厦门大学物理化学电子教案2 ppt课件
物理化学电子教案.ppt
第五章 相平衡
物理化学电子教案
(2) S 种物质存在化学反应
① 存在R个独立的化学平衡式, 则平衡常数联 系了反应物质的浓度关系, 相应物质变量数目减少.
如: 5 = 3 + 2 知其2就可以了.
注意: 体系中化学平衡数目必须是”独立” 如: 由的、.2、H2O、H2、O2 构成的体系, 存在 三个化学平衡：
其中“2”是温度、压力两个变量, 若考虑其它力场, 则有
f +Φ = C + n (n ≥2 )
条件自由度: 指系统指定了某些限制条件剩 下的自由度.
第五章 相平衡
物理化学电子教案
注意几个问题
① 相律推导中, 我们假定在每一相中均含有S 种物质, 若某一相中不含某种物质, 不影响相律的形 式.
物理化学电子教案
§5.3 相律及其应用
相律则是各种相平衡系统所遵守的共同规律，它体现出 各种相平衡系统所具有的共性，根据相律可以确定对相平衡 系统有影响的因素有几个，在一定条件下相平衡系统中最多 可以有几个相存在等。绘制相图时是以实验数据为依据，以 相律为指导。
相律( )
f = C -Φ + 2
相律是相平衡体系中揭示相数 , 独立组分数C 和自 由度 f 之间关系的规律, 可用上式表示. 式中 2 通常指 T, p 两个变量. 相律最早由提出,所以又称为相律。 如果除T, p
第五章 相平衡
物理化学电子教案
2 物种数( ) 系统中所有能单独存在的化学物质数目成为物 种数, 用 S 表示.
3 组分数( ) 能够表示相平衡系统中各相组成所需要的最少 的独立物质数目, 用C 表示.
即 C SR R '
R — 表示独立的化学平衡数目.
物理化学第二章PPT
四 热力学基本概念 （四）过程与途径 1、过程：系统由一平衡态变化至另一平衡态 ，这种 变化称为过程。 2、途径：实现这一变化的具体步骤称为途径。 常见的特定过程如下： （1）恒温过程：T（系）=T（环）=常数的过程 等温过程：T（始）=T（终）=T（环）=常数 （2）恒压过程：P（系）=P（环）=常数 等压过程： P（始）= P（终）=P（环）=常数 恒外压过程：P（环）=常数；P（始）≠P（环） P（终）=P(环）
化学性质
四 热力学基本概念 状态性质按其与系统的物质的量的关系可分为两类： （1）广度性质（extensive properties）
又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如 体积、质量、熵等。这种性质有加和性。
（2）强度性质（intensive properties）
它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不 具有加和性，如温度、压力等。
I： 体系和环境的确定并无定则，通常根据客观情况的需要以 处理问题方便为准则。 II：体系与环境可以存在真实的界面，也可以是虚构的界面。
四 热力学基本概念 3 根据体系与环境之间有无物质与能量的交换， 把体系分为三类： （1）敞开体系（open system）： 体系与环境之间既 有物质交换，又有 能量交换。
四 热力学基本概念 （2）封闭体系（closed system）
体系与环境之 间无物质交换， 但有能量交换。
四 热力学基本概念 （3）孤立体系（isolated system） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又 称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑
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，理论方法 主要有：热力学方法、统计力学方法和量子力学
【大学课件】物理化学电子教案
一、教案简介【大学课件】物理化学电子教案是一份综合性的教学计划，旨在帮助学生掌握物理化学的基本概念、原理和实验技能。
本教案涵盖了物理化学的主要内容，包括物质的量的概念、化学反应的基本规律、化学平衡、溶液的性质、电化学、燃烧与爆炸、热力学等。
通过本教案的学习，学生将能够理解并应用物理化学的基本原理，为后续课程的学习打下坚实的基础。
二、第一章：物质的量1.1 物质的量的概念1.2 摩尔的概念1.3 物质的量的计算1.4 物质的量的测量三、第二章：化学反应的基本规律2.1 化学反应的速率2.2 化学反应的平衡常数2.3 化学反应的动力学2.4 化学反应的催化作用四、第三章：化学平衡3.1 平衡态的定义3.2 平衡态的判断3.3 平衡常数的计算3.4 平衡态的移动五、第四章：溶液的性质4.1 溶液的定义及分类4.2 溶液的浓度4.3 溶液的渗透压4.4 溶液的沸点与凝固点六、第五章：电化学5.1 电化学基本概念5.2 电解质与非电解质5.3 电极与电池5.4 电解与电镀七、第六章：燃烧与爆炸7.1 燃烧的基本条件7.2 燃烧的类型与机理7.3 爆炸的原理与分类7.4 防火与防爆措施八、第七章：热力学8.1 热力学基本定律8.2 内能与焓8.3 熵与熵增原理8.4 热力学势与自由能九、第八章：相平衡与相图9.1 相与相变的定义9.2 相律与相图的基本概念9.3 液气平衡与蒸馏9.4 固液平衡与结晶十、第九章：动力学与反应速率10.1 化学动力学的基本概念10.2 反应速率与反应级数10.3 反应机理与速率常数10.4 影响反应速率的因素十一、第十章：实验技能与实践11.1 物理化学实验基本操作11.2 常用实验仪器的使用与维护11.3 实验数据处理与分析重点和难点解析一、物质的量的概念及应用难点解析：物质的量的概念理解，摩尔与物质的量的关系，物质的量的计算方法。
二、化学反应的基本规律难点解析：化学反应速率的影响因素，平衡常数的计算与判断，动力学方程的运用，催化作用的机理。
物理化学电子教案第一章(1).ppt
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/11/23
（1） 混合物的组成
a 摩尔分数x或y：
xB 或yB
nB nA
显然 xB 1 或 yB 1
A
B
B
b 质量分数
wB
mB mA
A
wB 1
B
c 体积分数
B
xB Vm,B xA Vm, A
A
B 1
B
上一内容 下一内容 回主目录
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/11/23
§1.1 气体分子动理论
一 气体分子动理论的基本公式 二 理想气体状态方程 三 理想气体模型 四 理想气体混合物 五 分子平均平动能与温度的关系
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/11/23
1 气体分子动理论的基本公式
气体分子运动的微观模型
返回
2020/11/23
（2） 理想气体混合物状态方程
• 理想气体混合物状态方程为：
