南京大学傅献彩+物理化学+第四版课件全集

2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回物理化学电子教案—绪论2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回绪论0.1物理化学的目的和内容0.2物理化学的研究方法0.3物理化学的建立与发展0.4近代化学的发展趋势和特点0.5物理化学课程的学习方法2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回0.1物理化学的目的和内容物理化学从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理学中的方法。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回0.1物理化学的目的和内容目的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。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回0.1物理化学的目的和内容研究内容：(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)物质的性质与其结构之间的关系问题2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回（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。0.2物理化学的研究方法2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回•热力学方法：0.2物理化学的研究方法以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其变量，描述体系从始态到终态的宏观变化，而不涉及变化的细节。经典热力学方法只适用于平衡体系。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回•统计力学方法：0.2物理化学的研究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。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回0.3物理化学的建立与发展十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化定律。俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回0.3物理化学的建立与发展十九世纪中叶形成：1887年俄国科学家W.Ostwald（1853～1932）和荷兰科学家J.H.van’tHoff（1852～1911）合办了第一本“物理化学杂志”（德文）。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回0.3物理化学的建立与发展二十世纪迅速发展：新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：热化学，化学热力学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化学动力学，催化作用，量子化学和结构化学等。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回0.4近代化学的发展趋势和特点(1)从宏观到微观(2)从体相到表相(3)从定性到定量(4)从单一学科到交叉学科(5)从研究平衡态到研究非平衡态2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回化学学科的发展趋势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，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。(1)从宏观到微观2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回化学学科的发展趋势在多相体系中，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，推动表面化学和多相催化的发展。(2)从体相到表相2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回化学学科的发展趋势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，使许多以前只能做定性研究的课题现在可进行定量监测。(3)从定性到定量2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回化学学科的发展趋势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交叉科学，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。(4)从单一学科到交叉学科2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回化学学科的发展趋势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际意义，自1960年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学科分支。(5)从研究平衡态到研究非平衡态2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回0.5物理化学课程的学习方法(1)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。(2)抓住重点，自己动手推导公式。(3)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，就不可能掌握物理化学。(4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和独立工作的能力。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回物理化学电子教案—第一章UQW2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回第一章热力学第一定律及其应用1.1热力学概论1.2热力学第一定律1.8热化学1.3准静态过程与可逆过程1.4焓1.5热容1.6热力学第一定律对理想气体的应用1.7实际气体2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回第一章热力学第一定律及其应用1.9赫斯定律1.10几种热效应1.11反应热与温度的关系——基尔霍夫定律1.12绝热反应——非等温反应*1.13热力学第一定律的微观说明2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回1.1热力学概论热力学的研究对象热力学的方法和局限性•体系与环境•体系的分类•体系的性质•热力学平衡态•状态函数•状态方程•热和功几个基本概念：2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回热力学的研究对象•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律；•研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；•研究化学变化的方向和限度。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回热力学的方法和局限性热力学方法•研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。•只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。•能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。局限性不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回体系与环境体系（System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。环境（surroundings）与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回体系分类根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（1）敞开体系（opensystem）体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回体系分类根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（2）封闭体系（closedsystem）体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回体系分类根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（3）孤立体系（isolatedsystem）体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回体系分类2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回体系的性质用宏观可测性质来描述体系的热力学状态，故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性，在数学上是一次齐函数。强度性质（intensiveproperties）它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回热力学平衡态当体系的诸性质不随时间而改变，则体系就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：热平衡（thermalequilibrium）体系各部分温度相等。力学平衡（mechanicalequilibrium）体系各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回热力学平衡态相平衡（phaseequilibrium）多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。化学平衡（chemicalequilibrium）反应体系中各物的数量不再随时间而改变。当体系的诸性质不随时间而改变，则体系就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回状态函数体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为状态函数（statefunction）。状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。状态函数在数学上具有全微分的性质。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回状态方程体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程（stateequation）。对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,V之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为：T=f（p,V）p=f（T,V）V=f（p,T）例如，理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回热和功功（work）Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。体系吸热，Q0；体系放热，Q0。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：体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号：环境对体系作功，W0；体系对环境作功，W0。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回1．2热力学第一定律•热功当量•能量守恒定律•热力学能•第一定律的文字表述•第一定律的数学表达式2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回热功当量焦耳（Joule）和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得到的结果是一致的。即：1cal=4.1840J这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验证明。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回能量守恒定律到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式，但在转化过程中，能量的总值不变。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回热力学能热力学能（thermodynamicenergy）以前称为内能（internalenergy）,它是指体系内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。热力学能是状态函数，用符号U表示，它的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。2011-2-9上一内容下一内容回主目录返回第一定律的文字表述热力学第一定律（TheFirstLawofThermodynamics）是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的。第一定律是人类经验的总结。2011-2-9上一内容下一内容