物理化学电子教案第七章.pptx
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物理化学电子教案
感谢赏析物理化学电子教课设计第七章统计热力学基础物理化学教研室第七章统计热力学基础一、教课方案1、认识统计热力学的基本假定。
2、认识最概然散布，掌握Boltzmznn 统计方法。
教课目标和要求3、认识配分函数的定义及其物理意义，掌握配分函数与热力学函数的关系。
4、认识各样配分函数的计算方法，学会用配分函数计算简单分子的热力学函数，掌握理想气体简单分子平动能熵的计算。
5、认识分子配分函数的分别和全配分函数的构成。
教课要点1、 Boltzmznn 统计方法。
2、配分函数及其与热力学函数的关。
1、 Boltzmznn 统计。
教课难点教课方法和手段教课内容及课时分派2、各配分函数的计算以及对热力学函数的贡献。
3、用全配分函数计算自由能和反响的均衡常数。
1、叙述为主，讲堂议论为辅。
2、指导答疑和小测试。
§7-1概论（1学时）1、统计热力学的研究方法、目的和内容2、统计系统的分类3、统计热力学基本假定§7-2 Boltzmznn 统计 (3 学时 )1、定位系统的最概然散布2、α、β值的推导3、非定位系统的最概然散布4、Boltzmznn 公式的其余形式5、摘取最大法及其原理§7-4 配分函数 (2 学时 )1、配分函数定义2、配分函数与热力函数的关系3、配分函数的分别§ 7-5 各配分函数的计算以及对热力学函数的贡献（ 2 学时）1、原子核配分函数2、电子配分函数3、平动配分函数4、单原子理想气体的热力学函数5、转动配分函数6、振动配分函数7、分子的全配分函数§ 7-8 用全配分函数计算自由能和反响的均衡常数（ 2 学时）1、配分函数计算反响吉布斯自由能第七章统计热力学基础【基本观点·基本知识】1、统计热力学系统的分类：独立/非独立粒子系统、可别/不行别粒子系统2、独立粒子系统的散布、最可几散布、均衡态散布3、系统的微观状态4、粒子的配分函数5、转动特色温度，振动特色温度6、焓函数、吉布斯自由能函数7、统计熵、量热熵【基本定律与基本理论】1、等几率假定2、玻兹曼散布定律（推导和表达式的意义）3、 Maxwall 速率散布的意义及与平动相关的各样统计均匀值4、粒子配分函数与热力学函数的关系5、最低能级能量数值的选用对配分函数的影响6、双原子分子转动、振动、平动的能级公式7、波兹曼公式：S k ln8、热力学定律的统计解说【基本计算与基本方法】1、独立可别与不行别粒子系统的计算2、用波兹曼散布定律计算简单系统的粒子散布3、单原子分子、双原子分子各样运动形式的配分函数4、单原子及双原子分子各样运动形式对热力学性质的贡献5、分别用配分函数和自由能函数计算简单理想气体反响的均衡常数第一讲：统计热力学概论·Boltzmann统计一、统计热力学概论（一）、统计热力学的基本任务1、统计热力学的基本任务回顾：A 、经典热力学的任务： a）解决某一过程的能量衡算； b）过程的方向判断据；基础：热力学三定律；长处：着眼与系统的状态而不依靠系统的微观结构，高度靠谱；弊端：没法描绘系统的微观结构和微观运动规律B、统计热力学的任务：用统计学的原理，从系统的微观结构和运动状态出发，揭露系统宏观性质的实质。
物理化学全册电子教案2024新版
非晶体材料的发展
趋势
随着科技的进步，非晶体材料在 能源、信息、生物医学等领域的 应用前景广阔，未来将继续探索 其新的应用领域和性能优化。
PART 07
总结回顾与拓展延伸
REPORTING
关键知识点总结回顾
热力学基础
化学动力学
包括热力学系统、状态函数、热力学第一 定律和第二定律等基础概念，以及热机效 率、熵增原理等应用。
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，探讨物质
的结构、性质、能量转化以及化学反应的机理和速率等问题。
02
物理化学的历史与发展
自19世纪中期以来，物理化学逐渐发展成为化学学科的一个重要分支，
推动了化学理论的发展和实验技术的进步。
03
物理化学在化学学科中的地位
物理化学是化学学科的理论基础，为化学各分支提供理论支持和实验方
涉及反应速率、反应机理、活化能等概念 ，以及阿累尼乌斯方程、碰撞理论等理论 模型。
电化学
表面化学与胶体化学
涵盖电解质溶液、原电池、电解池等基础 知识，以及电极电势、电池电动势等计算 和应用。
介绍表面张力、润湿现象、吸附作用等表 面化学知识，以及胶体性质、制备和应用 等胶体化学内容。
拓展延伸：前沿领域介绍及挑战性问题探讨
要点二
吸附等温线和吸附等 温式
