物理化学堂课课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,物理化学简明教程,（第四版）,山东大学 印永嘉 奚正楷,北京师范大学 李大珍,高等教育出版社,物理化学简明教程 （第四版）,1,绪 论,1,、什么是物理化学,2,、物理化学主要研究的问题,3,、学习物理化学课程的要求,上一内容,下一内容,回主目录,返回,绪 论1、什么是物理化学2、物理化学主要研究的问,2,1,、什么是物理化学,物理化学,从研究化学现象和物理,现象之间的相互联系入手，从而找出化学,运动中最具有普通性的基本规律的一门学,科。（又称理论化学）,上一内容,下一内容,回主目录,返回,1、什么是物理化学上一内容下一内容回主目录返回,3,2,、物理化学主要研究的问题,对于一个化学反应：,A+B=C+D,1、,在指定条件下这个化学反应向什么方向进行？,2、,假如能正向自发进行，进行到什么程度为止？,3、,外界条件（温度、压力、浓度等）的改变对反应的方向和限度（即平衡位置）有什么影响？,4、,如何控制条件使反应朝预计的方向进行？,5、,反应进行时能量是如何变化的，它究竟能给我们提供多少能量？,（,1,）化学热力学,-,化学反应的方向和限度问题,上一内容,下一内容,回主目录,返回,2、物理化学主要研究的问题 对于一个化学反应：A+B=,4,（,2,）化学动力学,-,化学反应的速率和反应机理以及外界条件如温度、压力、催化剂等对反应速率的影响等问题,主要解决：,1、,化学反应的速率有多快？,2、,反应速度快慢的内在原因,-,即反应机理是什么？,3、,外界条件,(,如温度,T,、浓度,C,、催化剂,),对反应速率有何,影响？,4、,如何控制反应进行的速率？,上一内容,下一内容,回主目录,返回,（2）化学动力学-化学反应的速率和反应机理以及外界条件,5,主要解决：,1、,结构和性能的关系,2、,根据特殊性能的材料要求,要求如何根据结构,进行分子设计。（磁性材料、记忆材料等等）,3、,通过物质结构了解化学热力学和化学动力学的本质,。,（物质结构,一般另外开课）,（,3,）物质结构,-,研究物质的微观结构，以及物质的性质与其结构之间的关系问题,上一内容,下一内容,回主目录,返回,主要解决：（3）物质结构-研究物质的微观结构，,6,物理化学课程的重要意义,与其它所有学科一样，物理化学是为了适应社会生产的需要而发展起来的一门学科。,物理化学的研究成果对化学工业起了重要作用。,上一内容,下一内容,回主目录,返回,物理化学课程的重要意义与其它所有学科一样，物理化学是为了适应,7,3.,学习物理化学课程的要求,1,、要注意逻辑推理的思维方法,2,、必须重视对基本概念的把握,3,、必须注意自己动手推导公式,4,、重视多做习题，学会解题方法,5,、课前预习，课后复习，课堂上认真听 讲，勤于思考，培养自学和独立工作能力,上一内容,下一内容,回主目录,返回,3.学习物理化学课程的要求1、要注意逻辑推理的思维方法上一,8,1.1,热力学基本概念,上一内容,下一内容,回主目录,返回,第一章 热力学第一定律,1.1 热力学基本概念上一内容下一内容回主目录返回第一章,9,1.1.1,、系 统 和 环 境,系统：被划定的研究对象称为系统或体系。,上一内容,下一内容,回主目录,返回,环境：与体系密切相关的,影响所能及的部分称为环境。,1.1.1、系 统 和 环 境系统：被划定的研究对象称为系统,10,（,1,）体系与环境并无本质上的差别，是根据研究需要而人为划分的，是以处理问题方便为准则，因此并不是固定不变的，但一经确定，在研究中就不允许随意变更体系与环境的范围。,上一内容,回主目录,返回,注意：,下一内容,（,2,）系统和环境之间，一定有一个边界，但这个边界可以是实际界面，也可以是虚构的界面。