pV n总RT nB RT B
pV m RT M mix
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/11/23
（3） 道尔顿定律与分压力
⑴ 道尔顿定律：
混合气体的总压力等于各组分单独存在于混 合气体的温度、体积条件下所产生压力的总和。
u ( niui2 ) / n
i
n为单位体积内的分子数。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/11/23
2 理想气体状态方程
• 17～19世纪三个著名的低压气体经验定律：
• 波义尔定律(R.Boyle,1662):
pV = 常数
物理化学下册电子教案.ppt
1.20 197.0 g
g mol1
6.09 103 mol
(1) Q zF 3 965 00 C mol1 6.09103 mol 1 763 C
(2)
t
Q I
176 0.025
3C C s1
7.05104
s
(3)
m(O2 )
6.09 103
mol
3 4
M (O2 )
6.09103 mol 3 32.0 g mol1 0.146 g
2Cl aq Cl2(g) 2e
阴极上发生还原作用
Cu2 aq 2e Cu(s)
在原电池中
负
负载电阻
正
极
e-
Zn
极
Cu e-
e-
阳 Zn2+ Cu2+ 阴
极 SO24-
SO24- 极
ZnSO4溶液 CuSO4溶液
Danill电池
阳离子迁向阴极 在阴极上发生还原的是
Cu2 aq 2e Cu(s)
Nernst方程
1905 Tafel(德）
Tafel方程
1923 Debey(荷兰-Huckel(德)）离子互吸理论
4、电化学的用途 (1)电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属 电解法制备各种化工原料、金属复 合材料和表面特种材料 电镀法保护和精饰金属 阳极钝化和氧化着色等
(2) 电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生化
例题：
通电于 Au(NO3 )3 溶液，电流强度 I 0.025 A
阴极上析出 Au(s)=1.20 g
已知 M (Au)=197.0 g mol1, M (O2 ) 32.0 g mol1
求：⑴ 通入电荷量 Q
厦门大学 物理化学课件
Zeroth Law ofthermodynamicsan object A is inIf bj t i ithermal equilibriumwith B and if B is inthermal equilibriumwith C,then C is inthermal equilibriumth l ilib iwith A.ynamics-2nd LecThe eproperties for an uniform system at equilibrium macro properties for an uniform system at equilibrium In fact，the real equation can be established only for thedifferential equation，e.g.using differential equation e gd U=F d S-p d Vquation，i.e.V=V(T,p,n)en we extend the equation of state of perfect gas to real gas, we will meetThe appearance of deviations;(2) The liquefaction of real gas may occur undertain conditionst i ditiCondensationAt C ,all similarity to perfect behaviour is lost.This stage is represented by the horizontal line CDE .At the point just t th l ft f li id d g to the left of C ,a liquid appears,and there are two phases in the system in this stage.this stage.The pressure corresponding to the line CDE when both liquid and vapour are l ,q p present in equilibrium,is called the vapour pressure of the liquid at l + gl Experimental isotherms the temperature of the experiment.At E , the sample is entirely liquid. t ,t e sa p e s e t e y qu d.Critical constantsgle phase.The liquid Critical point gp qphase of a substance does notform above the criticalCritical point l T c ,the critical point of thegas.Critical constants arel + g l different from gas to gas.ThvolTh hi h t t t t li fe highest temperature to liquefy gas Critical pressure , 临界压力(p c ,临界力)The lowest pressure to liquefy gas at T cV c,m ,临界摩尔体积)The molar volume at p molar volume at T c , p cT are Critical constantsc , p c , V c are Critical constantsMRepr apart.Critical point=⎞⎛∂p 0⎟⎟⎠⎜⎜⎝∂TV m 02=⎟⎞⎜⎛∂p m 2⎟⎠⎜⎝∂TVReduced pressure =p/p Reduced pressure （对比压力）p r p/p c Reduced temperature 对比温度T = T/T ()r c Reduced volume (对比体积)V r = V/V c,m,m .V r压缩因子图At very low pressures:Z1At very low pressures: Z ≈1.At high pressures: Z> 1.At high pressures:Z>1Repulsive forces are now dominant.At intermediate pressures: Z<1g,For most gases, the attractive forces are dominant.A perfect gas has Z = 1A f t h Z1（E l t i fi 4）Evaluate p using figure operation methodZ T r压缩因子图Z=f(p r)p r’p r⎠⎝⎠⎝rrc4）Evaluate T by applying（E l t b l ifigure operation methodZ Z=f(1/T r)Z查T r’T re relationship between mechanics response functions::ακββ=1.∂α∂κ2.∂p∂T pTfirst law of thermodynamics (热力学第一定律)。
