物理化学全套教学课件-清华大学
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物理化学全套课件 完整版
物理化学
Physical Chemistry
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
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
（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
Physical Chemistry
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
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
（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
清华大学大物PPT课件
(1) 2kπ
讨 (k 0,1,2,)
论 (2) N 2k' π
(k' kN, k' 1,2,)
i A4 A5
O A6
A0
A3
A2
A1
x
第38页/共46页
x A cost
1
0
x A cos(t )
2
0
x 3 A0 cos(t 2)
xN A0 cos[t (N 1)]
π
3
v0 0
π
3
A
π 3
x/m
0.08 0.04 o 0.04 0.08
第26页/共46页
π
x
3 0.08
cos(π
t
π)
23
可求（1）t 1.0 s, x, F
t 1.0 s 代入上式得 x 0.069 m
F kx m 2x 1.70 103 N
m 0.01 kg
0.08 0.04
讨论 ➢ 相位差：表示两个相位之差
（1）对同一简谐运动，相位差可以给出 两运动状态间变化所需的时间．
x1 Acos(t1 ) x2 Acos(t2 )
(t2 ) (t1 )
t
t2
t1
第20页/共46页
x
Aa
A2
b
o A v
t A
tb
x o A ta A
2
π 3
t π 3T 1 T 2π 6
2k π
2
1
第34页/共46页
（2）相位差 2 1 (2k 1) π(k 0，1,)
x
x
A A1 A2
A1
2 o
o
2 Tt
讨 (k 0,1,2,)
论 (2) N 2k' π
(k' kN, k' 1,2,)
i A4 A5
O A6
A0
A3
A2
A1
x
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x A cost
1
0
x A cos(t )
2
0
x 3 A0 cos(t 2)
xN A0 cos[t (N 1)]
π
3
v0 0
π
3
A
π 3
x/m
0.08 0.04 o 0.04 0.08
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π
x
3 0.08
cos(π
t
π)
23
可求（1）t 1.0 s, x, F
t 1.0 s 代入上式得 x 0.069 m
F kx m 2x 1.70 103 N
m 0.01 kg
0.08 0.04
讨论 ➢ 相位差：表示两个相位之差
（1）对同一简谐运动，相位差可以给出 两运动状态间变化所需的时间．
x1 Acos(t1 ) x2 Acos(t2 )
(t2 ) (t1 )
t
t2
t1
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x
Aa
A2
b
o A v
t A
tb
x o A ta A
2
π 3
t π 3T 1 T 2π 6
2k π
2
1
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（2）相位差 2 1 (2k 1) π(k 0，1,)
x
x
A A1 A2
A1
2 o
o
2 Tt
清华大学物理化学00-16页精品文档
1850： Wilhelmy 第一次定量测定反应速率 1879： 质量作用定律建立 1889： Arrhenius 公式的建立和活化能概念的提出 1887： 德文“物理化学”杂志创刊 1906 - 1912： Nernst热定理和热力学第三定律的
建立
第二阶段：1920 s - 1960 s： 结构化学和量子化学的蓬勃发展和化 学变化规律的微观探索
Physical Chemistry
Moore
物理化学习题解答（上、下册）
王文清等编（北大）
（2）作业：中、英文习题，每周交一次
（3）答疑：每周一次 时间：每周五晚7:30 ～9:00 地点：化学馆226
可以通过网上答疑 E-mail 地址：
（4）讨论课：每章内容讲完之后，有一 次讨论课（事先做好复习）
物理化学(Ⅰ)
(PHYSIVAL CHAMISTRY)
（1）
Ⅰ.绪论
1、什麽是物理化学
物理化学是从物质的物理现象和化学 现象的联系入手来探求化学变化及相关的 物理变化基本规律的一门科学
---付献彩-----
Physical chemistry is the branch of chemistry that establishes and develops the principles of the subjects. Its concepts are used to explain and interpret observations on the physical and chemical properties of matter. Physical chemistry is also essential for developing and interpreting the modern techniques used to determine the structure and properties of matter, such as new synthetic materials and biological macromolecules.
