2021年西北大学考研物理化学课堂笔记

2021年西北大学物理化学考研笔记

第一章:化学热力学

一．绪论。

1.物理化学

从化学现象与物理现象之间的联系着手，用物理学的理论和实验方法来研究化学变化，相变化及其P，V，T，物理变化本质。了解物质的性质与其结构之间的关系规律的科学。（简而言之就是用物理方法研究化学问题）

其它定义：研究物质系统发生 pVT 变化、相变化和化学变化过程的基本原理，主要是平衡规律和速率规律以及与这些变化规律有密切联系的物质结构及性质（宏观性质、微观性质、界面性质和分散性质等）。

2.物理化学的基本组成

①化学热力学：任一过程的方向和限度。（研究化学反应的方向与限度。例如：合成氨、人

造金刚石、人造饼干等等。）

②化学动力学：任一过程的速度和机理（一个过程具体的每个步骤）。（研究化学速率与反

应机理，例H2与O2混合。鞭炮。4.电化学、表面化学、胶体化学。）

③结构化学：（研究物质结构与性质之间内在联系。）

3.研究方法

①热动力学方法：以大量指点所构成的宏观系统为研究对象，直接从宏观实验和观察为基

础，处理问题只关注起始和终止，不考虑宏观物体个别分子的行为

不研究宏观系统个别粒子的结构及其变化的具体细节。

②统计力学方法：从宏观到微观的方法研究对象：大量粒子组成的宏观系统出发点：系

统中微观粒子的性质（如质量、振动频率、转动惯量等）

③量子力学方法：以量子力学为基础，以原子和分子为研究对象，揭示物质性质及其

内在关系。

1-1基本性质（Basic Concept）

1.系统和环境（System and Surrounding）

①System: The materials of interest is defined as system.（研究的物质被定义为系统）Surrounding: The everything else is defined as surrounding.(其余的东西被定义为环境)

②系统的分类（Classification of system）

根据系统和环境，物质和能量交换方式，系统可分为敞开系统（Open），封闭系统（Closed），隔离系统（isolated）。

其中，敞开系统有物质和能量的交换，封闭系统只有能量的交换，而隔离系统既没有物质交换，又没有能量交换。

例子：判断下列情况下属于什么体系？

一杯水放在一下绝热箱中。

(1)把水作为体系。(敞开体系)

(2)把水与水蒸气作为体系(封闭体系)

(3)把绝热箱中的水、水气、空气作为一个体系。(孤立体系)

2.系统的性质（property）,状态（state）,状态函数（state function）:

系统性质：系统所包含的一切物理性质，化学性质（如P，V，T，U）。

系统状态：系统性质的综合表现。

状态函数：系统的宏观性质。

状态函数的特点：a.单值函数。（状态能确定状态函数，反之不然。各个状态函数之间有联

系，如：PV=nRT，也就是说，由几个状态函数可以确定其他未知状

态函数值。

b.状态函数只决定始末态，与过程无关。

系统性质：a.强度性质（Intensive）:与系统物质量无关，无加和性。

这类性质与体系中物质的数量成正比，例如：质量、体积、热容量等，体系的

质量等于组成该体系的各部分质量之和，体系的体积等于各部分体积之和。

b.广度性质（Extensive properties）:与系统物质量有关，有加和性。

体系的这类性质是由体系的本性决定的，不具有加和性。例如：温度、压力、

粘度等。在一定条件下，体系中各物质的量增、减，强度性质不发生改变。

当然，体系的广度性质不是永不改变的，有时可以改变，某些广度性除以其质

量(或物质的量)会变为强度性质。例如：体积除以物质的量：Vm＝V/n，得到

摩尔体积，变成强度性质了

3.内能（U），热和功（Internal energy, Heat, Work）

内能：也叫热力学能，是系统内部储存的总能量，包括分子，原子，电子运动的动能，以及相互作用的势能总和。

热：由于系统与环境之间温度差的存在，而引起的能量传递形式。

热的符号定义：a.环境从系统吸热Q<0 放热U+

b.系统从环境吸热Q>0 吸热U—

（是过程量，不是状态函数，在state1到state2的过程中释放Q）

功：由于系统与环境之间压力差或其他力存在引起的能量传递方式。

功包括：①膨胀功

②非膨胀功：a.电功

b.表面功

功的符号定义：系统得功“+”内能+

系统失功“-”内能—

1-2热力学第一定律（The first law of Thermodynamics）

1.经典表述

The first kind of motive machine can not made.

第一类永动机不能被制造。（第一类永动机：不需要消耗任何能量而永久做功的机器）Internal energy keeps constant in isolate.

在孤立的体系中内能保持不变。

第一定律也称热能守恒定律。

State1→State2 △U=U2-U1

U1 U2 =W + Q

即△U = W + Q

2.公式应用条件：封闭系统

热力学第一定律的数学表达式DU = Q－W （封闭体系）•

如果体系状态只发生一无限小量的变化，则上式可写为：dU = dQ－dW （封闭体系）例1：设有一电热丝浸于水中，通以电流，如果按下列几种情况作为体系，试问DU、Q、W 的正、负号或零。（a）以电热丝为体系；（b）以电热丝和水为体系；（c）