物理化学上绪论及第一章.pdf

1 1 物理化学电子教案物理化学电子教案 南开大学化学系 物理化学课程组 南开大学化学系 物理化学课程组 2 3 物理化学的目的和内容 物理化学的研究方法 物理化学课程的学习方法 物理化学的目的和内容 物理化学的研究方法 物理化学课程的学习方法 主要内容主要内容 绪论绪论 4 绪 论绪 论 1 物理化学的目的和内容物理化学的目的和内容 何为物理化学 物理化学是从物质的物理现象与化学现象的联 系入手 探求化学变化基本规律的一门学科 物理 化学用物理的理论和实验方法来研究化学的问题 何为物理化学 物理化学是从物质的物理现象与化学现象的联 系入手 探求化学变化基本规律的一门学科 物理 化学用物理的理论和实验方法来研究化学的问题 1 研究化学变化的方向和限度研究化学变化的方向和限度 热力学问题热力学问题 2 研究化学反应的速率和机理研究化学反应的速率和机理 动力学问题动力学问题 3 研究物质结构与宏观性质的关系研究物质结构与宏观性质的关系 结构化学结构化学 目的目的 5 内容内容 1 平衡 研究已达到热力学平衡态的体系的性质 及其规律性 平衡 研究已达到热力学平衡态的体系的性质 及其规律性 2 变化 研究物理变化 化学变化 电化学变化 等变化过程的速率及规律性 变化 研究物理变化 化学变化 电化学变化 等变化过程的速率及规律性 3 结构 研究原子结构 分子结构 研究微观结 构与宏观性质的联系 结构 研究原子结构 分子结构 研究微观结 构与宏观性质的联系 绪 论绪 论 6 2 物理化学的研究方法 2 物理化学的研究方法 1 热力学方法 宏观方法 以由大量质点 约10 1 热力学方法 宏观方法 以由大量质点 约1023 23个粒子 组成的宏观体 系作为研究对象 以热力学第一 第二定律为基 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 个粒子 组成的宏观体 系作为研究对象 以热力学第一 第二定律为基 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 绪 论绪 论 2 7 2 动力学方法 宏观 微观的方法 宏观上 通过检测反应进程中物质的量随时间的 变化规律研究反应的动力学规律 微观上 采用交叉分子束 谱学等实验手段从分 子层次上探讨反应机理 动力学方法 宏观 微观的方法 宏观上 通过检测反应进程中物质的量随时间的 变化规律研究反应的动力学规律 微观上 采用交叉分子束 谱学等实验手段从分 子层次上探讨反应机理 绪 论绪 论 8 3 物质结构方法或量子力学方法 微观方法 用量子力学的基本方程 薛定谔方程 物质结构方法或量子力学方法 微观方法 用量子力学的基本方程 薛定谔方程 E Schrodinger Equation 求解组成体系的微观 粒子之间的相互作用及其规律 从而揭示物质 性质与结构之间的关系 求解组成体系的微观 粒子之间的相互作用及其规律 从而揭示物质 性质与结构之间的关系 绪 论绪 论 9 4 统计力学方法 微观 宏观 用概率和数理统计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 即在物质 的微观性质和宏观性质之间架起桥梁 统计力学方法 微观 宏观 用概率和数理统计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 即在物质 的微观性质和宏观性质之间架起桥梁 绪 论绪 论 10 3 物理化学课程的学习方法 3 物理化学课程的学习方法 1 抓住每章的重点 注重基本概念 灵活运用 逻辑推理的思维方法 2 注意定律 定理等的使用条件和各种结论的 应用范围 3 课前预习 课后复习 勤于思考 重视听 课 看书 4 多做习题 学会解题方法 1 抓住每章的重点 注重基本概念 灵活运用 逻辑推理的思维方法 2 注意定律 定理等的使用条件和各种结论的 应用范围 3 课前预习 课后复习 勤于思考 重视听 课 看书 4 多做习题 学会解题方法 绪 论绪 论 11 4 物理化学课程安排及成绩评定 4 物理化学课程安排及成绩评定 课程安排 物理化学课程安排 物理化学 2 1 周学时 周学时4 物理化学物理化学 2 2 周学时 周学时3 总评成绩 