建立
第二阶段：1920 s - 1960 s： 结构化学和量子化学的蓬勃发展和化 学变化规律的微观探索
Physical Chemistry
Moore
物理化学习题解答（上、下册）
王文清等编（北大）
（2）作业：中、英文习题，每周交一次
（3）答疑：每周一次 时间：每周五晚7:30 ～9:00 地点：化学馆226
可以通过网上答疑 E-mail 地址：
（4）讨论课：每章内容讲完之后，有一 次讨论课（事先做好复习）
物理化学(Ⅰ)
(PHYSIVAL CHAMISTRY)
（1）
Ⅰ.绪论
1、什麽是物理化学
物理化学是从物质的物理现象和化学 现象的联系入手来探求化学变化及相关的 物理变化基本规律的一门科学
---付献彩-----
Physical chemistry is the branch of chemistry that establishes and develops the principles of the subjects. Its concepts are used to explain and interpret observations on the physical and chemical properties of matter. Physical chemistry is also essential for developing and interpreting the modern techniques used to determine the structure and properties of matter, such as new synthetic materials and biological macromolecules.
清华大学物理化学课件物理化学(Ⅰ).3
2-2 热力学第二定律的经典表述形式
Clausius： It is impossible to devise an engine ,which working in a cycle, shall produce no effect other than the transfer of heat from a colder to a hotter body.
1. 反应热 （heat of reaction) 化学反应的热效应通常是指反应在等 温且不作非体积功的条件下进行时，系统 吸收或释放的热量。 若反应在等温等压下进行， Qp= ΔrH 若反应在等温等容下进行， QV= ΔrU
2. 反应的摩尔焓变和反应的摩尔内能变 (change of molar enthalpy of reaction and change of molar internal energy of reaction)
r H r H m rU rU m
H r H m ( )T , p U rU m ( )T ,V
3. 反应热的测量 (Calorimetry) 弹式量热计（bomb calorimeter)
搅拌器
通入 O2 通电导线 温度计
绝热壁 H2O 反应物
f H m (H , aq) 0
（离子在水溶液中的标准态的焓与无限稀释溶 液中的焓相等）
从手册上查得：
f H m (HCl, g,298K) -92.30 kJ mol
f H m (Cl - , aq,298K ) r H m (298K ) f H m (HCl, g,298K) - f H m (H , aq)
N2(273K, 400kPa,6m3)
理学清华大学物理化学物理化学PPT学习教案
理学清华大学物理化学物理化学
会计学
1
2HAc = (HAc)2 2αn (1 - α)n
Σn = (1+α)n
K
pA2 / p ( pA / p )2
(1 2 ) p 4 2 p
pV (1 ) m RT
M
第1页/共43页
Principle of micro-reversibility: The reverse reaction of an element reaction must
f (rAB, rBC , ) A
B
θ
C
If θ=π collinear collision (共线碰撞)
Ep f (rAB, rBC )
第30页/共43页
a
rAB
10
20
60
50 30
40
40 b
50
30 20
60
第31页/共43页
10 5 c
rBC
a→b→c reaction coordinate (path of reaction) b : activated complex ( point of no return)
Relative translational energy
r
1 2
u
2 r
ur ' ur cos
r '
1 2
u
,2 r
1 2
ur2 (1 sin 2 )
1 2
ur2 (1
b2
d
2 AB
)
第21页/共43页
ur
θ
b
ε ＞ε ’
Effective collision :
会计学
1
2HAc = (HAc)2 2αn (1 - α)n
Σn = (1+α)n
K
pA2 / p ( pA / p )2
(1 2 ) p 4 2 p
pV (1 ) m RT
M
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Principle of micro-reversibility: The reverse reaction of an element reaction must
