物理化学上册-天津大学编写-第五版PPT课件
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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。
010203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。
天津大学版物理化学课件第一章
表1.3.1
液体的沸点
当液体饱和蒸气压与外界压力相等 时，液体沸腾，此时相应的温度称为液 体的沸点。习惯将101.325kPa外压下的沸 点称为正常沸点。如水的正常沸点为 100℃，乙醇的正常沸点为78.4℃，苯的 正常沸点为80.1℃。
相对湿度
• 水在20℃时的饱和蒸气压为2.338kPa，在大气环境 中尽管有其它气体存在，只要大气中水的分压小于 2.338kPa，液体水就会蒸发成水蒸气。反之，如果 大气中水蒸气的分压大于同温度下水的饱和蒸气压， 水蒸气就会凝结成液体水。秋夜温度降低，使大气 中水蒸气的分压大于饱和蒸气压，于是结出露珠。 我们把大气中水蒸气的压力达到其饱和蒸气压时的 情况，称为相对湿度为100％。北方冬季的相对湿 度一般在30％左右，液体水很容易蒸发为水蒸气； 而夏季的相对湿度最高时可达到约90％，几乎接近 饱和蒸气压，这时液体水不再容易变为水蒸气。这 就是为什幺人们在冬季感觉气候干燥，夏季感觉天 气闷热的原因。
Z查
Tr’
Tr
例3 已知T， Vm， 求p
（1）因为 p=pc pr 从表中查出Tc，pc
（2）计算
T Tr Tc
pVm pc prVm pcVm （3）计算 Z pr f ( pr ) RT RT RT
（4）用图解法求出p Z
压缩因子图 Z=f(pr)
p’ r
pr
Liti
tu
A
（1.2.2）
（3）体积分数
B
物质B的体积分数定义为
B def x V
B m, B
/x V
A
A m, A
（1.2.3）
2.理想气体状态方程对理想气体混合物的应用
pV nRT ( n B )RT
物理化学上册绪论课件PPT
pV 100 103 24.78 103 1 1 R J mol K nT 1 300 1 1 8.3145J mol K
20
【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）。 解：
6
绪 言
物理化学的建立与发展
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。
俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。
7
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
8
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
pV 2 RT
pV 2 8.3145J K 1 T
101.325 103 0.0448 T K 2 8.3145 T 273 K
22
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）
23
1.0 化学热力学理论的基础和方法
pV nRT
3
101.325 103 0.0448 2 8.3145 T 101.325 10 0.0448 2 RT / K
101.325 103 0.0448 2 8.3145 T / K
21
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）。 解：
20
【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）。 解：
6
绪 言
物理化学的建立与发展
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。
俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。
7
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
8
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
pV 2 RT
pV 2 8.3145J K 1 T
101.325 103 0.0448 T K 2 8.3145 T 273 K
22
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）
23
1.0 化学热力学理论的基础和方法
pV nRT
3
101.325 103 0.0448 2 8.3145 T 101.325 10 0.0448 2 RT / K
101.325 103 0.0448 2 8.3145 T / K
21
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）。 解：
物理化学天津大学第五版课件第四章
例4-1、25℃时有x(甲醇)=0.400的甲醇水溶液。若向大量的该溶液 中加入1mol水(A) ，则溶液的体积增加17.35cm3；加入1mol甲醇 (B)，则溶液体积增加39.01cm3。 试求将0.600mol水与0.400mol甲醇混合，计算混合过程体积变化了 多少？ 已知：25℃下ρA=0.997g· cm-3 ，ρB=0.791g· cm-3 。
—— 混合物总体积随B组分物质量的变化率
——m3/mol
——偏导 8
液体中发生的混合过程多为定温定压过程，则
V V V V dV dp dnB dnC ... dT T p ,nB p T ,nB nB T , p ,nc nC T , p ,nD
§4-1
液态混合物及溶液组成的标度
nB bB mA
1.混合物及溶液中组分B的组成标度
（1）B的质量摩尔浓度： （2）B的体积摩尔浓度： 单位：mol· kg-1
nB cB 单位：mol· m-3 V
nB B （3）B的摩尔分数： x B B nB B
mB （4）B的质量分数： wB mB
AB U B TSB GB H B TSB ... ... G B p VB T , nB T , nB
... ... S B VB p T p , nB ... ...
