物理化学上册总复习PPT课件

物理化学上册总复习 2014 1 2 物理化学考试及评卷 标准化试卷 统一出卷 统一评分 统一的评分标准 一定的平时成绩 20分 期末成绩 80 选择题10道每章2个 20分 计算题8道 80分 一般情况下 第一定律及第二定律40 50分多组分热力学10 15分化学平衡10 15分统计5 10分 共5章 大概分数分布 考试前可以多找找我 请不要在考试结束后给我发任何短信 复习每一章的时候 先研究一下大纲要求 找出重点 自己总结一下 计算题的题型 典型的计算题解题思路 物理化学上册 重点在于热力学三个定律的理解及应用 学会运用化学势的理论解释现象 热力学第一定律的重点就是各种过程中热与功的计算 同时还有各种状态函数变化值的计算 需要重点掌握 请自己总结各个变化过程的 G A U H S Q W的计算公式 体系状态变化过程分为 PVT变化过程相变过程化学变化过程 前两个是物理变化过程 物理化学解题方法 状态函数法 第一步 分析题意 画出过程框图第二步 写出始态 终态 如果有中间态 也写出 各个状态函数量 n P V T 如果有物质的量 别忘记了n也写出来 第三步 分析状态1 状态2 状态3转化过程中的Q W U H的值 分析 1 如果始态到终态是简单过程 恒温 恒压 恒容 恒定温度下的相变 简单化学过程等等 直接套用公式 2 如果始态到终态是复杂过程 首先设计简单过程 组合成复杂过程 利用状态函数殊途同归 值变相等的特点 复杂过程和简单过程的状态函数加和相等 要求 熟悉各种过程 PVT变化过程 相变 化学反应 的状态函数改变量 总结各种变化过程 G A U H S Q W的计算公式理想气体向真空膨胀过程恒温可逆 恒压可逆 恒容可逆恒温 恒压 恒外压膨胀 恒压 H Qp 恒容绝热可逆 Q 0 绝热恒外压节流膨胀 H 0 可逆相变 GT P 0 恒温化学变化 恒容化学变化不可逆相变 设计可逆 把不可逆拆成PVT变化和相变过程 温度对 H G 等K 的影响 做题目存在的问题 过程框图里状态函数写不全 不会分析题意注意 根据题目所给条件 写出所有已知条件 一定要摆出所有条件 把体系的状态分析清楚 初始状态 n P V T 过程Q W等 比如 理想气体恒温过程 T 0 T2 T1 U 0 H 0 W Q 解题过程写不全状态框图写好 各项已知条件写好 有些参数忽略不计的理由 基本公式写好 各项数值代入 求算过程最后给出结果 讨论 在做物理化学题目时 最好画出过程的框图 因为有些复杂的题目仅看文字比较难理解 不容易理出解题思路 但是一旦画出过程的框图 你会有新的发现 马上有了解题思路 而且还能看出一些隐含在字理行间的已知条件 希望你能养成画过程框图的良好习惯 2020 4 20 第二章需要掌握的内容 2020 4 20 第二章需要掌握的内容 第三章需要掌握的内容 重点 各种情况下化学势的表达式 第5章化学平衡大纲要求 第五章统计热力学初步 8学时 2020 4 20 系统和环境 状态和状态函数 强度性质 容量性质 过程和途径 等温 等压 恒容 绝热 可逆与不可过程 过程方程式热力学平衡态 几个基本概念 2020 4 20 热力学第一定律 能量守恒定律 第一定律的文字表述 热力学第一定律 TheFirstLawofThermodynamics 一个封闭体系的能量既不能自行产生 也不会自行消失 只能从一种形式转变成另外一种形式 系统内能的改变量等于系统和外界交换的热量和功的总和 说明热力学能 热和功之间可以相互转化 但总的能量不变 2020 4 20 第一定律的文字表述 第一类永动机 firstkindofperpetualmotionmechine 一种既不靠外界提供能量 本身也不减少能量 却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机 它显然与能量守恒定律矛盾 因此也可以表述为 第一类永动机是不可能制成的 第一定律是人类经验的总结 2020 4 20 第一定律的数学表达式 U Q W 对微小变化 dU Q W 因为热力学能是状态函数 数学上具有全微分性质 微小变化可用dU表示 Q和W不是状态函数 微小变化用 表示 以示区别 2020 4 20 1 是建立内能函数的依据 说明了U W Q可相互转换 同时也表明了它们之间相互转化的定量关系 2 经验定律 无需数学证明 3 是能量转化与守恒定律在热力学领域的具体应用 因为U不是所有能量 解决了热力 化 学中 发生物理或化学变化时体系与环境之间能量转换的定量关系 4 U Q W只适用于封闭体系 关于第一定律 2 热力学第二定律 热不能自动从低温物体传给高温物体而不产生其它变化 Clausius说法 不可能从单一热源吸热使之全部对外作功而不产生其它变化 第二类用动机是不可能的 Kelvin说法 Clausius说法指明高温向低温传热过程的不可逆性Kelvin说法指明了功热转换的不可逆性两种说法完全等价 