01 第一章 物理化学绪论.pptx

第1页：物理化学课程封面

物理化学课程封面

物理化学Physical Chemistry

第2页：物理化学的目的和内容1．什么叫

物理化学的目的和内容1．什么叫

绪论Intriduction 01物理化学的目的内容0.1.1物理化学的目的和内容1．什么叫物理化学物理化学是应用物理学的原理和物理实验的方法来研究化合物的性质和化学反应一般规律的一门学科。

物理化学从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理学中的方法。

第3页：物理化学研

物理化学研

学研究的目的目的物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。

第4页：物理化学研究的内容

物理化学研究的内容

内容a）化学反应的方向和限度N 2(g)+3 H 2(g)2 NH 3(g)b）化学反应的速度和机理2 H 2(g)+O 2(g)2 H 2 O(l)c）物质的结构物质的性质与其结构之间的关系问题

第5页：物理化学的研究方法

物理化学的研究方法

的研究方法1．宏观的方法热力学→化学热力学动力学→化学动力学以众多质点组成的宏观系统作为研究对象，以三个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其变量，描述系统从始态到终态的宏观变化，而不涉及变化的细节。

经典热力学方法只适用于平衡系统。

第6页：微观的方法

微观的方法

方法量子力学→量子化学用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程）求解组成系统的微观粒子之间的相互作用及其规律，从而指示物性与结构之间的关系。

第7页：统计的方法

统计的方法

方法统计力学→统计热力学用概率规律计算出系统内部大量质点微观运动的平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的宏观性质。

第8页：近代化学的发展趋势和特点

近代化学的发展趋势和特点

趋势和特点(1)从宏观到微观单用宏观的研究方法是不够的，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。

第9页：从体相到表相在多相体系

从体相到表相在多相体系

相体系中，化学反应总是在表相上进行，随着测试手段的进步，了解表相反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。

第10页：从单一学科

从单一学科

一学科到交叉学科化学学科与其他学科以及化学内部更进一步相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的交叉科学，如生物化学、地球化学、天体化学、计算化学、金属有机化学、物理有机化学等。

第11页：物理化学课程的学习方法

物理化学课程的学习方法

的学习方法(1)注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识和理性认识的相互关系。 很多东西只有通过解题才能学到，不会解题，就不可能掌握物理化学。

• (2)抓住重点，自己动手推导公式。
• (3)多做习题，学会解题方法。
• (4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和独立工作的能力。

第12页：物理量的表示及运算

物理量的表示及运算

运算•物理量的表示：A={A}.[A]量的符号必须用斜体印刷：如：p、CV单位符号一般用小写字母，正体印刷。如：m,Pa,mol·m-3

第13页：对数中的物理量指数

对数中的物理量指数

、对数和三角函数中的变量，都是纯数、数值或是量的量纲一的组合。例如物理化学中常见的exp(－Ea／ＲＴ)，ln(p／p 0)，ln(k／s－１），sin(nπx／a)等等。

物理化学中常见的一些量方程，可表示成：ln｛Ｔ｝＋（γ－１）ln｛Ｖ｝＝常数μ*(g)＝μ0(g,T)＋ＲＴln(p／p 0）或或或Ea[k]dlnk A/d Tdln{k A}Ea RT 2B[p]T/KAlnpART 2 AT/Kd Tln{p}BBAk T/Ks-1 ln AAln{k A}T/KB

第14页：量值计算量方程式

量值计算量方程式

式Vmp 100103 Pa RT 8.315 Jmol1K1(273.1525)K2.479102 m 3mol124.79 dm 3mol1数值方程式mm 3mol11001038.315(273.1525)2.479102 V(R/Jmol1K1)(T/K1)故V2.479102 m2mol1 m

第15页：量的数值

量的数值

表 CO₂ 的平衡性质：列含 pV_m／RT、ln(p／MPa)、V_m／(cm³·mol^-1)、p／MPa、10³K／T、T／K、t／℃，源文本数值粘连，无法安全切分。

源文本原始数值串：量的数值在物理化学中的表格和坐标图中是大量出现的。在列表时，在表头上说明这些数值时，一是要表明数值表示什么量，此外还要表明用的是什么单位，而且表达时还要符合式的关系。表CO 2的平衡性质p Vm／RTln(p／MPa)Vm／cm 3mol－1 p／MPa 103 K／TT／Kt／℃0.91423177.6-0.65780.51804.6179216.55-56.600.7013456.971.24853.48533.6610273.150.000.274594.0601.99907.38203.2874304.1931.04