H B GB T 2 T T p
例：水与乙醇的混合物体积，Vm或V 均小于理想情况。主要 是偶极分子强烈吸引及本身缔合度发生变化——形成氢键。 60 Vm0 20 H2O 60
Vm
Vm ,水 =18.09mL/mol， Vm ,乙醇 =58.35mL/mol
天津大学第五版物理化学课件
2020/3/1
6.熵判据——熵增原理
对于绝热系统， Q 0 ，所以Clausius 不等式为
dS …0
> 不可逆 = 可逆
熵增原理可表述为：在绝热条件下，系统发
生不可逆过程，其熵增加。或者说在绝热条件下，
不可能发生熵减少的过程。
如果是一个隔离系统，环境与系统间既无热 的交换，又无功的交换，则熵增加原理可表述为： 一个隔离系统的熵永不减少。
§3.9 克拉佩龙方程 §3./3/1
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
1824 年，法国工程师 N.L.S.Carnot (1796~1832)设计 了一个循环，以理想气体为 工作物质，从高温 (T1)热源吸 收 Q1 的热量，一部分通过理 想热机用来对外做功W，另一 部分 Q2的热量放给低温 (T2 )热 源。这种循环称为卡诺循环。
• 环境熵变的计算 • 凝聚态物质变温过程熵变的计算 • 气体恒容变温、恒压变温过程熵变的计算 • 理想气体pVT变化过程熵变的计算
2020/3/1
1.环境熵变的计算
环境恒温：
dSamb
Qamb Tamb
环境非恒温：
Samb
Qamb Tamb
Qsys Tamb
Samb
2 Qr
相除得 V2 V3
V1 V4
所以
Q1
Q2
nRT1
ln V2 V1
nRT2
ln V4 V3
nR(T1
T2
)
ln
V2 V1
2020/3/1
§3.1 卡诺循环（Carnot cycle）
整个循环：
天大物理化学第五版第七章电化学ppt课件
银库仑计中有0.723 mmol Ag沉积，则在电解池中阳极必有相同数量 的Ag被氧化成Ag+而进入溶液，即 n反应 (Ag ) 0.723 mmol
对Ag+ 物料衡算有 ： n电解后
n电解前
n反应 n迁移
t(Ag )n反应
17
t(Ag )
n电解前
n电解后
1
1.007
1.390 1
0.470
n反应
电解质溶液的 ：
相距为1m, 面积为1m2
1m2
的两个平行板电极之间充
满电介质溶液时的电导。
1m
(2) 摩尔电导率Λm:
1mol电解质溶液导电能力，即单位浓度下的电导率：
m
/c
(单位为S. m2.mol-1)
20
2. 电导的测定
用惠茨通（Wheatstone）电桥测电导
（实为测电阻，用交流电）
当T＝0时： VAD = VAC , I1R1 = I2R3 VDB =VCB , I1Rx = I2R4
m,
均可查表计算
26
5. 电导测定的应用
(1) 计算弱电解质的解离度及解离常数
弱电解质部分电离，例如，醋酸：
解离前
CH3COOH ＝ H+ + CH3COO-
c
0
0
解离平衡时 c(1- ) c c
K
（ c /c ）2 （1 ）c /c
2
1 c /c
m m
测电导可求得
由 可求出 m(= /c)
查表、计算可得 Λm
即：通过1 mol 电子电量时，任一电极上发生得失1 mol 电 子的电极反应。电极上析出或溶解的物质的量与之相应。
天津大学物理化学第五章ppt
B
而第二项为：RT
νBln
B
pB p
RT ln
B
pB p
νB
RT
ln
B
pB p
νB
其中的
B
pB p
νB
是反应物及产物的
pB p
νB
的连乘积。
因为反应物计量系数 vB 为负，产物计量系数vB 为正，所以它
的形式是
p产 物 /p p反 应 物/p
ν产 物 ν反 应 物
有气相和凝聚相（液相、固体）共同参与的反应称为复 相化学反应。只考虑凝聚相是纯态的情况，纯态的化学势就 是它的标准态化学势，所以复相反应的热力学平衡常数只与 气态物质的压力有关。
例如，有下述反应，并设气体为理想气体：
CaCO3(s) ƒ CaO(s) CO2(g)
K$ peq (CO2 ,g) / p$
p(CO 2, g) 称为CaCO 3 (s) 的解离压力。
4. 有凝聚态物质参加的理想气体化学反应
如果产生的气体不止一种，则所有气体压力的总和称为 解离压。
例如： NH 4HS(s) NH3 (g) H2S(g)
解离压力 p p(NH3 ) p(H2S)
则热力学平衡常数：
Kө$
peq
(NH3 p$
(1) N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)
1
3
(2) 2 N2(g) 2 H2(g) NH 3(g)
Δr Gm,1 RT lnK1 Δr Gm,2 RT lnK2
ΔrGm,1 2ΔrGm,2 K1 K2 2
所以，在给出化学反应标准平衡常数时，必须指明它所对应 的化学计量式。
4. 有凝聚态物质参加的理想气体化学反应
而第二项为：RT
νBln
B
pB p
RT ln
B
pB p
νB
RT
ln
B
pB p
νB
其中的
B
pB p
νB
是反应物及产物的
pB p
νB
的连乘积。
因为反应物计量系数 vB 为负，产物计量系数vB 为正，所以它
的形式是
p产 物 /p p反 应 物/p
ν产 物 ν反 应 物
有气相和凝聚相（液相、固体）共同参与的反应称为复 相化学反应。只考虑凝聚相是纯态的情况，纯态的化学势就 是它的标准态化学势，所以复相反应的热力学平衡常数只与 气态物质的压力有关。
例如，有下述反应，并设气体为理想气体：
CaCO3(s) ƒ CaO(s) CO2(g)