,（1）体系与环境并无本质上的差别，是根据研究需要而人为,11,（,3,）热力学系统的种类,上一内容,回主目录,返回,下一内容,（3）热力学系统的种类上一内容回主目录返回下一内容,12,根据有没有物质和能量的交换，可把系统分成以下三种：,1.,敞开体系：,体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。,上一内容,回主目录,返回,下一内容,根据有没有物质和能量的交换，可把系统分成以下三种：上,13,2.,封闭体系：,体系与环境之间只有能量交换，而无物质交换。,上一内容,回主目录,返回,下一内容,2.封闭体系：上一内容回主目录返回下一内容,14,3.,隔绝体系：,体系与环境之间既无能量交换，也无物质交换（孤立系统）。,上一内容,回主目录,返回,下一内容,3.隔绝体系：上一内容回主目录返回下一内容,15,1.1.2,、热力学平衡态,当系统的宏观性质（诸性质）不随时间而改变，则系统就处于热力学平衡状态。真正的热力学平衡应同时包括下列几个平衡,:,上一内容,下一内容,回主目录,返回,(1),热平衡,：,系统各个部分温度相等，,T=0,；,(2),机械平衡,：,系统各部分之间，没有不平衡的力存在（即压力相同），,P=0,；,1.1.2、热力学平衡态 当系统的宏观性质（诸性质）,16,(3),化学平衡,：,体系的组成不随时间而改变，即宏观上化学反应已停止；,上一内容,回主目录,返回,下一内容,(4),相平衡,：,当体系不止一相时，物质在各相之间的分布达到平衡，在相间没有物质的净转移，达平衡后各相的组成和数量不随时间的改变。即不同相虽然相互接触，但客观上没有物质在相间传递。,(3)化学平衡：体系的组成不随时间而改变，即宏观上化,17,容量性质：又称广度性质,其数值与系统中物质的量成正比，此种性质具有加和性。,例如：体积（,V,）、质量（,m,）、内能（,U,）、熵（,S,）等等。,1.1.3,、容量性质和强度性质,上一内容,回主目录,返回,下一内容,容量性质：又称广度性质1.1.3、容量性质和强度性质上一内容,18,强度性质：,其数值取决于物质本身的特性，与系统中物质的量无关，不具加和性，而是整个系统的强度性质的数值与各部分的强度性质的数值相同。,例如：,温度（,T,）、摩尔体积（,Vm,）、密度(,),，粘度等等。,上一内容,回主目录,返回,下一内容,强度性质：上一内容回主目录返回下一内容,19,1.1.4,、状态和状态性质,状态：,系统里一切宏观性质的综合称为状态。,上一内容,下一内容,回主目录,返回,状态性质：,描述体系状态的宏观物理量称为热力学,性质或状态性质，又称为状态函数。,（如质量、温度、压力、体积、浓度、密度、粘度等）,1.1.4、状态和状态性质 状态：上一内容下一内容回主目录返,20,状态函数的特点：,(1).,状态一定，数值一定。,也就是说系统的状态性质只决定于它现在所处的状态，与其过去的历史无关。,上一内容,回主目录,返回,下一内容,状态函数的特点：上一内容回主目录返回下一内容,21,(2).,状态函数,(Z),的变化量,(,Z),仅与始态、,终态有关，而与变化的途径无关。,状态函数：,U,内能,G,吉布斯自由能,H,焓,A,赫姆霍兹自由能,S,熵,U,、,H,、,S,、,G,、,A,终态数值,-,始态数值,上一内容,回主目录,返回,下一内容,(2).状态函数(Z)的变化量(Z)仅与始态、上一内容回主,22,(3).,状态函数的微小变化，在数学上应当是一全微分。,其微量变化冠以,“,d,”,，如,dP,、,dV,等。,（,4,）对于循环过程，状态函数的改变为零。,dZ=0,（,5,）状态函数的微分必然是全微分，且其二阶偏导数与求导的先后次序无关。,上一内容,回主目录,返回,下一内容,(3).状态函数的微小变化，在数学上应当是一全微分。上,23,1.1.5,、过 程 和 途 径,过程：,系统状态所发生的任何变化均称为,“,过程,”,。在实际生产和实验中会遇到许多过程。如,上一内容,下一内容,回主目录,返回,等温过程：在一定温度下，系统的状态发生了变化。