物理化学上册_天津大学编写_第五版课件

1物理化学PhysicalChemistry物理化学多媒体课件孙雯2绪论Preface3化学无机化学分析化学有机化学物理化学高分子化学物理化学是化学学科的一个分支生物化学一、什么是物理化学?4化学反应原子、分子间的分离与组合热电光磁温度变化压力变化体积变化化学物理学密不可分状态变化热学、电学、光学、磁学是物理学的重要分支5物理现象化学现象物理化学用物理的理论和实验方法研究化学变化的本质与规律6二、物理化学要解决的问题化学反应的方向与限度问题－热力学化学反应进行的速率和机理问题－动力学物质的性质与其结构之间的关系问题－物质结构三、物理化学研究的方法热力学方法量子力学的方法统计的方法7物理化学课程的内容热力学基本定律第一定律第二定律应用多组分系统—溶液相平衡化学平衡可逆电池表面化学胶体动力学宏观动力学微观动力学电极过程动力学统计热力学8四、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。МВЛомоносов9十九世纪中叶形成：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”。W.Ostwald(1853～1932)J.H.van’tHoff(1852～1911)1887，J.ofPhysicalChemistry(ingunman)10二十世纪迅速发展：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。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11学科间相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的边缘学科，化学与材料化学与环境化学与能源化学与生活化学与生命当今科学研究的四大方向：能源、材料、环境、生命化学分支的重新划分生物化学合成化学测试化学物理化学12五、对本门课程学习的要求要注重对概念的理解与掌握掌握公式的使用条件与记住公式同等重要要善于归纳与总结重视实践环节每两次课交一次作业主要参考书《物理化学》上、下册（第五版）南京大学物理化学教研室傅献彩《物理化学》上、下册（第四版）胡英《物理化学练习500例》（第二版）李大珍《物理化学解题指南》李文斌（天大）13第一章气体的pVT性质物质的聚集状态气体液体固体V受T、p的影响很大V受T、p的影响较小联系p、V、T之间关系的方程称为状态方程物理化学中主要讨论气体的状态方程气体理想气体实际气体Chapter1thepVTrelationshipsofgases14100℃、101325Pa下水蒸气的体积大致是水体积的1603倍其中气体的流动性好，分子间距离大，是理论研究的首选对象。15§1.1理想气体状态方程1.理想气体状态方程低压气体定律：（1）玻义尔定律(R.Boyle,1662):pV＝常数（n,T一定）（2）盖.吕萨克定律(J.Gay-Lussac,1808)：V/T＝常数(n,p一定)（3）阿伏加德罗定律（A.Avogadro,1811)V/n＝常数(T,p一定)TheStateEquationofIdealGas16以上三式结合理想气体状态方程pV=nRT单位：pPaVm3TKnmolRJmol-1K-1R摩尔气体常数molegasconstantR＝8.314510Jmol-1K-117理想气体状态方程也可表示为：pVm=RTpV=(m/M)RT以此可相互计算p,V,T,n,m,M,(=m/V)R＝8.314J·K-1·mol-1＝0.08206atm·l·K-1·mol-1＝1.987cal·K-1·mol-1理想气体：在任何温度与压力下都能严格服从理想气体状态方程的气体。18过程方程当理想气体经一过程从状态1变到状态2，则RTnVpTnVp222211112211VpVpTn＝下：一定时，等当2211TpTpV下：等2211TVTVp下：等p/PaV/m3192.理想气体模型及定义themodleanddefinitionofidealgas（1）分子间力吸引力排斥力分子相距较远时，有范德华力；分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。E吸引－1/r6E排斥1/rnLennard-Jones理论：n=12126rBrAEEE＝－＋排斥吸引总式中：A－吸引常数；B－排斥常数20（2）理想气体模型a)分子间无相互作用力b)分子本身不占体积理想气体定义：服从pV=nRT的气体为理想气体或服从理想气体模型的气体为理想气体（低压气体）p0理想气体213.摩尔气体常数RmolegasconstantRR是通过实验测定确定出来的例：测300K时，N2、He、CH4pVm~p关系，作图p0时：pVm=2494.35JmolR=pVm/T=8.3145JmolK-1在压力趋于0的极限条件下，各种气体的行为均服从pVm=RT的定量关系。R是一个对各种气体都适用的常数020406080100120100015002000250030003500400045005000p/MPaN2HeCH422§1.2理想气体混合物1.混合物的组成componentsofmixtures1)摩尔分数x或yxB(或yB)defnB/nB（单位为1）显然xB=1,yB=1本书中气体混合物的摩尔分数一般用y表示液体混合物的摩尔分数一般用x表示2)质量分数wBwBdefmB/mB（单位为1）wB=1Mixturesofidealgasas233)体积分数BBdefVB/V=xBV*m,B/xBV*m,B（单位为1）B=1（V*m为混合前纯物质的摩尔体积）2.