物理化学第四版印永嘉第一章(谷风讲课)
物理化学简明教程(印永嘉)-绪论ppt课件
逻辑推理的前提就是基本原理、基本概念和基本假设。
例如热力学中热力学能和熵作为一状态函数存在是由热力 学第一定律和第二定律这种基本原理推理而得的,然后导 出第一定律和第二定律的数学表达式,由此出发而得到一 系列很有用处的结论。这种方法在物理化学中比比皆是, 而且在推理过程中很讲究思维的严密性,所得到的结论都 有一定的适用条件,这些适用条件是在推理的过程中自然 形成的。这种逻辑思维方法如果能在学习物理化学过程中 仔细领会并学到手,养成一种习惯,则将受用无穷。
事实证明,理论和实验的关系已越来越密切,任何缺 乏理论观点指导的实验研究必然是盲目的研究,而更多的 是许多新的实验现象期待着新的理论来解释,因此,那种 认为物理化学是理论性学科,因而轻视实验研究的任何倾 向都是非常有害的。
绪论
8
§0.3 学习物理化学的方法
如何学好物理化学这门课程,除了一般学习中行之有 效的方法如要进行预习,抓住重点和善于及时总结……等 以外,针对物理化学课程的特点,提出以下几点供参考。
绪论
3
物理化学所担负的主要任务:
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。
一般说来物理化学习题大致有以下几方面的内容, 一是巩固所学的内容和方法的;二是有些正文中所没有 介绍,但运用所学的内容可以推理出来而进一步得到某 些结论的;三是从前人的研究论文和生产实际中抽提出 来的一些问题,如何用所学的知识去解决它。
物理化学1 PPT课件
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第一章 热力学第一定律
(一)热力学概论
一、化学热力学简介 研究化学过程中能量相互转换所遵循规律的科学, 广义上说,研究热和其他形式的能量相互转换的关系。
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§2 物理化学的研究方法
1.热力学方法(宏观方法) 以由大量质点(约1023个粒子)组成的宏观体系作 为研究对象,以热力学第一、第二定律为基础, 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。因此 经典热力学方法只适用于平衡体系。
2. 动力学方法 (宏观+微观的方法) 宏观上,通过检测反应进程中物质的量随时间的 变化规律研究反应的动力学规律;微观上,采用 交叉分子束、光谱学等实验手段从分子层次上探 讨反应机理。
4
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热机工作原理
卡诺循环和卡诺定理 --热力学第二定律
5
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渗透原理
第三章 化学势 溶液依数性
6
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金属防腐和电池
Zn
第七章 电化学 第九章 动力学
7
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人工降雨和锄地保墒
SOS
第八章 表面现象
8
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成绩分布: (1) 课后作业---10%
(2) 期中考试---20%
(3) 期末考试---70% 作业: 每人准备两个作业本,每次作业在下次上课之前交 本次作业:P12: 2/3/4/6 P16-18: 7/8/12/13/14
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课程意义& 课程介绍
为什么要开设这门课?
物理化学和我们的日常生活密切相关,在生物、 医学、环境、工业、农业等诸多领域均具有重要 的应用价值!!! 化学教学的四大基础课之一 研究化学变化规律的科学 理论性强,应用范围广泛
《物理化学第4版》第一章-8 节流过程ppt课件
W2= - p2(V2) 在压缩和膨胀时体系净功的变化应该是
两个功的代数和。 W=p1V1- p2 V2
W=W1+W2=p1V1-p2V2
即 U2 U1 p1V1 p2V2
移项 U2 p2V2 U1 p1V1
H2=H1
节流过程是等焓过程。 T变而H不变:实际气体的H 不只是T 的函数。
实际气体的焓不仅是温度的函数,还是 压力p的函数,即 H= f(T,p)。
实际气体分子间有相互作用力,使得分子间 的势能对热力学能有贡献,即U=f(T,V)。
等温过程,实际气体的dU、dH不等于零。
3.焦-汤系数
JT
def
dT dp
H
JT 称为焦-汤系数(Joule-
Thomson coefficient),它表示经节流
过程后,气体温度随压力的变化率。
因为节流过程的dp<0 , 所以:
若 J-T<0,则节流后 温度升高?降低?不变? J-T>0, 节流后 温度升高?降低?不变? J-T=0, 节流后 温度升高?降低?不变?
