物理化学上册-天津大学编写-第五版课件资料
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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》(天大第五版)考点精讲教程(第1讲 气体的pVT关系)
第1讲气体的pVT 性质《物理化学》考点精讲教程（天津大学第五版）主讲人：张彩丽网学天地《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程四、物理化学课程的内容《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程二、气体常数《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程（1）指定状态下计算系统中各宏观性质。
《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程（2）状态变化时，计算系统各宏观性质。
《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程例：某空气《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程2. 质量分数《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程5. 理想气体方程对理想气体混合物的应用《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程2. 道尔顿分压定律《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程三、阿马格分体积定律《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程物理意义:《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程四、两者关系《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程1. 指定状态下的计算《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程2. 状态变化时的计算《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程A,0200kPap=《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程2. 性质《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程二、临界参数c《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程三、真实气体的《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程1. T< T c，反映出液体的不《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程2. T = T c《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程2. 波义尔温度《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程二、范德华方程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程2. 体积修正《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程三、维里方程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程《物理化学》（天大第五版）考点精讲教程二、压缩因子图任何Tr ，pr→0，Z→1（理想气体）；T r较小时，p r↑，Z先↓，后↑，反映出气体低压易压缩，高压难压缩；T r 较大时，Z ≈1。
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：
物理化学天津大学第五版第六章讲解
一、完全互溶双液系相平衡及相图——定温的 p - x 图
3)、相图分析——杠杆规则
l
恒压线
D p*B
R:系统点， pR-XR； L:液相
点
pR-xL ； G:气相点, pR-yG
气相量为nG，液相量为nL；
pR
p*A C
LR
G
nL
nG
g
(nG nL ) X R nG yG nL xL A
p
A
x
A
pB xB
p
A
(
pB
p
A
)xB
xB
101.325
p
A
p
B
p
A
,
yB
pB p
p
B
x
B
101.325
A xL XR y
B
G
l
pR
L
p*A C
Dp *
B
R G
g
(T,xB,yB)
A
XL
y
B
x (y G)
2)相图分析
（1）点： F=0， C=1，P=2
⑴ 30℃下，与水蒸气平衡共存的含水盐最多可能有 几种？
⑵ -10℃及常压下，与碳酸钠水溶液及冰平衡共存 的含水盐最多可能有几种？
解：⑴ 设S=2，则R=0、R’=0，C=S-R-R’=2 或设S=5，则R=3、R’=0，C=S-R-R’=2 F =C - P + 1= 3 - P ，∵Fmin=0，∴ Pmax=3,含水盐
确定平衡系统的状态所必须的独立强度变量的 数目称为自由度。
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。
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
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
2024版天津大学物理化学课件103
103•课程介绍与背景•热力学基础•相平衡与相图目录•化学平衡与反应速率•电化学基础与应用•表面现象与胶体化学•总结回顾与拓展延伸课程介绍与背景物理化学在化学、化工、材料、能源、环境等领域具有广泛的应用。
掌握物理化学的基本概念和原理，对于理解化学现象的本质和设计新的化学过程具有重要意义。
物理化学是研究物质的物理现象和化学变化之间关系的科学。
物理化学定义及重要性天津大学物理化学课程特色强调基础理论与实验技能的结合，注重培养学生的实验能力和创新精神。
采用先进的教学方法和手段，如多媒体教学、网络教学等，提高教学效果。
结合科研和工程实践，引入前沿领域的研究成果和案例，拓宽学生视野。
课件103内容概述123热力学基础热力学系统及其分类孤立系统开放系统封闭系统热力学能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二定律的表述01热力学第二定律的数学表达式02热力学第二定律的意义03相平衡与相图相平衡条件及相律相平衡条件相律单组分系统只含有一个组分的系统称为单组分系统。
如水、乙醇等纯净物都是单组分系统。
相图表示单组分系统的相图通常以温度T和压力p为坐标，表示不同温度和压力下单组分物质的存在状态及相变情况。
相变过程在单组分系统中，随着温度和压力的变化，物质会发生固-液、液-气、固-气等相变过程。
这些相变过程在相图上表现为不同的曲线和区域。
多组分系统含有两个或两个以上组分的系统称为多组分系统。
如溶液、合金等都是多组分系统。
相图表示多组分系统的相图通常以各组分的摩尔分数为坐标，表示不同组成和条件下多组分物质的存在状态及相变情况。
相变过程在多组分系统中，随着组成和条件的变化，物质会发生液-液分相、固溶体析出等复杂的相变过程。
这些相变过程在相图上表现为不同的区域和界线。
化学平衡与反应速率化学反应的方向和限度化学反应的方向根据热力学第二定律，化学反应总是向着体系总能量降低的方向进行，即向着生成更稳定产物的方向进行。