期末成绩 总评成绩 期末成绩 70 平时成绩 平时成绩 30 平时成绩 作业成绩 平时成绩 作业成绩 5 课程论文成绩 课程论文成绩 5 期中成绩 期中成绩 20 2 1 Or 平时成绩 作业成绩 5 期中成绩 25 Or 平时成绩 作业成绩 5 期中成绩 25 2 2 绪 论绪 论 12 课程参考书课程参考书 1 朱志昂等 近代物理化学 上 下 2 傅献彩 沈文霞 姚天扬 物理化学 上 下 3 1 朱志昂等 近代物理化学 上 下 2 傅献彩 沈文霞 姚天扬 物理化学 上 下 3 I N Levine Physical Chemistry 4 朱志昂 阮文娟 物理化学学习指导 5 王文清等 物理化学习题精解 6 沈文霞等 物理化学解题指导 4 朱志昂 阮文娟 物理化学学习指导 5 王文清等 物理化学习题精解 6 沈文霞等 物理化学解题指导 3 13 课程论文参考书及文献期刊课程论文参考书及文献期刊 1 大学化学 2 化学通报 3 物理化学教学论文集 1 大学化学 2 化学通报 3 物理化学教学论文集 1 2 高教出版社 4 高等理科教育 5 各师范院校学报 6 化学教育 7 各种相关中英文学术期刊 学报等 高教出版社 4 高等理科教育 5 各师范院校学报 6 化学教育 7 各种相关中英文学术期刊 学报等 14 课程论文格式课程论文格式 1 标题 标题 3号黑体号黑体 2 姓名 学号 班级 姓名 学号 班级 5号宋体号宋体 3 正文 小 正文 小4号宋体号宋体 4 行间距 行间距 1 5倍倍 5 页边距 页边距 2 5cm 上 下上 下 3 0cm 左 右左 右 6 参考文献 小 参考文献 小4号宋体号宋体 上标上标 1 2 7 打印 打印 A4纸 不少于纸 不少于2页页 15 第一章气体第一章气体 主要内容主要内容 理想气体的本质及理想气体的本质及p V T 性质 实际气体的 性质 实际气体的p V T 性质 及实际气体的状态方程 性质 及实际气体的状态方程 16 第一章气体第一章气体 1 1 理想气体理想气体 定义 分子之间无相互作用力 分子体积可视为零 的气体称作理想气体 定义 分子之间无相互作用力 分子体积可视为零 的气体称作理想气体 1 1 1 理想气体状态方程理想气体状态方程 1 经验定律 适用于低压实际气体 经验定律 适用于低压实际气体 Boyle定律 定律 T n V 1 p 或或pV 常数常数 Gey Lussac定律 定律 p n V T 或 或 V T 常数常数 Avogadro定律 定律 T p V n 或或 Vm V n 常数常数 17 2 理想气体状态方程2 理想气体状态方程 pV nRTor pVm RT 根据低压气体的三个经验定律 当根据低压气体的三个经验定律 当 p 0 时时 nTnRT VorV pp mmpM orpVRTor MVRT 当当 n 1mol 时 时 m pVRTorpVRT 18 1 适用条件 理想气体或压力趋近于零的实际气体 适用条件 理想气体或压力趋近于零的实际气体 2 单位 单位 SI制 制 p Pa 1atm 101325Pa 101325N m 2 V m3 T K T K t 273 15 n mole 物质的量 物质的量 4 19 3 摩尔气体常量 摩尔气体常量 R 在在T恒定的条件下 测定一定量气体的恒定的条件下 测定一定量气体的p V数 据 做 数 据 做 pV nT p图 采用外推法可求得图 采用外推法可求得R值 值 11 0 11 11 lim 8 314 0 08206 1 987 p PV RJ molK nT atm L molK cal molK 20 311 101325 pV Pa dmmolK nT 21 3 理想气体的微观本质 分子之间无相互作用力 分子体积可视为零 4 应用 3 理想气体的微观本质 分子之间无相互作用力 分子体积可视为零 4 应用 1 1 2 混合理想气体混合理想气体 1 状态方程 状态方程 i i pVnRTn RT m n M 112233 ii i n Mn Mn Mm Mx M nn L 其中 其中 i 1 2 3 22 2 Dalton分压定律 混合气体的总压等于各组分分压之和 分压定律 混合气体的总压等于各组分分压之和 i i pp pi 分压力 分压力 T