物理化学课件绪论

物理化学课件绪论物理化学课件绪论物理化学课件绪论什么是物理化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及相关的物理变化基本规律的一门科学。-----付献彩-----以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系的特殊规律的学科。

---中国大百科全书（唐有祺）----物理化学是研究化学学科中的原理和方法,研究化学体系行为最一般规律和理论的学科,是化学的理论基础。---自然科学学科发展战略调研报告---12/11/2020物理化学课件绪论物理化学课件绪论物理化学课件绪论什么是物理化1什么是物理化学

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及相关的物理变化基本规律的一门科学。

-----付献彩-----

以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系的特殊规律的学科。

---中国大百科全书（唐有祺）----

物理化学是研究化学学科中的原理和方法,研究化学体系行为最一般规律和理论的学科,是化学的理论基础。

---自然科学学科发展战略调研报告---9/12/2023什么是物理化学物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联2用物理的理论,实验方法和数学知识揭示本质与规律物理现象化学现象用物理的理论,实验方法和数学知识揭示本质与规律物理现象化学现3物理化学的建立与发展十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化定律。俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。十九世纪中叶形成：1887年俄国科学家W.Ostwald1853～1932）和荷兰科学家J.H.van’tHoff（1852～1911）合办了第一本“物理化学杂志”（德文）。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。物理化学的建立与发展十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转4物理化学的目的和内容目的

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。研究内容：(1)

化学变化的方向和限度问题—化学热力学(2)

化学反应的速率和机理问题—化学动力学(3)统计热力学(4)

物质的性质与其结构之间的关系问题—量子化学

物理化学的目的和内容目的物理化学主要是为了解决生产实际5如有机化学家应用动力学探索反应机理，应用结构化学知识研究反应中间体的结构和稳定性；无机化学家应用热力学原理研究无机材料的性质及稳定性；分析化学家应用光谱分析确定未知样品的组成。6如有机化学家应用动力学探索反应机理，应用结构化学知识研究反应

生物化学家应用动力学研究酶反应,应用热力学原理研究生物能、渗透作用、膜平衡及确定生物大分子的分子量。材料科学家利用热力学原理去判断各种材料的稳定性及合成某种新材料的可能性，应用光谱方法确定材料的结构和性能，应用动力学、统计热力学原理去研究新的材料合成反应等。7生物化学家应用动力学研究酶反应,应用热力学原理研究生物能物理化学的发展趋势和特点(1)从研究宏观到微观(2)从研究体相到表相(3)从研究定性到定量(4)从研究线性到非线性(5)从研究平衡态到研究非平衡态(6)从研究静态到动态9/12/2023物理化学的发展趋势和特点(1)从研究宏观到微观(2)从研究体8物理化学课程的学习方法(2)重视重点知识点记忆,如概念定律公式,注意各个章节融会贯通(3)多做习题，学会解题方法。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。(1)课前自学，课后复习，勤于思考。物理化学课程的学习方法(2)重视重点知识点记忆,如概念定律公9美国著名物理化学教授赖文曾说过：如果试图只通过阅读教科书而不做习题的办法来学习物理化学，其效果就如同为了改善体质只阅读一本身体保健的书，而不做所建议的体育锻炼一样。诺贝尔获得者西侬曾说：优秀的学生……做完一道题后返回去问：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的解出？这样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。美国著名物理化学教授赖文曾说过：如果试图只通过阅读教科书而不10教学课时安排教学课时安排11考核方式和参考书1、《物理化学》（上、下）南京大学，傅献彩等编2、《物理化学》上、下册天津大学（第四版）3、《物理化学解题指导》南京大学，孙德坤等编4、《物理化学-概念辨析解题方法》中国科学技术大学，范崇正等编考核方式采用闭卷考试，综合平时成绩（包括实验、平时纪律、作业，40%）和期末考试成绩（60%）给出总评成绩。参考书考核方式和参考书1、《物理化学》（上、下）南京大学，傅献12第一章气体低压气体的p-V-T关系理想气体的状态方程与微观模型中高压气体的p-V-T关系气体的液化及临界状态第一章气体低压气体的p-V-T关系13气体理想气体实际气体状态方程分压及分体积定律状态方程液化及临界现象气体理想气体实际气体状态方程分压及分体积定律状态方程液化及临14压力：由于分子热运动,气体分子与容器壁碰撞,对器壁产生作用力。单位器壁面积所受的力称为压力.p,单位帕斯卡(Pa)温度：温度是定量反映气体冷热程度的物理量。T,单位开尔文(K)(K氏温度与摄氏温度换算)