2024版天津大学物理化学教学课件ppt合集
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
热力学系统与环境
80%
热力学系统的定义
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。
100%
环境的定义
与系统发生相互作用的其他物体或 物体集合。
80%
系统与环境的分类
晶体结构与性质的关系在材料科学中的应用
通过调控晶体的结构，可以改变晶体的性质，进而制备出具有特定性质的材料。
配合物结构和性质关系
01
配合物结构决定配合物的性质
配合物的空间构型、配位数、配位键的类型等结构参数决定 了配合物的化学性质和物理性质。
02
配合物性质反映配合物结构的特征
配合物的稳定性、磁性、光学性质等都与配合物结构密切相 关，这些性质的变化也反映了配合物结构的特征。
过渡态理论
反应物分子与活化分子间 存在一个能量较高的过渡 态，反应速率由过渡态的 稳定性决定。
量子化学理论
通过计算分子的电子结构 和能量，预测反应速率和 反应机理。
浓度对反应速率影响规律
反应速率与反应物浓度的关系
一般情况下，反应速率与反应物浓度的乘积成正比。
反应级数
表示反应速率与反应物浓度关系的指数，可以是整 数、分数或负数。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q+W。
热力学第一定律的应用
计算系统内能的变化、热功转换和热量传递等。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
01
热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变
化。
热力学第二定律的数学表达式
02
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
热力学系统与环境
80%
热力学系统的定义
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。
100%
环境的定义
与系统发生相互作用的其他物体或 物体集合。
80%
系统与环境的分类
晶体结构与性质的关系在材料科学中的应用
通过调控晶体的结构，可以改变晶体的性质，进而制备出具有特定性质的材料。
配合物结构和性质关系
01
配合物结构决定配合物的性质
配合物的空间构型、配位数、配位键的类型等结构参数决定 了配合物的化学性质和物理性质。
02
配合物性质反映配合物结构的特征
配合物的稳定性、磁性、光学性质等都与配合物结构密切相 关，这些性质的变化也反映了配合物结构的特征。
过渡态理论
反应物分子与活化分子间 存在一个能量较高的过渡 态，反应速率由过渡态的 稳定性决定。
量子化学理论
通过计算分子的电子结构 和能量，预测反应速率和 反应机理。
浓度对反应速率影响规律
反应速率与反应物浓度的关系
一般情况下，反应速率与反应物浓度的乘积成正比。
反应级数
表示反应速率与反应物浓度关系的指数，可以是整 数、分数或负数。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q+W。
热力学第一定律的应用
计算系统内能的变化、热功转换和热量传递等。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
01
热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变
化。
热力学第二定律的数学表达式
02
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
天津大学_第五版_物理化学上册完整版
出口处：
n H 2O nC H 2 2
每摩尔干乙炔气在该泠却过程中凝结出的水的物质的量为 0.02339-0.008974=0.01444（mol） 1-12 有某温度下的 2dm3 湿空气，其压力为 101.325kPa，相对湿度为 60％。设空气中 O2 和 N2 的体积分数分别为 0.21 和 0.79，求水蒸气、 O2 和 N2 的分体积。已知该温度下水的饱和蒸气压为 20.55kPa（相对湿度即该温度下水蒸气分压与水的饱和蒸气压之比） 。
4
物理化学上册习题解（天津大学第五版）
解：水蒸气分压＝水的饱和蒸气压×0.60＝20.55kPa×0.60＝12.33 kPa O2 分压＝（101.325-12.33 ）×0.21＝18.69kPa N2 分压＝（101.325-12.33 ）×0.79＝70.31kPa
50.663 1.1401 50.663 0.02250
33.775 0.75713 33.775 0.02242
25.331 0.56660 25.331 0.02237
解：将数据处理如下： P/kPa 101.325 -3 (ρ/p)/ （g· dm · kPa） 0.02277 作(ρ/p)对 p 图
1-11 25℃时饱和了水蒸汽的乙炔气体（即该混合气体中水蒸汽分压力为同温度下水的饱和蒸 气压）总压力为 138.7kPa，于恒定总压下泠却到 10℃，使部分水蒸气凝结成水。试求每摩尔干乙炔 气在该泠却过程中凝结出水的物质的量。已知 25 ℃及 10 ℃时水的饱和蒸气压分别为 3.17kPa 和 1.23kPa。 解： p B y B p ，故有 p B / p A y B / y A n B / n A p B /( p p B ) 所以，每摩尔干乙炔气含有水蒸气的物质的量为 进口处：
天津大学物理化学第五版-第十二章-胶体化学
溶胶粒子间的作用力： Verwey ＆Overbeek(1948)
van der Waals 吸引力：EA -1/x2 双电层引起的静电斥力：ER ae-x
总作用势能：E = ER + EA
EA曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
ER曲线的形状、位置强
烈地受电解质浓度的影响。
ER 势 能
E
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角；
l : 观测距离
I＝ 9 2V 2C 2 4 l 2
n 2 n02 n2 2n02
2
1 cos 2
I0
由 Rayleigh 公式可知：
1) I V 2
可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。
2. 憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现
象，称为聚沉。
(1) 电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数
EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER 曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。
电解质浓度与价数增加，使胶体粒子间势垒的高度 与位置发生变化。
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中
分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
medium)
（dispersing
分子分散系统
胶体分散系统
粗分散系统
例如：云，牛奶，珍珠
按分散相粒子的大小分类
类型
粒子大小
特性
举例
低分子溶 液(分子分
散系统)
<1nm
van der Waals 吸引力：EA -1/x2 双电层引起的静电斥力：ER ae-x
总作用势能：E = ER + EA
EA曲线的形状由粒子本
性决定，不受电解质影响；
ER曲线的形状、位置强
烈地受电解质浓度的影响。
ER 势 能
E
n : 分散相的折射率； n0：分散介质的折射率；
：散射角；
l : 观测距离