用于制冷设备的实际气体,其J-T>0,例如氨气。
低压低温气体
p ,则T
节流过程(管内有
填充物)
冰
箱
从
外
冰
侧
箱
向
内
环
吸
境
热
放
热
高压高温气体
电冰箱工作原理示意图
T1
Q T2
由环境付出电功
§1-8 实际气体的焓和热力学能
实际气体的热力学能 U=f (T, V)
实际气体的焓
H=f (T, p)
物理化学简明教程第四版第一章
第一类永动机是不可能制成的。
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2020/2/2
(4)热力学第一定律
例题1:设一电阻丝浸入水中,接上电源通电一段时间。 若选择不同系统,问:U,Q 和 W 为正负还是零?
绝热
水
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2020/2/2
(4)热力学第一定律
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2020/2/2
(5)功和热
功的种类
机械功 W fdl 电功 W EdQ 体积功 W pdV 表面功 W s dA
f、E、p、s为强度性质 l、Q、V、A为容量性质
强调:Q和W都不是状态函数,与变化途径有关
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2020/2/2
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2020/2/2
2.4 体积功
(1)体积功
设在定温下,一定量理想气体在活塞筒中克服外压p外, 经4 种不同途径,体积从 V1 膨胀到 V2 所作的功。
•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,只 讲可能性,不讲现实性。
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2020/2/2
2.2 几个基本概念
(1)系统和环境
系统:把一部分物体从其它部分划分出来作为研究的对 象,这一部分物体即称为系统。 环境:系统以外并且与系统有相互作用的部分称为环境。
强度性质: 与系统的数量无关,不具有加和性,如 温度、压力等。
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2020/2/2
(2)状态和状态函数
•状态函数的特性:只取决于系统的起始和最终状态。 •状态函数在数学上具有全微分的性质: 系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程。
物理化学-印永嘉 第一章 热力学第一定律
功与途经有关的例子
• 1.气体向真空膨胀, W=0
• 2.气体在恒定外压的情况下膨胀
W p外dV p外 (V2 V1 )
V1
V2
pV work (
点击园柱播放
)
3 可逆膨胀
W p外dV ( p dp)dV pdV
V1 V1 V1 V2 V2 V2
使用热容公式注意事项
• 1.查阅到的数据通常指定压摩尔热容, 在计算具体问题时,应乘上物质的量; • 2.所查数值只能在指定的温度范围内 应用,超出温度范围不能应用; • 3.从不同手册上查到的经验公式或常 数值可能不尽相同,但在多数情况下其 计算结果相差不大;在高温下不同公式 之间的误差可能较大。
第一章
热力学第一定律
§1.1 热力学的研究对象
• • (1) 研究过程的能量效应; • (2) 判断某一热力学过程在一定条件下 是否可能进行。
§1.2 几个基本概念
• (1)系统和环境
系统可分为三种
敞开系统,有能量 和物质交换; 密闭系统,有能量 交换,无物质的交换; 隔绝系统,既无能 量,又无物质交换。
例题2
