物理化学II学习教案.pptx

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1、会计学1物理化学物理化学(w l hu xu)II第一页，共84页。教师简介：教师简介：赵赵 丹，生于丹，生于1977年年2月，籍贯天津月，籍贯天津市市1995-2003年于大连理工大学进行本年于大连理工大学进行本科学习和硕士研究工作科学习和硕士研究工作2003-2008年于清华大学进行博士研年于清华大学进行博士研究工作究工作2008年年6月至今于南昌大学化学系进月至今于南昌大学化学系进行教学行教学(jio xu)科研工作，目科研工作，目前已完成前已完成4个本科班次物理化学个本科班次物理化学教学教学(jio xu)工作，同时进工作，同时进行面向新能源利用的催化新材料行面向新能源利用的催化新材料

2、基础与应用研究。基础与应用研究。Office：理生楼：理生楼B607E-mail：Phone:15879176996第1页/共84页第二页，共84页。n n何谓物理化学n n经典物理化学研究内容n n学习物理化学的建议(jiny)n n课程要求绪论绪论(xln)第2页/共84页第三页，共84页。n n研究物质声、光、电、热、磁、动等宏观能量现象发生或研究物质声、光、电、热、磁、动等宏观能量现象发生或研究物质声、光、电、热、磁、动等宏观能量现象发生或研究物质声、光、电、热、磁、动等宏观能量现象发生或变化的规律谓之物理变化的规律谓之物理变化的规律谓之物理变化的规律谓之物理(wl(wl)；（可直接或

3、易于感观！）；（可直接或易于感观！）；（可直接或易于感观！）；（可直接或易于感观！）n n研究物质分子结构由旧化学键断裂至新化学键形成这一微研究物质分子结构由旧化学键断裂至新化学键形成这一微研究物质分子结构由旧化学键断裂至新化学键形成这一微研究物质分子结构由旧化学键断裂至新化学键形成这一微观变化过程的规律谓之化学（不易直接感观！）观变化过程的规律谓之化学（不易直接感观！）观变化过程的规律谓之化学（不易直接感观！）观变化过程的规律谓之化学（不易直接感观！）n n化学反应体系是一个物理化学反应体系是一个物理化学反应体系是一个物理化学反应体系是一个物理(wl(wl)现象和化学过程紧密联系现象和化学过

4、程紧密联系现象和化学过程紧密联系现象和化学过程紧密联系的体系。的体系。的体系。的体系。1 何谓何谓(hwi)物理化物理化学学C+O2CO2化学反应过程(guchng)常以热、光、电等物理现象“显示”出来。何谓物理?何谓化学?第3页/共84页第四页，共84页。关于(guny)物理化学的经典描述 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(huxu binhu)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(shyn)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（唐有棋）-第4页/共84页第五页，共84页。2 经典物

5、理化学的研究(ynji)内容(1)化学反应的方向、限度和能量效应 -化学体系(tx)的平衡性质(第一章第六章）(2)化学反应的速率、控制因素和反应机理-化学体系(tx)的动态性质（第九章第十章）其它分支学科：电化学、界面及胶体化学、光化学等（第七章第八章）第5页/共84页第六页，共84页。将物理化学原理应用于不同的体系，则产生(chnshng)了物理有机化学、生物物理化学、冶金物理化学等等。与其他(qt)学科交叉：微波化学、机械力化学、声化学、摩擦化学、磁化学第6页/共84页第七页，共84页。3 学习物理化学(w l hu xu)的建议 正确理解基本概念、理论模型、公式的 物理(wl)意义及应

6、用条件。掌握并领会物理化学的研究(ynji)方法。（实验基础上的理论分析与演绎）重视习题的演算。想学好物理化学的同学作完一道题后会返回去问自己：为什麽我做了这麽长时间？我最后发现的通向正确道路的线索是什麽？以后再遇到同类的问题怎样才能尽快地解出？很多东西是通过解题之后才学到的。-Levine-第7页/共84页第八页，共84页。4 课程(kchng)要求（1）教材和参考书：教材：物理化学简明(jinmng)教程 印永嘉编 推荐参考书:物理化学 傅献彩等编（南京大学)物理化学 韩德刚 高执棣 高盘良(北大）物理化学习题解答（上、下册）王文清等编（北大）物理化学学习指南 高盘良 Physical C

7、hemistry IRA N.Levine 第8页/共84页第九页，共84页。（2）作业(zuy)：每周交一次 （3）答疑：每周一次 时间：每周三上午(shngw)地点：理生楼B607（4）成绩评定(pngdng)：平时成绩（作业，课堂小测验）：30%期末考试：70%第9页/共84页第十页，共84页。第一(dy)章 热力学第一(dy)定律 （The first law of thermodynamics)基本概念热力学第一(dy)定律*准静态过程与可逆过程（求功）焓热容（求热）理想气体性质*简单物理过程热力学函数的计算实际气体的节流过程热化学第10页/共84页第十一页，共84页。1-1.基本概