第16页：在坐标图中表示纯液体的饱和蒸气压

在坐标图中表示纯液体的饱和蒸气压

p*与温度Ｔ的关系时，可表示成：p/Pa T/KT/[T]{T}这是因为从数学来看，纵、横坐标轴都是表示纯数的数轴。当用坐标轴表示物理量时，须将物理量除以其单位化为纯数才可表示在坐标轴上。{p}或p/[p]或

第17页：参考书籍：物理化学

参考书籍：物理化学

(第4版)胡英高等教育出版社物理化学(第2版)范康年高等教育出版社物理化学(第5版)南京大学傅献彩等高等教育出版社

第18页：物理化学韩德刚

物理化学韩德刚

、高执棣、高盘良高等教育出版社•物理化学解题指南，肖衍繁，高等教育出版社•物理化学学习指南，高盘良，高等教育出版社•物理化学习题精解，王文清，高宏成，沈兴海，科学出版社•Physical Chemistry，Peter Atkins•Physical Chemistry，Ira N.Levine•大学化学•Journalof Chemical Education

第19页：物理化学课程封面

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第一章气体Gasses 1.1理想气体的状态方程1.1.1低压下的气体方程(1)波义耳定律Boyle’slaw①压力pressurep的SI单位为Pa＝Nm-21大气压＝760 mm Hg＝101.325 k Pa

第20页：波义耳定律

波义耳定律

律Boyle’slawp V＝C波义耳定律：在一定的温度下，一定量的气体的体积与其压力成反比。p1 VVpC

第21页：盖—吕萨克定律

盖—吕萨克定律

克定律Gay--Lussac’slaw①盖—吕萨克定律V＝V 0(1＋a 0)273VV 01盖—吕萨克定律：在一定的压力下，一定量的气体随着温度每升高一度，而它的体积就增加它在0℃时的体积的273分之一。

第22页：盖—吕萨克定律（续）

盖—吕萨克定律（续）

lim{0}＝3.6610×10-3 p0{1／a 0}＝273.15±0.02＝{T 0}

第23页：令T＝＋T 0 T称为绝对温度

令T＝＋T 0 T称为绝对温度

absolutetemperature的SI制单位为K 000 T 000 TTVTVTVV01TVC

第24页：温度Temperature和温标

温度Temperature和温标

标温度是物质的一个状态函数，＝（p，V），当二物质的相同时，该二物质不会，也不可能因非力的因素而发生作用导致状态的变化。的确定需要利用第三种物质的某一性质，例如p、V、、n D、R等来测定。

第25页：温度的数值表示法称为温标

温度的数值表示法称为温标

只用一个固定点建立标准温标，这个固定点选的是水的三相点（纯冰、纯水和水蒸气三相平衡共存的状态），并严格规定它的温度为273.16 K。1 K等于水的正常冰点的热力学温度的倒数1／273.16。

这就是热力学温标，用T来表示，它的SI制单位为：K。摄氏温标：t／℃＝T／K－273.155 F华氏Fahrenheit温标：t/F329(t/℃)

第26页：阿伏加德罗定律

阿伏加德罗定律

罗定律Avogadro’slaw阿伏加德罗定律Avogadro’slaw：在一定的温度与压力下，相同体积的任何气体，它们的物质的量也必然相同。Vn物质的量(amountofsubstance)n的SI制单位为：mol。

阿伏加德罗常数L＝6.02217×1023 mol-1摩尔体积：Vm＝V／n Vm的SI制单位为：m 3mol-1

第27页：理想气体状态方程波义耳定律

理想气体状态方程波义耳定律

波义耳定律()T,n盖—吕萨克定律VT()p,n()T,pp V1阿伏加德罗定律Vn Vn Tpp VRn T

第28页：理想气体状态方程

理想气体状态方程

equationofstateofanidealgasp V＝n RT或：p Vm＝RTR为普适气体常量universalgasconstant R的SI制单位：Jmol-1K-1

第29页：理想气体

理想气体

3理想气体idealgas的微观模型分子为质点，分子没有体积。分子之间以及分子与器壁之间的碰撞为弹性碰撞。除了弹性碰撞以外没有其它分子之间的作用力。

理想气体的热力学定义：在一切温度、压力范围内都严格遵守p V＝n RT状态方程的气体称为理想气体。

第30页：普适气体常

普适气体常

普适气体常量的确定

第31页：普适气体常（续）

普适气体常（续）

在273.15 K时，对1 mol的Ne、O 2和CO 2进行实验，求出不同压力下的p Vm值，以p Vm~p作图mlimp V2271.08 Jmol-1 p08.3144 Jmol-1K-12271.08 Jmol-1 limp Vmp0273.15 KRT

