物理化学(上)

物理化学PhysicalChemistry(上册)北京化工大学理学院白守礼自我介绍•姓名：白守礼•职称：教授(博导)•教学：物理化学主讲、研究生指导•科研：应用化学、工业催化•管理：教务管理教务处副处长•电话：64452756•信箱：[e-mail]ductionChapter1ThepropertiesofgasesChapter2ThefirstlawofthermodynamicsChapter3ThesecondlawofthermodynamicsChapter4ThethermodynamicsofmixturesChapter5ChemicalequilibriumChapter6PhaseequilibriumIntroduction总目录•一、什么是物理化学•二、物理化学的内容•三、物理化学的研究方法•四、学习物理化学的意义•五、如何学好物理化学•六、物理量的表示及运算•教材与参考书一、什么是物理化学•物理化学又称理论化学，是化学类的基础学科也是一门边缘学科。•定义：应用物理学原理和方法研究有关化学现象和化学过程的一门科学。•它是从物质的物理现象与化学现象的联系入手来研究化学变化基本规律的一门科学。•化学变化总伴随着物理变化•如：化学反应中常伴有能量的吸收或放出，有压力、温度、密度、形态等的变化，有光的发射或吸收，有声响，有电动势、电流等……•物理条件的变化也影响着化学变化•如：压力、温度、浓度等变化的影响•化学现象与物理现象之间有着密切联系物理化学研究的正是这种联系，从而找出化学反应中具有普遍性的规律。二、物理化学的内容•１化学热力学•２化学动力学•３结构化学•化学变化的能量效应——热力学第一定律•化学变化的方向和限度——热力学第二定律•化学反应进行的速度•化学反应进行的具体步骤•化学性质与微观结构之间的关系三、物理化学的研究方法•１特点：理论与实验相结合，理论与实验并重。理论上、实验上均采用与物理学近似的方法。如实验常采用：测温度、压力、浓度，观颜色、声现象，测电流、磁场等……研究物质的宏观性质，经验的。研究物质的微观与宏观的联系，采用统计平均，半经验的。研究物质的微观性质，纯理论的。•2主要理论：①经典热力学②统计热力学③量子力学四、学习物理化学的意义•１对实际应用的意义①直接的:直接的应用于实际过程②间接的:学会物理化学的思维方法a实践归纳总结理论实践b模型演绎推理理论实践c理想化修正实际过程•２对学习其他课程的意义①对先行课②对后序课五、如何学好物理化学•物理化学课的特点：1理论性强、有的概念相当抽象。2各章节相互联系密切。3理论与计算并重。4大部分公式都有使用条件和适用范围。•要求：1认真听讲、及时复习，做好习题、思考题。2了解各章节重点、难点，注意概念之间的联系，有问题及时问。3要注意每个公式的应用条件，切忌死记硬背。4要有一定的数学、物理基础。六、物理量的表示及运算•物理量=数值Ｘ单位如:压力P=101.325kPa注意:1物理量不是纯数；2用物理量表示的方程式中，有加、减、比较时，要求量纲、单位相同。如：CP,M={58+75.5x10-3(T/K)-17.9x10-6(T/K)}J/mol/K3对数、指数中的变量应当是纯数而不是物理量ln（X/[X]）、ｅx/[x]，有时侯X/[X]也用X代替但仍是纯数。4作图、列表应当用纯数。5采用国际单位制，可用词头。如：J、kJ6“物质的量”n，不能叫摩尔数参考书：教材：《物理化学》上、下册，天津大学物理化学教研室编，高教出版社，第四版辅助教材：《物理化学例题与习题》北京化工大学编，化学工业出版社参考书：《物理化学》上、下册，南京大学物付献彩主编，高教出版社，第四版《物理化学》上、中、下册，华东理工大学胡英主编，高教出版社《物理化学简明教程》上，印永嘉，人民教育出版社《PhysicalChemistry》SixthEditionRobertA.Alberty《PhysicalChemistry》P.W.Atkins物理化学绪论就讲到这里下节课再见！