傅献彩第五版物理化学课件精编版
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傅献彩第五版物理化学课件第07章统计热力学基础[1]
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、V、N一定) 条件下对一切可能的微观运动状态所求的平均值 。该假设说明可以通过对微观量的统计计算得到宏观量。
§7.2 Boltzmann 统计
定位系统的最概然分布
一个由 N 个可区分的独立粒子组成的宏观系统〔U，V，
N为定值〕，在量子化的能级上可以有多种不同的分布方式。
分布方式：独立子系统中总粒子数 N 如何分布在各量子
〔1〕将 i 能级和 j 能级上粒子数进行比较， 用最概然分布公式相比，消去相同项，得：
N
* i
N
* j
g ei / kT i
g e j / kT j
〔2〕在经典力学中不考 虑简并度，那么上式成
Ni* N*j
i /kT
eej /kT
exp(i j
kT
)
为最低能级为 0 ，该能级上的粒子数 N 0 i i 0 Ni N0ei/kT
Fermi-Dirac统计
用于光子和由偶数个根本粒子 组成的原子和分子
用于电子、质子、中子和由奇数个 根本粒子组成的原子和分子
统计系统的分类
§7.1 概 论
根据统计单位 是否可以分辨
定位系统〔localized system〕
又称为定域子系统，这种系统中的粒子彼此可以分辨。
非定位系统〔non-localized system〕
i
由此可见，定位系统与非定位系统，最概然的分布公式
是相同的。
非定位系统的熵和Helmholtz自由能的计算公式
S非 定 位 kNln i
giei/kTklnN!U TA 非 定 位 k N T lni g ie i/k T k T ln N !
§7.2 Boltzmann 统计
Boltzmann 公式的其他形式
(完整版)傅献彩《物理化学》第五版课件及习题答案习题课2
解析 取1mol锡作为体系，设计如下过程：
Sn（白）283K 283K, p
G, H , S
1G
1H
1S
Sn（白）298K
298K，p
G, H, S
Sn（灰)283K
2G 2H 2S
Sn（灰)298K
298K，p下： Hm 2197J mol1
Sm (44.76 52.30)J K 1 mol 1
Gm H T S (2197 298 7.54)J mol1
49.9J mol1
Gm >0，由Gibbs自由能减少原理可知，298K、 p 下白锡稳定。那么在283K、p 下哪一种晶型 稳定呢？这属于由一个温度下的 求另一个 温度下的 Gm。其计算方法一般有两种：
解法1
Hm 1Hm 2Hm 2Hm
1. G 计算小结
（从G H TS及dG SdT Vdp
出发，可以导出下列公式） （1） 等温封闭体系，无其他功的过程
• 理想气体 G nRT ln( p2 / p1), G H T S
• 实际体系(g,l, s) G V p2 dp p1
（2） 变压变温过程
G H (T2S2 T1S1)
p T
v
S V
p
p T
S
T
Cp V T
p
,
S T
p
Cp T
以上各偏微商中有关 T、p、V 的只要知道
物态方程其结果就很容易知道。另外，实验上
很容易测的量是 Cp , , , 因此有时又把这些
关系式写出与它们有关的形式，如
U V
T
T
p,
H
p
T
TV
V
等。
南京大学第五版物理化学教材课件 傅献彩 沈文霞主编
W. Ostwald (1853－1932)
J. H. van’t Hoff (1852－1911)
§0.1 物理化学的建立与发展
20世纪前期迅速发展 胶 体 化 学 物理化学 形成了许多 新的分支领域， 如：
新测试手段和
新数据处理方法不
断涌现。
溶 液 化 学
§0.1 物理化学的建立与发展
20世纪中叶后发展趋势和特点：
(1) 从宏观到微观
(2) 从体相到表相
(3) 从静态到动态
(4) 从定性到定量 (5) 从单一学科到边缘学科 (6) 从平衡态的研究到非平衡态的研究
§0.1 物理化学的建立与发展
(1) 从宏观到微观 只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规 律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。 宏观 (看得见的物体) 介观 (纳米材料) 粒子 膜 丝 管 微观 (原子、分子)
实际意义。自1960年以来，逐渐形成了非平衡
态热力学这个学科分支。 Prigogine对非平衡态热力学有突出贡献，这个 学科分支成为当前理论化学的研究前沿之一。
§0.2 物理化学的目的和内容
什么是物理化学?
