大学物理化学经典课件1-1-热力学第一定律.ppt

2019/11/21,物理化学BI绪论,E-mail：wlhxzh,主讲：张恒建,2019/11/21,什么是物理化学,1.物理变化与化学变化具有密切联系,（1）化学变化常伴随着物理变化。,例2：指示剂变色,例1：天然气烧饭,物理化学物理+化学PhysicalChemistryPhysics+Chemistry,2019/11/21,1.什么是物理化学,例3：原电池,2019/11/21,什么是物理化学,（2）许多物理因素能引起或影响化学反应的发生,例2：盐水电解,例3：,例1：,通电,2019/11/21,什么是物理化学,2.用物理学原理和规律可以解释许多化学现象,例1：升温可以增加反应速率例2：Hess定律不管化学反应是一步完成，还是分几步完成，反应的热效应总是相同的。,2019/11/21,什么是物理化学,物理化学定义：物理化学是应用物理学的原理和方法，研究化学变化普遍规律的科学。具体而言：物理化学研究物质体系发生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有密切联系的物质的结构及性质(宏观性质、微观性质、界面性质和分散性质等)。,2019/11/21,什么是物理化学,其他定义：20世纪50年代，黄子卿：“一种学科，从物理现象和化学现象的联系找出物质变化的基本原理叫做物理化学。”20世纪80年代初，唐有祺：“物理化学是化学学科中的一个重要学科，它借助数学、物理学等基础科学的理论及其提供的实验手段，研究化学科学中的原理和方法，研究化学体系行为最一般的宏观、微观规律和理论的学科，是化学的理论基础。”南京大学：物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，来探求化学变化基本规律的一门学科。,2019/11/21,什么是物理化学,研究化学变化时注意其物理实质：,多元函数微分、曲线积分,数学表达,集物理、数学和化学于一身的一门学科。,2019/11/21,2.物理化学的基本内容,1.化学热力学,化学热力学主要研究化学反应的方向、限度和能量转换。,例：,（60000P，1000，催化剂）,2019/11/21,物理化学的基本内容,2.化学动力学,化学动力学主要研究各种因素，包括浓度、温度、催化剂、溶剂、光、电等对化学反应速率影响的规律及反应机理（历程）。,例：,金属腐蚀,豆科植物固氮,2019/11/21,物理化学的基本内容,例：,2019/11/21,物理化学的基本内容,3.物质结构（单独设课）主要研究物质结构与性质之间的关系。包括结构化学和量子化学两门学科。,2019/11/21,1.热力学方法：,3.物理化学的研究方法,以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其变量，描述体系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体系。,2019/11/21,2.统计力学方法：,物理化学的研究方法,用概率规律计算出体系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。,2019/11/21,物理化学的研究方法,3.量子力学方法：,用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程）求解组成体系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。,2019/11/21,物理化学的研究方法,4.动力学方法,动力学是研究过程速率的科学，如研究化学反应的速率和历程，研究扩散的影响。包括宏观反应动力学和分子反应动力学。,化学动力学所用的方法则是宏观方法与微观方法的交叉、综合运用，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。,2019/11/21,4.物理化学的建立与发展,“物理化学三剑客”,在物理化学杂志的创刊号上，同时还摘要发表了瑞典化学家S.A.Arrhenius的“电离学说”，这三人都是物理化学的重要奠基人，由于他们对物理化学的卓越贡献和研究工作中的亲密合作关系，被称为“物理化学三剑客”。,2019/11/21,物理化学的建立与发展,二十世纪迅速发展：新测试手段和新的数据处理方法不断涌现，形成了许多新的分支学科，如：热化学，化学热力学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化学动力学，催化作用，量子化学和结构化学等。,2019/11/21,5.物理化学学科的重要性,专业基础：由国内70多位专家撰写的自然科学学科发展战略调研报告：凡是具有较好物理化学素养的大学本科毕业生，适应能力强，“后劲足”。素质教育：培养独立思考、独立解决问题的能力。“授之以渔”：学习前人提出问题、解决问题的逻辑思维方法，反复体会感性认识和理性认识的相互关系,2019/11/21,6.物理化学课程的学习,1.注重公式和概念2.注重理论联系实际演算习题诺贝尔奖获得者西侬在回答学生提问时指出：“优秀的学生做完一道题后返回去追问：为什么我做了这么长时间？我最后发现的通向正确道路的线索是什么？以后再遇到同类的问题怎样才能尽快地解出？这就学会了解题的方法。因此，很多东西是通过解题之后才学到的。”3.思维方式的改变,2019/11/21,物理化学课程的学习方法,4.本课程教材,南京大学物理化学第五版付献彩等；山东大学物理化学简明教程印永嘉等；天津大学物理化学上下册；,5.阅读参考书,东北大学物理化学第三版梁英教主编；,2019/11/21,物理化学BI第一章,DU=Q+W,2019/11/21,课前指导,1.本章的主要内容,热力学概论；热力学平衡；热力学的一些基本概念；热力学第一定律；准静态过程与可逆过程；焓、热容；热力学第一定律对理想气体的应用，绝热过程的功和理想气体绝热过程方程，热力学第一定律在相变化过程中的应用；热化学；基尔霍夫定律。,2019/11/21,课前指导,2.本章的教学要求,理解系统与环境、状态、状态函数、过程与途径、可逆过程的概念。掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式。理解功、热、热力学能、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。,2019/11/21,课前指导,掌握热力学第一定律在理想气体状态变化、相变化及化学变化中的应用，掌握计算各种过程的功、热、热力学能变、焓变的方法。掌握化学反应热效应，反应进度，等压热效应与等容热效应的关系，盖斯定律，生成热，燃烧热，溶解热，热效应与温度的关系，基尔霍夫公式及其应用。,2019/11/21,课前指导,3.本章的重点和难点,重点：状态函数，功、热、内能，可逆过程，焓，恒容热、恒压热的计算；相变化过程中热力学函数计算；反应进度、标准摩尔反应焓、恒容热、恒压热，用标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓。难点：状态函数的理解；可逆过程的理解；相变化过程中热力学函数计算，理解反应进度、标准摩尔反应焓。,2019/11/21,1.1热力学基本概念,1.1.1体系与环境,1.1.2体系的性质、状态及状态函数,1.1.3热力学平衡态,1.1.4热力学过程,1.1.5热力学能、热和功,2019/11/21,1.1.1体系与环境,体系（System）,在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。,环境（surroundings）,与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。,2019/11/21,体系特点,a)是宏观体系；b)体系要占有空间；c)体系是多种多样的，可以是气液固及多个相的体系。,2019/11/21,环境特点,a)体系与环境之间有确定的界面；b)这种界面可以是真实的，也可以是虚构的；c)体系与环境的划分不是固定不变的。,2019/11/21,体系分类,根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：,（1）敞开体系（opensystem）体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。,2019/11/21,例：,细胞膜通道：,体系分类,细胞（cell）,2019/11/21,体系分类,（2）封闭体系（closedsyste