物理化学

2020年5月23日星期六1时23分33秒物理化学电子教案物理化学PhysicalChemistry2020年5月23日星期六1时23分33秒安富强：副教授，博士，硕士生导师Cell：18734924485Email：[e-mail]：42256827教师简介2020年5月23日星期六1时23分33秒2020年5月23日星期六1时23分33秒绪论0.1目的与内容0.2研究手段与理论基础0.3物理化学的建立与发展0.4学习要求2020年5月23日星期六1时23分33秒0.1目的与内容物理化学——通过研究化学变化和物理变化之间的相互联系，从而探求化学变化基本规律的一门学科。化学滴定pH计等2020年5月23日星期六1时23分33秒0.1目的与内容目的——物理化学主要是为了解决实际生产和科学实验中提出的问题，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。2020年5月23日星期六1时23分33秒0.1目的与内容研究内容：(1)化学变化的方向和限度问题(2)化学反应的速率和机理问题(3)物质性质与结构之间的关系问题化学热力学化学动力学结构化学2020年5月23日星期六1时23分33秒物理学的基本理论与基本实验技能热力学、动力学和电学等等。0.2研究手段与理论基础T、p、Vl、t、vU、I、R2020年5月23日星期六1时23分33秒0.3物理化学的建立与发展十八世纪开始萌芽：俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。Михаи́лВаси́льевичЛомоно́сов米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫（1711.11.19-1765.4.15)2020年5月23日星期六1时23分33秒0.3物理化学的建立与发展十九世纪中叶形成：1887年德籍俄国科学家奥斯特瓦尔德W.Ostwald（1853.9.2-1932.4.4）和荷兰科学家范特霍夫J.H.van’tHoff（1852.8.30-1911.3.1）合办了第一本“物理化学杂志”《国际物理化学与化学物理研究》。2020年5月23日星期六1时23分33秒0.3物理化学的建立与发展二十世纪迅速发展：新的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：化学热力学，化学动力学，电化学，表面化学，胶体化学，催化化学，材料化学，溶液化学，环境化学，天文化学，量子化学和结构化学等。2020年5月23日星期六1时23分33秒0.4学习要求掌握基本概念与公式推导掌握物理量的意义与计算预习听讲习题复习总结2020年5月23日星期六1时23分33秒0.4学习要求勤于思考善于总结2020年5月23日星期六1时23分33秒第一章气体的PVT性质1.1理想气体1.2实际气体1.3对应状态原理与普遍化压缩因子图2020年5月23日星期六1时23分33秒1.1理想气体一、理想气体的模型1、分子间不存在作用力；2、分子不占有体积。理想气体实际上是不存在的，是为了研究方便假想出来的一种理想情况，是实际气体的极限模型。2020年5月23日星期六1时23分33秒1.1理想气体不管是理想气体，还是实际气体，当物质的量确定时，p、T、V之间就有确定的关系式。二、理想气体的状态方程状态方程stateequation2020年5月23日星期六1时23分33秒1.1理想气体pV＝nRTp：压力，PakPaV：体积，m3dm3（L）cm3（mL）T：温度，Kn：物质的量，molR：摩尔气体常数，8.314J·mol-1·K-1atmmmHg℃2020年5月23日星期六1时23分33秒pV＝nRT1.1理想气体Vm＝V/npVm＝RTn＝m/Mρ＝m/VpM＝ρRT2020年5月23日星期六1时23分33秒1.1理想气体三、理想气体是实际气体压力趋于零时的极限情况p0V非常大分子间距离非常大分子体积可以忽略分子间作用力可以忽略实际气体理想气体2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体实际气体对理想气体具有偏差一、压缩因子compressingfactor分子间存在作用力分子占有体积2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体1、定义nRTpVdefZ)()(/理想气体实际气体VmVmpRTVmRTpVmZ是纯数，无量纲。2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体Z表征了实际气体对理想气体的偏差（偏离）程度。3、含义（物理意义）2、Z的大小与气体种类、T、p有关。2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体Z1，即Vm(rg)Vm(ig)，则实际气体难被压缩；Z1，即Vm(rg)Vm(ig)，则实际气体易被压缩。