研究所有物质系统的化学行为的原理、规律 和方法的学科。 涵盖从宏观到微观与性质的关系、规律、化 学过程机理及其控制的研究。 物理化学是化学以及在分子层次上研究物质
§0.1 物理化学的建立与发展
18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(М. В. Ломоносов
1711－1765)最早使用 “物
理化学”这一术语。
М. В. Ломоносов
§0.1 物理化学的建立与发展
1887年德国科学家W.Ostwald和荷兰科学家J.H. van’t Hoff 合办的《物理化学杂志》建立与发展
傅献彩第五版物理化学课件全解共111页
谢谢！
111
傅献彩第五版物理化学课件全解
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
ห้องสมุดไป่ตู้
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
傅献彩物理化学电子教桉-第五版物理化学总复习省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
QP
r
H
m
(773K
)
61.2kJ.mol 1
rU
m
(773K
)
r
H
m
(773K
)
B (g)RT
61.2 (111) 8.314 773103 kJ.mol 1
67.6kJ.mol 1
W
rU
m
(773K
)
Q
(67.6 61.2)kJ.mol 1 6.4kJ.mol 1
或者
均活度系数、离子强度旳计算； 3、电池电动势、电极电势及电池反应旳
rGm , r H m , r Sm , Qr,Ka 旳计算；
4、会将简朴反应设计成原电池等。
1. 298K时电池: Zn(s)|ZnCl2 -1 ) | AgCl(s)|Ag(s) 电动势为 E=1.156V （1）写出电极反应和电池反应；
第三定律熵：
ST
T Qr
0K T
偏摩尔量、化学势及化学势判据：
Z nB
T ,P,nc
Z B,m
Z U , H ,V , A,G, S
B
G nB
T ,P,nc
GB,m
有可能发生过程
BB 0
可逆过程
3. 基本过程、基本公式
W、Q、U、H、S 、A及G旳计算：
理想气体自由膨胀
W Q U H 0
,298K
)
反应旳恒压热效应与恒容热效应旳关系：
r
H
m
(298K
)
rU
m
(298K
)
B (g)RT
如反应 H2 (g) 0.5O2 (g) H2O(l)
B (g)RT (0 0.5 1)RT 1.5RT
最新[理学]傅献彩第五版物理化学课件 06章 化学平衡教学讲义ppt
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aB B
B
B
RTlnKa
溶液中反应的平衡常数
（2）在理想稀溶液中，溶质服从Henry定律：
B ( T ,p ,x B )B * ( T ,p ) R T ln x B
为什么化学反应通常不能进行到底？
R
因使D自、由E能混降合低
P
G
因D、生E成、F后F混合
后的自由能降低
S
T
1
nD
0
系统的Gibbs自由能在反应 过程中的变化（示意图）
为什么化学反应通常不能进行到底？
若要使反应进行到底，需在van‘t Hoff 平衡箱 中进行，防止反应物之间或反应物与产物之间的任 何形式的混合，才可以使反应从R点直接到达S点。
0 BB
B
G
T,p
BBrGmA
B
A> 0 A< 0 A= 0
反应正向进行 反应逆向进行 反应达平衡
§6.2 化学反应的平衡常数和等温方程式
气相反应的平衡常数——化学反应的等温方程式 液相中反应的平衡常数
混合理想气体中B的化学势表达式为：
B(T,p)B(T)RTlnp pB
pB pxB
B(T,p)B(T)RTlnppxB
用化学反应等温式判断反应方向
化学反应等温式也可表示为： rG m R T ln K f R T ln Q f
对理想气体
rG m R T lnK p R T ln Q p
K pQ p rG m0 反应向右自发进行 K pQ p rG m0 反应向左自发进行 K pQ p rG m0 反应达平衡
(rGm)T,p 0
BB = 0 B
反应达到平衡
判断化学反应的方向与限度
物理化学(第五版傅献彩)第10_电解与极化作用
9
无电流
ϕ可逆
= ϕy Ag+ |Ag
−
RT F
ln
1 aAg+
有电流
ϕ不可逆
= ϕy Ag+ |Ag
−
RT F
ln
1 aAg+ , e
η阴
= ϕ可逆
− ϕ不可逆
=
RT F
ln aAg+ aAg+ , e
>0
aAg+ , e < aAg+ ϕ不可逆 < ϕ可逆
阳极上的情况类似，但 ϕ不可逆 > ϕ可逆
的金属先在阴极析出，这在电镀工业上很重要 例如，利用氢的超电势，控制溶液的pH，实
现镀 Zn，Sn，Ni，Cr 等
25
阴极上发生还原反应
发生还原 (1) 金属离子 的物质： (2) 氢离子 (中性水溶液 aH+ = 10−7 ) 判断在阴极上首先析出何种物质，应把各 种可能还原的物质的电极电势求出来（气 体要考虑超电势，金属可不考虑超电势）
2H+ + 2e- = H2
ϕ可逆
=ϕΟ H+ |H2
− RT 2F
ln
pH2 / p Ο a2
H+
= −0.059pH = −0.414V
ϕ不可逆 = ϕ可逆 −η = −0.414V − 0.584V = −0.998V
Zn2+ + 2e- = Zn
ϕ可逆
=ϕΟ Zn2+ |Zn
− RT 2F
1 ln
=−
RT 2F
ln
aH2 a2
H+
−ηH2
设 pH2 = p Ο
无电流
ϕ可逆
= ϕy Ag+ |Ag
−
RT F
ln
1 aAg+
有电流
ϕ不可逆
= ϕy Ag+ |Ag
−
RT F
ln
1 aAg+ , e
η阴
= ϕ可逆
− ϕ不可逆
=
RT F
ln aAg+ aAg+ , e
>0
aAg+ , e < aAg+ ϕ不可逆 < ϕ可逆
阳极上的情况类似，但 ϕ不可逆 > ϕ可逆
的金属先在阴极析出，这在电镀工业上很重要 例如，利用氢的超电势，控制溶液的pH，实
现镀 Zn，Sn，Ni，Cr 等
25
阴极上发生还原反应
发生还原 (1) 金属离子 的物质： (2) 氢离子 (中性水溶液 aH+ = 10−7 ) 判断在阴极上首先析出何种物质，应把各 种可能还原的物质的电极电势求出来（气 体要考虑超电势，金属可不考虑超电势）