吸附等温线是在一定温度下，吸附量 随平衡压力变化的关系曲线。常见的 吸附等温线类型有I型、II型、III型、 IV型和V型。吸附等温式是描述吸附 量与平衡压力之间关系的数学表达式 ，如Langmuir等温式、Freundlich 等温式等。
要点三
影响吸附作用的因素
影响吸附作用的因素包括温度、压力 、吸附剂的性质和用量、吸附质的性 质和浓度以及共存物质的影响等。
物理化学电子教案—七精品PPT课件
⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中，当 所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个电 极上发生反应的物质，其物质的量相同，析 出物质的质量与其摩尔质量成正比。
人们把在数值上等于1 mol元电荷的电量称为 Faraday常数。
已知元电荷电量 e 为 1.60221019 C
F Le 6.0221023 mol 1.602 2 1019 C
第二类导体的特点是：
A. 正、负离子作反向移动而导电 B. 导电过程中有化学反应发生 C. 温度升高，电阻下降 D. 导电总量分别由正、负离子分担 *固体电解质，如 AgBr、PbI2 等，也属于离子 导体，但它导电的机理比较复杂，导电能力不高， 本章以讨论电解质水溶液为主。
电子导体
导电机制 自由电子 带电粒子 单一 带电荷量 单一 相互作用 不变 化学变化 无
温度影响 T升高、R升高
离子导体
阴、阳离子 多种
多种（价态） 变（浓度） 有（电极反应）
T升高、R降低
正极、负极、
正极： 电势高的极称为正极，电流从正极
流向负极。
负极： 电势低的极称为负极，电子从负极
流向正极。
阴极、阳极
阴极： 发生还原作用的极称为阴极。
在原电池中，阴极是正极；在
(Cathode)
§8.1 电化学中的基本概念和电解定律
原电池和电解池
电化学主要是研究电能和化学能之间的 相互转化及转化过程中有关规律的科学。
电解
电能
化学能
电池
电化学的用途
⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属 电解法制备各种化工原料、金属 复合材料和表面特种材料 电镀法保护和精饰金属 阳极钝化和氧化着色等
⒉ 电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生
人们把在数值上等于1 mol元电荷的电量称为 Faraday常数。
已知元电荷电量 e 为 1.60221019 C
F Le 6.0221023 mol 1.602 2 1019 C
第二类导体的特点是：
A. 正、负离子作反向移动而导电 B. 导电过程中有化学反应发生 C. 温度升高，电阻下降 D. 导电总量分别由正、负离子分担 *固体电解质，如 AgBr、PbI2 等，也属于离子 导体，但它导电的机理比较复杂，导电能力不高， 本章以讨论电解质水溶液为主。
电子导体
导电机制 自由电子 带电粒子 单一 带电荷量 单一 相互作用 不变 化学变化 无
温度影响 T升高、R升高
离子导体
阴、阳离子 多种
多种（价态） 变（浓度） 有（电极反应）
T升高、R降低
正极、负极、
正极： 电势高的极称为正极，电流从正极
流向负极。
负极： 电势低的极称为负极，电子从负极
流向正极。
阴极、阳极
阴极： 发生还原作用的极称为阴极。
在原电池中，阴极是正极；在
(Cathode)
§8.1 电化学中的基本概念和电解定律
原电池和电解池
电化学主要是研究电能和化学能之间的 相互转化及转化过程中有关规律的科学。
电解
电能
化学能
电池
电化学的用途
⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属 电解法制备各种化工原料、金属 复合材料和表面特种材料 电镀法保护和精饰金属 阳极钝化和氧化着色等
⒉ 电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、生
物理化学电子教案25400页PPT
DGT, P = −W'r = QV 注意：外加电压要足够高（高于 HCl 溶液的分解电压）， 反应才能发生，电流才能持续。
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10.11.2019
7.1 离子的迁移
H2 − 2e− = 2H+
Cl2 + 2e− = 2Cl−
电极上发生氧 化反应－阳极
得到反应失去 的电子，电势 较低－负极
(2) 电解质溶液的导电机理： (a) 在溶液中，电流是通过正、负离子的定向迁移 形成的；
