物理化学(上)-.PPT

ΔZ = Z2-Z1
如
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
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（4）若 Z =f(x,y)，则其全微分可表示为
以一定量纯理想气体，V =ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(p,T)为例，则
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光学测量方法等。
学习目的： 学会解决一般化学问题的基本方法； 初步培养科研技能。
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理论体系： 化学热力学、化学动力学、结构量化等三大理论体系。
主要学习内容： 研究物质系统发生的 p 、V、 T 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 这些变化规律密切相关的结构及性质。
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3.微观方法与宏观方法的通道 统计热力学方法
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。
平衡统计热力学是研究宏观系统的平衡性质，但它与热力学的研究不同 ，它是从个别粒子所遵循的运动规律出发，根据事件发生的可几率而导出物 质体系的统计行为，然后再进一步去诠释体系的各种宏观性质乃至各式各样 的物理化学过程。所以统计热力学方法是统计平均的方法，是概率的方法。
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胡瑛，《物理化学》，高等教育出版社，2000。 印永嘉、李大珍编《物理化学（上，下）》（第二版），高等教育出版社，1985。 孙德坤、沈文霞、姚天扬编《物理化学解题指导》，江苏教育出版社，1998。 王文清、高宏成、沈兴海编著《物理化学习题精解（上，下）》，科学出版社， 1999。 范崇正、杭瑚、蒋淮渭编《物理化学--概念辨析，解题方法》，中国科学技术大学 出版社，1999。 霍瑞贞主编《物理化学学习与解题指导》，华南理工大学出版社，2000。 卫永祉、肖顺清，编著《物理化学复习引导》，科学出版社，2000。
4、热力学平衡态(thermodynamic equilibrium state)
系统在一定环境条件下，其各部分可观测到的宏观性质都不随时间而 变，此时系统所处的状态叫热力学平衡态。
(2)隔离系统(isolated system)系统与环境之间既无物质质量传递亦无能 量的传递，因此隔离系统中物质的质量与能量是守恒的。
(3)封闭系统(closed system)系统与环境之间只有能量的传递，而无物质 的质量传递。因此封闭系统中物质的质量是守恒的。
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2、热力学系统的宏观性质(macroscopic properties)
化学动力学所用的方法则是宏观方法与微观方法的交叉、综合应用， 用宏观方法构成了宏观动力学，采用微观方法则构成微观动力学。
三、教与学的方法
1、四步循环并多次反复
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2、三个关系 学习物理化学应该重点协调并处理好：宏观与微观、定性与定量、
理论模型与真实结构等三个双结合关系。
3、两个并重 理论课（包括演算习题）与实验课（包括实验报告）两者不可偏废，
乃课程体系之两翼，必互动促进矣！
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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，
五、常用术语
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1、体系与环境
1）体系或系统(system) ：被划定的研究对象包括大量分子、原子、离子等 物质微粒组成的宏观集合体及空间。
2）环境(surrounding)：与系统通过物理界面（或假想的界面）相隔开并 与系统密切相关的周围部分（物质或空间）。
(1)敞开系统(open system)系统与环境之间既有物质质量传递也有能量 （以热和功的形式）的传递。
如：体积质量或密度
摩尔体积
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3、状态和状态函数 1）状态(state) ：热力学体系的状态，是指体系物理性质和化学性质的
综合表现。
2）状态函数： 用系统的各项宏观性质来描述系统的状态，这些性质即
为状态函数。系统处于一定的状态时，状态函数均具有确定的数值。
（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：
化学现象必然有物理现象的产生，如：酸碱滴定反应 ① 温度变化
电导率仪
T1
② 导电性变化
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研究对象：化学问题
化学过程中的能量变化、平衡移动、反应速率、相态、 表面等问题。
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酒精生产
① 淀粉 发 酵 、 乙 温度 醇Q酶催化反应
C2 O
v
第一定律
热平衡— 热力学问题
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例如：一定量的纯理想气体 V =f(T,p)，其具体的关系为
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。
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（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。
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2、统计热力学基础
统计热力学（或称“分子热力学”）是一门应用统计方法以 求出由众多粒子所组成的微观性质和宏观性质间的相互关系之科学。
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。
张玉芬译，韩德刚，周公度校，《物理化学》，北京大学出版社，1987。
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韩德刚、高盘良编著，《化学动力学基础》，北京大学出版社，1987年。 J.Nicholas，吴树森译，《化学动力学》、高等教育出版社，1987。 J.W.Moore，R.G.Pearson，孙承谔，王之林等译，《化学动力学和历程》，科学 出版社，1983。 idler，Chemical Kinetics，3rd ed.，Harper & Row，New York，1987。 G.C.Bond，Heterogeneous Catalysis：Principles and Applications，Oxford University Press，1987。 苏班 P. 光化学原理，陆志刚译，北京：人民教育出版社，1983。 Eyring H，Lin SH，Lin S M. Baric Chemical Kinetics，John Wiley & Sorrs， 1980，中译本：基础化学动力学，王作新，潘强余译，北京：科学出版社，1984。 黄开辉、万惠霖、催化原理，北京：科学出版社，1983。 韩德刚、高执棣、高盘良，《物理化学》，高等教育出版社，2001。
第二定律
T
② CH2 = CH2 + H2O ---→ C2H5OH CH2 = CH2 + H2SO4---→ CH3CH2 — O — SO3H (CH3CH2O)2SO2 + H2O ---→ CH3CH2OH + H2SO4
此反应条件： 温度 325℃ 压力 1000 磅/平方吋 催化剂：磷酸、硅藻土
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1、经典热力学与化学热力学
热力学是一门研究各种形式能量相互转化规律的科学。 研究的对象 是由大量粒子（原子、分子、 离子及其他微观结构单元） 组成的宏观系统。 理论基础是热力学第一、第二定律。 研究方法是应用演绎法，经过逻辑推理，导出基本的热力学函数和一系
列经典的热力学公式及结论。
（1）强度性质(intensive properties) 它与系统中所含物质的量多少无关，
无加和性（如 p，T 等）体系无论如何瓜分，各部分的p（或T )均同值 ；
（2）广度性质(extensive properties) 它与系统中所含物质的量有加和性
（如 V，U，H…… 等），其值随各部分质量的加和而加和。
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3、化学动力学 化学动力学的第一个研究任务是确定各种化学反应的速率 以及各种因素（包括分子结构浓度、温度、催化剂、溶剂、以 及各种辐射等）对化学反应速率影响。 化学动力学第二个研究任务是探讨能够解释反应速率规律 的各种反应机理，即研究从反应物变为产物所经历的具体途径 步骤。
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数等，再加上 p、V、T 这些可测量的宏观量作为系统的宏观
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。