f (rAB, rBC , ) A
B
θ
C
If θ=π collinear collision (共线碰撞)
Ep f (rAB, rBC )
第30页/共43页
a
rAB
10
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50 30
40
40 b
50
30 20
60
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10 5 c
rBC
a→b→c reaction coordinate (path of reaction) b : activated complex ( point of no return)
Relative translational energy
r
1 2
u
2 r
ur ' ur cos
r '
1 2
u
,2 r
1 2
ur2 (1 sin 2 )
1 2
ur2 (1
b2
d
2 AB
)
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ur
θ
b
ε ＞ε ’
Effective collision :
物理化学全套课件
强调实验过程中可能存在的安全隐患，并 提供相应的防范措施，确保实验安全。
实验数据处理与分析
数据记录与整理
及时、准确地记录实验数据， 并按照要求整理成表格或图表
，以便后续分析。
数据处理方法
选择合适的数据处理方法，如 平均值、中位数、众数等，对 数据进行处理，以便更好地反 映实验结果。
数据分析与解释
对处理后的数据进行深入分析 ，挖掘数据背后的规律和意义 ，并对实验结果进行解释和讨 论。
重要性
物理化学对于理解化学反应的本 质、推动化学工业的发展、促进 新材料的研发等方面具有重要意 义。
物理化学的发展历程
早期发展
物理化学作为一门学科，起源于19 世纪中叶，随着热力学、统计力学和 电化学等分支的建立和发展，逐渐形 成完整的学科体系。
现代进展
进入20世纪后，物理化学在理论和实 践方面都取得了重大进展，如量子化 学、分子动态学、生物物理化学等领 域的突破和创新。
实验方法习题及答案解析
总结词
提高实验设计和操作能力
详细描述
针对物理化学实验中的基本方法和操作，设计了一系列 习题。这些习题要求学生设计实验、选择合适的仪器和 试剂、记录和处理数据等。答案解析详细解释了每道题 目的解题思路和答案，帮助学生提高实验设计和操作能 力，培养科学素养。
THANKS
感谢观看
数据误差分析
分析数据误差的来源和影响， 提高实验结果的准确性和可靠
性。
实验误差与实验结果评价
误差来源分析
分析实验过程中可能产生的误差 来源，如测量误差、操作误差等 ，并评估其对实验结果的影响。
误差控制与减小
采取有效措施控制和减小误差，提 高实验结果的准确性和可靠性。
《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
清华大学大学物理课程讲义PPT课件
31
“ 怒 发 冲. 冠 ”
32
二. 电通量e
定义：
Φe
Eds
S
1.Фe是对面而言，不是点函数。
S
2.Фe 是代数量，有正、负。
ds
Φ e 的几何 意义：
d Φ e E d s E co d s s
EdsdN
cos ds=ds E 线 对Φ 闭e合曲N （ 面，Φe穿 S的 E E线 过 ds 条
.
24
几种电荷的 E线分布
带正电的 点电荷
电偶极子
.
均匀带电 的直线段
25
几种电荷的 E线分布的实验现象
单个点. 电 极
26
正 负 点. 电 极
27
两 个 同 号 的. 点 电 极
28
单 个 带 电. 平 板 电 极
29
正 负 带 电 平. 行 平 板 电 极
30
正 点 电 极 和 .负 平 板 电 极
.
6
二. 点电荷的场强（intensity of point charge）
·
E p ×场点
r
q “源”点电荷 （相对观测者静止）
由库仑定律和电场 强度定义给出：
E
q
4
er
or2
点电E荷 分布 . 特E点 r1： 2 7
三.
······ q1
点q2 电rEi 荷× p系Ei的场电由强荷叠q加i E的原 场理强，i：总4E场qi i强eor：ri4i2qieorri i2
已知：均匀带电环面， ，R1，R2
R2
求：轴线上的场强 E
P
解：─
0 R1
x x（1）划分电荷元
dqds
物理化学B-第一讲-qj_287404726
上例：(2) 一次膨胀 W＝2000 J
反向(一次压缩) W逆＝3000×(1-3)＝-6000 J ∴ 在环境中留下影响。
(3) 可逆膨胀 W＝3296 J 反向(可逆压缩) W逆＝-3296 J ∴ 在环境中没有留下影响！！
2. 特点：
(1)“双复原”：逆向进行之后系统恢复到原状态，在环 境中不留下影响。
简单物理过程：p V T 变化（双变量系统）
复杂物理过程：相变、混合等
化学过程：即化学反应
按过程本身的特点，分为多种多样。物化感 兴趣的几种典型过程为：
等温过程：T1＝T2＝T环＝const.
等压过程：p1＝p2＝p外＝const.
等容过程：V＝const.