(b) 在电极/溶液界面处，电流是通过电极上发生 氧化或还原反应，得到或失去电子来形成的。
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10.11.2019
7.1 离子的迁移
结论： (3) 电极的命名 (a) 正极和负极 正极：电化学装置中，电势较高的电极； 负极：电化学装置中，电势较低的电极。 (b) 阳极和阴极 阳极：电化学装置中，发生氧化反应的电极； 阴极：电化学装置中，发生还原反应的电极。
电解池示意图
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10.11.2019
7.1 离子的迁移
电解过程的总结果：
(1) 外电源做电功：W' = −QV（Q：传输的电量；V：外加 电压）；
(2) 电解池中发生了非自发反应（DGT, P > 0）： 2HCl（2H+ + 2Cl−）= H2 + Cl2
(3) 系统的吉布斯自由能 G 升高。 可逆条件下电解，有
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10.11.2019
7.1 离子的迁移
(2) 离子导体（第二类导体）：靠离子的迁移导电，包括电 解质溶液、熔融电解质；
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7.1 离子的迁移
H2 − 2e− = 2H+
Cl2 + 2e− = 2Cl−
电极上发生氧 化反应－阳极
得到反应失去 的电子，电势 较低－负极
(2) 电解质溶液的导电机理： (a) 在溶液中，电流是通过正、负离子的定向迁移 形成的；
(b) 在电极/溶液界面处，电流是通过电极上发生 氧化或还原反应，得到或失去电子来形成的。
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10.11.2019
7.1 离子的迁移
结论： (3) 电极的命名 (a) 正极和负极 正极：电化学装置中，电势较高的电极； 负极：电化学装置中，电势较低的电极。 (b) 阳极和阴极 阳极：电化学装置中，发生氧化反应的电极； 阴极：电化学装置中，发生还原反应的电极。
电解池示意图
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10.11.2019
7.1 离子的迁移
电解过程的总结果：
(1) 外电源做电功：W' = −QV（Q：传输的电量；V：外加 电压）；
(2) 电解池中发生了非自发反应（DGT, P > 0）： 2HCl（2H+ + 2Cl−）= H2 + Cl2
(3) 系统的吉布斯自由能 G 升高。 可逆条件下电解，有
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10.11.2019
7.1 离子的迁移
(2) 离子导体（第二类导体）：靠离子的迁移导电，包括电 解质溶液、熔融电解质；
物理化学电子教案第七
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2019/10/16
7.1 离子的迁移
离子迁移数的影响因素：
(1) 外加电压：虽然外加电压可以改变离子的迁移 速率，但由于所有离子的迁移速率随电压是同比例变 化的，因此改变外加电压不会影响离子的迁移数；
(2) 溶液浓度：当溶液浓度增大时，离子间的相互 吸引作用力增大，正、负离子的迁移速率均减慢。如 果正、负离子的价数相同，则所受影响也大致相同， 因此迁移数变化不大；若价数不同，则价数大的离子 的迁移数将明显减小；
电解池示意图
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2019/10/16
7.1 离子的迁移
电解过程的总结果：
(1) 外电源做电功：W' = −QV（Q：传输的电量；V：外加 电压）；
(2) 电解池中发生了非自发反应（DGT, P > 0）： 2HCl（2H+ + 2Cl−）= H2 + Cl2
(3) 系统的吉布斯自由能 G 升高。 可逆条件下电解，有
电极上发生还 原反应－阴极
失去电子，电 势较高－正极
原电池示意图
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2019/10/16
7.1 离子的迁移
原电池的总结果：
(1) 原电池中发生了自发反应（DGT, P < 0）： H2 + Cl2 = 2HCl（2H+ + 2Cl−）