2H+ + 2e- = H2
ϕ可逆
=ϕΟ H+ |H2
− RT 2F
ln
pH2 / p Ο a2
H+
= −0.059pH = −0.414V
ϕ不可逆 = ϕ可逆 −η = −0.414V − 0.584V = −0.998V
Zn2+ + 2e- = Zn
ϕ可逆
=ϕΟ Zn2+ |Zn
− RT 2F
1 ln
=−
RT 2F
ln
aH2 a2
H+
−ηH2
设 pH2 = p Ο
傅献彩第五版物理化学ppt课件06章化学平衡
对于沉淀MA，Ksp=[M][A]；对于沉 淀AB，Ksp=[A]^2[B]^3；对于沉淀 AB2，Ksp=[A]^3[B]^2。
03
影响因素
内因是难溶物质本身的性质；外因是 温度，大部分固体物质的溶解度随温 度的升高而增大。
沉淀生成与溶解条件
沉淀生成条件
Qc>Ksp，改变离子浓度（如 稀释、加沉淀剂等）使Qc减
当Qc>Ksp时，溶液中有沉淀生成；当 Qc=Ksp时，溶液处于沉淀溶解平衡状态 ；当Qc<Ksp时，溶液中的沉淀会溶解。
氧化还原平衡
氧化还原反应的定义
01
有电子得失或共用电子对偏移的化学反应，即氧化剂和还原剂
之间的反应。
氧化还原平衡常数
02
表示氧化剂和还原剂在溶液中达到氧化还原平衡时，各物质浓
度幂的乘积与反应商的比值，是一个常数。
氧化产物与还原产物
还原剂在反应中失去电子后被氧化 的产物称为氧化产物；氧化剂在反 应中获得电子后被还原的产物称为 还原产物。
原电池与电极电势
原电池
将化学能转变为电能的装置。
电极电势
电极与溶液之间的电势差，用符号 “E”表示，单位为V。
标准电极电势
在标准状态下，电极反应中各物种的活 度（或浓度）均为1 mol/L时的电极电 势。
小。
沉淀溶解条件
Qc<Ksp，改变离子浓度（如 加酸、加热等）使Qc增大。
溶度积规则
当溶液中的离子浓度幂的乘 积等于溶度积时，则溶液是 饱和的；若小于溶度积，则 溶液是不饱和的；若大于溶 度积，则会有沉淀析出。
分步沉淀与共沉淀现象
分步沉淀
在含有多种难溶物的溶液中，当改变条件使其中一种难溶物 沉淀析出时，其他难溶物可能随之析出的现象。分步沉淀的 次序与难溶物的溶度积常数和溶液中相应离子的浓度有关。
傅献彩第五版物理化学ppt课件第08章电解质溶液
负 极
Zn
e-
负载电阻
正
Cu
2+
极-
e
e
-
阳 极
Zn Cu SO2SO24 4
2+
阴 极
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
发生还原作用的极称为阴极， 发生氧化作用的极称为阳极。
在原电池中，阴极是正极，
Danill电池
-电源 + e
阴 极 电解质溶液 阳 极
e-
阳极是负极；在电解池中，阴极 是负极，阳极是正极。
A. 自由电子作定向移动而导电 A. 正、负离子作反向移动而导电
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
§8.1 电化学中的基本概念和电解定律
原电池和电解池
原电池中的两极称为正、负极 电势高的极称为正极，电势低 的极称为负极；在外电路，电 流从正极流向负极。 电解池中的两极称为阴、阳极
1 2+ 2+ 的迁移数，以 SO 2解法1：先求 Cu 的迁移数，以 2 Cu 为基 解法2：先求 SO2 4 为基 4 2 本粒子，已知： M (Ag) 107.88 g mol1 本粒子。 1 阴极上 SO2 不发生反应，电解不会 M ( CuSO 4 ) 79.75 g mol 1 4 2 使阴极部 SO2 离子的浓度改变。电 n(电) 0.0405/107.88 3.754 104 mol 4 解时SO2 迁向阳极，使阴极部减少。 2 4 n(终) 1.1090/79.75 1.3906 10 mol 1
n(终) n(始) n(迁) n(电) n(迁) 1.424 10 mol
4
t (Cu2+ ) 1 t (SO24 ) 0.38
Zn
e-
负载电阻
正
Cu
2+
极-
e
e
-
阳 极
Zn Cu SO2SO24 4
2+
阴 极
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
发生还原作用的极称为阴极， 发生氧化作用的极称为阳极。
在原电池中，阴极是正极，
Danill电池
-电源 + e
阴 极 电解质溶液 阳 极
e-
阳极是负极；在电解池中，阴极 是负极，阳极是正极。
A. 自由电子作定向移动而导电 A. 正、负离子作反向移动而导电
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
§8.1 电化学中的基本概念和电解定律
原电池和电解池
原电池中的两极称为正、负极 电势高的极称为正极，电势低 的极称为负极；在外电路，电 流从正极流向负极。 电解池中的两极称为阴、阳极
1 2+ 2+ 的迁移数，以 SO 2解法1：先求 Cu 的迁移数，以 2 Cu 为基 解法2：先求 SO2 4 为基 4 2 本粒子，已知： M (Ag) 107.88 g mol1 本粒子。 1 阴极上 SO2 不发生反应，电解不会 M ( CuSO 4 ) 79.75 g mol 1 4 2 使阴极部 SO2 离子的浓度改变。电 n(电) 0.0405/107.88 3.754 104 mol 4 解时SO2 迁向阳极，使阴极部减少。 2 4 n(终) 1.1090/79.75 1.3906 10 mol 1
n(终) n(始) n(迁) n(电) n(迁) 1.424 10 mol
4
t (Cu2+ ) 1 t (SO24 ) 0.38
物理化学 第五版 傅献彩沈文霞姚天扬侯文华编 高等教育出版社 化工学院
V1,T1
V2,T2
( )p,n VT, 即V=C’T
③ Avogadro定律: 同温同压下，相同体积的气体 含有相同的摩尔数。
V1, n1
V2, n2
V3, n3
( )T,p Vn, 即V=C’’n
条件：压力越低，实验结果与三条经验定律 吻合得越好。
（2）理想气体状态方程
① 理想气体的规定：在任何温度、压力下都服 从上述经验定律的气体称为理想气体。
状线临。逐界其渐体中积变c，化k线用。代T到c表，了不pc，
j
i
h
3线同与表V0c温V不4便表.m2度同(示出1l)下温K的。现以饱度关转和下下系折蒸饱，; ，c气和i曲线中压蒸代p