• 试计算常压下,1mol CO2温度从25℃升 到200℃时所需吸收的热。 • 解: Q H T C dT
p
2
T1
p
• 查表得:C • 代入积分得:
p ,m
5 T 8.54 10 3 -1 -1 44.14 9.04 10 J K mol K (T / K) 2
(4) 热力学平衡
• 如果系统与环境之间没有任何物质和能量 交换,系统中各个状态性质又均不随时间 而变化,则称系统处于热力学平衡态。包 括四个平衡: • 1.热平衡。系统各个部分之间没有温度 差; • 2.机械平衡, 压力相同; • 3.化学平衡; • 4.相平衡。
第一章 热力学第一定律(物理化学-印永嘉)
2. 功和热的概念 (1)热的定义 由于系统和环境之间的温度差而造成的能量传递称为热,用Q表 示,单位为焦(J)。规定: 吸热为正;放热为负。 (2)功的定义:除了热以外,在系统和环境之间其它形式的 能量传递称为功,用W表示,单位为焦(J)。
规定
环境对系统作功 为正;对外做功为负。
(3)功和热的特点 不是状态函数,与途径有关。 物理化学中常用的功有:体积功、电功、表面功等。
nCV ,m dT pdV
CV ,m d ln T R d ln V
T1 V1
T2
V2
T2 V2 CV ,m ln R ln T1 V1 p2 V1 CV ,m ln C p ,m ln p1 V2
T2 p2V2 T1 p1V1
C p ,m CV ,m R
*
(3)可逆相变的体积功
W p外dV (p dp)dV pdV pV
W pV ( g )
nRT W p nRT p
§1.5 定容及定压下的热
系统与环境之间交换的热不是状态性质。但是在某些特定 的条件下,某一特定过程的热却可变成一个定值,此定值 仅仅取决于系统的始态和终态。 如果系统在某一过程中,只做体积功而不做其它功,则有:
1. 内能的概念
内能:它是指体系内部能量的总和, 包括分子运动的平动能、分子内的 转动能、振动能、电子能、核能以 及各种粒子之间的相互作用位能等。
内能是状态函数,用符号U表示,它 的绝对值无法测定,只能求出它的 变化值。
U U B U A
U U dU dT dV T V V T
(2)状态和状态性质
状态是系统的物理性质和化学性质的综合表现。系统状态 的性质称为状态性质,或状态函数。当系统所有的状态性 质都不随时间变化时,则称系统处于“定态”。 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。 强度性质 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。往往两个容量性质之比成为系 统的强度性质。
第一章 热力学第一定律(物理化学-印永嘉)解析
焦耳(Joule)和迈耶(Mayer)自1840年起,历经20多年,用 各种实验求证热和功的转换关系,得到的结果是一致的。
即: 1 cal = 4.1840 J
这就是著名的热功当量,为能量守恒原理提供了科学的实 验证明。
对于热力学系统而言,能量守恒原理就是热力学第一定律
到1850年,科学界公认能量守恒定律是自然界的 普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为:
力学平衡 又称机械平衡,体系各部的压力都相等,边界不再移动。 如有刚壁存在,虽双方压力不等,但也能保持力学平衡。 相平衡 在系统中多个相(包括g,l,s)的数量和组成不随温度 而变。上述平衡条件中任何一个的不能满足,则系统处于 非平衡态。
化学平衡 反应体系中各物的组成不再随时间而改变。
(二)热力学第一定律 §1.3 能量守恒——热力学第一定律
(2)状态和状态性质
状态是系统的物理性质和化学性质的综合表现。系统状态 的性质称为状态性质,或状态函数。当系统所有的状态性 质都不随时间变化时,则称系统处于“定态”。
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。