Clausius不等式 这些都称为Clausius不等式 也可作为热力学第二定律的数学表达式 或 是实际过程的热效应 T是环境温度 若是不可逆过程 用 号 可逆过程用 号 这时环境与体系温度相同 对于微小变化 等号表示绝热可逆过程 不等号表示绝热不可逆过程 熵增加原理可表述为 在绝热条件下 趋向于平衡的过程使体系的熵增加 或者说在绝热条件下 不可能发生熵减少的过程 如果是一个孤立体系 环境与体系间既无热的交换 又无功的交换 则熵增加原理可表述为 一个孤立体系的熵永不减少 Clausius不等式引进的不等号 在热力学上可作为变化方向和限度的判据 0不可逆过程 0可逆过程或平衡状态 0不可能发生的过程 dSad 上式表明 在一绝热体系 熵值永远不会减少 只可能发生熵值不变 S 0 和增大 S 0 的过程 永远不可能发生熵值减少的过程 这就是熵增原理 0不可逆过程 0可逆过程或平衡状态 0不可能发生的过程 dSiso dSsys dSsur 隔离体系的熵值永远不会减少 这就是熵增原理的另外一个说法 大多数情况下 系统与环境之间往往并不绝热 这时可以讲系统和环境组成的隔离系统作为一个整体 它显然满足绝热的条件 热力学第二定律的本质和熵的统计意义 热传导过程的不可逆性 处于高温时的体系 分布在高能级上的分子数较集中 而处于低温时的体系 分子较多地集中在低能级上 当热从高温物体传入低温物体时 两物体各能级上分布的分子数都将改变 总的分子分布的花样数增加 是一个自发过程 而逆过程不可能自动发生 热力学第二定律的本质 热力学第二定律指出 凡是自发的过程都是不可逆的 而一切不可逆过程都可以归结为热转换为功的不可逆性 从以上几个不可逆过程的例子可以看出 一切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行 而熵函数可以作为体系混乱度的一种量度 这就是热力学第二定律所阐明的不可逆过程的本质 热力学第三定律 纯物质 完美晶体 0K时的熵为零 即 热力学第三定律最普遍的表述 与熵的物理意义一致 0K下 纯物质 完美晶体的有序度最大 其熵最小完美晶体微观状态数 1 由玻耳兹曼熵定理S kln 知 熵也为零 熵判据 0不可逆 S体系 S环境 0可逆 平衡 0不可能发生的过程 Helmholtz判据0不可能自发进行 Gibbs判据0不可能自发进行 S体系 Q T 0 复习每一章的时候 先研究一下大纲要求 找出重点 自己总结一下 计算题的题型 典型的计算题解题思路 物理化学上册 重点在于热力学三个定律的理解及应用 学会运用化学势的理论解释现象 热力学第一定律的重点就是各种过程中热与功的计算 同时还有各种状态函数变化值的计算 需要重点掌握 请自己总结各个变化过程的功和热的计算公式 体系状态变化过程分为 PVT变化过程 相变过程 化学变化过程 物理变化过程 热力学第一定律表达式 U Q W 体积功的计算式 从盖 吕萨克 焦耳实验得到理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数 指出下列公式的适用范围 反抗恒外压膨胀 或者压缩 可逆膨胀 或者可逆压缩 恒压过程 任意过程 绝热过程 Hess sLaw只在恒容或恒压下才是正确的 Qv U Qp H很有用处 尤其对a 反应速率很慢的反应b 热效应较小的反应c 计算中间产物热效应等等 2020 4 20 的使用价值就在于将不可测量量的变化值 U和 H在特定的条件下与可测量的量Qv和Qp 通过Cv或Cp和 T求得 联系起来了 这样我们就可以分别利用Qv Qp的可测量性和 U H的加和性很方便地计算出变化过程中体系与环境之间交换的能量 可以说 没有上面二个等式 就不存在热化学 公式Qv U n V一定 We 0 Qp H n p一定 We 0 2020 4 20 恒容反应热和恒压反应热的关系 没有气体参加的凝聚态物质之间的化学反应 一般在恒温恒压下进行 Qp H 即使恒温下系统压力有所变化 但是系统的体积几乎没有变化 可以认为体积功 W 0 根据热力学第一定律和焓的定义式 Qp U H 2020 4 20 有气体参与的反应 恒温下的恒容反应热Qv U恒压反应热 Qp H如果气体均适用理想气体方程 rHm rUm RT 熵判据 0不可逆 S体系 S环境 0可逆 平衡 0不可能发生的过程 Helmholtz判据0不可能自发进行 Gibbs判据0不可能自发进行 S体系 Q T 0 等温过程的熵变计算公式汇总 1 理想气体等温变化 2 等温等压可逆相变 若是不可逆相变 应设计可逆过程 3 理想气体 或理想溶液 的等温混合过程 并符合分体积定律 即 1 物质的量一定的等容变温过程 2 物质的量一定的等压变温过程 变温过程的熵变计算公式汇总 变温过程的熵变 1 先等温后等容 2 先等温后等压 3 先等压后等容 3 物质的量一定从到的过程 这种情况一步无法计算 