物理化学 ppt课件
四、参考书目
黄启巽、魏光、吴金添编著，《物理化学》（上册），厦门大学出版社，1996 韩德刚、高执棣编著，《化学热力学》，高等教育出版社，1998 傅玉普主编，《物理化学》（第二版），大连理工大学出版社，2000 胡英主编，《物理化学》（上册，第四版），高等教育出版社，1999 傅献彩、沈文霞、姚天杨编，《物理化学》（第四版），高等教育出版社，1990 姚乞斌、朱志昂编，《物理化学教程》，湖南教育出版社，1984 [美]Walter J.Moore著，江逢霖等译，《基础物理化学》，复旦大学出版社，1992。 向义和编著，《大学物理导论》（上册），清华大学出版社，1999 王正烈等编，《物理化学》（上册 第四版），高等教育出版社，2001 IRA.N.Levine：Physical Chemistry，2nd Ed，1983，中译本：诸德萤、李芝芬，
从微观角度去考察大量粒子集合运动的统计规律性，并确认体系的 宏观物理量乃系大量粒子之某一微观力学行为的统计平均值。
本课程主要介绍麦克斯韦－玻耳兹曼（Maxwall-Boltzmann）分布 原理，又以能量量子化的观点并借助数学方法导出各重要公式，通过粒 子的配分函数把粒子的微观性质与系统的宏观性质联系起来，用以阐述 宏观系统的平衡规律，同时还讨论统计热力学在某些领域体系中的具体 应用。
性质，利用这些宏观性质及其之间的联系，经过归纳与演绎， 得到一系列热力学公式或结论，用以解决物质变化过程的各类 平衡问题。
特点是不依赖系统内部粒子的微观结构和过程细节，只涉 及物质系统始终态的宏观性质。
实践证明，这种宏观的热力学方法十分严谨，至今未发现 过实践中有违背热力学理论所得结论的情况。
2.微观方法
统计热力学方法在量子力学方法与热力学方法之间构建一条通道，将 二者有机地联系在一起。
《物理化学》PPT课件
2
完整版课件ppt
3
OA 是气-液两相平衡线 即水的蒸气压曲线。它 不能任意延长，终止于临界点。临界点 T=647K, p=2.2×107Pa，这时气-液界面消失。高于临界温度， 不能用加压的方法使气体液化。
OB 是气-固两相平衡线 即冰的升华曲线，理论上可 延长至0 K附近。
OC 是液-固两相平衡线 当C点延长至压力大于
属于此类的体系有：H 2O-HN 3,H 2 O O-H等C。l在标 准压力下，H2O-HC的l 最高恒沸点温度为381.65 K， 含HCl 20.24，分析上完整常版课用件pp来t 作为标准溶液。 20
杠杆规则 Lever Rule
在p-x图的两相区，物系点O代表了体系总的 组成和温度。
通过O点作平行于横坐标 的等压线，与液相和气相线分 别交于M点和N点。MN线称 为等压连结线（tie line）。
如图所示，是对拉乌尔 定律发生正偏差的情况，虚 线为理论值，实线为实验值。 真实的蒸气压大于理论计算 值。
完整版课件ppt
15
如图所示，是 对拉乌尔定律发生 负偏差的情况，虚 线为理论值，实线 为实验值。真实的 蒸气压小于理论计 算值。
完整版课件ppt
16
2. p-x图 和 T-x图 对于二组分体系，K=2，f =4-Φ。φ至少为1，
完整版课件ppt
25
精馏
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热 区，温度最高；塔顶温 度最低。
精馏结果，塔顶 冷凝收集的是纯低沸 点组分，纯高沸点组 分则留在塔底。
精馏塔有多种类型，如图所示是泡罩式精馏
塔的示意图。
完整版课件ppt
26完整版课件ppt来自27体系自身确定。
H2O的三相点温度为 273.16 K，压力为
物理化学ppt-PowerPointPresentation
四. 标准平衡常数
标准平衡常数
K
r Gm exp RT
五. 标准摩尔反应吉布斯函数
由标准摩尔生成吉布斯计算标准摩尔吉布斯函 数
r G T B f Gm , B T B
由相关反应的标准摩尔吉布斯函数计算某反应 的标准摩尔吉布斯函数
一. 偏摩尔量和化学势
偏摩尔量 ：
X XB dnB n B T , P ,nC , nB
化学势：偏摩尔吉布斯函数
G B n B T , P ,nC , nB
二. 化学反应方向和平衡条件
摩尔反应吉布斯函数：
热力学第一定律对相变过程的应用
化学反应热效应
一. 热力学第一定律
⊿U＝Q-W
若系统发生无限小变化时，上式可写成dU=δQ-
δW
它表明系统种发生任何变化过程，系统内能变化 值等于系统吸收的热量减去它对外作的功。
二. 可逆过程与可逆体积功
1. 可逆过程 在膨胀的每一个瞬间，系统内部以及系统与环境 之间都极接近于平衡态，整个过程由一系列无限 接近于平衡的状态构成，这样的过程称为可逆过 程。 2. 可逆体积功
O点是三条线的焦点，称为三相点。在该 点，Φ=3，F=0，说明三相点的温度，压 力均不能任意改变。水的三相点与水的冰 点并不是一回事。三相点实验个的单组分 系统，而通常所说的冰点是暴露在空气中 的冰-水两相平衡系统。
第六章 电化学
电解质溶液的导电机理
摩尔电导率 离子独立运动定律 可逆电池
物理化学电子教案第三章-物理化学电子教案——第二章
i
( Qi Ti
)R
0
这几个熵变的计算式习惯上称为熵的定义式，
即熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量。
YANGTZE NORMAL UNIVERSITY
§2.5 Clausius 不等式与熵增加原理
Clausius 不等式—— 热力学第二定律的数学表达式
熵增加原理
YANGTZE NORMAL UNIVERSITY
T
图中ABCD表示任一 循环过程。
T1
EB
G
A
C
ABCD的面积表示循环 T2 L D
H
所吸的热和所做的功
EG线是高温(T1)等温线 LH是低温（ T2）等温线
0M
NS
(c)
GN和EM是绝热可逆过程的等熵线
ABCD代表任意循环 EGHL代表Carnot 循环