K$ peq (CO2 ,g) / p$
p(CO 2, g) 称为CaCO 3 (s) 的解离压力。
4. 有凝聚态物质参加的理想气体化学反应
如果产生的气体不止一种，则所有气体压力的总和称为 解离压。
例如： NH 4HS(s) NH3 (g) H2S(g)
解离压力 p p(NH3 ) p(H2S)
则热力学平衡常数：
Kө$
peq
(NH3 p$
(1) N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)
1
3
(2) 2 N2(g) 2 H2(g) NH 3(g)
Δr Gm,1 RT lnK1 Δr Gm,2 RT lnK2
ΔrGm,1 2ΔrGm,2 K1 K2 2
所以，在给出化学反应标准平衡常数时，必须指明它所对应 的化学计量式。
4. 有凝聚态物质参加的理想气体化学反应
天大物理化学第五版化学平衡ppt课件市公开课金奖市赛课一等奖课件
通式： dG = BBd
3
第3页
上式在恒T、p下两边同时除以d，有：
G
T,p
BB B
ΔrGm
G —— 一定温度、压力和构成条件下，反应进行
T,p 了d 微量进度折合成每摩尔进度时所引起
系
统吉布斯函数改变；
或者说是反应系统为无限大量时进行了1 mol 进度化学反应时所引起系统吉布斯函数改变， 简称为摩尔反应吉布斯函数，通常以rGm 表 示。
n NO2 nB
21 0.3156 1 1
当
p2 = 50 kPa时，解得 2 = 0.2605，
y 2
2 2 1 2
0.4133
此题还能够用另一个办法进行平衡构成计算：
因平衡时总压 ： p pN2O4 pNO2
代入：
K
(pNO / p )2
2
p / p N2O4
可得： (pNO2 / p )2 K (pNO2 / p ) K (p / p ) 0
N2O4 (g) 2NO2(g)
开始时n/mol 1
0
平衡时n/mol 1
2
nB=1+ 2 =1+
B 1
K
Kn p
p
B
(2 )2
nB
(1 )
p
1
4 2
p
p (1 ) (1 )(1 ) p
20
第20页
[K /(K 4p / p )]1/ 2
当 p1 = 100 kPa时，解得 1 = 0.1874，y1
解此一元二次方程可得：
p1 = 100 kPa时， pNO2 / p = 0.3156， y1 = pNO2 / p = 0.3156
物理化学天津大学第五版课件第三章讲解
▪ 方向问题：C(石墨) →C(金刚石)的变化极具价值，但历史上的无 数次试验均告失败。
应用热二律计算表明，常温实现这一转化所需压力为大于 1500MPa（15000atm）。即常温常压下该变化正向是非自发的。
事实表明：一定条件下，并非任何变化都能朝着人们预期的方向 进行。
提出的问题：确定条件下的方向为何？ 预期方向的实现需要何种条件？
p
A(p1,V1,T1)
●
Q1
● B(p2,V2,T1)
D(p4,V4,T2) ●
Q2
●
C(p3,V3,T2)
§3-2 卡若循环与热机效率——热转化为功的限度 过程1：恒温可逆膨胀（Ａ Ｂ）：从高温热源吸热对外做功
Q1
Q1
100%
热机 (气缸)
高温热源(T1) Q1>0
-W Q2<0 低温热源(T2)
§3-2 卡若循环与热机效率——热转化为功的限度
二、卡诺热机 理想气体为工质，经:
恒温可逆膨胀 绝热可逆压缩
绝热可逆膨胀 恒温可逆压缩
应用第一章所学求W
高温热源(T1) Q1>0
热机
(气缸)
-W
Q2<0
低温热源(T2)
➢ 热二律的提出背景 ▪ 限度问题：高炉炼铁 ▪ 3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2 (高温)
事实表明：一定条件下，变化是有限度的。 提出的问题：
确定条件下某变化的限度如何， 平衡位置在哪？ 影响平衡位置的因素有哪些，怎样影响？ 如何控制条件来控制平衡位置及转化率？
▪ 方向和限度两个问题是热一律所不能解决的。
自发 过程 气体 扩散
热传导
推动力 自发方向 压力差 p高→p低 温度差 T高→T低
应用热二律计算表明，常温实现这一转化所需压力为大于 1500MPa（15000atm）。即常温常压下该变化正向是非自发的。
事实表明：一定条件下，并非任何变化都能朝着人们预期的方向 进行。
提出的问题：确定条件下的方向为何？ 预期方向的实现需要何种条件？
p
A(p1,V1,T1)
●
Q1
● B(p2,V2,T1)
D(p4,V4,T2) ●
Q2
●
C(p3,V3,T2)
§3-2 卡若循环与热机效率——热转化为功的限度 过程1：恒温可逆膨胀（Ａ Ｂ）：从高温热源吸热对外做功
Q1
Q1
100%
热机 (气缸)
高温热源(T1) Q1>0
-W Q2<0 低温热源(T2)
§3-2 卡若循环与热机效率——热转化为功的限度
二、卡诺热机 理想气体为工质，经:
恒温可逆膨胀 绝热可逆压缩
绝热可逆膨胀 恒温可逆压缩
应用第一章所学求W
高温热源(T1) Q1>0
热机
(气缸)
-W
Q2<0
低温热源(T2)
➢ 热二律的提出背景 ▪ 限度问题：高炉炼铁 ▪ 3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2 (高温)
事实表明：一定条件下，变化是有限度的。 提出的问题：
确定条件下某变化的限度如何， 平衡位置在哪？ 影响平衡位置的因素有哪些，怎样影响？ 如何控制条件来控制平衡位置及转化率？
▪ 方向和限度两个问题是热一律所不能解决的。
自发 过程 气体 扩散
热传导
推动力 自发方向 压力差 p高→p低 温度差 T高→T低
天津大学第五版物理化学课件