绝热过程：系统与外界无热交换
循环过程：初末态相同 注意：等温、等压过程要求三个等号同时成立！
封闭系统（物化研究的大部分系统）
孤立系统（严格意义不存在，只能近似）
二、热力学平衡状态
(Thermodynamic equilibrium state) 定义：平衡状态，简称状态 如果处在一定环境条件下的系统,其所有的性 质均不随时间而变化；而且当此系统与环境隔离 后,也不会引起系统任何性质的变化,则称该系统 处于热力学平衡状态。 系统的状态不随时间改变的状态未必是平衡状态。
5、如何学好物理化学
物理化学的学科特点：逻辑性强、概念多，公式多 学习方法：根据学科特点，因人而异
注重概念，联系实际；深入思考，总结及时。
第一章
热力学第一定律
Chapter 1 The First Law of Thermodynamics 热力学的任务：方向、限度、能量转换、宏观性质 热力学的特点：
3. 几种典型的可逆过程：
反向(一次压缩) W逆＝3000×(1-3)＝-6000 J ∴ 在环境中留下影响。
(3) 可逆膨胀 W＝3296 J 反向(可逆压缩) W逆＝-3296 J ∴ 在环境中没有留下影响！！
2. 特点：
(1)“双复原”：逆向进行之后系统恢复到原状态，在环 境中不留下影响。
简单物理过程：p V T 变化（双变量系统）
复杂物理过程：相变、混合等
化学过程：即化学反应
按过程本身的特点，分为多种多样。物化感 兴趣的几种典型过程为：
等温过程：T1＝T2＝T环＝const.
等压过程：p1＝p2＝p外＝const.
等容过程：V＝const.
绝热过程：系统与外界无热交换
循环过程：初末态相同 注意：等温、等压过程要求三个等号同时成立！
封闭系统（物化研究的大部分系统）
孤立系统（严格意义不存在，只能近似）
二、热力学平衡状态
(Thermodynamic equilibrium state) 定义：平衡状态，简称状态 如果处在一定环境条件下的系统,其所有的性 质均不随时间而变化；而且当此系统与环境隔离 后,也不会引起系统任何性质的变化,则称该系统 处于热力学平衡状态。 系统的状态不随时间改变的状态未必是平衡状态。
5、如何学好物理化学
物理化学的学科特点：逻辑性强、概念多，公式多 学习方法：根据学科特点，因人而异
注重概念，联系实际；深入思考，总结及时。
第一章
热力学第一定律
Chapter 1 The First Law of Thermodynamics 热力学的任务：方向、限度、能量转换、宏观性质 热力学的特点：
3. 几种典型的可逆过程：
清华大学物理化学课件物理化学(Ⅰ).7
④ 对单组分系统
VB * Vm ( B)
2. Two important equations of partial molar quantities (1) 集合公式
V f (T , p, n1 , n2 ,)
在指定T，p 均不变的条件下
V f (n1 , n2 ,)
V是nB的一次齐函数 根据齐函数的Euler定理 V n1V1 n2V2 即：
V f (T , p, n1 , n2 ,)
dV (V
T p (V )T , p ,n2 , dn1 (V )T , p ,n1 , dn2 n1 n2
) p ,n1 ,n2 , dT (V
)T ,n1 ,n2 , dp
Define:
VB (V
例题5： 将一个装有0.01mol乙醚的微小玻璃泡放 入一个充有 35 0C,1013250Pa的 N2(g)的容积为 10dm3 绝热容器中。现将玻璃泡打碎，使乙醚 全部气化为气体，试求： (1) 最终达到的平衡温度， (2) 以整个容器为系统，求此过程的ΔH 和ΔS. 已知：乙醚的正常沸点为 35 0C,乙醚在35 0C 的气化热为25.1 kJ mol-1,乙醚(液)、乙醚(气） 和N2(g) 的Cp,m分别为172、108 和29.1 J K-1mol-1.
nRT1 nCV ,m (T2 T1 )
C p ,m R CV ,m T2 T1 T1 T1 CV ,m CV ,m
8. 某反应ΔCp,m＜0，且为放热反应。根据
r H (
，因此当反应体系的温 度升高时，该反应放出的热量将减少， 此说法对吗？
T
) p C p ,m
V nBVB
VB * Vm ( B)
2. Two important equations of partial molar quantities (1) 集合公式
V f (T , p, n1 , n2 ,)
在指定T，p 均不变的条件下
V f (n1 , n2 ,)
V是nB的一次齐函数 根据齐函数的Euler定理 V n1V1 n2V2 即：
V f (T , p, n1 , n2 ,)
dV (V
T p (V )T , p ,n2 , dn1 (V )T , p ,n1 , dn2 n1 n2
) p ,n1 ,n2 , dT (V
)T ,n1 ,n2 , dp
Define:
VB (V
例题5： 将一个装有0.01mol乙醚的微小玻璃泡放 入一个充有 35 0C,1013250Pa的 N2(g)的容积为 10dm3 绝热容器中。现将玻璃泡打碎，使乙醚 全部气化为气体，试求： (1) 最终达到的平衡温度， (2) 以整个容器为系统，求此过程的ΔH 和ΔS. 已知：乙醚的正常沸点为 35 0C,乙醚在35 0C 的气化热为25.1 kJ mol-1,乙醚(液)、乙醚(气） 和N2(g) 的Cp,m分别为172、108 和29.1 J K-1mol-1.