任意循环的热机效率不可能大于EGHL所代 表的Carnot热机的效率
YANGTZE NORMAL UNIVERSITY
物理化学电子教案——第三章
不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化
YANGTZE NORMAL UNIVERSITY
第三章 热力学第二定律
§3.1 自发变化的共同特征 §3.2 热力学第二定律 §3.3 Carnot定理 §3.4 熵的概念 §3.5 Clausius不等式与熵增加原理 §3.6 热力学基本方程与T-S图
Clausius 不等式的意义 对于隔离系统 dSiso 0
可以用来判断自发变化的方向和限度
等号表示可逆过程，系统已达到平衡；不等 号表示不可逆过程，也是自发过程。
因为系统常与环境有着相互的联系，若把与系 统密切相关的环境部分包括在一起，作为一个隔离 系统，则有：
厦门大学物理化学课件
-1st lepartment of Chemistry, Xiamen University2008陈德俊h f i002@163：xuezhongfei_002@：yzjszzh@黄志忠j h@163¾教学大纲¾电子教案¾动态交流¾相关链接¾参考书目¾¾第9周中期测试•第9周至期末学习多组分体系热力学，相平衡等内容•考核：平时作业10%（每周四提交作业）中期测试40%期末测试50%Refer1.P.W. Atkins, 《Physical Chemistry》(7or 8Edition), W.H. FreemanP.W.Atkins,Physical Chemistry th or8th Edition),W.H.Freeman and Company, 1999 or 2006 (Since 1940-)2.孙世刚等，《物理化学》，厦门大学出版社，2007（普通高等教育“十一, 2002.Hill20025.韩德刚，高执棣，高盘良，《物理化学》，高等教育出版社，2001。
6.黄启圣，吴金添，魏光，《物理化学》，厦门大学出版社，1996。
7.傅献彩, 沈文霞, 姚天扬, 《物理化学》第四版，高等教育出版社，1996（1961年第一版）。
赵凯华, 罗蔚茵, 《热学》，高等教育出版社，1999。
热学高等教育出版社11.张三慧，《热学》（第二版），清华大学出版社，1999。
除重要定义外，对公式和推导过程要求从原理•除重要定义外对公式和推导过程要求从原理，而不是强记硬背上理解记忆，而不是强记硬背特别注•注意总结和领会每一部分的主要内容，特别注意使用的方法、依据的实验事实、定律或理论，•重视习题和实验•注意思维方法和逻辑推理•注意数理基础的适时复习，特别是数学知识的gual course:first thing is to study and understand the The first thing is to study and understand the contents of physical chemistry;terms and expressionsterms and expressionsI1the most general law and theory of chemical and the most general law and theory of chemical systems. Physical chemistry investigates the physical methods and introduces different and physical methods and introduces different experimental means to investigate chemical laws.2.The fuparts:gy in the change of matters （、V 、pp T 、phase and chemical changes), and the direction and limit of energetic effects (work, heat). Thermodynamics concerns the law of energy conservation and the law of matter equilibrium.(2) Quantum mechanics （量子力学）⎯that studies moving states of micro-systems.In elementary application, y y pp ,the Schrödinger equation is set up for the system and then solved either analytically or, in many-practical systems, y y ,y p y ,numerically, with due note of the boundary conditions .3)Statistical mechanics ⎯that studies 3) Statistical mechanics （统计力学）that studies the average behavior of large assemblies of particles.Statistical mechanics is the theory in which the properties of mechanics is the theory in which the properties of macroscopic system are predicted by the statistical behavior of their constituent particles.动力学）of their constituent particles.（动力学）⎯that studies the law ofinfluence of different factors such as the concentration,l l li h l i i hlyst, solvent, light, electricity, on the chemical reaction rate and mechanism (reaction details, l i )lementary reaction).Quantum chemistry（量子化学）量子化学Structural chemistry(结构化学)chemistry(催化化学) Catalytic chemistry( Electrochemistry(电化学)otochemistry(光化学)Ph h i(Chemical kinetics (化学动力学)y(热化学) Chemistry of high energy (高能化学) Computing chemistry (计算化学) Computing chemistry(pment