强度性质 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。往往两个容量性质之比成为系 统的强度性质。
(a)气体向真空膨胀
因为外压p外=0,所有在膨胀过程中系统没有 对环境做功,即
W=0
(b)气体在恒定外压的情况下膨胀
W
V2 V1
p外dV p外(V2
V1 )
(c)在整个膨胀过程中,始终保持外压比气体压力p只差 无限小的数值。
W
V2 V1
p外dV
V2 (p-dp)dV
物理化学简明教程(印永嘉)-热力学第一定律169911394
第一章 热力学第一定律
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21
1.热力学能(内能)的概念
(1)热力学能:除整体动能、整体势能以外的系统中一切形式的 能量(如分子的平动能、转动能、振动能、电子运动能及原 子核内的能等等)。
(2)热力学能是系统的状态函数。(证明见下页)
(3)热力学能是容量性质。 (4)热力学能的绝对值现在无法测量,但对热力学来说,重要的
W3 = – ∫nRT dV/V
= nRT ln(V1/V2)
第一章 热力学第一定律
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30
比较三者大小(绝对值): 膨胀过程:以可逆膨胀做功最大; 压缩过程:以可逆膨胀做功最小;
但是,可逆过程的膨胀功和压缩功相等。
第一章 热力学第一定律
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31
2. 可逆过程
系统恢复原状的同时,环境也恢复原状,没有 留下任何永久性的变化,这样的过程叫做可逆过 程。
Zn
定温定压下在烧 杯中进行
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
定温定压下在原电 池中进行
第一章 热力学第一定律
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16
4. 热力学平衡系统
系统与环境间 无物质、能量的交换,系统各状态性质均不 随时间而变化时,称系统处于热力学平衡
热力学平衡系统必须同时处于下列四个平衡: 热平衡;机械平衡; 化学平衡;相平衡
则环境也恢复原状,所以为可逆过程。
第一章 热力学第一定律
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33
可逆过程的特点:
1.系统始终无限接近于平衡——准静态过程; 2.可逆过程无限缓慢; 3. p外=p±dp 推动力和阻力只差一个无限小; 4.可逆过程系统所做的功最大,环境对系统所做的功最小。
《物理化学第4版》第一章-4 热一律和热力学能ppt课件
微观上理解:
系
系统内所有粒子的动能之和
统 内
热力学能
系统内所有粒子间势能之和
部
的
所有粒子内部的能量之和
能
量
化学能,电子的能量,核能, 放射能,其它未知的能量
2
二、热力学第一定律
热力学第一定律就是能量守恒与转化定律
封闭系统: U = Q + W
或 dU=δQ+δW
§1-4 热力学第一定律和热力学能
能量守恒定律的三位奠基人
英国物理学家 J. P. Joule (1818-1889)
德国物理学家 J. R. Mayer (1814-1878)
德国物理学家 H. Helmholtz (1821-18
一、热力学能 U
4
②能量既不能创生也不能消灭,只能从 一种形式转化为另一种形式。
③另一种说法:第一类永动机是不可能 造成的。
一种既不靠外界提供能量,本身也不消耗能量,却 可以不断对外作功的机器,称为第一类永动机。
5
封闭系统 U = Q + W
或
dU=δQ+δW
➢以此式为基础,表述热力学第一定律