,T,初,=T,终,=T,环境,如：,1mol He,（,p,22.4L 273.15K,）,（,1/2p,44.8L 273.15K,）,等压,过程,：在一定压力下，系统的状态发生了变化。,P,初,=P,终,=P,环境,如：,1mol He,（,p,22.4L 273.15K,）（,p,44.8L 546.3K,）,1.1.5、过 程 和 途 径 过程：上一内容下一内容回主目,24,上一内容,下一内容,回主目录,返回,等容,过程,：体系的容积不发生变化的过程。,绝热过程：体系与环境间不存在热传递过程。,循环过程：从始态出发，经过一系列变化，又,回到起始状态。,上一内容下一内容回主目录返回 等容过程：体系的容积不发生变化,25,途径：,实现过程的具体路线叫途径。或者说系统状态发生变化时，由一始态到另一终态，可以经由不同方式，这种由同一始态到同一终态的不同方式可称为不同的途径,上一内容,回主目录,返回,下一内容,途径：上一内容回主目录返回下一内容,26,如一定量的气体物质：,298,K，101.3 kPa,298,K，506.5 kPa,375,K，101.3 kPa,375,K，506.5 kPa,途径,2,途径,1,恒压过程,恒压过程,实,际,过,程,恒温过程,恒温过程,如一定量的气体物质：298 K，101.3 kPa298K，,27,1.2,热力学第一定律 （能量守恒定律）,上一内容,下一内容,回主目录,返回,1.2 热力学第一定律 （能量守,28,内能的概念,内能,U,：是指体系内部能量的总和。,它包括分子的平动能、转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。,1.2.1,、内 能,上一内容,回主目录,返回,下一内容,内能的概念1.2.1、内 能上一内容回主目录返回下一,29,特点：,（,1,）内能是一个状态函数。,那么根据状态函数的特点：,a,、状态一定，数值一定。,但内能的绝对值无法知道。,b,、函数的变化量仅与始态、终态有关，而与变化的途径无关。,c,、内能的改变,U,微小变化用,dU,表示。,上一内容,下一内容,回主目录,返回,特点：上一内容下一内容回主目录返回,30,（,2,）内能是容量性质.,比如说如果一个系统由两部分组成，那,么系统的总内能应是两部分内能之和。,上一内容,回主目录,返回,下一内容,（,3,）内能具有能量的量纲，用,J,表示。,（,4,）内能的微分是一个全微分。,（2）内能是容量性质.上一内容回主目录返回下一内容 （3）,31,1.2.2,、功和热的概念,封闭体系的状态发生变化时，体系和环境之间的能量交换可由,两种方式,进行，一种是热，另一种是功。,上一内容,下一内容,回主目录,返回,1.2.2、功和热的概念 封闭体系的状态发生变化时，体,32,热：,（,1,）定义：由于系统与环境之间的温度差而造成的能量传递称为热。（,T0,针对简单体系），用,Q,表示。单位：焦耳,(J),上一内容,回主目录,返回,下一内容,（,2,）规定：系统吸热为正：,Q,0,系统放热为负：,Q,0,热：上一内容回主目录返回下一内容（2）规定：系统吸热为正：,33,（,3,）热的特点：,上一内容,回主目录,返回,下一内容,热不是状态函数。,热与过程有关，热只有在过程中才有意义，一旦过程结束，就谈不上热的存在，因此它不是状态函数。,如果系统在过程中放出的热很少，则用,Q,表示。,（3）热的特点：上一内容回主目录返回下一内容 热不是状,34,功：,（,1,）定义：在热力学中除热量以外的其它各种能量传递的形式均称为功，用,W,表示，功的种类很多：,电功、表面功、机械功、,体积功,.,上一内容,回主目录,返回,下一内容,（,2,）规定：系统对环境作功为负值：,W,0,环境对系统作功为正值：,W,0,功：上一内容回主目录返回下一内容（2）规定：系统对环境作,35,（,3,）功的特点：,功不是状态函数，与过程有关。,微小过程的功用,W,表示，而不用,dW,，以示不是状态函数。,上一内容,回主目录,返回,下一内容,