② 什么叫状态方程：能够表示某物质p,V,T之间 相互关系的方程式叫做该物质的状态方程。
③ 理想气体状态方程：pV=nRT 设 V = f (T, p, n)
dV
V p
dp T ,n
V T
dT p,n
V n
dn T , p
④ 摩尔气体常数 R= 8.314 J·K-1 ·mol-1
物理化学
第五版
傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华 编
高等教育出版社 化工学院 庄淑娟
绪论 §0.1 物理化学的建立与发展 §0.2 物理化学的目的与内容 §0.3 物理化学的研究方法 §0.4 物理化学课程的学习方法
§0.1 物理化学的建立与发展
18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(1711－1765)最 早使用“物理化学” 这一术语。
*§1.11 分子间的相互作用力
§1.1 气体分子动理论
物理化学南京大学傅献彩第五版14章胶体与大分子溶液课件
§14.2 溶胶的制备与净化
溶胶的制备
制备溶胶必须使分散相粒子的大小落在胶体分 散系统的范围之内，并加入适当的稳定剂。制备方 法大致可分为两类：
（1）分散法 用机械、化学等方法使固体的粒子变小
（2）凝聚法 使分子或离子聚结成胶粒
19
物理化学(B)II
溶胶的制备
用这两种方法直接制出的粒子称为原级粒子。
作为憎液溶胶基本质点的胶粒并非都是球形， 而胶粒的形状对胶体性质有重要影响。
质点为球形的，流动性较好；若为带状的， 则流动性较差，易产生触变现象。
17
物理化学(B)II
胶团的形状
例如：（1）聚苯乙烯胶乳是球形质点 （2） V2O5 溶胶是带状的质点 （3） Fe(OH)3 溶胶是丝状的质点
18
物理化学(B)II
超声波分散法
4
3 1
2
1.石英片 2.电极
3.变压器油 4.盛试样的试管
27
物理化学(B)II
(4)电弧法 电弧法主要用于制备金、 银、铂等金属溶胶。制备过程 包括先分散后凝聚两个过程。
将金属做成两个电极浸在水 中，盛水的盘子放在冷浴中。在 水中加入少量NaOH 作为稳定剂
制备时在两电极上施加 100V 左右的直流电，调节电
第十四章
胶体分散系统和大分子溶液
1
物理化学(B)II
第十四章 胶体分散系统和大分子溶液
§14.1 胶体和胶体的基本特性 §14.2 溶胶的制备和净化 §14.3 溶胶的动力性质 §14.4 溶胶的光学性质 §14.5 溶胶的电学性质 §14.6 双电层理论和 电势 §14.7 溶胶的稳定性和聚沉作用 §14.8 乳胶液 §14.9 凝胶 §14.10 大分子溶液
傅献彩《物理化学》第五版课件及习题答案电解与极化作用
用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化
也可以利用滴汞电极上的浓差极化进行极谱分析。
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§10.2 极化(jí huà)作用
例如电解(diànjiě)一定浓度的硝酸银溶液
阴极反应
Ag+ (mAg+ ) e Ag(s)
电解时
可逆
Ag |Ag
RT F
ln
1 aAg+
不可逆
Ag |Ag
RT F
电解池中两电极(diànjí)的极化曲线
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极化曲线（polarization curve）
(2) 原电池中两电极(diànjí)的极化 曲线 原电池中，负极是阳极(yángjí)，正极是阴极。
随着电流密度的增加，阳极析出电势变大，阴极 析出电势变小。
由于极化，使原电池的作功能力下降。
利用这种极化降低金属的电化腐蚀速度。
逐渐增加外加电压，
由安培计G和伏特计V分别 测定线路中的电流强度I 和电压E，画出I-E曲线。
电源
V
阳极 Pt
G
阴极
分解电压的测定
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分解电压的测定
外加电压很小时，几乎
(jīhū)无电流通过，阴、阳 电 极上无H2 (g) 和Cl2(g)放出。流I
随着E的增大，电极表面产生 少量(shǎoliàng)氢气和氯气，但 压力低于大气压，无法逸出。
溶液中生成 Fe(OH)3 沉淀， Fe(OH)3 又可能部分失水生
成
Fe2O3
所以铁锈是一个由 Fe2+ , Fe3+ , Fe(OH)3, Fe2O3 等 化合物组成的疏松的混杂物质。
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腐蚀时阴极(yīnjí)上的反应
(1)析氢腐蚀 酸性介质中 H+在阴极上还原成氢气析出。
也可以利用滴汞电极上的浓差极化进行极谱分析。
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§10.2 极化(jí huà)作用
例如电解(diànjiě)一定浓度的硝酸银溶液
阴极反应
Ag+ (mAg+ ) e Ag(s)
电解时
可逆
Ag |Ag
RT F
ln
1 aAg+
不可逆
Ag |Ag
RT F
电解池中两电极(diànjí)的极化曲线
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极化曲线（polarization curve）
(2) 原电池中两电极(diànjí)的极化 曲线 原电池中，负极是阳极(yángjí)，正极是阴极。
随着电流密度的增加，阳极析出电势变大，阴极 析出电势变小。
由于极化，使原电池的作功能力下降。
利用这种极化降低金属的电化腐蚀速度。
逐渐增加外加电压，
由安培计G和伏特计V分别 测定线路中的电流强度I 和电压E，画出I-E曲线。
电源
V
阳极 Pt
G
阴极
分解电压的测定
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分解电压的测定
外加电压很小时，几乎
(jīhū)无电流通过，阴、阳 电 极上无H2 (g) 和Cl2(g)放出。流I
随着E的增大，电极表面产生 少量(shǎoliàng)氢气和氯气，但 压力低于大气压，无法逸出。
溶液中生成 Fe(OH)3 沉淀， Fe(OH)3 又可能部分失水生
成
Fe2O3