a、适用条件:封闭系统; b、为经验式,非理论推导所得。其正确性表现为从热 力学第一定律所导出的结论尚无一例与事实有矛盾;
c、热力学规定 系统吸热,Q>0,系统放热,Q<0; 环境作功,W>0,系统作功,W<0。
6
d、意义:封闭系统在任何热力学过程中,系统热 力学能的增加等于系统吸收的热与环境作的功之 和。
e、 dU=δQ+δW 是热力学第一定律的微分形式,
其意义为:封闭系统在微小的热力学变化中,系统热 力学能的微量增加等于系统吸收的微量热与环境作的 微量功之和。
物理化学第四版课件
物理化学第四版课件物理化学第四版课件:探索化学反应的深度与广度一、引言物理化学,作为化学科学的一个重要分支,致力于揭示化学反应的内在机制以及微观粒子的行为。
随着科学技术的不断进步,物理化学在理论和实践上都有了显著的发展。
今天,我们将一起探索物理化学第四版课件,深入了解物理化学的最新研究成果和前沿动态。
二、课件内容物理化学第四版课件涵盖了广泛的议题,包括热力学、动力学、电化学、表面与胶体化学、量子力学以及光谱学等。
这些内容不仅与日常生活息息相关,而且在许多工业和生物医学应用中发挥着关键作用。
1、热力学:热力学研究的是系统能量的转化与传递,以及与之相关的系统和过程。
在第四版课件中,我们将学习到关于热力学第一定律、第二定律以及熵等核心概念的新知识。
此外,还将探讨气体的性质、相平衡和化学平衡等实际应用。
2、动力学:动力学研究的是化学反应速率以及反应机制。
在第四版课件中,我们将学习到如何利用速率方程、活化能等工具来描述和预测化学反应的速率。
此外,还将探讨催化、光化学和电化学反应的最新研究成果。
3、电化学:电化学研究的是在电场作用下的化学反应。
在第四版课件中,我们将学习到关于电池和电解槽的基本知识,以及电化学在能源转换和环境治理方面的应用。
4、表面与胶体化学:表面与胶体化学研究的是固体表面和液体中的胶体粒子的性质。
在第四版课件中,我们将学习到关于表面张力和界面现象的基本概念,以及在工业制造、材料科学和生物医学领域中的应用。
5、量子力学:量子力学研究的是微观粒子的运动和相互作用。
在第四版课件中,我们将学习到关于量子化学和超快光谱学的基本知识,以及在材料科学、能源技术和生物医学中的应用。
6、光谱学:光谱学研究的是物质对光子的吸收和发射。
在第四版课件中,我们将学习到关于红外光谱、拉曼光谱和核磁共振等分析技术的基本原理,以及在化学分析、生物医学和环境科学中的应用。
三、总结物理化学第四版课件为我们揭示了化学反应的深度与广度,让我们更加了解微观世界中的奇妙现象。
物理化学第四版印永嘉答案
物理化学第四版印永嘉答案【篇一:2、《物理化学》教学大纲(化学专业)】xt>一、课程基本信息(一)课程中文名称:物理化学(二)课程英文名称:physical chemistry (三)课程代码:15030100 15030101 (四)课程属性及模块:专业必修课(五)授课学院:理学院(六)开课学院:理学院(七)教材及参考书目教材:《物理化学》(第五版)上册,傅献彩,沈文霞等编,高等教育出版社,2005年《物理化学》(第五版)下册,傅献彩,沈文霞等编,高等教育出版社,2006年参考书:《物理化学核心教程》(第二版),沈文霞编,科学出版社,2009年《物理化学》,万洪文,詹正坤主编,高等教育出版社,2009年《物理化学简明教程》(第四版),印永嘉等编,高等教育出版社,2009年《物理化学学习指导》,孙德坤沈文霞等编,高等教育出版社,2009年《物理化学核心教程学习指导》,沈文霞等编,科学出版社,2009年《化学热力学基础》,李大珍编,北京师范大学出版社,1982年《物理化学》,朱文涛编,清华大学出版社,1995年《物理化学教程》(修订版),姚允斌,朱志昂编,湖南科技出版社,1995年(八)课程定位及课程简介《物理化学》是化学及相关学科的理论基础。
是化学、化工、冶金、材料等专业本科生必修的专业主干基础课之一。