当系统达到平衡，
rGm rG RT ln J 0
$ m eq p $ eq rGm RT ln J p RT ln K $
K称为热力学平衡常数，它仅是温度的函数，在
数值上等于平衡时的压力商，是无量纲的量。因
为它与标准摩尔反应吉布斯函数有关，所以又称
为标准平衡常数。
1. 标准平衡常数
(1) C(s) O2 (g) CO2 (g)
(2) CO(g) 1 O2 (g) CO2 (g) 2
$ r Gm (1)
$ r Gm (2)
(1) - 2×(2) 得（3）
(3) C(s) CO2 (g) 2CO(g)
$ $ $ r Gm (3) r Gm (1) 2 r Gm (2)
例题
例题 298K时，正辛烷C8H18（g）的标准燃烧焓是 –5512.4 kJ· –1 ，CO2(g)和液态水的标准生成焓分别 mol 为–393.5和–285.8 kJ· –1 ；正辛烷，氢气和石墨的标 mol 准熵分别为463.71，130.59和5.69 J· –1· –1。 K mol ⑴ 试求算298K时正辛烷生成反应的K。 ⑵ 增加压力对提高正辛烷的产率是否有利？为什 么？ ⑶ 升高温度对提高其产率是否有利？为什么？ ⑷ 若在298K及标准压力下进行此反应，达到平衡 时正辛烷的物质的量分数能否达到0.1？若希望正辛烷 的物质的量分数达0.5，试求算298K时需要多大压力才 行？
例题
6. 其它的平衡常数
eq K p ( pB ) B B
一般有单位
对于理想气体
eq pB B $ eq B $ B K ( $ ) ( pB ) /( p ) p B B
rGm rG RT ln J 0
$ m eq p $ eq rGm RT ln J p RT ln K $
K称为热力学平衡常数，它仅是温度的函数，在
数值上等于平衡时的压力商，是无量纲的量。因
为它与标准摩尔反应吉布斯函数有关，所以又称
为标准平衡常数。
1. 标准平衡常数
(1) C(s) O2 (g) CO2 (g)
(2) CO(g) 1 O2 (g) CO2 (g) 2
$ r Gm (1)
$ r Gm (2)
(1) - 2×(2) 得（3）
(3) C(s) CO2 (g) 2CO(g)
$ $ $ r Gm (3) r Gm (1) 2 r Gm (2)
例题
例题 298K时，正辛烷C8H18（g）的标准燃烧焓是 –5512.4 kJ· –1 ，CO2(g)和液态水的标准生成焓分别 mol 为–393.5和–285.8 kJ· –1 ；正辛烷，氢气和石墨的标 mol 准熵分别为463.71，130.59和5.69 J· –1· –1。 K mol ⑴ 试求算298K时正辛烷生成反应的K。 ⑵ 增加压力对提高正辛烷的产率是否有利？为什 么？ ⑶ 升高温度对提高其产率是否有利？为什么？ ⑷ 若在298K及标准压力下进行此反应，达到平衡 时正辛烷的物质的量分数能否达到0.1？若希望正辛烷 的物质的量分数达0.5，试求算298K时需要多大压力才 行？
例题
6. 其它的平衡常数
eq K p ( pB ) B B
一般有单位
对于理想气体
eq pB B $ eq B $ B K ( $ ) ( pB ) /( p ) p B B
天津大学高等教育出版社第五版《物理化学》第四章PPT课件
dG dG dG
dn B dnB B B
B B
dn B B
B
<0 自发过程 =0 平衡状态
恒温恒压下非体积功等于零的条件下： dG
★
dn B B
B
<0 自发过程 =0 平衡状态 >0 非自发过程
由享利定律可知，当溶质、溶剂和温度都一定时，亨利常数就为定值， 气体的分压越大，则该气体在溶液中的溶解度也就越大。所以增加气体的 压力有利于吸收操作。 由下表可知，随温度的升高，k值增大，因而当CO2分压相同时，随 着温度的升高，CO2的溶解度xCO2将下降。反之降低温度，则xCO2的溶解 度将增大，所以低温有利于吸收操作。
§4.3
1．纯理想气体的化学势
气体组分的化学势
( g ) B ▲标准状态下的化学势：
▲任意压力下的化学势：μ
*
纯理想气体：μ =GB =Gm
T
2．理想气体混合物中任一组分的化学势
3．纯真实气体的化学势
▲标准态规定：该温度及标准压力下的假想的纯态理想气体 ▲纯真实气体的化学势：可设计下面途径
p与p0相差不大
mix G T mix S
恒温恒压下液体混合过程的吉布斯函数变△mixG＜0，说明混合过程 为自发过程。
§4．6
1．溶剂的化学势
理想稀溶液
理想稀溶液(无限稀薄溶液):溶质的相对含量趋于零的溶液。
T一定，若与理想稀溶液成平衡的气体为理想气体混合物， 溶剂遵循拉乌尔定律， 溶剂A的化学势:
故组成a的系统的体积： 混合物的组成改变时:※ 两组分的偏摩尔体积也在改变 ※ 组成越接近某一纯组分时，该组分的偏摩尔体积 也就越接近于该纯组分的摩尔体积；
物理化学上册-天津大学编写-第五版完整ppt课件
近代化学的发展趋势和特点：
(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
精选ppt课件2021
10
当今科学研究的四大方向：
能源、材料 、环境、生命
学科间相互渗透、 相互结合，形成了许
化学与材料
多极具生命力的边缘 学科，
化学与能源
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
精选ppt课件2021
1
绪论
Preface
精选ppt课件2021
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化精学选ppt课学件202科1 的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