Chapter1Thepropertiesofgases本章基本要求：§1-1理想气体状态方程及微观模型§1-2道尔顿定律和阿马格定律§1-3实际气体的P、V、T性质§1-4范德华方程与维里方程§1-5实际气体的液化与临界性质§1-6对比状态原理与压缩因子图习题总目录第一章气体•本章基本要求：•掌握理想气体状态方程•掌握理想气体的宏观定义及微观模型•掌握分压、分体积概念及计算。•理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象。•掌握饱和蒸气压概念•理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因子图，了解对比状态方程及其它真实气体方程。第一章§1-1理想气体状态方程及微观模型一、理想气体状态方程二、气体常数R三、理想气体定义及微观模型四、理想气体P、V、T性质计算第一章一、理想气体状态方程•1.三个低压定律•波义尔定律：ｎ、ＴPV=常数•盖—吕萨克定律：n、PV∝TV/P=常数•阿费加德罗定律：T、PV∝nV/n=常数且T=273.15KP=101.325kPa时1mol气体Vm=22.4×10-3m3•由三个低压定律可导出理想气体状态方程•2.理想气体状态方程•PV=nRT或PVm=RT•单位：P—PaV—m3T—Kn—mol二、气体常数R对实际气体P0时，符合理想气体方程T一定时R=8.314J•mol-1•K-1R=0.08206atm•l•mol-1•K-1在PVm～P图上画线PVmT时PVm～P关系曲线外推至P→0PVm为常数PTmPVpR0lim三、理想气体定义及微观模型•宏观定义：凡在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程（PV=nRT）的气体，称为理想气体。•微观模型：分子本身不占体积，分子间无相互作用力。•对实际气体讨论：P0时符合理想气体行为一般情况低压下可近似认为是理想气体温度越高、压力越低，越符合理想气体四、理想气体P、V、T性质计算•１．Ｐ、Ｖ、Ｔ、ｎ知三求一•２．计算质量ｍ、密度、体积流量、质量流量等。•如：＝ｍ/Ｖ＝ｎ•M/Ｖ＝ＰＭ/(ＲＴ)•３．两个状态间的计算。当ｎ时P1V1/T1=P2V2/T2§1-2道尔顿定律和阿马格定律•一、道尔顿分压定律•二、阿马格分体积定律•三、两者关系第一章一、道尔顿分压定律•1．分压定义混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、体积时所产生的压力称为组份B的分压。用PB表示。•2．道尔顿分压定律分压定律(适用于低压气体)：推论：BBPPBBYPP二、阿马格分体积定律•1．分体积定义混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、压力时所的体积称为组份B的分体积。用ＶB表示。•2．阿马格分体积定律分体积定律(适用于低压气体)：推论：BBVVBBYVV三、两者关系注意：ＰＢＶ＝ｎＢＲＴＰＶＢ＝ｎＢＲＴＰＶ＝ｎＲＴ但是ＰＢＶＢ≠ｎＢＲＴBBBBYnnVVPPCBCBCBCBYYnnVVPP§1-3实际气体的P、V、T性质•1、实际气体与理想气体的差别(1)实际气体分子本身占有体积比理气难压缩(2)实际气体分子间有相互作用力（以引力为主）比理气易压缩总的结果：有时PVnRT、有时PVnRT、有时PV=nRT(3)实际气体可以液化。