所以铁锈是一个由 Fe2+ , Fe3+ , Fe(OH)3, Fe2O3 等 化合物组成的疏松的混杂物质。
精品文档
腐蚀时阴极(yīnjí)上的反应
(1)析氢腐蚀 酸性介质中 H+在阴极上还原成氢气析出。
物理化学课件--南大傅献彩等第五版ppt_07-1[1]
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解：先求Cu2+的迁移数，以 1 Cu 为基本粒子，已知： 2
2+
M ( 1 CuSO 4 ) = 79.75 g ⋅ mol−1 2 n(电) = 0.0405 g/107.88 g ⋅ mol−1 = 3.754 × 10−4 mol n(始)=1.1276 g/79.75 g ⋅ mol−1 = 1.4139 × 10−2 mol n(终) = 1.109 g/79.75 g ⋅ mol−1 = 1.3906 × 10−2 mol
无限稀薄摩尔电 导率(molar conductivity at infinite dilution) ∞ m
Λ
7.3.5离子独立运动定律
电解质
Λ
2
∞ m -1
S ⋅ m ⋅ mol
0.014986 0.011503 0.014004 0.010598 0.01450 0.01101
Δ × 10 Λ -1 S ⋅ m ⋅ mol
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(Cathode) ：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，阴极 是负极。 阳极(Anode)：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，阳极是 正极。
离子在电场中运动的速率用公式表示为：
dE v+ = u + dl
dE v− = u − dl
式中 dE dl 为电位梯度，比例系数u+和u-分别称为正、负 离子的电迁移率(electric mobility)u，又称为离子淌度 （ionic mobility），即相当于单位电位梯度时离子迁移 的速率。它的单位是m2·s-1·V-1。 电迁移率的数值与离子本性、电位梯度、溶剂性 质、温度等因素有关，可以用界面移动法测量。
第八章 电解质溶液 物理化学第五版 博献彩[可修改版ppt]
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§8.1 电化学中的基本概念和电解定律
一、基本概念
7.电极命名法 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：发生还原作用的电极（被还原、氧化剂的反应， 得e-电价降低）原电池的正极；电解池的负极。
阳极：发生氧化作用的电极（被氧化、还原剂的反应， 失e-电价升高）原电池的负极；电解池的正极。
§8.2 离子的电迁移率和迁移数
二、离子的迁移数
例题2界面移动法
1.在298k时，在迁移管中，首先注入一定浓度的某 有色离子水溶液，然后在其上面小心地注入浓度为 0.01065mol/dm3的HCl水溶液，使其形成一明显分解 面。通入11.54mA的电流，历时22min，界面移动 了15cm，已知迁移管的内径为1.0cm，则H+离子的迁 移数为多少？
德国科学家Kohlrausch 根据大量的实验数据，发
现了一个规律：在无限稀释溶液中，每种离子独立移
动，不受其它离子影响，电解质的无限稀释摩尔电导
率可认为是两种离子无限稀释摩尔电导率之和
ΛΛ Λ Λ Λ Λ m
m ,+
m,
m m ,+ m ,
这就称为Kohlrausch 离子独立移动定律。这样，
难点 ：熟练理解阴阳极
§8.1 电化学中的基本概念和电解定律
一、基本概念
1.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。须通过电化学装置。
电解
电能
化学能
电池
§8.1 电化学中的基本概念和电解定律
一、基本概念
2.电化学装置：电能和化学能相互转化的装置。包括 （原）电池和电解池。均由电解质溶液和电极构成。 3.原电池：将化学能转化成电能的装置。 4.电解池：将电能转化成化学能的装置。 5.电化学研究内容：电解质溶液（导电性能及热力学 性质）、可逆电动势、不可逆电极过程
傅献彩第五版物理化学ppt课件第13章表面物理化学
或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开 水而指向空气，在界面定向排列。 表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积 所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。
稀溶液的
c 曲线的三种类型
Ⅱ
d 曲线Ⅰ： 0 表面活性物质 dc 曲线Ⅱ：d > 0 非表面活性物质 dc 曲线Ⅲ：d 0 表面活性剂 dc
入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。
如果要增加单位表面积，所作的功中还必须包括克服静 电引力所消耗的功，所以表面张力升高。 表面活性物质
加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。
§13.1 表面张力及表面Gibbs自由能
溶液的表面张力与溶液浓度的关系
表面活性物质 这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链
dU TdS pdV dAs B dnB U U S ,V , As , nB
所以考虑了表面功的热力学基本公式为
B
B
从基本公式可得
U H As S ,V ,nB As S , p ,nB A G As T ,V ,nB As T , p ,nB
表面和界面
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中 一相为气体，这种界面通常称为表面。 严格讲表面应是液体或固体与其饱和蒸气之间的界面， 但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。 气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
界面现象的本质