I＝ 9 2V 2C 2 4 l 2
n 2 n02 n2 2n02
2
1 cos 2
I0
由 Rayleigh 公式可知：
1) I V 2
可用来鉴别小分子真溶液与胶体溶液；
如已知 n 、n0 ，可测 I 求粒子大小V 。
2. 憎液溶胶的聚沉 溶胶粒子合并、长大，进而发生沉淀的现
象，称为聚沉。
(1) 电解质的聚沉作用 聚沉值使溶胶发生明显的聚沉所需电解质的最小浓度 聚沉能力聚沉值的倒数
EA 曲线的形状由粒子本性决定，不受电解质影响； ER 曲线的形状、位置强烈地受电解质浓度的影响。
电解质浓度与价数增加，使胶体粒子间势垒的高度 与位置发生变化。
分散系统：一种或几种物质分散在另一种物质之中
分散相：被分散的物质 （dispersed phase） 分散介质：另一种连续分布的物质
medium)
（dispersing
分子分散系统
胶体分散系统
粗分散系统
例如：云，牛奶，珍珠
按分散相粒子的大小分类
类型
粒子大小
特性
举例
低分子溶 液(分子分
散系统)
<1nm
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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（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＝
－A r6
B r 12
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
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
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
4000
He
3500
3000
CH4
2500
2000
1500
1000 0
20 40 60 80 100 120 21 p / MPa
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)
理想气体：在任何温度与压力下都能严格服从理想
❖ 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。
1887，J. of Physical Chemistry (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：
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 R ＝ 8.314510 J mol-1 K-1
§1.2 理想气体混合物
(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 多极具生命力的边缘 学科，
化学与材料 化学与能源
化学分支的重新划分
生物化学 合成化学 测试化学 物理化学
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，等T下： p1V1＝p2V2
p/Pa
等V下： p1 p2 T1 T2
等p下： V1 V2 T1 T2
V/m3
18
2. 理想气体模型及定义
the modle and definition of ideal gas
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
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
例：测300 K时，N2、He、 CH4 pVm ~ p 关系，作图
p0时：
5000
N2
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 理想气体状态方程
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)：
化学与环境
化学与生命
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
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)
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＝
－A r6
B r 12
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
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
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
4000
He
3500
3000
CH4
2500
2000
1500
1000 0
20 40 60 80 100 120 21 p / MPa
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)
理想气体：在任何温度与压力下都能严格服从理想
❖ 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。
1887，J. of Physical Chemistry (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：
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 R ＝ 8.314510 J mol-1 K-1
§1.2 理想气体混合物
(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 多极具生命力的边缘 学科，
化学与材料 化学与能源
化学分支的重新划分
生物化学 合成化学 测试化学 物理化学
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，等T下： p1V1＝p2V2
p/Pa
等V下： p1 p2 T1 T2
等p下： V1 V2 T1 T2
V/m3
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2. 理想气体模型及定义
the modle and definition of ideal gas
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
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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
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
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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
例：测300 K时，N2、He、 CH4 pVm ~ p 关系，作图
p0时：
5000
N2
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 理想气体状态方程
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)：
化学与环境
化学与生命
化学与生活
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❖ 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
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)