第32页：第一章 气体：理想气体状态方程（续）

第一章 气体：理想气体状态方程（续）

81.06060.79540.53020.265 p／k Pa 2.20541.63631.07900.5336／kgm-31.1.5理想气体状态方程的应用例1.1测得三甲胺(CH 3)3 N在时的密度与压力的关系如下：试求(CH 3)3 N的摩尔质量。

解：nwp VMRTRTp VwMp0 MlimRTp

第33页：第一章 气体：理想气体状态方程（续）

第一章 气体：理想气体状态方程（续）

以(／p)~p作图得到81.06060.79540.53020.265 p／k Pa 2.20541.63631.07900.5336／kgm-30.0272070.0269150.0266220.026331(／p)／kgm-3k Pa-1＝2.60387×10-5 kgm-3Pa-1＝2.60387×10-5 kgJ-1limp0 p 0.0280.0270.026020406080100 p/k Pa{/p}

第34页：第一章 气体：理想气体状态方程（续）

第一章 气体：理想气体状态方程（续）

kgJ-1(8.314 Jmol-1K-1)(273.15 K)59.133103 kgmol-1-5RT2.6038710 pMlimp0

第35页：理想气体混合物

理想气体混合物

混合物1.2.1气体混合物的组成表示法n＝n 1＋n 2＋……＋n K＝ΣBn B组分B的摩尔分数(molefractionof B)y B：BBnnn Bn BByΣBy B＝1

第36页：道尔顿分压定律

道尔顿分压定律

顿分压定律Dolton’slawofpartialpressures组分B的分压(partialpressures)p B为：该组分在系统温度下单独占据总体积时所具有的压力。

道尔顿分压定律：混合气体的总压力等于各组分单独存在于混合气体的温度、体积条件下产生分压的总和。p＝p 1＋p 2＋……＋p K＝ΣBp B

第37页：道尔顿分压定律的证明如下

道尔顿分压定律的证明如下

p BV＝n BRTp V＝n RT＝ΣBn BRT＝ΣBp BVp＝ΣBp BBBBBBBBBnn RTn Bn BRTBypp Bp Vp BVp B＝y Bp

第38页：阿马格分体积定律

阿马格分体积定律

分体积定律Amagat’slawofpartialvolume组分B的分体积(partialvolumes)VB为：该组分在系统温度、压力下单独存在时所占有的体积。

阿马格分体积定律：混合气体的总体积等于各组分单独存在于混合气体的温度、压力条件下产生分体积的总和。V＝V 1＋V 2＋……＋VK＝ΣBVB

第39页：阿马格分体积定律的证明如下

阿马格分体积定律的证明如下

p VB＝n BRTp V＝n RT＝ΣBn BRT＝ΣBp VBV＝ΣBVBBBBBBBBBVBnn RTp VVn Bn BRTp VBByVB＝y BV

第40页：阿马格分体积定律的证明如下（续）

阿马格分体积定律的证明如下（续）

例1.2今有300 K、104.365 k Pa的湿烃类混合气体，其中水蒸气的分压力是3.400 k Pa。

欲得到1000 mol脱除水以后的干烃类混合气体，试求应从湿混合气体中除去水的物质的量n(H 2 O)以及所需湿烃类混合气体的初始体积V。

第41页：理想气体混合物（续）

理想气体混合物（续）

解：pp(H 2 O)1000 moln(HO)n(H 2 O)23.400 k Pa 2 y(HO)1000 moln(H 2 O)n(H 2 O)＝33.7 molp(H 2 O)V＝n(H 2 O)RT 104.365 k Pan(H 2 O)3 p(H 2 O)3400 Pan(HO)RT 33.7 mol8.314 Jmol-1K-1300 KV224.7 m

第42页：气体的液化及临界参量

气体的液化及临界参量

界参量1.3.1、气体的液化临界温度criticaltemperature Tc Vm，临界压力criticalpressurepc临界摩尔体积criticalmolarvolumec C点称为临界点，系统在该点的状态称为临界状态