nRT1 nCV ,m (T2 T1 )
C p ,m R CV ,m T2 T1 T1 T1 CV ,m CV ,m
8. 某反应ΔCp,m＜0，且为放热反应。根据
r H (
，因此当反应体系的温 度升高时，该反应放出的热量将减少， 此说法对吗？
T
) p C p ,m
V nBVB
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用途：对于一定量的理想气体，pVT中有一个 不独立。所以p可叙述为：将物质的量 为n的理想气体置于一个温度为 T体积 为V的容器中，气体所具有的压力。
➢ 理想气体的微观模型： (1) 分子是几何点
(2) 无分子间力
➢ 低压实际气体可近似当作理想气体
二、分压定律 (The Law of Partial Pressure) 1. 分压：在气体混合物中，定义
例如：
水蒸气, p T=const. 水
➢ 是液体的性质：表示液体挥发的难易。其大小决 定于液体所处的状态(主要决定于温度)。
➢ 沸点：蒸气压＝外压时的温度，通常是指蒸气压＝ 101325 Pa，称(正常)沸点。
(2) 临界参数和临界点： ➢ 定义：
Tc——利用加压手段使气体液化的最高温度 pc——在临界温度时使气体液化所需的最小压力 Vc——在临界温度和临界压力时气体的摩尔体积
§1－1 理想气体 (Ideal gas)
一、理想气体状态方程 (Equation of state for ideal gas)
pV nRT pVm RT
p, V, T, n的意义及单位： Vm：摩尔体积，m3·mol-1 R：摩尔气体常数，8.314 J·K-1·mol-1
➢ 理想气体的定义及方程的用途 定义：在任意温度和压力下都严格服从 理想气体状态方程的气体
启示：f (pr, Vr, Tr)=0。即不同气体如果它们具有相同的pr 和Tr，则Vr必相同。称它们处在相同对比状态。
2. 对比状态原理： 处在相同对比状态的各种气体(乃至 液体)，具有相近的物性(如摩尔热容、 膨胀系数、压缩系数、黏度等)。
三、用压缩因子图计算实际气体 (Calculation of real gases with compression factor figure)
pV ZnRT pVm ZRT
(1) Z的意义：压缩因子。Z与1的差值 代表气体对理想气体的偏差 程度，理想气体的Z＝1。
pV ZnRT pVm ZRT
(2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变 Z = f(T, p)
Z pVm 代入对比参数 ( pc pr )(VcVr )
RT
启示：f (pr, Vr, Tr)=0。即不同气体如果它们具有相同的pr 和Tr，则Vr必相同。称它们处在相同对比状态。
2. 对比状态原理： 处在相同对比状态的各种气体(乃至 液体)，具有相近的物性(如摩尔热容、 膨胀系数、压缩系数、黏度等)。
三、用压缩因子图计算实际气体 (Calculation of real gases with compression factor figure)
0.31 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30
∴ Zc≈const. 于是
Z f ( pr ,Tr )
处在相同对比状态的各种气体不仅有相近的
物性，而且有相同的压缩因子。于是许多人 测定Z，结果确是如此。将测量结果绘制成 图——压缩因子图
如何用图：例 CO2 (304K, 110×101325 Pa)，Vm=?