V nA nB T V nA T V nB 分压力 混合气体中某组分单独存在并具有与混合 气体相同的温度和体积时所产生的压力 分压力 混合气体中某组分单独存在并具有与混合 气体相同的温度和体积时所产生的压力 iii ii ii i pn RT Vn xy pn RT Vn 或 pi p xi p pA pB 23 3 Amagat分体积定律 混合气体的总体积等于各组分分体积之和 分体积定律 混合气体的总体积等于各组分分体积之和 i i VV Vi 分体积 分体积 T p nA nB T p nA T p nB 分体积 混合气体中某组分单独存在并具有与混合 气体相同的温度和压力时所具有的体积 分体积 混合气体中某组分单独存在并具有与混合 气体相同的温度和压力时所具有的体积 iii i ii i Vn RTpn x Vn RTpn 或 Vi V xi V VA VB 24 1 2 实际气体实际气体 1 2 1 实际气体的行为实际气体的行为 1 实际气体的实际气体的 pVm p 关系曲线关系曲线 1 一定温度下 不同种气体的一定温度下 不同种气体的 pVm p 关系曲线关系曲线 T 273 15K 5 25 2 不同温度下 同种气体的不同温度下 同种气体的pVm p 关系曲线关系曲线 图中 图中 T4 T3 T2 T1 在某一温度 几个大气 压范围内 在某一温度 几个大气 压范围内 如如T3 有 有 pVm RT3 常数 即 常数 即 0 B m T pV p TB 称为称为Boyle温度温度 26 2 实际气体的实际气体的 p Vm关系曲线关系曲线 例 例 CO2的的 p Vm图图 if d g tc 31 04 pc 73 0p m n 27 i t tc气体不能液化气体不能液化 CO2气体在温度气体在温度 t 高于高于 tc的任何压力下均 不出现液化现象 的任何压力下均 不出现液化现象 ii t tc 在任何压力下气体均不液化 在任何压力下气体均不液化 c p pc t tc时 时 p Vm曲线在临界点是一拐点 所以 曲线在临界点是一拐点 所以 0 c m T p V 2 2 0 c m T p V 30 iv 饱和曲线 图中 饱和曲线 图中 acb曲线称为饱和曲线 曲线称为饱和曲线 d 6 31 上图中 上图中 acb曲线称为饱和曲线 其在曲线称为饱和曲线 其在c点开始 与 点开始 与t tc的曲线向左上方连接的曲线向左上方连接 cd线线 将图形划分为 三个区域 将图形划分为 三个区域 a 帽形线帽形线abc内 气液两相平衡共存区 内 气液两相平衡共存区 b 帽形线外 帽形线外 dcb线以左为液相区 线以左为液相区 dca线以右为气相区线以右为气相区 3 实际气体液化的应用 实际气体液化的应用 1 气体的储运 气体的储运 2 超临界流体萃取 超临界流体萃取 32 1 2 2 实际气体状态方程 一 实际气体状态方程 一 van der Waals方程方程 1 van der Waals方程 理想气体状态方程 方程 理想气体状态方程 pV nRT van der Waals方程 方程 0 0 2 m m a pVbRT V 2 0 0 2 n a pVnbnRT V or 33 2 a0 b0的物理意义的物理意义 a0愈大 分子间引力愈大 气体愈易液化 愈大 分子间引力愈大 气体愈易液化 b0 NAb b约为一个分子体积的约为一个分子体积的4倍 其值 反映了分子的大小 式中 倍 其值 反映了分子的大小 式中 引力修正项引力修正项 b0 体积修正项体积修正项 a0 b0 van der Waals常数 适用范围 几个到几十个 常数 适用范围 几个到几十个p 大气压 大气压 0 2 m a V 34 0 18 383 cm c c m c cc p VRT bVR pT 2 0 27 9 864 c cm c c RT aRTV p 0 C m T p V 将将van der Waals方程代入上式 可得方程代入上式 可得 2 2 0 C m T p V 3 a0 b0与临界参数的关系 在临界点 与临界参数的关系 在临界点 35 4 a0 b0与与Boyle温度的关系 将 温度的关系 将van der Waals方程用于方程用于Boyle温度下的实际气体温度下的实际气体 0 B m T