trend ofphysical chemistry From static to transition•From static to transition•From qualitative to quantitative From equilibrium to non-equilibrium F ilib i t ilib i3. The(1) Mis thermodynamic method. Thermodynamics concerns It is thermodynamic method.Thermodynamics concerns macroscopic system that consists of large amount of particles.peculiarity of this method consists in that the method does The peculiarity of this method consists in that the method does not care the microscopic structure of particles inside matters, deals with only the macroscopic properties before andbut deals with only the macroscopic properties before and after the change of states.4. TInitiacalculationsDelivering methodology ：General scientific methodology gy (materialism, epistemology, logic inference), and methodology of physical chemistry (thermodynamics, quantum mechanics, and i i l h i )istical mechanics).Importance of the methodology ：It would be much beneficial toC lti ti th bilit Th bili f l i h i i l (授人以鱼，不如授人以渔)ultivating the ability ：The ability of applying the principles of physical chemistry to solve practical problems.＋methodology ＝Innovation ability5. The importance and the goal ofstudying physical chemistryhemical changes;h i l h2.Training the ability of thinking and solving;.Mastering experimental skills and methods through 3M i i l kill d h d h h experiments.main contents of the semester .Thermodynamics1Th d i. Thermochemistry2Thermochemistry. The application of thermodynamics in3The application of thermodynamics in multi-component systems. Statistical thermodynamics5St ti ti l th d iChathe state equationand the state equation1.1 Thermodynamic system and surroundings体系):The object of interest that is distinguished from its surroundings by a boundary (边界), i.e. the interface that separates . (A macro assembly that contains large number of particles) them(A macro assembly that contains large number of particles)Surroundings (环境):(=Heater(热源)+Engine(做功的机器))The that separates from the system by a physical (or an imaginary) universe that separates from the system by a physical(or an imaginary) boundary, and has close relation with the system.System Surroundings1Th l i b d di i1.The relation between system and surroundings consistsmainly in the exchange of matter and energy;particles (atoms, molecules, phonons, electrons, etc.) under specified confinement, whichmeans that the system satisfies the restriction of macroconditions, thus it can be described by macro parametersV，A，l，T, etc.）；The large number means the （T,etc.The large number means thethermodynamic limit N=6.02×1023, cm3~m3；.The boundary of system may be multi-variable：it may 3The boundary of system may be multi variable it may be real, or imaginary, such as rigid wall, movable wall,diabatic wall, semi-transparent wall, etc.；di b ti ll i t t ll tS(a) An open system:can exchange matter andenergy with its surroundings.