理想气体方程对理想气体混合物的应用因理想气体分子间没有相互作用，分子本身又不占体积，所以理想气体的pVT性质与气体的种类无关，因而一种理想气体的部分分子被另一种理想气体分子置换，形成的混合理想气体，其pVT性质并不改变，只是理想气体状态方程中的n此时为总的物质的量。24pV=nRT=(nB)RT及pV=（m/Mmix)RT式中：m混合物的总质量Mmix混合物的摩尔质量MmixdefyBMB式中：MB组分B的摩尔质量又m=mB=nBMB=nyBMB=nMmixMmix=m/n=mB/nB即混合物的摩尔质量又等于混合物的总质量除以混合物的总的物质的量25混合气体（包括理想的和非理想的）的分压定义：pB＝yBp式中：pBB气体的分压p混合气体的总压∑pB＝∑yBpyB=1p=pB3.道尔顿定律Dalton’sLaw26混合理想气体：VRTnpVRTnVRTnnnpBBBBBCBAB)(即理想混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体的T、V时产生的压力总和道尔顿分压定律274.阿马加定律Amagat’sLaw理想气体混合物的总体积V为各组分分体积VB*之和：V=VB*pRTnVVpRTnpRTnpnRTVBBBBBBBB即：理想气体混合物中物质B的分体积VB*，等于纯气体B在混合物的温度及总压条件下所占有的体积。28阿马加定律表明理想气体混合物的体积具有加和性，在相同温度、压力下，混合后的总体积等于混合前各组分的体积之和。由二定律有：BBBBynnVVpp2912121221pVVpVVpp解：kPammkPamVOpOVOp0.2500.100.310000.1)()()(3332212122kPaNpOppkPaNp250)()(225)(22222230上次课主要内容1.绪论2.理想气体pV=nRT3.理想气体混合物道尔顿定律BBBBVRTnpp阿马加定律BBBBpRTnVVBBBBynnVVpp31§1.3气体的液化及临界参数GasesliquidationandCriticalparacters1.液体的饱和蒸气压theSaturatedVapourPressure理想气体不液化（因分子间没有相互作用力）实际气体：在一定T、p时，气－液可共存达到平衡气液p*气液平衡时：气体称为饱和蒸气；液体称为饱和液体；压力称为饱和蒸气压。32饱和蒸气压是温度的函数乙醇苯t/Cp*/kPat/Cp*/kPat/Cp*/kPa202.338205.671209.9712407.3764017.3954024.4116019.9166046.0086051.9938047.34378.4101.32580.1101.325100101.325100222.48100181.44120198.54120422.35120308.11水表1.3.1水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压饱和蒸气压＝外压时的温度称为沸点饱和蒸气压＝1个大气压时的温度称为正常沸点33T一定时：如pBpB*，B液体蒸发为气体至pB＝pB*pBpB*，B气体凝结为液体至pB＝pB*（此规律不受其它气体存在的影响）相对湿度的概念：相对湿度＝%10022OHOHpp空气中342.临界参数Criticalparacters由表1.3.1可知：p*=f(T)T，p*当T＝Tc时，液相消失，加压不再可使气体液化。Tc临界温度：使气体能够液化所允许的最高温度临界温度以上不再有液体存在，p*=f(T)曲线终止于临界温度；临界温度Tc时的饱和蒸气压称为临界压力35临界压力pc:在临界温度下使气体液化所需的最低压力临界摩尔体积Vm,c：在Tc、pc下物质的摩尔体积Tc、pc、Vc统称为物质的临界参数363.真实气体的p-Vm图及气体的液化CO2的PV图37三个区域：TTcTTcT=TcT4T3TcT2T1T1T2TcT3T4g’1g’2g1g2l1l2l’1l’2Vm/[Vm]p/[p]图1.3.1真实气体p-Vm等温线示意图C38T4T3TcT2T1T1T2TcT3T4g’1g’2g1g2l1l2l’1l’2Vm/[Vm]p/[p]图1.3.1真实气体p-Vm等温线示意图C1)TTc气相线g1g’1:p,Vm气－液平衡线g1l1:加压，p*不变,gl,Vmg1:饱和蒸气摩尔体积Vm(g)l1:饱和液体摩尔体积Vm(l)g1l1线上，气液共存nlVlnngVgnVlngnnmmm)()()()()()(液相线l1l1:p,Vm很少，反映出液体的不可压缩性39T4T3TcT2T1T1T2TcT3T4g’1g’2g1g2l1l2l’1l’2Vm/[Vm]p/[p]图1.3.1真实气体p-Vm等温线示意图C2)T=TcT,l-g线缩短，说明Vm(g)与Vm(l)之差减小T=Tc时，l-g线变为拐点CC：临界点Tc临界温度pc临界压力Vm,c临界体积临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，气态、液态无法区分，此时：0,022ccTmTmVpVp403)TTc无论加多大压力，气态不再变为液体，等温线为一光滑曲线T4T3TcT2T1T1T2TcT3T4g’1g’2g1g2l1l2l’1l’2Vm/[Vm]p/[p]图1.3.1真实气体p-Vm等温线示意图Clglcg虚线内：气－液两相共存区lcg虚线外：单相区左侧：液相区右侧：气相区中间：气、液态连续41超临界流体超临界流体及超临界萃取：1、密度大，溶解能力强。2、粘度小，扩散快。3、毒性低，易分离。4、无残留，不改变萃取物的味道。可用于食品、药品、保健品的萃取与提纯。5、操作条件温和，萃取剂可重复使用，无三废。42§1.4真实气体状态方程theStateEquationofRealGases描述真实气体的p