❖ 南京大学物理化学教研室 傅献彩
❖ 《物理化学》上、下册 （第四版）胡英
❖ 《物理化学练习500例》 （第二版）李大珍
❖ 《物理化学解题指精南选p》pt课件2021 李文斌（天大）
12
第一章 气体的 pVT 性质
Chapter1 the pVT relationships of gases
物质的聚集状态
ppt课件2021
16
R＝8.314 J·K-1·mol-1 ＝0.08206 atm·l ·K-1·mol-1 ＝1.987 cal ·K-1·mol-1
理想气体状态方程也可表示为： pVm=RT pV = (m/M)RT
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
精选ppt课件2021
(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
精选ppt课件2021
10
当今科学研究的四大方向：
能源、材料 、环境、生命
学科间相互渗透、 相互结合，形成了许
化学与材料
多极具生命力的边缘 学科，
化学与能源
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
精选ppt课件2021
1
绪论
Preface
精选ppt课件2021
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化精学选ppt课学件202科1 的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
❖ 南京大学物理化学教研室 傅献彩
❖ 《物理化学》上、下册 （第四版）胡英
❖ 《物理化学练习500例》 （第二版）李大珍
❖ 《物理化学解题指精南选p》pt课件2021 李文斌（天大）
12
第一章 气体的 pVT 性质
Chapter1 the pVT relationships of gases
物质的聚集状态
ppt课件2021
16
R＝8.314 J·K-1·mol-1 ＝0.08206 atm·l ·K-1·mol-1 ＝1.987 cal ·K-1·mol-1
理想气体状态方程也可表示为： pVm=RT pV = (m/M)RT
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
精选ppt课件2021
最新物理化学课件(天大第五版)07电化学3
1 E zF T p
r G m T p
12
r Gm zFEr
r G m E r S m＝ －zF T p T p
3、电池电势的温度系数与rHm
r H m r G T r S E zFE zFT T p
1/2O2 + H2→ H2O
要求掌握：由电池的图示表示写出电极反应及 电池反应
4
(4)可逆电池 (Reversible Cell )
将化学能转变为电能的装置称为电池，如果化学 能转变为电能是以热力学可逆的方式进行的，则该电 池输出最大电功。
可逆电池必须满足以下条件：
*电极可逆：1) 电极反应可逆(通以反向电流时，电极
aR RT RT a O E＝E － ln ＝E ＋ ln R zF zF aR aO O
R
O
24
5.电极电势与电池电动势的关系
Zn(s)| Zn (aZn2 ) Cu (aCu 2 ) | Cu(s)
2 2
（a）
标准氢电极 Cu (aCu 2 ) | Cu(s) （b）
（7 . 6. 5 ）
13
E r S m zF T p
（7 . 6.4 ）
4.原电池可逆放电时反应过程的热
the reaction heat in the process of reaversible discharge
Qr,m T r Sm zFT E / T p
Cu
2
2
Zn
2
Cu
2
Zn
Cu Zn Cu
天大物理化学第五版
p 较低时，p↑,θ ↑; p足够高时，θ→1。
v吸附= k1(1-θ)p·N v解吸= k－1θ·N (N:总的具有吸附能力的晶格位置数)
30
吸附平衡时：v吸附= v解吸，有：k 1(1－θ)pN=k-1θN
bp 1 bp
——Langmuir吸附等温式
式中: b=k1/k-1
b：吸附系数或吸附平衡常数，与吸附剂、吸附质、T有关。
h
2 cos r g
90o , h 0 液体在毛细管中上升 90o , h 0 液体在毛细管中下降
17
2. 微小液滴的饱和蒸汽压－kelven公式
足够长的时间
原因：
p 小水滴
p 大水滴
饱和蒸气压p*反比于液滴的曲率半径
18
饱和蒸气压与液滴曲率半径关系的推导：
dn的微量液体转移到小液滴表面 小液滴面积A：4r2 4(r+dr)2
：引起表面收缩的单位长度上的力，单位：N·m-1。
6
（2）表面功
当用外力F 使皂 膜面积增大dA时， 需克服表面张力作可 逆表面功。
W Fdx 2ldx dA
即：
Wr dAs
：使系统增加单位表面所需的可逆功 ，称为表面功。
单位：J·m-2。 （IUPAC以此来定义表面张力） 7
（3）表面吉布斯函数：
人们把粒径在1～1000nm的粒子组成的分散系统称为 胶体(见第十二章)，由于其具有极高的分散度和很大的 比表面积，会产生特有的界面现象，所以经常把胶体与 界面现象一起来研究，称为胶体表面化学。
3
我们身边的胶体界面现象
曙光晚霞
碧海蓝天
雨滴
露珠
在界面现象这一章中，将应用物理化学的基本原理，对界面的特殊 性质及现象进行讨论和分析。
最新物理化学课件(天大第五版)9-1动力学