第43页：一些物质的临界参量

一些物质的临界参量

第44页：液体的饱和蒸气压在一定的温度

液体的饱和蒸气压在一定的温度

一定的温度下，当液体（或固体）物质与其蒸气达成气、液（或固）两相平衡时，此时气相的压力称为该液体（或固体）物质在该温度下的饱和蒸气压suturatedvaporpressure，简称蒸气压vaporpressure。

物质B的饱和蒸气压用符号p*(B)来表示。

第45页：水在不同温度时的蒸气压数据

水在不同温度时的蒸气压数据

当液体物质 B 的蒸气压等于外压时的温度称为该液体物质 B 的沸点；压力为 101.325 kPa 时的沸点称为正常沸点，压力为 100 kPa 时的沸点称为标准沸点。

第46页：真实气体状态方程

真实气体状态方程

态方程•分子本身具有体积•分子间有互相作用力•在适当的温度、压力下可以液化1.4.1真实气体的p Vm-T图及波义耳温度0 lim BmTp0pp V

第47页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，位于「真实气体状态方程」与「真实气体的状态方程压缩因子」之间，建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第48页：真实气体的状态方程压缩因子

真实气体的状态方程压缩因子

程压缩因子(compressibilityfactor)Z：p Vdef Z══n RTid Vpn RTZp VVVn RTZ〈1，表明真实气体比理想气体容易压缩Z〉1，表明真实气体比理想气体难压缩

第49页：甲烷在不同温度下

甲烷在不同温度下

的Z~p定温线图

第50页：甲烷在不同温度下（续）

甲烷在不同温度下（续）

p/MPa Z 1.000 N 2 H 2 CO 2 CH 4某一温度下不同气体的Z~p定温线图

第51页：其它一些真实气体状态方程

其它一些真实气体状态方程

体状态方程当气体压力趋近于零时，真实气体状态方程均可还原成理想气体状态方程；真实气体状态方程中均有若干个反映个气体不同性质的特性参量，一般说来，方程中含有的特性参量越多，准确性就就越高。

第52页：范德华方程

范德华方程

华方程equationofvander Waals范德华气体模型真实气体分子有体积p(Vm－b)＝RT真实气体有分子间吸引力内压力p内内RTVbppm

第53页：范德华方程（续）

范德华方程（续）

n 2 p内V 22 m Vap内2 m 1 Vp内范德华方程equationofvander Waals VapVmbRT 2 mV 2Vnbn RTn 2 ap

第54页：某些纯气体的范德华常数

某些纯气体的范德华常数

第55页：维里方程v

维里方程v

方程virialequationmmm V 2 V 3 p Vm1B(T)C(T)D(T)·1B'(T)pC'(T)p 2D'(T)p 3·RTVp Vm RTB、B’、C、C’、D、D’…分别称为第二、第三、第四为力系数，它们都是温度的函数

第56页：对应状态原理与压缩因子图

对应状态原理与压缩因子图

因子图1.5.1对比参量对比温度(reducetemperature)Tr对比压力(reducepressure)pr对比体积(reducevolume)Vrm,cmccrrr VVp TTT,pp,V

第57页：对应状态原理

对应状态原理

应状态原理若不同的气体有两个对比参量相等，则这些不同的气体处于相同的对应状态。

对应状态原理：当不同的气体处于相同的对应状态时，不但它们具有相同的压缩因子，而且其它的一些物理性质如导热系数、粘度、扩散系数等都具有简单的关系。Z＝f(Tr，pr)

第58页：压缩因子图

压缩因子图

子图

第59页：已知二氟二氯甲烷的临界参量

已知二氟二氯甲烷的临界参量

临界参量为Tc＝385.0 K和pc＝4123.9 k Pa，试用普遍化压缩因子图计算T＝366.5 K、p＝2067 k Pa条件下该气体的摩尔体积。文献值为1.109 dm 3mol-1。

解：二氟二氯甲烷在指定T、p条件下的对比状态参量为：Tr＝T／Tc＝366.5 K／385.0 K＝0.952 pr＝p／pc＝2067 k Pa／4123.9 k Pa＝0.501

第60页：在普遍化压缩因子图上查出Z值

在普遍化压缩因子图上查出Z值

为：Z＝0.73 Vm＝ZRT／p＝0.73×8.314 JK-1mol-1×366.5 K／2067 k Pa＝1.076 dm 3mol-1计算值与文献值的相对误差E值为：E＝(1.076－1.109)／1.109＝－2.98%