要分两步计算 有三种分步方法 变温过程的熵变 4 没有相变的两个恒温热源之间的热传导 5 没有相变的两个变温物体之间的热传导 首先要求出终态温度T 环境的熵变 1 任何可逆变化时环境的熵变 2 体系的热效应可能是不可逆的 但由于环境很大 对环境可看作是可逆热效应 复习前面学过的内容 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 H G A的定义式 四个基本公式 U S V H S P G T P A T V dU TdS PdVdH TdS VdPdG SdT VdPdA SdT PdV 虽然上述四个基本公式对可逆过程成立 但基本公式最终表达式中的每一热力学量 U T S P V T H A G 都是体系的状态函数 当体系从平衡状态1变化到平衡状态2时 无论实际过程是否可逆 公式中涉及的状态函数的改变量 U T S P V T H A G均与相同始 终态的可逆过程的改变量相同 所以可设计有相同始 终态的可逆过程 对上述公式积分 得到任意变化过程的 U G 等 说明 特性函数 由基本公式dG SdT VdP自由能G是以特征变量T P为独立变量的特性函数 G T P 相应地 dH TdS VdP 特性函数 H S P dU TdS PdV 特性函数 U S V dA SdT PdV 特性函数 A T V Maxwell关系式 1 2 3 4 dZ 1 求U随V的变化关系 Maxwell关系式的应用 已知基本公式 等温对V求偏微分 Maxwell关系式的应用 不易测定 根据Maxwell关系式 所以 只要知道气体的状态方程 就可得到值 即等温时热力学能随体积的变化值 Maxwell关系式的应用 解 对理想气体 例1证明理想气体的热力学能只是温度的函数 所以 理想气体的热力学能只是温度的函数 Maxwell关系式的应用 知道气体的状态方程 求出的值 就可计算值 例2利用的关系式 可以求出气体在状态变化时的值 设某气体从P1 V1 T1至P2 V2 T2 求 解 Maxwell关系式的应用 2 求H随p的变化关系 已知基本公式 等温对p求偏微分 不易测定 据Maxwell关系式 所以 只要知道气体的状态方程 就可求得值 即等温时焓随压力的变化值 Maxwell关系式的应用 解 例1证明理想气体的焓只是温度的函数 所以 理想气体的焓只是温度的函数 对理想气体 Maxwell关系式的应用 知道气体状态方程 求出值 就可计算值 解 设某气体从P1 V1 T1至P2 V2 T2 例2利用关系式 求气体状态变化时的值 Maxwell关系式的应用 解 已知 例3利用的关系式求 从气体状态方程求出值 从而得值 并可解释为何值有时为正 有时为负 有时为零 Maxwell关系式的应用 3 求S随P或V的变化关系 等压热膨胀系数 isobaricthermalexpansirity 定义 则 根据Maxwell关系式 从状态方程求得与的关系 就可求或 Maxwell关系式的应用 例如 对理想气体 Maxwell关系式的应用 4 Cp与CV的关系 根据热力学第一定律 设 则 保持p不变 两边各除以 得 Maxwell关系式的应用 将式代入式得 根据应用 1 代入式得 只要知道气体的状态方程 代入可得的值 若是理想气体 则 Maxwell关系式的应用 运用偏微分的循环关系式 则 将式代入式得 定义膨胀系数和压缩系数分别为 代入上式得 Maxwell关系式的应用 由式可见 2 因总是正值 所以 3 液态水在和277 15K时 有极小值 这时 则 所以 1 T趋近于零时 G A的计算示例 按A和G的定义可列出如下关系 A U TS A U TS G H TS U PV TS G U PV TS G H TS G H TS G A PV G A PV dA d U TS dU TdS SdT dG d H TS dH TdS SdT dU PdV VdP TdS SdT 计算 A和 G时 可根据具体条件利用这些基本关系式 12 已知700 时反应CO g H2O g CO2 g H2 g 的平衡常数为Kp 0 71 试问 1 各物质的分压均为1 5p 此反应能否自发进行 2 若增加反应物的压力 使pCO 10p pH2O 5p pCO2 pH2 1 5p 该反应能否自发进行 G A的计算示例 例1 1mol300 2K 1013 25kPa的理想气体恒温可逆膨胀至终态P 101 325kPa 1 求过程的Q W U H S A和 G 2 若理想气体向真空膨胀 直至压力为P 求Q W以及上述各热力学函数改变值 1 解 画出过程框图 是IG且为恒温过程 U 0 H 0 G A的计算示例 G A的计算示例 2 解 IG 且向真空膨胀 W 0 U 0 H 0 Q 0 S A G 又 始末态与上小题相同 S 19 15J K 1 A 5748J G 5748J 例3 已知25 时液态