4
——与物质选择无关 A Z ——与物质选择有关
A Z A Z 0 N 2 3H 2 2NH3 1 d 1 dnN 1 dnH
2
1 dnNH3 V dt V dt 3V dt 2V dt
2
N
2
H
3
2
NH
2
3
5
2. 基元反应与质量作用定律
dt dt
dc X k1c A cB k 1c X k 2 c X dt
dc Z k2cX dt
8
3. 反应速率方程的一般形式，反应级数
幂函数型速率方程
= kc A cB c Z
dc A A = k A c A cB cZ A B Z dt dc B - A - B Z cZ Z = k Z c A cB c Z k - A - B Z dt
若某一物质同时出现在两个或两个以上的基元反 应中，则对于该物质的净消耗速率或净生成速率为这 几个基元反应的总和。
例：某反应的化学计量式为： A B Z
它的反应机理是：
k1 (1) A B X k-1 (2) X AB k2 (3) X Z
则有： dc A dcB k1c A cB k 1c X
质量作用定律——基元反应的反应速 率与该反应的反应物浓度幂乘积成正比。
单分子反应 双分子反应
A P
= kcA
P P
2 = kcA = kcAcB
2A AB
三分子反应
2 = kc 2A B P A cB A B+C P = kcAcBcC
——与物质选择无关 A Z ——与物质选择有关
A Z A Z 0 N 2 3H 2 2NH3 1 d 1 dnN 1 dnH
2
1 dnNH3 V dt V dt 3V dt 2V dt
2
N
2
H
3
2
NH
2
3
5
2. 基元反应与质量作用定律
dt dt
dc X k1c A cB k 1c X k 2 c X dt
dc Z k2cX dt
8
3. 反应速率方程的一般形式，反应级数
幂函数型速率方程
= kc A cB c Z
dc A A = k A c A cB cZ A B Z dt dc B - A - B Z cZ Z = k Z c A cB c Z k - A - B Z dt
若某一物质同时出现在两个或两个以上的基元反 应中，则对于该物质的净消耗速率或净生成速率为这 几个基元反应的总和。
例：某反应的化学计量式为： A B Z
它的反应机理是：
k1 (1) A B X k-1 (2) X AB k2 (3) X Z
则有： dc A dcB k1c A cB k 1c X
质量作用定律——基元反应的反应速 率与该反应的反应物浓度幂乘积成正比。
单分子反应 双分子反应
A P
= kcA
P P
2 = kcA = kcAcB
2A AB
三分子反应
2 = kc 2A B P A cB A B+C P = kcAcBcC
最新物理化学课件(天大第五版)02-02
焓: 状态函数，无明确的物理意义
广度性质
其绝对值无法测出
2
4.QV=ΔU及Qp=ΔH两关系式的意义
例 ：(1)C(s) O2 ( g) CO2 ( g)
Q p,1 H1
1 (2)C(s) 2 O2 ( g) CO( g)
Q p,2 H 2
1 (3)CO( g) 2 O2 ( g) CO2 ( g)
对恒压过程应用热力学第一定律，可得:
Q p U W U ( p2V2 p1V1 )
(U 2 p2V2 ) (U1 p1V1 )
(dp = 0，W’=0)
3.焓
定义
H=U+pV
(2.3.2)
于是： 或
Qp=H2 – H1=H
Qp=dH (dp = 0，W’= 0）(2.3.3a)
CV ,m
def QV
dT
Um T V
QV
UV
n
C T2
T1 V
,m
dT
C p,m
def Qp
dT
Hm T p
Qp
H p
n
C T2
T1
p
,m
dT
若CV
为常
,m
数，则QV
UV
nCV ,m T
若C
p
为常
,m
数，则Q
p
H p
nC p,m T
3. 凝聚系统变温过程
因为CpQ,mV－CQVp,m≈0H p
摩尔热容
摩尔定容热容，CV,m 摩尔定压热容，Cp,m
CV,m
δQV dT
Um T V
f(T)
C p,m
δQ p dT
H m T
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-
М В Ломоносов 8
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” 。
W. Ostwald
J. H. van’t Hoff
(1853～1932)
(1852～1911)
理想气体：在任何温度与压力下都能严格服从理想
气体状态方程的气体。
-
17
❖ 过程方程
❖ 当理想气体经一过程从状态1变到状态2， 则 p1V1 p2V2 R
n1T1 n2T2
当 n一定时 T下， p ： 1V 1＝ 等 p2V 2
p/Pa
等V下：p1 p2 T1 T2
等p下：V1 V2 T1 T2
1887，J. of Physical Che-mistry (in gunman)
9
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。
近代化学的发展趋势和特点：
式中：A－吸引常数；B－排斥- 常数
19
（2） 理想气体模型 a) 分子间无相互作用力 b) 分子本身不占体积
理想气体定义： 服从 pV=nRT 的气体为理想气体 或服从理想气体模型的气体为理想气体
（低压气体）p0 理想气体
-
20
3. 摩尔气体常数 R mole gas constant R
R 是通过实验测定确定出来的
其中气体的流动性好，分子间距 离大，是理论研究的首选对象。
