简写做dz=Mdx+Ndy
• Dz是全微分的充分必要条件是：
(M )x (M )y
y
x
• 此式称为Euler倒易关系
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0.7数学知识
• （2）设F=f(x,z(x,y)),则：
（F ）y (F )z (F )x( z )y
十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化
定律。俄国科学家罗蒙诺
索夫最早使用“物理化学
”这
一术语。
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0.3 物理化学的建立与发展
十九世纪中叶形成：1887年俄国科学家W.Ostwald （1853～1932）和荷兰科学家 J.H.van’t Hoff （1852～1911） 合办了第一本“物理化学杂志” （德文）。
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0.2 物理化学的研究方法
•热力学方法： 以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两
个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其 变量，描述体系从始态到终态的宏观变化，而不涉及 变化的细节。经典热力学方法只适用于平衡体系。
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0.2 物理化学的研究方法
•统计力学方法：
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0.3 物理化学的建立与发展
二十世纪迅速发展：新测试手段和新的数据处理方 法不断涌现，形成了许多新的 分支学科，如：热化学，化学 热力学，电化学，溶液化学， 胶体化学，表面化学，化学动 力学，催化作用，量子化学和 结构化学等。
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0.4 近代化学的发展趋势和特点
x
x z x
• 这称复合函数微分法。其中
(F )y (F )z
x
x
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0.7数学知识
• （3）设z=f(x,y),则：
（ z
）y
x ( )y(
tБайду номын сангаас
)y
x
t x
• 其中t为中间变量，此式称传递关系。
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物理化学电子教案—绪论
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绪论
0.1 物理化学课程的内容 0.2 物理化学的研究方法 0.3 物理化学的建立与发展 0.4 近代化学的发展趋势和特点 0.5 物理化学课程的学习方法 0.6 物理量的表示与运算
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0.1 物理化学课程的内容
物理化学 从研究化学现象和物理现象之间 的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普 遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理 学中的方法。
2.对数中的物理量
对数函数中的物理量应是一个无量纲的纯数，代入 时应除以单位。即ln(A/[A])
3.量值的计算
科学计算中的方程式有量方程式和数值方程式，一 般给出的均是量方程式。在计算时，先列出量方程式 ，再代入数值和单位后进行计算。
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0.7数学知识
• 1.导数与微分 • （1）设z=f(x,y)则