它是从化学现象与物理现象的联系入手,借助数学、物理学等基础科学的理论及其提供的实验手段,来探求化学变化中最具普遍性的基本规律的一门学科。
它是先行课程无机化学、分析化学、有机化学普适规律的理论归纳和定量探讨,是后续专业知识深造和科研工作的理论基础,也是连接化学与其它学科的桥梁。
(九)课程设计基本理念依据“以学生为中心”的教育教学理念,本课程的教学目的主要是:(1)使学生在已学过的一些先行课程(无机化学、有机化学、分析化学、高等数学、普通物理学)的基础上,对化学运动作理论和定量探讨。
(2)使学生能系统地掌握物理化学的基本知识和基本原理,加深对自然现象本质的认识;(3)使学生学会物理化学的科学思维方法,培养学生提出问题、研究问题的能力,培养他们获取知识并用来解决实际问题的能力。
物理化学简明教程印永嘉化学动力学PPT课件
nB V
pB RT
18
第18页/共128页
以分压代替浓度 cB =pB /RT
r dc酯 1 dp酯 1 dp总
dt RT dt
RT dt
p酯=2p0 – p总
r 1 dc光 1 dp光 1 dp总 2 dt 2RT dt RT dt
p光气=2[p总– p0]
但对同样类型的反应如:C2H6(g) C2H4(g)+ H2(g) 由于副反应使产物中有一定量的甲烷存在,因此就不能 用系统总压力的增加来求算上述反应中各组分的分压, 亦即不能用压力这一物理性质来测量反应速率。
19
第19页/共128页
3. 反应速率的经验表达式:
微分式 :
r
f
(cB )
1
B
dcB dt
积分式:cB =f(t)
一般说来,只知道化学反应的计量方程式是不能预言其速
率公式的。反应速率公式的形式通常只能通过实验方可确
定。例如,H2与三种不同卤素的气相反应,其化学计量方 程式是类似的
H2 + I2
应当强调指出,反应分子数是针对基元反应而言的,表 示反应微观过程的特征。简单反应和复合反应是针对宏 观总反应而言的。这些概念不可混为一谈。
10
第10页/共128页
§9.2 反应速率和速率方程
1.反应速率的表示法 2.反应速率的实验测定 3.反应速率的经验表达式 4.反应级数 5.质量作用定律 6.速率常数
24
第24页/共128页
由质量作用定律可知,简单反应的反应级数与其相应 的基元反应的反应分子数是相同的。但值得注意的是, 反应级数与反应分子数毕竟是两个不同的概念。前者对 总反应而言,后者对基元反应而言。对于复合反应,说 其反应分子数是没有意义的。例如复合反应中有零级、 分数级或负数级反应,但反应分子数是不可能有零分子、 分数分子或负数分子反应的。
物理化学简明教程印永嘉电化学习题课ppt课件
例4、已知NaCl, KNO3, NaNO3在稀溶液中的m依次为 1.2610-2,1.4510-2,1.2110-2 Sm2mol-1。已知KCl溶
液中t+=t-,设在此浓度范围内, m不随浓度变化。 (1)试计算以上各离子的m (2)假定0.1mol dm-3HCl溶液电阻是0.01mol dm-3 NaCl
3.下列电解质溶液中(0.01mol·kg-1), 最大的是(A)
(A)NaCl (B)CaCl2 (C) LaCl3 (D) CuSO4
4.对于同一电解质水溶液,当其浓度逐渐增加时, 何种性质将随之增加( A)
(A)稀溶液范围内的 (B) m (C) (D) Kcell
5.某一电解质M+A-,则其a与a之间关系是( D) (A) a=a (B) a=a2 (C) a=a (D) a= a1/
(Fe2 / Fe) O (Fe2 / Fe) RT ln[Fe2 ] 0.470V
2F
(Cd 2 / Cd ) O (Cd 2 / Cd ) RT ln[Cd 2 ] 0.491V
2F 电极电势越低, 越易被氧化!
17. 电解水溶液时,在铜阳极上会发生( D ) (A)析出O2 (B)析出Cl2 (C)析出铜 (D)Cu极溶解.