则
F
F
F
z
x y x z z x x y
此公式是以下数学处理方法的结果：
令：F f x, z
则
dF
F x
z
dx
F z
x
dz
在y不变的条件下此式两端同除以dx，得
F F F z x y x z z x x y
五、教材和参考书
绪论 Introduction 一、什么是物理化学
➢ 化学现象与物理现象的联系
化学反应
伴随发生 影响
物理现象
物理化学由此联系出发研究化学反应的 普遍规律
➢ 物理化学的研究方法 (1) 理论基础：热力学、统计力学、量子力学 (2) 实验方法：以物理方法为主 (3) 数学演绎方法
所以，物理化学是集化学、物理及数 学于一身的一门学科。即以物理 和数学的方法研究化学问题。
YB
YA
Y
物化朱文涛03_第一定律_功_可逆过程
作业：第一章 10； 第二章 1，5，6； A. 1.17
阅读: A. 2.1 2.2
调课通知
(1) 9.23(二)的课调至9.21(日)晚7:00 (2) 9.30(二)的课停 (3) 10.14(二)的课调至10.12(日)晚7:00
2. 对比状态原理： 处在相同对比状态的各种气体(乃至液体)， 具有相近的物性(如摩尔热容、膨胀系数、 压缩系数、黏度等)。
pV ZnRT pVm ZRT
(1) Z的意义：压缩因子。Z与1的差值 代表气体对理想气体的偏差 程度，理想气体的Z＝1。
pV ZnRT pVm ZRT
(2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变 Z = f(T, p)
Z pVm 代入对比参数 ( pc pr )(VcVr )
RT
➢ 是物性参数 ➢ 不易测定
(3) 对比参数和对比状态：
➢ 定义： Tr
➢ 范氏对比方程：
T Tc
pr
p pc
Vr
Vm Vc
1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理，得到
a 3pcVc2
代入原方程并整理
b
1 3
Vc
R 8 pcVc 3 Tc
pr
3 Vr2
Vr
1 3
8 3
Tr
Van der Waals 对比方程
➢ 系统的分类 开放系统 (敞开系统)
系统 封闭系统 孤立系统
二、热力学平衡状态 (Thermodynamic equilibrium state)
➢ 定义： 状态 平衡状态
➢ 平衡状态包括的具体内容 热平衡 力学平衡
平衡状态 相平衡 化学平衡
三、状态函数 (State function) ➢ 定义： 用于描述系统状态的宏观性质。
➢ 教材：
朱文涛.《物理化学》 朱文涛.《物理化学中的公式与概念》
➢ 参考书：
傅献彩等.《物理化学》 天津大学.《物理化学》 胡英.《物理化学》 Ira. N. Levine . Physical Chemistry
P. W. Atkins . Physical Chemistry
第一章 气 体 Chapter 1 Gas
nb)
nRT
(1) a和b：Van der Waals常数，可查，意义 (2) 方程的优缺点：
二、对比状态原理 (The principle of corresponding states) 1. 几个概念 (1) 蒸气压：在讨论气－液转化时常用 ➢ 定义：在一定条件下，能与液体平衡共存的它的蒸气 的压力
➢ 是物性参数 ➢ 不易测定
(3) 对比参数和对比状态：
➢ 定义： Tr
➢ 范氏对比方程：
T Tc
pr
p pc
Vr
Vm Vc
1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理，得到
a 3pcVc2
代入原方程并整理
b
1 3
Vc
R 8 pcVc 3 Tc
pr
3 Vr2
Vr
1 3
8 3
Tr
Van der Waals 对比方程
二、物理化学的任务
(1) 化学热力学：方向，限度，能量转换， 宏观性质
(2) 化学动力学：反应速率及机理 (3) 物质结构：宏观性质与微观结构的关系
三、物理化学学习方法 ➢ 物理化学的重要性 ➢ 物理化学的学科特点：公式、概念、方法 ➢ 学习方法
四、数学准备
例如：复合函数微分法
F f x, z(x, y)
一、实际气体状态方程 (Equation of state for real gas)
➢ 问题提出： 用理想气体状态方程计算 实际气体，产生偏差。至今实 际气体状态方程已约200个
➢ Van der Waals方程
思想：对实际气体分别做两项修正
方程：
p
a Vm2
(Vm
b)
RT