(2) 系统对外电路做电功：W' = QV（Q：传输的电量；V： 原电池的电压）；
1. 电解质溶液的导电机理 导体：能够导电的物质。 两类导体： (1) 电子导体（第一类导体）：靠自由电子的迁移导电，包 括金属、半导体； 特点： (a) 因自由电子定向移动而导电； (b) 导电过程中导体本身不发生变化； (c) 电阻随温度升高而增大（金属）或减小（半导体）； (d) 导电总量全部由电子承担。
物理化学PPT-第七章
计算难溶盐的溶解度及溶度积
c
—测
m
—查
2
c 而溶度积 K c 注：因溶解度极小，水的电离不能忽略 实测 实验用水
其它：凡与离子浓度有关的物理量
7· 1· 2 电解质的化学势（反应性质） z 强电解质 B —— Cz A
电动势的公式对电极电势仍成立， 但必须写还原电极反应。
7· 3· 2 电极电势的计算 ① 标准电极电势 Eθ(电极)——查表 不同价态电极电势间关系 例7· 3· 1：25℃时， Eθ(Fe3+/Fe)=－0.036V Eθ(Fe3+,Fe2+/Pt)=0.770V 求： Eθ(Fe2+/Fe)=？
解：写还原反应，电动势的公式仍适用 Fe3++3e Fe┄┄△rGm,1=－3FE1 Fe3++e Fe2+┄┄△rGm,2=－FE2 Fe2++2e Fe┄┄△rGm,3=－2FE3
∵ ①－②=③
rGm,3 rGm,1 rGm,2
2FE3 3FE1 FE2
3E1 E2 E3 2
E r Sm zF T P
F——每摩尔电子电量：96485 C· mol－1
E T P —原电池的温度系数
E r H m rGm Tr Sm zFE zFT T P 例7· 2· 1：某恒T，P下化学反应 ① 直接混合发生（或短路时） ② 以可逆电池方式发生 两过程 r Hm , rGm , r Sm , Qm ,W 关系如何？
电导率
l 1 G S m A Kcell=l/A——电导池常数
物理化学7-1
表面张力使所有液态都有缩小其表面积的趋势
(a)
(b)
表面张力是普遍存在的，不仅液体表面有，固体表面 也有。 在固-液、液-液以及固-固界面处也存在相应的界面 张力。表面张力是产生一切表面现象的根源。
欲扩展液态的表面，把一部分分子从液态内部移动到表面上来， 需克服向内的拉力而做功，此功称为表面功 完成表面扩展之后，表面功转化为表面分子的能量。表面分子 比内部分子的能量更高 实验发现，f 正比于l；设比例系数为 σ，则
微小晶体的蒸气压 高于正常晶体的蒸 气压 微小晶体的凝固点 低于正常晶体的凝 固点
过饱和液体
指超过正常溶解度仍不结晶的溶液
微小晶体的溶解度高于正常晶体的溶解度
润湿现象
液体与固体接触时，由于液体、固体自身表面性质的不同，液体 会在固体表面上铺展开来或呈凸透镜形状，产生润湿现象
������ = ������������ ������气固
������������ =
2������ ������
1）附加压力与表面张力成正比，与曲率半径成反比 2）附加压力的方向由界面曲率方向决定 凸液面：������ > 0，������������ > 0 平液面：������ = ∞，������������ = 0
凹液面：������ < 0，������������ < 0 3）在液体中形成气泡的初期，气泡内气体需承受很大的附加压力
cos ������ =
������气固 − ������液固 ������气液
当接触角������ = 0°时，铺展润湿；当������ < 90°时，粘附润湿； 当������ > 90°时，不润湿；当������ = 180°时，完全不润湿
物理化学电子教案25
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06.03.2021
7.1 离子的迁移
3. 离子迁移数 根据电解质溶液的导电机理，电解质溶液中电量 的传输是由正、负离子共同分担的，因此有：
(1) 在电解质溶液中，与电流方向垂直的任何一个 截面上通过的总电量必然等于通过该截面的正离子和 负离子所传输的电量的总和；
(2) 由于正离子和负离子的迁移速率不一定相等， 所带电荷的绝对值也不一定相等，因此正、负离子所 传输的电量不一定相等。
Rr l
A
电阻率 r 是长为 1 m，截面积为 1 m2 的导体的电阻。
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06.03.2021
7.2 电解质溶液的电导
电导：电阻 R 的倒数，用符号 G 表示，单位为 S
（西门子）或 W−1，即
G 1 I RV
电导率：电阻率 r 的倒数，用符号 k 表示，单位