8. 将Ag(s)Ag-Au(合金aAg=0.120)设计成电池: ____A_g_(s_)_|_A_g_+_|_A__g_-A_u_(_s_)______则该电池在25 ℃时的 电动势E=____-_0_.0_5_9_1__lg_a__=_0_._054V
6.解:I=(4×12+1×42)/2=10 mol ·kg-1
物理化学简明教程第四版第一章
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(1)气相反应
p p i 令:K p pi p p
K Kp p
g G a A
h H b B
0, 则K p有量纲。
f H
m
m
H 2O 0 0 285.83 kJ mol
m
1
r S i S (产物)- i S (反应物)
m
1 S H 2O S H 2 Sm O 2 2 163.16 J K 1 mol1
物理化学简明教程—第四章
化学平衡
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4.1 化学反应的方向和限度
(1)化学反应的限度 (2)反应系统的Gibbs自由能 (3)化学反应的平衡常数和等温方程
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(1)化学反应的限度
单向反应:逆向反应的程度非常小。
2H2+O2 2H2O
上一内容
p RT ln p
' G ' A
p
g
p
a
p p
Qp
' H ' B
p p
h
b
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(3)化学反应的平衡常数和等温方程
r Gm r Gm RT ln Qp
范霍夫等温方程
r Gm RT ln K RT ln Qp
1. 利用标准生成Gibbs自由能求算反应的 r Gm ; 2. 测定反应的标准平衡常数来计算 r Gm ; 3. 利用已知反应的 r Gm 计算难求反应的 r Gm ;
物理化学简明教程第四版(印永嘉)
体积功的计算
• 基本公式:
•
W=-p外dV
• 注意: 体积功是系统反抗外压所作的功;•源自或者是环境施加于系统所作的功。
• W的数值不仅仅与系统的始末态有关,还与具体经历的途径 有关。
• 强度性质: 数值取决于系统自身的特点,与系统的数量无关, 不具有加和性,如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。
• 一般而言, 两个广度量的比值是一强度量,如
密 度: = m/V
摩尔体积:Vm = V/n • 指定了物质的量的容量性质即成为强度性质,如摩尔热容。
-
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p,压力或者压强, N/m2(帕斯卡), Pa; 1pø=0.1MPa,热力学标准压力;常压101325 Pa T,温度,K , T/K= t/℃+273.15; V,体积,m3;
-
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平衡态?稳态?
一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?
T2
T1
-
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过程和途径
• 热力学系统发生的任何状态变化称为过程。 • 完成某一过程的具体步骤称为途径。
如: pVT变化过程、相变化过程、化学变化过程
个量符合上述三个特征之一,可以判定有某一状态函数的存在。
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热力学平衡态
• 系统与环境间必须同时达到以下四个条件时, 才可认为系统达 热力学平衡, 此时系统的状态称为热力学平衡态.
• 1.热平衡: 系统处处温度(T) 相等; • 2.力学平衡: 系统处处压力(p) 相等; • 3.相平衡:多相共存时,各相的组成和数量不随时间而改变; • 4.化学平衡: 系统内各化学反应达平衡.
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1. 系统与环境
系统(system):热力学研究的对象
环境
环境(surrounding):系统以外且
系统
与系统有相互作用的部分。
系统与环境 的相互作用
物质交换 能量交换
传热 作功
系统与环境
体积功 非体积功
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系统的分类
根据系统与环境之间的关系,把系统分为三类: (1)敞开系统(open system) 系统与环境之间既有物质交换,又有能量交换
环境
有物质交换 敞开系统
有能量交换
经典热力学不研究敞开系统
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系统的分类
(2)封闭系统(closed system) 系统与环境之间无物质交换,但有能量交换
环境
无物质交换 封闭系统
有能量交换
经典热力学主要研究封闭系统
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系统的分类
(3)隔绝系统(isolated system)
系统与环境之间既无物质交换,又无能量交换, 故又称为孤立系统。
第一章 热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
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(一) 热力学概论
§1.1 热力学的研究对象
热力学 研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学
热力学 四个基 本定律
第零定律:热平衡定律 第一定律:能量守恒转换定律。计算变 化过程中的能量变化