p
n2a V2
(V
Tr=1 pr=1.5
Z=0.25
110×101325 Pa·Vm=0.25×8.314 J·K-1·mol-1×304K 解得： Vm=5.67×10-5 m3·mol-1
本章小结：
理想气体状态方程 气体计算方法 实际气体状态方程
压缩因子图
物化朱文涛02_实气_热力学概念 二、对比状态原理 (The principle of corresponding states) 1. 几个概念 (1) 蒸气压：在讨论气－液转化时常用 ➢ 定义：在一定条件下，能与液体平衡共存的它的蒸气 的压力
Tr=1 pr=1.5
Z=0.25
110×101325 Pa·Vm=0.25×8.314 J·K-1·mol-1×304K 解得： Vm=5.67×10-5 m3·mol-1
本章小结：
理想气体状态方程 气体计算方法 实际气体状态方程
压缩因子图
第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics
R(TcTr )
pcVc RTc
prVr Tr
Zc
prVr Tr
∴ Z f (Zc, pr ,Tr )
Zc: Critical compression factor
若满足范氏方程，则 即 Zc＝3/8＝0.375
R 8 pcVc 3 Tc
实验表明：Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO
pB xB p
pB xB p p xB p
B
B
B
∴ pB代表组分气体B对气体混合物压力的贡献。
2. 分压定律： 对理想气体混合物
➢ 理想气体的微观模型： (1) 分子是几何点
(2) 无分子间力
➢ 低压实际气体可近似当作理想气体
二、分压定律 (The Law of Partial Pressure) 1. 分压：在气体混合物中，定义
例如：
水蒸气, p T=const. 水
➢ 是液体的性质：表示液体挥发的难易。其大小决 定于液体所处的状态(主要决定于温度)。
➢ 沸点：蒸气压＝外压时的温度，通常是指蒸气压＝ 101325 Pa，称(正常)沸点。
(2) 临界参数和临界点： ➢ 定义：
Tc——利用加压手段使气体液化的最高温度 pc——在临界温度时使气体液化所需的最小压力 Vc——在临界温度和临界压力时气体的摩尔体积
§1－1 理想气体 (Ideal gas)
一、理想气体状态方程 (Equation of state for ideal gas)
pV nRT pVm RT
p, V, T, n的意义及单位： Vm：摩尔体积，m3·mol-1 R：摩尔气体常数，8.314 J·K-1·mol-1
➢ 理想气体的定义及方程的用途 定义：在任意温度和压力下都严格服从 理想气体状态方程的气体
启示：f (pr, Vr, Tr)=0。即不同气体如果它们具有相同的pr 和Tr，则Vr必相同。称它们处在相同对比状态。
2. 对比状态原理： 处在相同对比状态的各种气体(乃至 液体)，具有相近的物性(如摩尔热容、 膨胀系数、压缩系数、黏度等)。
三、用压缩因子图计算实际气体 (Calculation of real gases with compression factor figure)
pV ZnRT pVm ZRT
(1) Z的意义：压缩因子。Z与1的差值 代表气体对理想气体的偏差 程度，理想气体的Z＝1。
pV ZnRT pVm ZRT
(2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变 Z = f(T, p)
Z pVm 代入对比参数 ( pc pr )(VcVr )
RT
启示：f (pr, Vr, Tr)=0。即不同气体如果它们具有相同的pr 和Tr，则Vr必相同。称它们处在相同对比状态。
2. 对比状态原理： 处在相同对比状态的各种气体(乃至 液体)，具有相近的物性(如摩尔热容、 膨胀系数、压缩系数、黏度等)。
三、用压缩因子图计算实际气体 (Calculation of real gases with compression factor figure)
0.31 0.29 0.29 0.28 0.29 0.29 0.30
∴ Zc≈const. 于是
Z f ( pr ,Tr )
处在相同对比状态的各种气体不仅有相近的
物性，而且有相同的压缩因子。于是许多人 测定Z，结果确是如此。将测量结果绘制成 图——压缩因子图
如何用图：例 CO2 (304K, 110×101325 Pa)，Vm=?