界面层分子与内部分子相比所处的环境不同，因此，界
§13.2 弯曲表面上的附加压力和蒸气压
弯曲表面上的蒸汽压——Kelvin公式
物理化学第五版南京大学傅献彩相平衡ppt课件
在相同温度下，过 冷水的蒸气压大于冰的 蒸气压，所以OD线在 OB线之上
p / Pa
C
水f
E
超 临
A
界 水
F
冰
P
610.62 D O
q
B
水蒸气
273.16
TC T / K
过冷水处于不稳定状态，一旦有凝聚中心出现， 就立即全部变成冰。
两相平衡线上的任 何一点都可能有三种情 况。如OA线上的P点：
d ln p sub Hm
dT
RT 2
sub Hm 0 斜率为正。
OC线 dp H fus m
dT T V fus
E超
p / Pa
C
水f
A
临 界
F
水
fus H 0, fusV 0
斜率为负。
冰
P
O
610.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2D
q
B
水蒸气
273.16
TC T / K
OD 是AO的延长线 是过冷水和水蒸气
的介稳平衡线。
Φ(S 1) 2
根据化学势相等导出联系浓度变量的方程式数为
S(Φ 1)
§5.3 相 律
根据自由度的定义
f (S 1) 2S( 1)
f S2
这是相律的一种表示形式
（1）若化学反应中有R个独立的化学平衡
（2）系统的强度性质还要满足R‘ 附加条件，例 如浓度限制条件
§5.3 相 律
则相律表示式为
水的相 图是根 据实验 绘制的
水的相图
水的相图
p / Pa
C
水
A
f
610.62
冰
D B
P O
q
水蒸气
p / Pa
C
水f
E
超 临
A
界 水
F
冰
P
610.62 D O
q
B
水蒸气
273.16
TC T / K
过冷水处于不稳定状态，一旦有凝聚中心出现， 就立即全部变成冰。
两相平衡线上的任 何一点都可能有三种情 况。如OA线上的P点：
d ln p sub Hm
dT
RT 2
sub Hm 0 斜率为正。
OC线 dp H fus m
dT T V fus
E超
p / Pa
C
水f
A
临 界
F
水
fus H 0, fusV 0
斜率为负。
冰
P
O
610.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2D
q
B
水蒸气
273.16
TC T / K
OD 是AO的延长线 是过冷水和水蒸气
的介稳平衡线。
Φ(S 1) 2
根据化学势相等导出联系浓度变量的方程式数为
S(Φ 1)
§5.3 相 律
根据自由度的定义
f (S 1) 2S( 1)
f S2
这是相律的一种表示形式
（1）若化学反应中有R个独立的化学平衡
（2）系统的强度性质还要满足R‘ 附加条件，例 如浓度限制条件
§5.3 相 律
则相律表示式为
水的相 图是根 据实验 绘制的
水的相图
水的相图
p / Pa
C
水
A
f
610.62
冰
D B
P O
q
水蒸气
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ET/V=E(293.15K)/V-{39.94(T/K-293.15) +0.929(T/K-293.15)2 - 0.009(T/K-293.15)3 +0.00006(T/K-293.15)4}×10-6
标准电池的温度系数很小
§9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号
可逆电池的书写方法 可逆电池电动势的取号
组成可逆电池的必要条件
Zn(s)|ZnSO4||HCl|AgCl(s) | Ag(s)
作原电池 () Zn(s) Zn2 2e
() 2AgCl(s) 2e 2Ag(s) 2Cl 净反应 Zn(s) 2AgCl(s) 2Ag(s) 2Cl Zn2
作电解池 阴极： Zn2 2e Zn(s)
zF a a H2 Cl2
E
RT ln
zF
a B B B
这就是计算可逆电池电动势的 Nernst 方程
从E求电池反应平衡常数K
rGm zE F rGm RT ln Ka
E
RT zF
ln
Ka
E 与 K 所处的状态不同，E 处于标准态，K
处于平衡态，只是 rGm 将两者从数值上联系在
一起。
物理化学电子教案—第九章
第九章 可逆电池的电动势及其应用
§9.1 可逆电池和可逆电极 §9.2 电动势的测定 §9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号 §9.4 可逆电池的热力学 §9.5 电动势产生的机理 §9.6 电极电势和电池的电动势 §9.7 电动势测定的应用 §9.8 内电位、外电位和电化学势
E, K 和 rGm 的值与电池反应的关系
(1)
1 2
H2
(p1
)
1 2
Cl2
(p2
)
H+
(aH ) Cl
(aCl )
(2) H2 (p1) Cl2 (p2 ) 2H+ (aH ) 2Cl (aCl )
E1 E1
RT ln a a
F
a a 1 2 1 2 H2 Cl2
E2 E2
RT ln a2a2 2F aH2 aCl2
净反应 H2 (p1) Cl2 (p2 ) 2H+ (aH ) 2Cl (aCl )
化学反应等温式为
G G RT ln
rm
rm
a B B
B
G
RT
ln
a2 H
a2 Cl
rm
a a H2 Cl2
Nernst 方程
因为 G zEF rm
G zE F rm
代入上式得
EE
RT
ln
a a 2 2 H Cl
2
2
O (p) 2
4H (a )
4e
2H 2O(l)
O (p) 2H O 4e 4OH (a )
2
2
Cl (a )ㅣCl (p)ㅣPt
2
Na (a )ㅣNa(Hg)(a)
Cl (p) 2e 2Cl (a )
2
Na+ (a ) nHg(l) e Na(Hg)(a)
第二类电极的电极反应
E1 E2
E1 E2
rGm (1) E1F
rGm (2) 2E2F
rGm (1)
1 2
rGm
(2)
E1
RT F
ln
K1
E2
RT 2F
ln
K2
K1 K2
从 E,
E
T
p
求 r Hm , rSm
dG SdT Vdp
G T p
S
(G) T p
S
(zEF) T p
r Sm
从化学反应设计电池(1)
Zn(s)+H2SO4(aq)→H2(p)+ZnSO4(aq)