第二定律:判断变化的方向性和限度
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3.过程与路径
过程 (process)
在一定的环境条件下,系统发生了一个从始态到终态 的变化,称为系统发生了一个热力学过程。 如气体的压缩与膨胀、液体的蒸发与凝固以及化学反 应等等都是热力学过程,因为它们都使体系的状态发 生了变化。
途径 (path)
从始态到终态的具体步骤称为途径。
体系由同一始态变到同一终态可以经由不同的方式。
• 强度性质(intensive properties)
数值取决于系统自身的特点,与系统的数量无关,如温 度T、压力p、密度ρ等。 特点:不具有加和性。数学上是零次齐函数。
• 广度性质与强 度性质的关系:
强度性质
广度性质 物质的量
广度性质(1) 广度性质(2)
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状态函数特点:
1. 在外界条件一定时,状态一定,状态函数就有一定值, 而且是唯一值。
2. 条件变化时,状态也将变化,但状态函数的变化值只 取决于始态和终态,而与状态变化的具体途径无关。
(异途同归,值变相等,周而复始,其值不变)
3态函数在数学上具有全微分的性质
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状态方程(equation of state)
系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程
途径a (1步骤); 途径b (2步骤); 途径c (2步骤)
p
C
c2 Z
c1
a
b2
A
b1
B
0
V
b2, c1 为恒温线
图2.1.1 气体单纯 pVT 变化过程的不同途径
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例2 水升温蒸发过程
水 80℃饱和p*=47.360 kPa T↑蒸发→H2O(g) 100℃ p*=101.325
kPa
主要 基础
第三定律:解决物质的规定熵问题(化学平衡计算)
化学热力学是热力学基本原理在化学过程及与化学有关
的物理过程中的应用
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热力学方法的特点
热力学方法是一种演绎的方法,结合经验所得 的基本定律进行严格的数理逻辑推理,指明宏观 对象的性质、变化方向和限度。
1. 研究足够大量质点的系统(宏观体系)的平均行为 (宏观性质),而不管其微观性质 。
体系的这些宏观性质与体系的状态之间存在对应的函数关系。
状态函数:系统状态的宏观性质,又称为状态函数。
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状态函数分类——按宏观性质的数值是否与物质的数量有关
• 容量性质(extensive properties)又称为广度性质
数值与系统的数量成正比,体积V、物质的量n、质量m及 后面将介绍的热力学能U、焓H、熵S、自由能G等。 特点:有加和性,与总量有关。在数学上是一次齐函数。
环境 无物质交换
隔离系统(1)
无能量交换
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2. 状态与状态性质
系统的性质:决定系统状态的物理量(如p,V,T )
系统的状态:热力学用系统所有的性质来描述它所处 的状态,当系统所有性质都有确定值时,则系统处于 一定的状态。
若体系的宏观性质变了,状态也就随之而变. 变化前的状态称为始态或初态(initial state) 变化后的状态称为终态或末态(final state)。
对于一定量的单组分均匀系统,状态函数 p, V, T 之间有一定量的联系。经验证明,只有两个是
独立的,它们的函数关系可表示为:
T f ( p,V ) p f (T ,V ) V f (T , p)
例如,理想气体的状态方程可表示为:
pV nRT
对于多组分系统,系统的状态还与组成有关,如:
T f ( p, V , n1, n2, )
2. 热力学方法是一种宏观的研究方法。
3. 不涉及时间因素(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)
4. 只考虑平衡问题,考虑变化前后的净结果,但不考虑
物质的微观结构和反应机理。
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§1.2 几个基本概念
系统与环境 状态与状态性质 过程与途径 热力学平衡
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步骤a1
H2O(l) 80℃ 47.360 kPa 始态
步骤b1
H2O(l) 80℃ 101.325 kPa
步骤a2
途径 a
H2O(l) 100℃ 101.325
kPa
H2O(g) 80℃
步骤b2
47.360 kPa
H2O(g) 100℃ 47.360 kPa
步骤a3
H2O(g) 100℃ 101.325 终kP态a 步骤b3
途径 b
图2. 1.2 水升温蒸发过程的不同途径
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根据过程进行的特定条件 ,有:
1) 定温过程:系统在温度恒定的条件下进行状态变化。
变化过程中T(系) = T(环) = 定值(dT=0) (T(始) = T(终),为等温过程)(ΔT=0)
也可以说是体系由始态到终态所经历的过程总和。
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实现同一始态、同一终态的过程可有不同的途径,且一 个途径可由一个或几个步骤所组成,中间可能经过多个 实际的或假想的中间态。
例1 一定量理想气体
T↑, p↑过程。
始态A (300 K, 100 kPa) → 末态Z (450 K, 150 kPa)