(b) A closed system:can exchange energy with itscan exchange energy with itssurroundings, but it cannotexchange matter.exchange matter(c) An isolated system:can exchange neither energy normatter with its surroundings.Open system Closed system Isolated system p y (开放体系)y (封闭体系)(隔离体系)S Mass transferringEnergy transferring SystemMass transferring between system and SurroundingsEnergy transferring (in the form of heatand work)Open yes Yes Closed No yes IsolatedNo NoCu电池电阻丝Open system Open systemO t O t电阻丝水+电池Closed systemClosed systemStationot change with time but it exists flow of matter and energy not change with time, but it exists flow of matter and energyStationary state ≠ Equilibrium stateque equilibrium state for enough long time.an particles q q g gaggregate that contains lots of particles,such as p,V ,T,U,H,S,F ,G,are named as macro characters of system (thermodynamic properties).properties ):They are not dependent of the(强度性质)y p amount of substance,and have no adding nature (e.g.p ,T ,etc.)；Extensive properties ：They depend on the amount ofp p (广度性质)y p substance,and have adding nature (e.g.,n ,V ,U,H ,etc.)有加和性无加和性1.3 Mstate and state functionstate and state functionMethods describing the states of a system:hod of statesh d fmechanics:Distributing probability, the statistical Statistical mechanics Distributing probability,the statistical description method of statesynamic description method or macro description method ofy p pstates)f Axiom of state (状态公理)For an uniform phase system at equilibrium, the number (F ) of independent macro properties equal the sum of the number ()f i bl b t th b ()f ibl k R ) of variable substances, the number (W ) of reversible work, and plus 1 (the energy exchanged in heat form)F R +W +1= R + W + 1e.g.1：system of uniformF =1+1+1=3, L =L T , , n),(,p ,)n 1,n 2,…n r L =L (T , p , n 1,n 2,…n r )e.g.2：system of uniformmulti substance (multi-substance l )H 2(g )T l ,p l ,n l T g ,p g ,n g H 2(l )|H 2(g )T s ,p s ,n sEquatbetweestate(热力学状态):The state that is Thermodynamic state Th t t th t i described by macro properties of system, it is also called macro stateState variable(状态变量):The independent macro properties that describe the states of system it is also called thermodynamic describe the states of system, it is also called thermodynamic variables (coordinates)that depends only on the current state of the system, and is property that depends only on the current state of the system,and is independent of the previous history of the system. That is, a state function is the function of a set of variables that define the currentΔU=0 ΔH=0ΔU=0 ΔH=01.4 TAnyT final T heater ConstantT===Constantinitial2. Constant temperature processes(恒温过程) ：=Constant. Isobaric processes(等压过程)：3Isobaric processesp i = p f = p ex = ConstantConstantC t t5. Iso processes：p(等容过程)V i = V f = V ex = ConstantQuasistatic processes(准静态过程) ：7.Quasistatic processes)At any moment of the process the system is in equilibrium y gystem and its surroundings9. Expansion processes1.Gas