8、念 （Basic concepts of thermodynamics)1.系统(xtng)与环境 （system and surroundings)敞开（开放）系统（Open system）封闭（密闭(mb)）系统（Closed system）隔离（孤立）系统（Isolated system）第11页/共84页第十二页，共84页。H2O(g)1000C,101.325kPa敞开系统：H2O(l)1000C恒温热源(100oC)（E，M皆交换(jiohun)）封闭系统：（E交换，M不交换）绝热壁隔离系统：（E，M皆不交换）第12页/共84页第十三页，共84页。2.状态(zhungti)函数（s

9、tate functions)(1)定义（definition)：描述（确定）系统状态的系统的各宏观物理性质(wl xngzh)（如温度、压力、体积等）称为系统的热力学性质，又称为状态函数。（2）分类(classification)：广度(gungd)（广延、容量）性质（extensive property)强度性质（intensive property)第13页/共84页第十四页，共84页。(a)广度性质具有部分(b fen)加和性，强度性质无部分(b fen)加和性。V总=V1+V2 (b)广度性质是系统所含的物质(wzh)的量的一次齐函数，强度性质是零次齐函数。P总p1+p2T1,p1,

10、V1 T2,p2,V2（c）两个广度性质(xngzh)相除，所得为强度性质(xngzh)例如：Vm=V/n,=m/V,Cm=C/n第14页/共84页第十五页，共84页。（3）性质(xngzh)：(a)一个系统的状态函数(hnsh)之间是彼此关联的 一个组成不变的均相体系(tx)，只需两个强度性质即可确定系统所有的强度性质。(b)状态函数是状态的单值函数 状态函数的值与系统的历史无关；当系统由一个状态变化到另一个状态时，状态函数的增量只取决于系统的初、末态，而与具体变化的路径无关。第15页/共84页第十六页，共84页。(c)状态函数(hnsh)的增量可用全微分表示。(d)状态方程(state e

11、quations)理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT第16页/共84页第十七页，共84页。3.热力学平衡(pnghng)状态 （equilibrium state of thermodynamics)如果处在一定环境条件下的系统,其所有的性质均不随时间而变化;而且当此系统与环境隔离(gl)后,也不会引起系统任何性质的变化,则称该系统处于热力学平衡状态。第17页/共84页第十八页，共84页。H2O(l)1000CH2O(g)1000C,101.325kPa恒温(hngwn)热源(100oC)绝热壁热力学平衡(pnghng)状态H2O(l)1000CH2O(g)1000C,101,325kP

12、a第18页/共84页第十九页，共84页。处于(chy)热力学平衡的系统必须同时满足下列平衡：（1）热平衡（thermal equilibrium):无绝热壁时系统内各部分之间没有温度的差别。热力学第零定律 如果系统A与系统B成热平衡，系统B与系统C成热平衡，则系统A与系统C也必然成热平衡。第19页/共84页第二十页，共84页。（2）力平衡（mechanical equilibrium)在不考虑重力场与其它外场作用的情况下，系统内部处处压力相等。（3）相平衡（phase equilibrium)系统内物理性质及化学性质完全均匀的一部分称为一相。若在一个多相系统中，各相的组成及数量均不随时间而变化

13、，则称该系统处于相平衡。（4）化学平衡（chemical equilibrium)若系统中各物质之间存在化学反应，当系统组成不随时间而变化时，系统处于化学平衡。第20页/共84页第二十一页，共84页。4.热和功热和功热和功热和功热（heat）体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q 表示。Q的取号：体系吸热，Q0；体系放热，Q0；体系对环境作功，W0 经节流膨胀后，气体温度(wnd)降低。称为焦-汤系数（Joule-Thomson coefficient),它表示经节流过程后，气体温度随压力的变化率。是体系的强度性质。因为(yn wi)节流过程的 ,所以当：0 经节流膨胀后，气体温度(

14、wnd)升高。=0 经节流膨胀后，气体温度不变。(此时温度为转换温度)焦焦焦焦汤系数定义：汤系数定义：汤系数定义：汤系数定义：第65页/共84页第六十六页，共84页。物理化学(w l hu xu)PHYSICAL CHEMISTRY （4）第66页/共84页第六十七页，共84页。反应进度等压、等容热效应热化学方程式压力的标准态1-9 热化学第67页/共84页第六十八页，共84页。20世纪(shj)初比利时的Dekonder引进反应进度 的定义为：和 分别代表任一组分B 在起始和 t 时刻的物质的量。是任一组分B的化学计量数，对反应物取负值(f zh)，对生成物取正值。设某反应(fnyng)单位