则
F
F
F
z
x y x z z x x y
此公式是以下数学处理方法的结果：
令：F f x, z
则
dF
F x
z
dx
F z
x
dz
在y不变的条件下此式两端同除以dx，得
F F F z x y x z z x x y
五、教材和参考书
绪论 Introduction 一、什么是物理化学
➢ 化学现象与物理现象的联系
化学反应
伴随发生 影响
物理现象
物理化学由此联系出发研究化学反应的 普遍规律
➢ 物理化学的研究方法 (1) 理论基础：热力学、统计力学、量子力学 (2) 实验方法：以物理方法为主 (3) 数学演绎方法
所以，物理化学是集化学、物理及数 学于一身的一门学科。即以物理 和数学的方法研究化学问题。
YB
YA
Y
物化朱文涛03_第一定律_功_可逆过程
作业：第一章 10； 第二章 1，5，6； A. 1.17
阅读: A. 2.1 2.2
调课通知
(1) 9.23(二)的课调至9.21(日)晚7:00 (2) 9.30(二)的课停 (3) 10.14(二)的课调至10.12(日)晚7:00
2. 对比状态原理： 处在相同对比状态的各种气体(乃至液体)， 具有相近的物性(如摩尔热容、膨胀系数、 压缩系数、黏度等)。
pV ZnRT pVm ZRT
(1) Z的意义：压缩因子。Z与1的差值 代表气体对理想气体的偏差 程度，理想气体的Z＝1。
pV ZnRT pVm ZRT
(2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变 Z = f(T, p)
Z pVm 代入对比参数 ( pc pr )(VcVr )
RT
➢ 是物性参数 ➢ 不易测定
(3) 对比参数和对比状态：
➢ 定义： Tr
➢ 范氏对比方程：
T Tc
pr
p pc
Vr
Vm Vc
1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理，得到
a 3pcVc2
代入原方程并整理
b
1 3
Vc
R 8 pcVc 3 Tc
pr
3 Vr2
Vr
1 3
8 3
Tr
Van der Waals 对比方程
➢ 系统的分类 开放系统 (敞开系统)
系统 封闭系统 孤立系统
二、热力学平衡状态 (Thermodynamic equilibrium state)
➢ 定义： 状态 平衡状态
➢ 平衡状态包括的具体内容 热平衡 力学平衡
平衡状态 相平衡 化学平衡
三、状态函数 (State function) ➢ 定义： 用于描述系统状态的宏观性质。
➢ 教材：
朱文涛.《物理化学》 朱文涛.《物理化学中的公式与概念》
➢ 参考书：
傅献彩等.《物理化学》 天津大学.《物理化学》 胡英.《物理化学》 Ira. N. Levine . Physical Chemistry
P. W. Atkins . Physical Chemistry
第一章 气 体 Chapter 1 Gas
nb)
nRT
(1) a和b：Van der Waals常数，可查，意义 (2) 方程的优缺点：
二、对比状态原理 (The principle of corresponding states) 1. 几个概念 (1) 蒸气压：在讨论气－液转化时常用 ➢ 定义：在一定条件下，能与液体平衡共存的它的蒸气 的压力
➢ 是物性参数 ➢ 不易测定
(3) 对比参数和对比状态：
➢ 定义： Tr
➢ 范氏对比方程：
T Tc
pr
p pc
Vr
Vm Vc
1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理，得到
a 3pcVc2
代入原方程并整理
b
1 3
Vc
R 8 pcVc 3 Tc
pr
3 Vr2
Vr
1 3
8 3
Tr
Van der Waals 对比方程
二、物理化学的任务
(1) 化学热力学：方向，限度，能量转换， 宏观性质
(2) 化学动力学：反应速率及机理 (3) 物质结构：宏观性质与微观结构的关系
三、物理化学学习方法 ➢ 物理化学的重要性 ➢ 物理化学的学科特点：公式、概念、方法 ➢ 学习方法
四、数学准备
例如：复合函数微分法
F f x, z(x, y)
一、实际气体状态方程 (Equation of state for real gas)
➢ 问题提出： 用理想气体状态方程计算 实际气体，产生偏差。至今实 际气体状态方程已约200个
➢ Van der Waals方程
思想：对实际气体分别做两项修正
方程：
p
a Vm2
(Vm
b)
RT
p
n2a V2
(V
Tr=1 pr=1.5
Z=0.25
110×101325 Pa·Vm=0.25×8.314 J·K-1·mol-1×304K 解得： Vm=5.67×10-5 m3·mol-1
本章小结：
理想气体状态方程 气体计算方法 实际气体状态方程
压缩因子图
物化朱文涛02_实气_热力学概念 二、对比状态原理 (The principle of corresponding states) 1. 几个概念 (1) 蒸气压：在讨论气－液转化时常用 ➢ 定义：在一定条件下，能与液体平衡共存的它的蒸气 的压力
Tr=1 pr=1.5
Z=0.25
110×101325 Pa·Vm=0.25×8.314 J·K-1·mol-1×304K 解得： Vm=5.67×10-5 m3·mol-1
本章小结：
理想气体状态方程 气体计算方法 实际气体状态方程
压缩因子图
第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics
R(TcTr )
pcVc RTc
prVr Tr
Zc
prVr Tr
∴ Z f (Zc, pr ,Tr )
Zc: Critical compression factor
若满足范氏方程，则 即 Zc＝3/8＝0.375
R 8 pcVc 3 Tc
实验表明：Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO
pB xB p
pB xB p p xB p
B
B
B
∴ pB代表组分气体B对气体混合物压力的贡献。
2. 分压定律： 对理想气体混合物