-
14
§1.1 理想气体状பைடு நூலகம்方程
The State Equation of Ideal Gas
1. 理想气体状态方程
低压气体定律：
（1）玻义尔定律(R.Boyle,1662):
pV ＝ 常数
（n,T 一定）
（2）盖.吕萨克定律(J. Gay-Lussac,1808)：
❖ 热力学方法 ❖ 量子力学的方法 ❖ 统计的方法
-
6
物理化学课程的内容
基本定律 第一定律 第二定律
热力学
多组分系统—溶液 相平衡
应用 统计热力学
化学平衡 可逆电池 表面化学 胶体
动力学
宏观动力学
电极过程动力学
微观动力学
-
7
四、物理化学的建立与发展
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。
R ＝ 8.314510 J mol-1 K-1
-
16
R＝8.314 J·K-1·mol-1 ＝0.08206 atm·l ·K-1·mol-1 ＝1.987 cal ·K-1·mol-1
理想气体状态方程也可表示为： pVm=RT pV = (m/M)RT
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
测试化学 物理化学
化学与生活
-
11
❖ 五、对本门课程学习的要求
❖ 要注重对概念的理解与掌握 ❖ 掌握公式的使用条件与记住公式同等重要 ❖ 要善于归纳与总结 ❖ 重视实践环节 ❖ 每两次课交一次作业
❖ 主要参考书
❖ 《物理化学》上、下册 （第五版） ❖ 南京大学物理化学教研室 傅献彩 ❖ 《物理化学》上、下册 （第四版）胡英 ❖ 《物理化学练习500例》 （第二版）李大珍 ❖ 《物理化学解题指南》- 李文斌（天大） 12
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
-
1
绪论
Preface
-
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化学-学科的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
热
电
化学反应
原子、分子间的分离与组合
化学
密 不 可 分
物理学
光
磁
热学、电学、光学、磁学是物理学的重要分支
-
4
物理现象
化学现象
物理化学
用物理的理论和实验方法
研究化学变化的本质与规律
-
5
❖ 二、物理化学要解决的问题
❖ 化学反应的方向与限度问题－热力学 ❖ 化学反应进行的速率和机理问题－动力学 ❖ 物质的性质与其结构之间的关系问题－物质
结构
❖ 三、物理化学研究的方法
第一章 气体的 pVT 性质
Chapter1 the pVT relationships of gases
物质的聚集状态
气体 液体 固体
V 受 T、p 的影响很大 V 受 T、p 的影响较小
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
气体
理想气体 实际气体
-
13
100℃、101325Pa下水蒸气的体积 大致是水体积的1603倍
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
(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
-
10
当今科学研究的四大方向：
能源、材料 、环境、生命
学科间相互渗透、 相互结合，形成了许
化学与材料
多极具生命力的边缘 学科，
化学与能源
化学分支的重新划分
生物化学
化学与环境
合成化学
化学与生命
例：测300 K时，N2、He、 CH4 pVm ~ p 关系，作图
p0时：
5000
N2
4500
pVm=2494.35 Jmol
R=pVm/T=8.3145 JmolK-1
在压力趋于0的极限条件下，各 种气体 的行为均服从pVm=RT的定 量关系。 R 是一个对各种气体都适用的常- 数
pVm/ J·mol-1
-
V/m3
18
2. 理想气体模型及定义
the modle and definition of ideal gas
（1）分子间力
吸引力 分子相距较远时，有范德华力；
排斥力 分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。
E吸引 －1/r 6
E排斥 1/r n
Lennard-Jones理论：n = 12
E 总E 吸＋ 引 E 排＝ 斥 rA 6 － rB 12
V / T ＝ 常数
(n, p 一定)
（3）阿伏加德罗定律（A. Avogadro, 1811)
V / n ＝ 常数
-
(T, p 一定)
15
以上三式结合
理想气体状态方程
pV = nRT
单位：p Pa
V m3
TK
n mol
R J mol-1 K-1
R 摩尔气体常数mole gas constant
М В Ломоносов 8
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” 。
W. Ostwald
J. H. van’t Hoff
(1853～1932)
(1852～1911)
理想气体：在任何温度与压力下都能严格服从理想
气体状态方程的气体。
-
17
❖ 过程方程
❖ 当理想气体经一过程从状态1变到状态2， 则 p1V1 p2V2 R
n1T1 n2T2
当 n一定时 T下， p ： 1V 1＝ 等 p2V 2
p/Pa
等V下：p1 p2 T1 T2
等p下：V1 V2 T1 T2