(理气不能)•2、压缩因子Z=PV/（ｎＲＴ）Z=PVm/（ＲＴ）Z=1与理想气体没有偏差Z1比理气难压缩Z1比理气易压缩第一章§1-4范德华方程与维里方程•一、范德华方程•二、维里方程第一章一、范德华方程•对理想气体PVm=RT可理解为：(气体分子所受的总压力)(1mol分子的自由活动空间)=RT•理想气体:气体分子所受的总压力=P(外压)1mol分子的自由活动空间=Vm•范德华采用硬球模型来处理实际气体：气体分子所受的总压力=P(外压)+P(内压)1mol分子的自由活动空间=Vm–4(1mol分子本身的体积)P(内压)∝1/r6∴P(内压)=a/Vm24倍的1mol分子本身的体积=4(Lπσ3/6)=b∴范德华方程为：（P+a/Vm2)（Vm-b)=RT或（P+n2a/V2)(V-nb)=nRT二、维里方程•Z（P，T）=1+B´P+C´P2+D´P3+……•Z（Vm，T）=1+B/Vm+C/Vm2+D/Vm3+……•B´、C´、D´，B、C、D依此被称为第二、第三、第四……维里系数•B=B´RT、C=（BB´RT+C´R2T2）•B´=B/RT、C´=（C-B2）/R2T2（其它自学）§1-5实际气体的液化与临界性质•一、实际气体在P～Vm图上的等温线（图）（讨论）•二、临界性质•临界温度、临界压力、临界体积、临界点•三、饱和蒸气压、饱和温度、沸点、正常沸点第一章实际气体在P～Vm图上的等温线CO2气体在P～Vm图上的等温线1.ttc气体不可液化——一段光滑曲线2.T=tc气体可液化的最高温度——两段光滑曲线中间有拐点,C点Ttc气体可以液化三段：水平线气液共存较陡的线为液体线较平的线为气体线§1-6对比状态原理与压缩因子图•一、对比状态原理•二、压缩因子图•三、压缩因子图使用第一章一、对比状态原理１．定义对比参数Pr=P/PcTr=T/TcVr=Vm/Vc非极性气体（H2HeNe)Pr=P/(Pc+810.6KPa)Tr=T/(Tc+8K)Pr、Tr、Vr之间大致存在着一个普遍适用的关系式f(Pr、Tr、Vr）=0２．对比状态原理：若不同的气体有两个对比状态参数彼此相等，则第三个比状态参数大体上有相同的值如范德华方程可表示为23138rrrrVVTP二、压缩因子图三、压缩因子图使用１．已知P、T求Vm查出Pc、Tc计算Pr、Tr，查图找Tr线上对应Pr时的Z值，由PVm=ZRT求出Vm２．已知T、Vm求P查出Pc、Tc计算Tr，Pc代入PVm=ZRT中得到Z=(PcVm/RT)Pr=kPr一条直线，查图找Tr线与Z=kPr交点对应的Pr、Z值，P=PrPc３．已知P、Vm求T（自学）查出Pc、Tc计算PrTc代入PVm=ZRT中得到Z=k´/TrZ=k´/Tr线与Pr线交点得Tr、Z值T=TrTc本章小结•理想气体状态方程•理想气体宏观定义及微观模型•分压、分压定律和分体积、分体积定律•实际气体与理想气体的区别•范德华方程与维里方程•饱和蒸气压、沸点、正常沸点、临界参数•对比状态与压缩因子图第一章物理化学第一章就讲到这里下次再见！作业：2、3、5、7、10、13、17、18第一章Chapter2Thefirstlawofthermodynamics•本章基本要求•§2-1热力学基本概念及术语•§2-2热力学第一定律•§2-3恒容热、恒压热、及焓•§2-4摩尔热容•§2-5热力学第一定律对理想气体的应用•§2-6热力学第一定律对一般固、液体的应用•§2-7热力学第一定律对实际气体的应用•§2-8热力学第一定律对相变化的应用•§2-9热力学第一定律对化学变化的应用•本章小结与学习指导•讨论题一讨论题二习题总目录Chapter2Thefirstlawofthermodynamics•本章基本要求：•理解系统与环境、状态、过程、状态函数与途径函数等基本概念，了解可逆过程的概念。•掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式。•理解功、热、内能、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。•掌握热力学第一定律在纯PVT变化、在相变化及化学变化中的应用，掌握计算各种过程的功、热、内能变、焓变的方法。第二章§2-1Theofthermodynamicconceptsandterm一、系统与环境二、系统的性质三、状态和状态函数四、平衡态五、过程和途径六、过程函数七、可逆体积功八、内能第二章一、SystemandSurroundings1．System：我们要研究的那部分真实世界。