Zn(s) | ZnSO4 (aq)|| H2SO4 (aq)| H2(p) | Pt 验证： () Zn(s) Zn2+ (aZn2+ ) 2e
() 2H (aH ) 2e H2(p)
净反应： Zn(s)+2H+→Zn2++H2(p)
OH
(a
)ㅣAg
2
O(s)ㅣAg(s)
Ag2O(s) 2H2O 2e
2Ag(s) 2OH (a )
第三类电极的电极反应
电极
电极反应（还原）
Fe3 (a1 ), Fe2 (a2 )|Pt Sn4 (a1 ), Sn2 (a2 )|Pt Cu2 (a1 ), Cu (a2 )|Pt
Fe3 (a1) e Fe2 (a2 ) Sn4 (a1) 2e Sn 2 (a2 )
§9.1 可逆电池和可逆电极
可逆电池 可逆电极和电极反应
电化学与热力学的联系
重要公式:
( r G)T , p,R Wf,max nEF
( r Gm )T , p,R
nEF
zEF
如何把化学反应转变成电能？
1。该化学反应是氧化还原反应，或包含有氧化 还原的过程
2。有适当的装置，使化学反应分别通过在电极 上的反应来完成 3。有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应 电解质 4。有其他附属设备，组成一个完整的电路
可逆电池电动势的取号
rGm zEF
自发电池 非自发电池
rGm < 0 rGm > 0
例如：
E>0 E<0
Zn(s)|Zn2+||Cu2+|Cu(s)
Zn(s)+Cu2+→Zn2++Cu(s) rGm<0，E>0
Cu(s)|Cu2+||Zn2+|Zn(s)
Zn2++Cu(s)→Zn(s)+Cu2+ rGm>0，E<0
从化学反应设计电池(2)
Ag (aAg ) Cl(aCl )AgCl(s)
Ags| AgCls| HClaq || AgNO3 aq| Ags
验证：
() Ag(s) Cl(aCl ) AgCl(s) e
() Ag (aAg ) e Ag(s)
净反应：
Ag (aAg ) Cl(aCl )AgCl(s)
5. 电池的电动势等于右边正极的还原电极电势减 去左边负极的还原电极电势
Zn
Cu
Zn
盐桥
Cu
ZnSO4 (aq) 素瓷烧杯
CuSO4 (aq)
ZnSO4 (aq)
CuSO4 (aq)
（1）
（2）
(1) Zn(s)│ZnSO4 (aq)│CuSO4 (aq)│Cu(s)
(2) Zn(s)│ZnSO4 (aq)‖ CuSO4 (aq)│Cu(s)
Cu2 (a1) e Cu (a2 )
§9.2 电动势的测定
对消法测电动势 标准电池
对消法测定电动势的原理图
Ew
A
H
Es.c
K D
R
E (Ro Ri )I C B U RO I
G
U RO
E RO Ri
Ex
Ex
Es.c
AC AH
RO
E U
对消法测电动势的实验装置
标准电池 待测电池
用盐桥可以使液接电势降到可以忽略不计。
盐桥的作用
盐桥是一个U型的玻璃管，其中充满含有电 解质饱和溶液的琼脂的冻胶
作盐桥的电解质要具备： r r , t t
不与电池中的电解质发生反应
盐桥中盐的浓度要很高，常用饱和溶液。 常用饱和KCl盐桥，因为K+与Cl-的迁移数相 近，当有Ag+时，用KNO3或NH4NO3。 盐桥只能降低液接电势，但不能完全消除。 只有电池反串联才能完全消除Ej，但化学反应和 电动势都会改变。
电极
电极反应（还原）
Cl (a )ㅣAgCl(s)ㅣAg(s)
AgCl(s) e Ag(s) Cl (a )
Cl
(a
)ㅣHg
2
Cl
2
(s)ㅣHg(l)
Hg2Cl2 (s) 2e
H
(a
)ㅣAg
2O(s)ㅣAg(s)
2Hg(l) 2Cl (a )
Ag 2 O(s)
2H
(a
)
2e
2Ag(s) H2O(l)
CdSO4
g8 3
H2O(s)
nHg(l)
Cd(Hg)(a) 中含镉 w(Cd) 0.05 : 0.14
298.15K时 E 1.018 32 V
问题
为什么在定温度下，含Cd的质量分数在0.05～0.14 之间，标准电池的电动势有定值？
从Hg-Cd相图可知，在室温 下，镉汞齐中镉的质量分数在 0.05～0.14之间时，系统处于熔化 物和固溶体两相平衡区，镉汞齐 活度有定值。
E<0
E 0.2224 V
§9.4 可逆电池的热力学
Nernst 方程 从标准电动势E求反应的平衡常数
由电动势E及其温度系数求反应
的 r Hm 和 rSm
Nernst 方程 Pt|H2 (p1)|HCl (a)|Cl2 (p2 )|Pt
负极,氧化 H2 (p1) 2H (aH ) 2e
正极,还原 Cl2 (p2 ) 2e 2Cl (aCl )
可逆电池电动势的取号
Pt
Ag(s)| AgCl(s)| HCla 1| H2 p | Pt H2
() Ag(s) Cl(aCl ) AgCl(s) e
()
H (aH
) e
1 2
H2( p
)
Pt
H+
净反应：
Pt AgCl Ag
Ag(s)
HCl
a
1
标准电池的温度系数很小
§9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号
可逆电池的书写方法 可逆电池电动势的取号
组成可逆电池的必要条件
Zn(s)|ZnSO4||HCl|AgCl(s) | Ag(s)
作原电池 () Zn(s) Zn2 2e
() 2AgCl(s) 2e 2Ag(s) 2Cl 净反应 Zn(s) 2AgCl(s) 2Ag(s) 2Cl Zn2
作电解池 阴极： Zn2 2e Zn(s)
zF a a H2 Cl2
E
RT ln
zF
a B B B
这就是计算可逆电池电动势的 Nernst 方程
从E求电池反应平衡常数K
rGm zE F rGm RT ln Ka
E
RT zF
ln
Ka
E 与 K 所处的状态不同，E 处于标准态，K
处于平衡态，只是 rGm 将两者从数值上联系在
一起。
物理化学电子教案—第九章
第九章 可逆电池的电动势及其应用
§9.1 可逆电池和可逆电极 §9.2 电动势的测定 §9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号 §9.4 可逆电池的热力学 §9.5 电动势产生的机理 §9.6 电极电势和电池的电动势 §9.7 电动势测定的应用 §9.8 内电位、外电位和电化学势
E, K 和 rGm 的值与电池反应的关系
(1)
1 2
H2
(p1
)
1 2
Cl2
(p2
)