为 S·m−1，即
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06.03.2021
7.1 离子的迁移
1. 电解质溶液的导电机理 电解质溶液的连续导电过程必须在电化学装置中 实现，而且总是伴随有电化学反应和化学能与电能的 相互转化。
下面分别以电解池和原电池为例，讨论电解质溶 液的导电机理。
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06.03.2021
电化学过程都是在电化学装置中进行和实现的。
两类电化学装置： (1) 原电池：将化学能转化为电能的装置； 包括：一次电池、燃料电池，以及二次电池放电时； (2) 电解池：将电能转化为化学能的装置。 包括：电解槽、电镀槽，二次电池在充电时。
电化学装置的组成要素：电解质溶液和两个电极。
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A.正、负离子作反向移动而导电 B.导电过程中有化学反应发生
C.温度升高，电阻下降
D.导电总量分别由正、负离子分担
*固体电解质，如 AgBr、PbI2 等，也属于离子导体，但 它导电的机理比较复杂，导电能力不高，本章以讨论电 解质水溶液为主。
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2021/3/17
正极、负极
物理化学电子教案—第七章
电解
电能
电池
化学能
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2021/3/17
第七章电解质溶液
主要内容
1. 电化学的基本概念和法拉第定律 2. 离子的电迁移和迁移数 3. 电导 4. 强电解质溶液理论简介
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2021/3/17
7.1 电化学的基本概念和法拉第定律
s
(3)
n(O2)
1 4
n(13Au)
=
1 4
197.01g.20mgol1
/
3
4.57103
mol
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2021/3/17
荷电粒子基本单元的选取
解法二
取基本粒子荷3个基本电荷：即
Au，
3 4
O2
(1)
Q
nzF
1.20 g 197.0 g mol-1
电解
电能
电池
化学能
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2021/3/17
电化学的用途
⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属； 电解法制备化工原料； 电镀法保护和美化金属； 还有氧化着色等。
⒉电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、 生化和医学等方面都要用不同类 型的化学电源。
⒊电分析 ⒋生物电化学
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2021/3/17
法拉第定律的数学表达式
Mz ze M Az- ze A
取电子的得失数为 z，通入的电量为 Q，则电极 上发生反应的物质的量 n 为：
n
Q zF
或 Q nzF
电极上发生反应的物质的质量 m 为：
m
nM
Q zF
M
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2021/3/17
原电池(galvanic cell)
Zn电极：
Zn(S)→Zn2++2e发生氧化作用，是阳极。电 子由Zn极流向Cu极，Zn极电 势低，是负极。
Cu电极：
Cu2++2e-→ Cu(S) 发生还原作用，是阴极。电 流由Cu极流向Zn极，Cu极电 势高，是正极。
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2021/3/17
⑶ 阳极上放出氧气的物质的量。
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2021/3/17
荷电粒子基本单元的选取
解法一
取基本粒子荷单位电荷：即
1 Au, 3
1 4
O2
(1)
Q
nzF
1.20 g 197.0 g mol-1
196500 /3
C mol1
= 1763 C
(2)
t
Q I
1763 0.025
C A
7.05104
（1）基本概念