is expanded to vacuumGas is expanded to vacuum(Free expansion process)G i i气体真空2. Gas is expanded againstChemical reaction processes例：合成氨反应：：合成氨反应：N 2(g,1mol,723K,30MPa) + 3H 2(g,3mol,723K,30MPa)（）在反应器（如合成塔）中等温等压进行反应生成分压2）在反应器（如合成塔）中等温等压进行反应，生成分压为p NH3的NH 3；将生的应离来剩余的续将生成的NH 3从反应器分离出来，剩余的N 2和H 2再继续反应，这样反复进行就能完全生成NH 3；1.5 Zertemperature)(The temperature)The Zeroth Law of thermodynamics is the justification of the concept of temperature, which is used to determine whether two systems would be in thermal equilibrium if they were in conduct through a diathermic (透热) wall, and to the direction of the resulting flow of energy: determine the direction of the resulting flow of energy: energy is transferred from high temperature to low.practice, the temperature of a system has much richIn practice the temperature of a system has much rich consequences than those are immediately obvious from this . For examples: it determines the efficiency of heat definition For examples:it determines the efficiency of heat engine, the distribution of molecules over their available energy level, the thermal conductivity of a system, etc. energy level the thermal conductivity of a system etcPreparation (预习)•3）吸热又作功的体系是封闭体系；（）吸热又作功的体系是封闭体系（4）与环境又化学作用的体系是开放体系。
物理化学电子教学课件第二部分
热的本质：系统与环境间因内部粒子无序运动 强度不同而造成的能量传递。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/5/5
5 热和功
热的正负符号规定：正负号以系统为中心，
系统吸热，Q 为正，系统放热，Q 为负。
热是途径函数。
• 热不仅与始末态有关，还与过程经历的具体途径 有关
• 微量热记作δQ，一定量的热记作Q，而不是ΔQ。
可逆过程是在无限接近平衡条件下进行的过程， 即：Te=TdT，pe=p dp；所以是一种理想化的过程。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/5/5
4 过程和途径
例如：一定量某理想气体从300K、100kPa的始态A发 生单纯pVT变化达到450K、150kPa的末态Z。其途径如 图：
途径a：恒容加热 途径b：先恒压，
再恒温
途径c：先恒温，
p
c2 ·Z
c1 a
b2
A · b1
再恒压
V
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/5/5
5 热和功
热和功是系统状态发生变化过程中与环境交换 的能量的两种形式。 热和功是过程的产物。 热（heat）
系统与环境之间因温差而引起的能量传递，称 为热，用符号Q 表示。单位：J、kJ。
另 一一 种种 广广 度度 性性 强 质质 度性质 如 Vm
V n
,
m V
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2020/5/5
2 系统的状态、性质与状态函数
2.3 状态函数（state function）
系统性质的数值仅取决于系统所处的状态， 而与系统的历史无关；它的变化值仅取决于系统 的始态和终态，而与变化的途径无关。我们把由 状态单值决定的这些热力学性质称为状态函数。
- 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)。
2.1.1热力学的研究对象
•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及 其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应； •研究化学变化的方向和限度及外界条件（如温 度、压力、浓度等）对反应的方向和限度的影 响。
热力学的方法和局限性
热力学方法 •研究对象是大数量分子的集合体，研究 宏观性质，所得结论具有统计意义。
ΔT = T2 － T1， ΔU=U2-U1 3．当系统经历一系列状态变化，最后回至原来始 态时，状态函数 Z 的数值应无变化，即 Z 的微变 循环积分为零
状态函数
1
dZdZZ1Z1 0 1
(2.2)
式中∮表示（循环）积分。凡能满足上式的函数，其
微分为全微分即 dZ，一个物理量是否为状态函数，
La Lb ( n1a n1b ) L L n1
2.1.3状态函数
体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处 的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取 决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。 具有这种特性的物理量称为状态函数（state function）。
状态函数的特性可描述为：异途同归，值变 相等；周而复始，数值还原。
物理化学电子教案—第二章
第二章 热力学第一定律及其应用
2.1 热力学概论 2.2 热力学第一定律 2.3 准静态过程与可逆过程 2.4 焓 2.5 热容 2.6 热力学第一定律对理想气体的应用 2.7 节流过程 2.8 热化学
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
体系中有几相?