H+
(aH ) Cl
(aCl )
(2) H2 (p1) Cl2 (p2 ) 2H+ (aH ) 2Cl (aCl )
E1 E1
RT ln a a
F
a a 1 2 1 2 H2 Cl2
E2 E2
RT ln a2a2 2F aH2 aCl2
净反应 H2 (p1) Cl2 (p2 ) 2H+ (aH ) 2Cl (aCl )
化学反应等温式为
G G RT ln
rm
rm
a B B
B
G
RT
ln
a2 H
a2 Cl
rm
a a H2 Cl2
Nernst 方程
因为 G zEF rm
G zE F rm
代入上式得
EE
RT
ln
a a 2 2 H Cl
2
2
O (p) 2
4H (a )
4e
2H 2O(l)
O (p) 2H O 4e 4OH (a )
2
2
Cl (a )ㅣCl (p)ㅣPt
2
Na (a )ㅣNa(Hg)(a)
Cl (p) 2e 2Cl (a )
2
Na+ (a ) nHg(l) e Na(Hg)(a)
第二类电极的电极反应
E1 E2
E1 E2
rGm (1) E1F
rGm (2) 2E2F
rGm (1)
1 2
rGm
(2)
E1
RT F
ln
K1
E2
RT 2F
ln
K2
K1 K2
从 E,
E
T
p
求 r Hm , rSm
dG SdT Vdp
G T p
S
(G) T p
S
(zEF) T p
r Sm
从化学反应设计电池(1)
Zn(s)+H2SO4(aq)→H2(p)+ZnSO4(aq)
Zn(s) | ZnSO4 (aq)|| H2SO4 (aq)| H2(p) | Pt 验证： () Zn(s) Zn2+ (aZn2+ ) 2e
() 2H (aH ) 2e H2(p)
净反应： Zn(s)+2H+→Zn2++H2(p)
OH
(a
)ㅣAg
2
O(s)ㅣAg(s)
Ag2O(s) 2H2O 2e
2Ag(s) 2OH (a )
第三类电极的电极反应
电极
电极反应（还原）
Fe3 (a1 ), Fe2 (a2 )|Pt Sn4 (a1 ), Sn2 (a2 )|Pt Cu2 (a1 ), Cu (a2 )|Pt
Fe3 (a1) e Fe2 (a2 ) Sn4 (a1) 2e Sn 2 (a2 )
§9.1 可逆电池和可逆电极
可逆电池 可逆电极和电极反应
电化学与热力学的联系
重要公式:
( r G)T , p,R Wf,max nEF
( r Gm )T , p,R
nEF
zEF
如何把化学反应转变成电能？
1。该化学反应是氧化还原反应，或包含有氧化 还原的过程
2。有适当的装置，使化学反应分别通过在电极 上的反应来完成 3。有两个电极和与电极建立电化学平衡的相应 电解质 4。有其他附属设备，组成一个完整的电路
可逆电池电动势的取号
rGm zEF
自发电池 非自发电池
rGm < 0 rGm > 0
例如：
E>0 E<0
Zn(s)|Zn2+||Cu2+|Cu(s)
Zn(s)+Cu2+→Zn2++Cu(s) rGm<0，E>0
Cu(s)|Cu2+||Zn2+|Zn(s)
Zn2++Cu(s)→Zn(s)+Cu2+ rGm>0，E<0
从化学反应设计电池(2)
Ag (aAg ) Cl(aCl )AgCl(s)
Ags| AgCls| HClaq || AgNO3 aq| Ags
验证：
() Ag(s) Cl(aCl ) AgCl(s) e
() Ag (aAg ) e Ag(s)
净反应：
Ag (aAg ) Cl(aCl )AgCl(s)
5. 电池的电动势等于右边正极的还原电极电势减 去左边负极的还原电极电势
Zn
Cu
Zn
盐桥
Cu
ZnSO4 (aq) 素瓷烧杯
CuSO4 (aq)
ZnSO4 (aq)
CuSO4 (aq)
（1）
（2）
(1) Zn(s)│ZnSO4 (aq)│CuSO4 (aq)│Cu(s)
(2) Zn(s)│ZnSO4 (aq)‖ CuSO4 (aq)│Cu(s)
Cu2 (a1) e Cu (a2 )
§9.2 电动势的测定
对消法测电动势 标准电池
对消法测定电动势的原理图
Ew
A
H
Es.c
K D
R
E (Ro Ri )I C B U RO I
G
U RO
E RO Ri
Ex
Ex
Es.c
AC AH
RO
E U
对消法测电动势的实验装置
标准电池 待测电池
用盐桥可以使液接电势降到可以忽略不计。
盐桥的作用
盐桥是一个U型的玻璃管，其中充满含有电 解质饱和溶液的琼脂的冻胶
作盐桥的电解质要具备： r r , t t
不与电池中的电解质发生反应
盐桥中盐的浓度要很高，常用饱和溶液。 常用饱和KCl盐桥，因为K+与Cl-的迁移数相 近，当有Ag+时，用KNO3或NH4NO3。 盐桥只能降低液接电势，但不能完全消除。 只有电池反串联才能完全消除Ej，但化学反应和 电动势都会改变。
电极
电极反应（还原）
Cl (a )ㅣAgCl(s)ㅣAg(s)
AgCl(s) e Ag(s) Cl (a )
Cl
(a
)ㅣHg
2
Cl
2
(s)ㅣHg(l)
Hg2Cl2 (s) 2e
H
(a
)ㅣAg
2O(s)ㅣAg(s)
2Hg(l) 2Cl (a )
Ag 2 O(s)
2H
(a
)
2e
2Ag(s) H2O(l)
CdSO4
g8 3
H2O(s)
nHg(l)
Cd(Hg)(a) 中含镉 w(Cd) 0.05 : 0.14
298.15K时 E 1.018 32 V
问题
为什么在定温度下，含Cd的质量分数在0.05～0.14 之间，标准电池的电动势有定值？
从Hg-Cd相图可知，在室温 下，镉汞齐中镉的质量分数在 0.05～0.14之间时，系统处于熔化 物和固溶体两相平衡区，镉汞齐 活度有定值。
E<0
E 0.2224 V
§9.4 可逆电池的热力学
Nernst 方程 从标准电动势E求反应的平衡常数
由电动势E及其温度系数求反应
的 r Hm 和 rSm
Nernst 方程 Pt|H2 (p1)|HCl (a)|Cl2 (p2 )|Pt
负极,氧化 H2 (p1) 2H (aH ) 2e
正极,还原 Cl2 (p2 ) 2e 2Cl (aCl )
可逆电池电动势的取号
Pt
Ag(s)| AgCl(s)| HCla 1| H2 p | Pt H2
() Ag(s) Cl(aCl ) AgCl(s) e
()
H (aH
) e
1 2
H2( p
)
Pt
H+
净反应：
Pt AgCl Ag
Ag(s)
HCl
a
1