北京化工大学物理化学课件

物理化学PhysicalChemistry白守礼（教授）北京化工大学理学院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：理学院分党委书记电话：64434899信箱：[e-mail]北京化工大学理学院白守礼PhysicalChemistryIntroductionChapter1ThepropertiesofgasesChapter2ThefirstlawofthermodynamicsChapter3ThesecondlawofthermodynamicsChapter4ThethermodynamicsofmixturesChapter5ChemicalequilibriumChapter6Phaseequilibrium北京化工大学理学院白守礼绪论Introduction•§0.1什么是物理化学•§0.2物理化学的内容•§0.3物理化学的研究方法•§0.4学习物理化学的意义•§0.5如何学好物理化学•§0.6物理量的表示及运算•§0.7教材与参考书总目录北京化工大学理学院白守礼§0.1什么是物理化学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。它是从物质的化学现象与物理现象的联系入手来研究化学变化基本规律的一门科学。物理化学定义北京化工大学理学院白守礼§0.1什么是物理化学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……放烟火：火药燃烧的化学变化过程中，伴随有彩色光、声响等物理现象NaOH+HCl：中和反应，伴随放热的物理现象电池：电池反应，伴随电流的物理现象化学变化总伴随着物理变化北京化工大学理学院白守礼§0.1什么是物理化学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。加热可以使NaHCO3发生分解反应。2NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2加压可以提高合成氨的产率N2+3H2→2NH3化学变化可以通过改变物理变化进行控制北京化工大学理学院白守礼§0.1什么是物理化学化学现象与物理现象之间存在着密切联系物理化学研究的正是这种联系从这种联系中找出化学反应具有普遍性的规律物理化学是研究普遍性的规律的科学，而不是研究具体的某个反应。物理化学研究的切入点北京化工大学理学院白守礼§0.2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本课程不涉及结构化学内容北京化工大学理学院白守礼§0.3物理化学的研究方法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……物理化学研究的特点北京化工大学理学院白守礼§0.3物理化学的研究方法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，用统计平均，半经验半理论的研究物质的微观性质，纯理论的①经典热力学②统计热力学③量子力学物理化学研究的主要理论本课程不涉及量子力学内容北京化工大学理学院白守礼§0.4学习物理化学的意义①直接的:直接的应用于实际过程化学反应：如何提高产率、如何提高速率下雪天马路上撒盐，可以使雪融化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实际过程对实际应用的意义北京化工大学理学院白守礼§0.4学习物理化学的意义①对先行课：巩固加深已学课程的印象解决如何应用高等数学、大学物理的理论解决如何从理论上解释无机化学、有机化学和分析化学的某些结论②对后序课：是化工、轻工、材料、生物、制药等类专业的专业课程的理论基础解决化工原理、化工热力学主要理论基础对学习其他课程的意义北京化工大学理学院白守礼§0.4学习物理化学的意义①及格水平：掌握了物理化学课程内容、会作物理化学题②中等水平：掌握物理化学原理，并会应用物理化学原理（会应用到其它课程）③优良水平：学会物理化学的科学思维方法，并能灵活应用什么是学好了物理化学北京化工大学理学院白守礼§0.5如何学好物理化学首先要了解《物理化学》课程的特点：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。《物理化学》课的特点北京化工大学理学院白守礼§0.5如何学好物理化学要学《物理化学》课程就要做到：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，有问题不能积累到下一章。3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。学好《物理化学》课的要求北京化工大学理学院白守礼§0.6物理量的表示及运算物理量=数值×单位如:压力P=101.325kPa注意事项：1物理量不是纯数，是有量纲的。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)2}J/mol/K物理量=数值×单位北京化工大学理学院白守礼§0.6物理量的表示及运算注意事项：3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，不能用物理量。