研究对象 电化学用途 两类导体 正极、负极 阴极、阳 极原电池 电解池 电流效率
（2）法拉第定律
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2021/3/17
电化学研究对象
电化学主要是研究电能和化学能之间的 相互转化及转化过程中有关规律的科学。
实际消耗电量
表示式 （2）
电流效率= 电极上产物的实际量×100%
理论计算应得量
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2021/3/17
法拉第定律的文字表述
Faraday’s Law
⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质量 与通入的电量成正比。
⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中，当 所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个电 极上发生反应的物质，其物质的量相同，析 出物质的质量与其摩尔质量成正比。
根据法拉第定律，通电于若干串联电解池中，每
个电极上析出物质的物质的量相同，这时，所选取的
基本粒子的荷电绝对值必须相同。例如：
荷一价电
阴极
1 11
2 H2,
Cu, 2
Au 3
荷二价电
阴极
H2 ,
Cu,
2 Au 3
荷三价电
阴极
3 2 H2 , Au
阳极
1 4
O
2
,
1 2
Cl2
阳极
1 2 O2 , Cl2
正极： 电势高的极称为正极，电流从正极
流向负极。在原电池中正极是阴极； 在电解池中正极是阳极。
负极： 电势低的极称为负极，电子从负极
流向正极。在原电池中负极是阳极； 在电解池中负极是阴极。
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2021/3/17
阴极、阳极
阴极： 发生还原作用的极称为阴极，在原
电池中，阴极是正极；在电解池中， (Cathode) 阴极是负极。
阳极
3 4
O
2
,
3 2
Cl2
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2021/3/17
荷电粒子基本单元的选取
例题： 通电于 Au(NO3 )3 溶液，电流强度 I 0.025 A ， 析出 Au(s)=1.20 g 。已知 M(Au)=197.0 g mol-1。 求：
⑴ 通入电量 Q ；
⑵ 通电时间 t ；
阳极： 发生氧化作用的极称为阳极，在原
电池中，阳极是负极；在电解池中， (Anode) 阳极是正极。
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2021/3/17
离子迁移方向
离子迁移方向：
阴离子迁向阳极
Anion Anode
阳离子迁向阴极
Cation Cathode
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2021/3/17
2021/3/17
两类导体
1. 第一类导体
又称电子导体，如金属、石墨等。
A.自由电子作定向移动而导电 B.导电过程中导体本身不发生变化 C.温度升高，电阻也升高 D.导电总量全部由电子承担
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2021/3/17
两类导体
⒉ 第二类导体 又称离子导体，如电
解质溶液、熔融电解质等。
电解池(electrolytic cell)
电极①：
与外电源负极相接，是负极。
①
②
发生还原反应，是阴极。
Cu2++2e-→Cu(S)
电极②：
与外电源正极相接，是正极。 发生氧化反应，是阳极。 Cu(S)→ Cu2++2e-
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2021/3/17
电流效率
表示式 （1）
电流效率= 理论计算耗电量 ×100%
法拉第常数
法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电量。
已知元电荷电量为 1.6022 1019 C
F=L·e =6.022×1023 mol-1×1.6022×10-19 C
=96484.6 C·mol-1 ≈96500 C·mol-1
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2021/3/17
荷电粒子基本单元的选取