体系的性质
用宏观性质来描述体系的热力学状态，故这些性质 又称为热力学变量。可分为两类： 广度性质（extensive properties）
又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正 比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性，在数学 上是一次齐函数。 强度性质（intensive properties）
证明：设二组分体系由a、b两部分组成，则
n1 an1 bn1 ， n2 an2 bn2
n1a n2a ， n1b n2b
n1
n2 n1
n2
体系的性质
La
L
(T
,
P
,
n1a
,
n
a 2
)
n1a n1
L(T , P, n1, n2 )
Lb
L
(T
,
P
,
n1b
,
n
b 2
)
n1b n1
L(T , P, n1, n2 )
V=nRT/p
（2.1)
即 n 一定时，V 是 p,T 的函数，当 p,T 值确定了V
就有确定值，则该理想气体的状态也就确定了，其他
任何热力学函数的值（如 U、H、……等）也必有确
定值。
状态函数
2．当系统的状态变化时，状态函数 Z 的改变量 ΔZ 等于始终态函数的差值，即只决定于系统始态 函数值 Z1和终态函数值 Z2，而与变化的途径过程 无关。即ΔZ = Z2-Z1 如
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
第二章 热力学第一定律及其应用
2.9 赫斯定律 2.10 几种热效应 2.11 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律 2.12 绝热反应——非等温反应 * 2.13 热力学第一定律的微观说明
•只考虑变化前后的净结果，不考虑物质 的微观结构和反应机理。
•能判断变化能否发生以及进行到什么程 度，但不考虑变化所需要的时间。 局限性
不知道反应的机理、速率和微观性 质产，单纯从热力学的角度分析， 在常温常压下是完全可能的，但实际上却不然；再如 二氧化硅的多晶转变问题，热力学预言从α-石英到 α-方石英的转变必须经历α-鳞石英，但实际上，由 于从α-石英到α-鳞石英的转变速度极慢而使该步骤 难以出现；类似的例子还有金刚石到石墨的转变，由 于其转变速度慢到难以检测，因此我们不必担心金刚 石在一夜之间变成石墨。
状态函数在数学上具有全微分的性质。
状态函数
1．对于定量，组成不变的均相系统，体系的任意宏
观性质是另外两个独立宏观性质的函数。可以表示为
z=f(x,y)
即两个宏观性质 x,y 值确定了，系统的状态就确定
了，则其任一宏观性质（状态函数）Z 均有确定的值。 如一定量的纯理想气体 V =f(T,p)，其具体的关系为
它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关 ，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐 函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩 尔热容。
热力学所研究的宏观性质中,有些是可测量的,如温度 、压力等，而另一些是不可测量的，如内能、焓等。
n
体系的性质
练习：请应用齐次函数的性质证明广度量具有 加和性？
2.1.2体系与环境
体系（System） 简单而言，体系即研究之对象 。也就是为了研究问题的方便 ，我们常常用一个真实或想象 的界面把一部分物质或空间与 其余分开，这种被划定的研究 对象称为体系，亦称为物系或 系环统境。（surroundings）
与体系密切相关、影响所 及的那部分物质或空间称为环 境。
体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类
（以体系与环境之间能否交换能量或物质为依据）
（1）敞开体系（open system） 体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
体系分类
（2）封闭体系（closed system） 体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。
体系分类
（3）孤立体系（isolated system） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故
又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑。
体系的分类
• 若以体系中存在的物质种类或均匀的物质部分数为分 类依据，热力学体系还有： 单组分或多组分体系 单相或复相体系 体系中只含一个均匀的物质部分称 为单相体系，含有二个以上均匀物质部分的体系称复 相体系。
思考：1.何谓均匀的物质部分？空气是单相或复相体系？ 2.以上二类体系可组合成几种体系？ 3.在水面上漂浮着大小不同的若干冰块,