物理量=数值×单位北京化工大学理学院白守礼注意事项：5采用国际单位制，可用词头。如：J、kJ6“物质的量”n，不能叫摩尔数。如：n=4mol称为物质的量等于4摩尔物理量=数值×单位§0.6物理量的表示及运算北京化工大学理学院白守礼§0.7教材与参考书教材：《物理化学》上、下册，天津大学物理化学教研室编，高教出版社，第五版辅助教材：《物理化学例题与习题》北京化工大学编，化学工业出版社使用教材北京化工大学理学院白守礼§0.7教材与参考书主要参考书：《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参考书北京化工大学理学院白守礼物理化学绪论就讲到这里下节课再见！北京化工大学理学院白守礼第一章气体Thepropertiesofgases§1-!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真实气体状态方程§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§1-$本章小结作业总目录北京化工大学理学院白守礼§1-！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、分体积定律及计算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北京化工大学理学院白守礼§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性质计算第一章北京化工大学理学院白守礼1.三个低压定律波义尔定律：ｎ、ＴV∝1/PPV=常数盖—吕萨克定律：n、PV∝TV/T=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说明：把某个物理量用〇圈上，表示恒定一、理想气体状态方程§1-1理想气体状态方程及微观模型北京化工大学理学院白守礼2.理想气体状态方程由三个低压定律可导出理想气体状态方程pV=nRT或pVm=RT单位：p—PaV—m3T—Kn—mol理想气体状态方程由三个低压定律导出，因此只适用于低压气体。一、理想气体状态方程§1-1理想气体状态方程及微观模型北京化工大学理学院白守礼对实际气体p→0时，符合理想气体方程T一定时R=8.315J•mol-1•K-1在pVm～p图上画线T时pVm～p关系曲线外推至p→0pVm为常数TpVRmp0limpVmp二、气体常数R§1-1理想气体状态方程及微观模型北京化工大学理学院白守礼宏观定义：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，越符合理想气体三、理想气体定义及微观模型§1-1理想气体状态方程及微观模型北京化工大学理学院白守礼１．p、Ｖ、Ｔ、ｎ知三求一２．理想气体方程变形，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：222111TVpTVp四、理想气体p、V、T性质计算§1-1理想气体状态方程及微观模型北京化工大学理学院白守礼理想气体方程变形例子计算25℃，101325Pa时空气的密度。（空气的分子量为29）解：四、理想气体p、V、T性质计算§1-1理想气体状态方程及微观模型MRTPVnMVm3-3mg25)(273.158.3142910101.325-3-33mg1.185mg101.185k北京化工大学理学院白守礼两个状态间的计算的例子两个容积均为Ｖ的玻璃球泡之间用细管连接（细管体积可忽略），泡内密封标准状况下的空气，若一球加热至100℃,另一球维持0℃。求该容器内的压力。解：变化前（标准状况）下n=2P1V/RT1变化后ｎ不变ｎ＝P２V/RT2＋P２V/RT1四、理想气体p、V、T性质计算§1-1理想气体状态方程及微观模型15.27315.37315.273kPa325.101222VPVPVkPa0.1172P北京化工大学理学院白守礼§1-2道尔顿定律和阿马格定律一、气体混合物的组成表示二、道尔顿分压定律三、阿马格分体积定律四、两者关系第一章北京化工大学理学院白守礼1．用物质量的分数表示:2．用体积分数表示3．对理想气体混合物BBBBBnnnny混合前各组分体积总和的体积混合前纯BVVBBBB**§1-2道尔顿定律和阿马格定律一、气体混合物的组成表示BBBBBBBynnpnRTpRTnVV//北京化工大学理学院白守礼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§1-2道尔顿定律和阿马格定律二、道尔顿分压定律道尔顿分压定律只适用于低压气体或理想气体北京化工大学理学院白守礼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§1-2道尔顿定律和阿马格定律三、阿马格分体积定律阿马格分体积定律只适用于低压气体或理想气体北京化工大学理学院白守礼BBBBYnnVVPPCBCBCBCBYYnnVVPPnRTpV:注意§1-2道尔顿定律和阿马格定律四、两者关系RTnVpBBB但是RTnpVRTnVpBBBB,北京化工大学理学院白守礼§1-2道尔顿定律和阿马格定律例：已知混合气体中各组分的物质的量分数分别为：氯乙烯0.72、氯化氢0.10和乙烯0.18。在保持压力101.325kPa不变的条件下，用水洗去氯化氢干燥，求剩余干气体中各组分的