Foridealgas，Z＝1；Forrealgas，Z≠1（一般）。Z的大小表明了实际气体相对于理想气体而言被压缩的难易程度，所以将Z称为压缩因子。2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体二、实际气体的状态方程1、范德华方程(VanderWaalsEquation)RTbVmVmaPnRTnbVVanP))(())((222a,b为范德华常数，与气体种类有关。(附录七)2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体2、维里方程)1()1(3'2''32PDPCPBRTPVmVmDVmCVmBRTPVm3'2''3211PDPCPBZVmDVmCVmBZ或2020年5月23日星期六1时23分33秒R-K方程(Redlich-Kwongequation)B-W-R方程(Benedict-Webb-Rubinequation)贝赛罗方程(Berthelorequation)RTbVmVmbVmTaP))()((22/1RTbVmTVmaP))((22/2326322000)1(11)(1)(VmeVmVmTcVmaVmabRTVmTCARTBVmRTP1.2实际气体3、其它状态方程2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体三、实际气体的液化与临界性质1、实际气体的液化降温：减小分子热运动所引起的离散倾向加压：缩小分子间距离，增大分子间引力当分子间引力足以抵抗分子热运动所引起的离散倾向时，气体便液化。理想气体不能液化。(分子间不存在作用力)2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体2、实际气体的p-Vm等温线图VmpT＝TCCT＞TCT＜TCpCVm,clg2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体3、实际气体的临界性质临界温度Tc：气体液化所允许的最高温度。临界压力Pc：在Tc下液化所需的最小压力。临界摩尔体积Vm,c：在Tc与Pc下所对应的摩尔体积。TTc，气体不能液化。不同气体，Tc越高越容易液化。2020年5月23日星期六1时23分33秒1.2实际气体小知识—超临界萃取(SCE)SuperCriticalExtraction温度与压力略高于临界点的气体称为超临界流体，它具有与液体相似的密度，并且具有很高的溶解性能。2020年5月23日星期六1时23分33秒1.3对应状态原理与普遍化压缩因子图一、对应状态原理correspondingstateprinciple1、三个对比参数relatedparameter对比温度Tr＝T/Tc对比压力Pr＝P/Pc对比体积Vr＝Vm/Vm,c2020年5月23日星期六1时23分33秒1.3对应状态原理与普遍化压缩因子图2、对应状态原理当不同气体的两个对比参数相等时，它们的第三个对比参数也近似相等。压缩因子Z以及其它性质也近似相等Vr=f(Tr,Pr)Z=g(Tr,Pr)ρ=h(Tr,Pr)普遍化状态方程图普遍化压缩因子图2020年5月23日星期六1时23分33秒1.3对应状态原理与普遍化压缩因子图二、普遍化压缩因子图ZprTr=1.0Tr=31.0等对比温度线Tr=0.5Tr=0.9表明了压缩因子Z随Pr，Tr的变化规律2020年5月23日星期六1时23分33秒ZprTr=1.0Tr=31.0等对比温度线Tr=0.5Tr=0.91.3对应状态原理与普遍化压缩因子图1、图中的规律当p0时，实际气体可以近似为理想气体p0，Z1。2020年5月23日星期六1时23分33秒ZprTr=1.0Tr=31.0等对比温度线Tr=0.5Tr=0.91.3对应状态原理与普遍化压缩因子图1、图中的规律Tr1即TTc，当压力增大到一定程度时，气体发生了液化。Tr1的曲线中断。2020年5月23日星期六1时23分33秒ZprTr=1.0Tr=31.0等对比温度线Tr=0.5Tr=0.91.3对应状态原理与普遍化压缩因子图1、图中的规律低压区，Z1，气体容易压缩。高压区，Z1，气体难压缩。2020年5月23日星期六1时23分33秒2、应用1.3对应状态原理与普遍化压缩因子图P，TVT，VPP，VT了解掌握2020年5月23日星期六1时23分33秒例：试用普遍化压缩因子图求2mol乙烷气温度为80ºC，压力为6.25MPa时的体积。解：由附录查得乙烷的tc=32.18ºC，pc=4.872MPa15.115.27318.3215.27380crTTT28.187.425.6crppp在普遍化压缩因子图中找Tr=1.15的等对比等温线，由横坐标pr=1.28向上作垂线，交点对应的Z=0.64便是乙烷在已知状态下的压缩因子。3361002.61025.615.353314.8264.0mpZnRTVnRTpVZ根据