15、：mol反应进度（反应进度（extent of reaction ）第68页/共84页第六十九页，共84页。引入反应进度的优点(yudin)：在反应进行到任意时刻，可以(ky)用任一反应物或生成物来表示反应进行的程度，所得的值都是相同的，即：反应进度被应用于反应热的计算、化学平衡和反应速率(sl)的定义等方面。注意：应用反应进度，必须与化学反应计量方程相对应。例如：当 都等于1 mol 时，两个方程所发生反应的物质的量显然不同。第69页/共84页第七十页，共84页。反应热效应 当体系发生反应之后，使产物(chnw)的温度回到反应前始态时的温度，体系放出或吸收的热量，称为该反应的热效应。等容热效

16、应 反应在等容下进行所产生的热效应为 ,如果不作非膨胀功，,氧弹量热计中测定的是 。等压热效应 反应在等压下进行所产生的热效应为 ，如果不作非膨胀功，则 。定压、定容热效应定压、定容热效应第70页/共84页第七十一页，共84页。反应物生成物（3）（2）等容 生成物 对于理想气体，所以：与 的关系的推导第71页/共84页第七十二页，共84页。当反应进度为1 mol 时：式中 是生成物与反应物气体物质的量之差值，并假定气体为理想气体。第72页/共84页第七十三页，共84页。表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。因为U,H的数值与体系的状态有关，所以方程式中应该注明(zh mn)物态、温

17、度、压力、组成等。对于固态还应注明(zh mn)结晶状态。例如(lr)：298.15 K时 式中：表示反应物和生成物都处于(chy)标准态时，在298.15 K，反应进度为1 mol 时的焓变。P0代表气体的压力处于标准态。热化学方程式热化学方程式第73页/共84页第七十四页，共84页。随着学科(xuk)的发展，压力的标准态有不同的规定：标准态用符号“0”表示(biosh)，P0 表示(biosh)压力标准态。最老的标准(biozhn)态为 1 atm1985年GB规定为 101.325 kPa1993年GB规定为 1105 Pa。标准态的变更对凝聚态影响不大，但对气体的热力学数据有影响，要使

18、用相应的热力学数据表。压力的标准态压力的标准态第74页/共84页第七十五页，共84页。气体的标准态：压力(yl)为 P0 的理想气体，是假想态。固体、液体的标准(biozhn)态：压力为P0 的纯固体或纯液体。标准态不规定温度(wnd)，每个温度(wnd)都有一个标准态。一般298.15 K时的标准态数据有表可查。为方便起见，298.15 K用符号 表示。第75页/共84页第七十六页，共84页。没有规定(gudng)温度，一般298.15 K时的数据有表可查。生成焓仅是个相对(xingdu)值，相对(xingdu)于稳定单质的焓值等于零。标准摩尔(m r)生成焓（standard molar

19、enthalpy of formation）在标准压力下，反应温度时，由最稳定的单质合成标准状态下一摩尔物质的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓，用下述符号表示：（物质，相态，温度）化合物的生成焓化合物的生成焓化合物的生成焓化合物的生成焓第76页/共84页第七十七页，共84页。例如(lr)：在298.15 K时这就是HI(g)的标准(biozhn)摩尔生成焓：反应(fnyng)焓变为：第77页/共84页第七十八页，共84页。为计量方程(fngchng)中的系数，对反应物取负值，生成物取正值。利用各物质的摩尔生成(shn chn)焓求化学反应焓变：在标准压力 P0 和反应(fnyng)温度时（通常

20、为298.15 K）第78页/共84页第七十九页，共84页。下标(xi bio)“c”表示combustion。上标(shn bio)“0”表示各物均处于标准压力下。下标(xi bio)“m”表示反应进度为1 mol时。在标准压力下，反应温度时，物质B完全氧化成相同温度的指定产物时的焓变称为标准摩尔燃烧焓（Standard molar enthalpy of combustion）用符号 (物质、相态、温度)表示。燃烧焓燃烧焓燃烧焓燃烧焓第79页/共84页第八十页，共84页。指定产物通常规定为：金属 游离态显然，规定的指定(zhdng)产物不同，焓变值也不同，查表时应注意。298.15 K时的

21、燃烧焓值有表可查。第80页/共84页第八十一页，共84页。例如(lr)：在298.15 K及标准压力下：则 显然(xinrn)，根据标准摩尔燃烧焓的定义，所指定产物如等的标准摩尔燃烧焓，在任何温度T时，其值均为零。第81页/共84页第八十二页，共84页。反应焓变值一般与温度关系不大。如果温度区间较大(jio d),在等压下虽化学反应相同，但其焓变值则不同。在1858年首先由Kickoff提出(t ch)了焓变值与温度的关系式，所以称为Kickoff定律，有两种表示形式。也是温度的函数，只要(zhyo)将Cp-T的关系式代入，就可从一个温度时的焓变求另一个温度下的焓变。如有物质发生相变，就要进行分段积分。基尔霍夫定律基尔霍夫定律第82页/共84页第八十三页，共84页。复习:1.1 1.12研究：p16-例和习题(xt);p28-例5;p44-例12作业:习题(xt)9,16,19,34,50第83页/共84页第八十四页，共84页。