[理学]第二章热力学第一定律.ppt

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1、理学理学第二章热力学第第二章热力学第一定律一定律0.1 物理化学的建立与发展物理化学的建立与发展第一阶段：第一阶段：1887 - 1920 s化学平衡和化学反应速率的唯象规律的建立19世纪中叶世纪中叶热力学第一定律和热力学第二定律的提出1850Wilhelmy 第一次定量测定反应速率1879质量作用定律建立1889Arrhenius 公式的建立和活化能概念1887德文“物理化学”杂志创刊1906 1912Nernst热定理和热力学第三定律的建立1926量子力学建立 1927求解氢分子的薛定谔方程 1931价键理论建立 1932分子轨道理论建立 1935共振理论建立 1918提出双分子反应的碰撞

2、理论 1935建立过渡态理论 1930提出链反应的动力学理论第二阶段：第二阶段：1920 s - 1960 s结构化学和量子化学的蓬勃发展和化学变化规律的微观探索第三阶段：第三阶段：1960 s -:由于激光技术和计算机技术的发展，物理化学各领域向更深度和广度发展 宏观宏观 微观微观静态静态 动态动态体相体相 表相表相平衡态平衡态 非平衡态非平衡态化学学科的发展趋势 (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，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。变化的本

3、质和结构与物性的关系。透射电子显微镜扫描电子显微镜X-射线单晶衍射仪核磁共振波谱仪质谱仪 (2) 从体相到表相在多相体系中，化学反应总是在表相上进行，随在多相体系中，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，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。推动表面化学和多相催化的发展。 扫描探针显微镜扫描电子显微镜 (3) 从定性到定量随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数据处随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数据处理的时间，并可进行人工模拟和自动记录，使许理的时间，并可进行人工模拟和自动记录，使许多以前只能做定性研究的课题现在可进行定量监

4、多以前只能做定性研究的课题现在可进行定量监测。测。微量量热仪气相色谱质谱联用仪(4)从单一学科到边缘学科化学学科与其他学科以及化学内部更进一步相互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渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的交叉交叉科学，如生物化学、地球化学、天体化学、计算科学，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。化学、金属有机化学、物理有机化学等。 (5)从平衡态研究到非平衡态研究经典热力学只研究平衡态和封闭体系或孤立体系，经典热力学只研究平衡态和封闭体系或孤立体系，然而对处于非平衡态的开放体系的研究更具有实然而对处

5、于非平衡态的开放体系的研究更具有实际意义，自际意义，自19601960年以来，逐渐形成了非平衡态热年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学科分支。力学这个学科分支。非平衡态热力学非平衡态热力学亦称亦称“不可逆过程热力学不可逆过程热力学”。研。研究宏观系统的非平衡状态和不可逆过程的性质及究宏观系统的非平衡状态和不可逆过程的性质及其在化学、物理学、物理化学、生物学与动力、其在化学、物理学、物理化学、生物学与动力、能源、化工等工程乃至社会科学等方面应用的学能源、化工等工程乃至社会科学等方面应用的学科。由经典热力学的闭合系统推广到敞开系统而科。由经典热力学的闭合系统推广到敞开系统而形成。主要内容有：局域

6、平衡假设、不可逆过程形成。主要内容有：局域平衡假设、不可逆过程的流和力以及其线性与相机线性规律、热力学稳的流和力以及其线性与相机线性规律、热力学稳定性理论与耗散结构等。目前应用于扩散、热传定性理论与耗散结构等。目前应用于扩散、热传导、热电效应、化学反应和电极过程等领域中。导、热电效应、化学反应和电极过程等领域中。 早期所发现的非平衡态系统有B-Z化学振荡。物理化学的主要发展趋势与前沿物理化学的主要发展趋势与前沿强化了在分子水平上的精细物理化学的研究强化了对特殊集合态的物理化学的研究分子动态(分子反应动力学;分子激发态谱学)分子设计工程表面界面物理化学非平衡态物理化学0.2 物理化学的目的和内容

7、物理化学的目的和内容物理化学从研究物质的物理现象和化学现象之间的相互联系入手，来探求化学变化基本规律的一门学科。在实验方法上主要采用物理学中的方法。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。放热 OH2 22224COOCH例2：指示剂变色例1：天然气燃烧生热 例3：原电池放电Cu Zn 44SOCuSOZn(2)许多物理因素能引起或影响化学反应发生例2：盐水电解例3：例1： 2NH 33,22催化剂高压高温NH (g)COCaO 2900,30CpCaCO(g)H (g)ClNaOH 2 OH2aCl2222电解NOH2(g)O (g)4 NO42223NOH光照2B2

8、2rAgAgBr光照 物理化学是化学科学中的一个重要分学科。是化学科学中的一个重要分学科。它是借助数学、物理等基础科学的理论及其它是借助数学、物理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提供的实验手段，研究化学科学中的原理和方法方法, ,研究化学体系行为最一般的宏观、微观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。规律和理论的学科，是化学的理论基础。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) (1) 化学变化的方向和限度问题化学变化的方向和限度问题 (2

9、) (2) 化学反应的速率和机理问题化学反应的速率和机理问题(3) (3) 物质的性质与其结构之间的物质的性质与其结构之间的 关系问题关系问题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： 178kJQ (g)COCaO CaCO2900,30CP? C C金刚石石墨 ? 2NH 33,22常压常温NH 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：合成氨反应 ? 2NH 33,22常压常温NH 金属腐蚀 27% 2NH 33300,460220pCNH 例 2HCl ClH22光照例机理：CH2=

10、CH2+Br2CH2-BrCH2-BrCH2=CH2+Br2CH2CH2Br+BrCH2-BrCH2-Br(1)遵循“实践理论实践”的认识过程，分 别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事 实概括到一般， 再从一般推理到个别的 思维过程。 (2)综合应用微观与宏观的研究方法，主要有： 热力学方法、统计力学方法和量子力学方 法。0.3 物理化学的研究方法物理化学的研究方法物理化学的分支学科化学热力学化学热力学统计热力学统计热力学结构化学结构化学化学动力学化学动力学热力学方法： 以众多质点组成的以众多质点组成的宏观体系作为研究对宏观体系作为研究对象象，以两个经典热力学定律为基础，用一系，以两个经典热力

11、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，而终态的宏观变化，而不涉及变化的细节不涉及变化的细节。经。经典热力学方法只适用于平衡体系。典热力学方法只适用于平衡体系。统计力学方法： 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。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。 0.4 物理化学课程的学习方法物理化学课程的学习方法(1)(1)注意逻辑推理的思维方法，反复体会感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。性认识和理性认识的相互关系。(2)(2)抓住重点，自己动手推导公式。抓住重点，自己动手推导公式。(3)(3)多做习题，学会解题方法。很多东西只有多做习题，学会解题方法。很多东西只有 通过解题才能学到，不会解题，就不可能通过解题才能学到，不会解题，就不可能 掌握物理化学。掌握物理化学。(4)(4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自课前自学，课后复习，勤于思考，培养自 学和独立工作的能力。学和独立工作的能力。