1887，J. of Physical Che-mistry (in gunman)
9
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。
近代化学的发展趋势和特点：
式中：A－吸引常数；B－排斥- 常数
19
（2） 理想气体模型 a) 分子间无相互作用力 b) 分子本身不占体积
理想气体定义： 服从 pV=nRT 的气体为理想气体 或服从理想气体模型的气体为理想气体
（低压气体）p0 理想气体
-
20
3. 摩尔气体常数 R mole gas constant R
R 是通过实验测定确定出来的
其中气体的流动性好，分子间距 离大，是理论研究的首选对象。
-
14
§1.1 理想气体状பைடு நூலகம்方程
The State Equation of Ideal Gas
1. 理想气体状态方程
低压气体定律：
（1）玻义尔定律(R.Boyle,1662):
pV ＝ 常数
（n,T 一定）
（2）盖.吕萨克定律(J. Gay-Lussac,1808)：
❖ 热力学方法 ❖ 量子力学的方法 ❖ 统计的方法
-
6
物理化学课程的内容
基本定律 第一定律 第二定律
热力学
多组分系统—溶液 相平衡
应用 统计热力学
化学平衡 可逆电池 表面化学 胶体
动力学
宏观动力学
电极过程动力学
微观动力学
-
7
四、物理化学的建立与发展
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。
R ＝ 8.314510 J mol-1 K-1
-
16
R＝8.314 J·K-1·mol-1 ＝0.08206 atm·l ·K-1·mol-1 ＝1.987 cal ·K-1·mol-1
理想气体状态方程也可表示为： pVm=RT pV = (m/M)RT
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
测试化学 物理化学
化学与生活
-
11
❖ 五、对本门课程学习的要求
❖ 要注重对概念的理解与掌握 ❖ 掌握公式的使用条件与记住公式同等重要 ❖ 要善于归纳与总结 ❖ 重视实践环节 ❖ 每两次课交一次作业
❖ 主要参考书
❖ 《物理化学》上、下册 （第五版） ❖ 南京大学物理化学教研室 傅献彩 ❖ 《物理化学》上、下册 （第四版）胡英 ❖ 《物理化学练习500例》 （第二版）李大珍 ❖ 《物理化学解题指南》- 李文斌（天大） 12
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
-
1
绪论
Preface
-
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化学-学科的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
热
电
化学反应
原子、分子间的分离与组合
化学
密 不 可 分
物理学
光
磁
热学、电学、光学、磁学是物理学的重要分支
-
4
物理现象
化学现象
物理化学
用物理的理论和实验方法
研究化学变化的本质与规律
-
5
❖ 二、物理化学要解决的问题
❖ 化学反应的方向与限度问题－热力学 ❖ 化学反应进行的速率和机理问题－动力学 ❖ 物质的性质与其结构之间的关系问题－物质
结构
❖ 三、物理化学研究的方法
第一章 气体的 pVT 性质
Chapter1 the pVT relationships of gases
物质的聚集状态
气体 液体 固体
V 受 T、p 的影响很大 V 受 T、p 的影响较小
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
气体
理想气体 实际气体
-
13
100℃、101325Pa下水蒸气的体积 大致是水体积的1603倍
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
(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
-
10
当今科学研究的四大方向：
能源、材料 、环境、生命
学科间相互渗透、 相互结合，形成了许
化学与材料
多极具生命力的边缘 学科，
化学与能源
化学分支的重新划分
生物化学
化学与环境
合成化学
化学与生命
例：测300 K时，N2、He、 CH4 pVm ~ p 关系，作图
p0时：
5000
N2
4500
pVm=2494.35 Jmol
R=pVm/T=8.3145 JmolK-1
在压力趋于0的极限条件下，各 种气体 的行为均服从pVm=RT的定 量关系。 R 是一个对各种气体都适用的常- 数
pVm/ J·mol-1
-
V/m3
18
2. 理想气体模型及定义
the modle and definition of ideal gas
（1）分子间力
吸引力 分子相距较远时，有范德华力；
排斥力 分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。
E吸引 －1/r 6
E排斥 1/r n
Lennard-Jones理论：n = 12
E 总E 吸＋ 引 E 排＝ 斥 rA 6 － rB 12
V / T ＝ 常数
(n, p 一定)
（3）阿伏加德罗定律（A. Avogadro, 1811)
V / n ＝ 常数
-
(T, p 一定)
15
以上三式结合
理想气体状态方程
pV = nRT
单位：p Pa
V m3
TK
n mol
R J mol-1 K-1
R 摩尔气体常数mole gas constant