气体体积：气体所占空间的大小。V,单位立方米(m3)9/12/2023压力：由于分子热运动,气体分子与容器壁碰撞,对器壁产15理想气体状态方程

pV=nRT

pVm=RT

单位：pPa

V

m3

T

K

n

mol

R

Jmol-1K-1

R

摩尔气体常数R＝8.314510Jmol-1K-1

9/12/2023理想气体状态方程pV=nRT16

理想气体的定义及其微观模型理想气体:凡在任何温度,压力下均服从理想气体状态方程的气体称为理想气体.理想气体的两个特征:(1)分子本身不占有体积;(2)分子间无相互作用.理想气体状态方程近似适用于低压实际气体.易液化气体的适用压力范围较窄,难液化气体则相对较宽.00-7-2217理想气体的定义及其微观模型理想气体:凡在任何温度,压

实际气体实际气体实际气体：分子之间有相互作用力，分子本身具有体积的气体压缩因子引入来定量描述真实气体的行为与理想气体的偏离程度：

压缩因子的定义为：实际气体实际气体实际气体：分子之间有相互作用力，分子本身具18理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。描述实际气体pVT关系的状态方程近200种，大致分为两类（1）考虑了物质的结构，推导出的方程（2）经验、半经验的状态方程共同特点（1）p→0

，均可还原为理想气体状态方程（2）方程中均含有若干个反映各气体不同性质的特性参数中高压气体p-V-T关系的处理方法理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。描述实际19范德华方程

理想气体状态方程pVm=RT实质为：（分子间无相互作用力时气体的压力）×（1mol气体分子的自由活动空间）＝RT.因此，可以从这两个方面进行修正，得到范德华方程(1)体积修正

实际气体摩尔体积因分子本身体积的存在，可压缩空间减小。1mol气体的可压缩空间以(Vm-b)表示。

b为一范氏常数，恒为正值，其大小与气体性质决定。一般情况下，气体本身体积越大，b值也越大。对体积修正后，p(Vm-b)=RT。9/12/2023范德华方程理想气体状态方程pVm=RT实质为：（20（2)压力修正器壁内部分子靠近器壁的分子分子间相互作用减弱了分子对器壁的碰撞，所以：p=p理－p内

p内=a/Vm2

p理=p+p内=p+a/Vm29/12/2023（2)压力修正器壁内部分子靠近器壁的分子分子间相互作用减弱21a为范氏常数，其值与各气体性质有关，均为正值。一般情况下，分子间作用力越大，a值越大。

将修正后的压力和体积项引入理想气体状态方程：

范德华方程a,b见附表（1-1）b：1mol分子自身所占体积,数值上粗略等于该气体物质的液体摩尔体积.9/12/2023a为范氏常数，其值与各气体性质有关，均为正值。一般情况下，分22几点说明1)

a、b为范氏常数，恒为正值，其值由实验测得。2)

范氏方程是半经验、半理论方程，因其考虑了实际气体与理想气体的本质区别，其精度优于理想气体方程pV=nRT。3)是一种实际气体pVT行为的数学模型，而实际情况远比范德华所考虑情况复杂多。

一般情况下，范氏方程只能满足几十标准压力下气体的PVT性质的描述。9/12/2023几点说明1)

a、b为范氏常数，恒为正值，其值由实验测得。223压缩因子法由Z的定义式可知,pV=ZnRT维里方程pVm=RT(1+B/Vm+C/Vm2+D/Vm3+

)压缩因子法由Z的定义式可知,维里方程pVm=RT(1+B/V24实际气体分子间存在吸引力,从而能发生一种理想气体不可能发生的变化——液化.任何气体都会在一定温度时液化.液氮的沸点是－196℃Br2(g)冷却发生液化.液化现象表明Br2分子在气相时就不具有零体积.气体的液化与液体的饱和蒸汽压00-7-2225实际气体分子间存在吸引力,从而能发生一种理想气体不可能发生气体的液化一般需要降温和加压.降温可减小分子热运动产生的离散倾向,加压则可以缩小分子间距从而增大分子间引力.由于加压增大分子间引力是有一定限度的(超过一定程度分子间排斥力将起主导作用),故液化的发生要求分子热运动的离散倾向也不能超过一定限度,即对气体的温度有最高限定.临界温度Tc:气体加压液化所允许的最高温度.临界压力pc:气体在临界温度下液化所需要的最小压力.临界体积Vc:物质在临界温度,临界压力下的摩尔体积.Tc,pc,Vc总称为气体的临界参数,是物质的一种特性参数.00-7-2226气体的液化一般需要降温和加压.降温可减小分子热运动产生的离

超临界流体,它既不属于气体,也不属于液体,气液界面消失,它的密度可以在气体和液体密度之间任意调变,并且在临界点附近,压力的微小变化就能够导致密度的巨大变化.它的许多物理化学性质介于气体和液体之间，并具有两者的优点，如具有与液体相近的溶解能力和传热系数，具有与气体相近的黏度系数和扩散系数。超临界流体广泛用于萃取和药物的合成分析等方面.超临界流体,它既不属于气体,也不属于液体,气液界面消27h

水蒸气压力很低，容器内充满水蒸气i

逐渐增加活塞上的压力，气体被压缩，体积减