物理化学实验(概述) PPT课件

现代化学键理论的形成 量子力学的兴起
结构化学形成 量子化学形成
⑶计算化学（Computational chemistry）时期
20世纪60年代，随着大容量高速电子计算机的发展，物理化学 的新生长点诞生——量子化学计算方法的研究。其中严格计算的 从头算方法、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法 的出现，扩大了量子化学的应用范围，提高了计算精度。
李远哲 J.C.Polanyi
1887年，自物理化学作为一门学科的正式形成后，大体经过了 三个时期的发展。
⑴化学热力学时期
19世纪中后期到20世纪初，物理化学家把热力学第一定律、第二定律 被广泛应用于各种化学体系进行研究，促使化学热力学蓬勃发展。
1867年，美国物理化学家Gibbs 通过对对多相平衡体系的研究提出了 相律。
美国化学家理查德·R·施罗克(Richard R. Schrock )其研究 主要从有机化学及无机化学的角度研究高氧化态金属配合物、相 关的催化反应及其催化机理。因其在烯烃复分解 反应的贡献，成为2005年诺贝尔化学奖获得者之 一。
美国化学家罗杰·科恩伯格(Roger D.Kornberg) 通过一系列的转录相关复合物（RNA聚合酶II、模 板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、调控蛋白）的晶 体结构，从分子水平上帮助人们深入地理解真核转 录的分子机制。成为2006年诺贝尔化学奖获得者。
计算化学的发展，使定量的计算扩大到原子数较多的分子，并 加速了量子化学向其它学科的渗透。
1928～1933年，许莱拉斯、詹姆斯和库利奇计 算 He、H2，得到了接近实验值的结果。70 年代 又对它们进行更精确的计算，得到了与实验值几 乎完全相同的结果。
以色列化学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉 姆·赫什科(Avram Hershko)和美国化学家欧文·罗斯（Irwin Rose），在20世纪70—80年代发现泛素调节的蛋白质降解，揭示 了泛素调节的蛋白质降解机理，指明了蛋白质降解研究的方向， 成为2004年诺贝尔化学奖获得者。

出现了2个方向，一个是用反应速率来测定亲和力，一个是用反应热效应来度量亲和力。前一个方向就导致
质量作用定律的发现，后一个导致动态平衡观念的确立。
瑞典化学家贝格曼于1775年列出化学亲和力表
（认识到数量对反应结果的影响）
法国化学家贝托雷在1798年设想化学反应会逆向进行
（认识到化学反应中的质量效应）
法国化学家威廉米于1850年提出
的研究后来中断了50年。
直到19世纪下叶热力学理论基本奠定后，热质说才逐渐被 科学界摈弃。
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热化学界发现的第一个定律 ——黑斯定律
黑斯：出生于日内瓦，在俄国长 1836年，瑞士化学家
大并且接受了医学教育，他在圣
黑斯在俄国测量了很
彼得堡发表了他的研究成果，并
多反应的热效应，总
将其称为‘总热量守恒定律’，
dM dt
kM
挪威数学家古德贝格和化学家瓦格A +B C+D
（第一个表示物质浓度与反应速度关系的公式） （全面阐释质量作用定律）
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第二部分
热化学和 热力学基本定律
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从热质说到热化说
什么是热质说 把热视为一种运动着的微粒性的实在物质
1780年，拉普拉斯和拉瓦锡，在他们的论文中报道了他们 关于化学热反应的研究，由于受到 热质说的影响，这方面
1853年，英国物理学家开尔文给出了热力学第一定律的表 达式，‘能’这一术语被广泛接受。
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热力学第二定律的确立
1824年，法国工程师卡诺，通过对热机的分析得出：热机 必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决于两个热源 的温差。可逆热机的工作效率最高。这就是卡诺原理。

本实验用电导率法测定生成物的浓度 原因:OH 的大得多 稀溶液中,电导率κ与电解质浓度成正比 测定原理: κ 0 = A1a 式中A是与温度 溶剂, 是与温度, 式中 是与温度,溶剂,电解质
-
电导率比CH3COO
-
κ ∞ = A2 a
的性质等有关的比例系数. 的性质等有关的比例系数.
κ t = A1 (a x ) + A2 x
可由截距求得
实验14 蔗糖水解反应速率常数的测定
二,预习题解答 2,为什么可以用蒸馏水校正旋光仪的零点? 若不进行校正,对结果是否有影响? 蒸馏水为非旋光物质,可用来校正旋光仪的零点 若不校正,对结果有影响,使读数不准, 造成系统误差 3,一级反应有那些特点?为什么配制蔗糖溶液 可以用上皿天平称量? 由于t1/2只和k有关,和初始浓度无关, 所以可用托盘天平(上皿天平)称量
实验12 恒温槽的组装及性能测试
3, 如何提高恒温槽的灵敏度? 恒温槽的热容大,加热器与感温元件的热容要小, 且距离要近,搅拌效率高,调温加热器功率小. 4,测定恒温槽温度的波动,温度计的分度值为多少? 0.001℃ 5,如果所需控制的温度低于室温,如何装备恒温槽? 加冷却装置,选择合适的冷却剂.
实验14 蔗糖水解反应速率常数的测定
一级反应的特点: (预习题3) 积分式:
ln CA = kt + ln CA0
lnCA对t作图是一条直线,斜率的负值即k k的单位为[时间] ,不含浓度单位
ln 2 t1 = 半衰期与反应物的浓度无关. k 2
-1
达到一定转化率所需时间与反应物的初浓度无关 即: t = 1 ln 1
误差的传递(P53)
N 1 N N N = ( ) y,z × x + ( )x,z × y + ( )x, y × z N N x y z

意义
热力学第一定律在物理学和化学 领域中具有重要地位，它为解释 许多自然现象提供了基础。
热力学第二定律
内容
热力学第二定律指出，热量总是从高 温物体传导到低温物体，而不能反过 来。也就是说，热量传递的方向总是 从高到低，不能反过来。
意义
热力学第二定律表明了自然界的某种 方向性，它限制了某些自然过程的进 行方式。
VS
详细描述
光化学第一定律指出，在一定温度和压力 下，光化学反应的速率与辐射能量成正比 。这个定律对于研究光化学过程和设计光 化学设备具有重要意义。
光化学第二定律
总结词
光化学第二定律是描述光化学过程中辐射能 量与化学反应途径关系的物理化学定律。
详细描述
光化学第二定律指出，在一定温度和压力下 ，一个光化学反应的速率与反应途径中各个 步骤的辐射能量差成正比。这个定律对于研 究光化学反应机理和设计光化学合成路线具 有重要意义。
化学平衡
内容
化学平衡是指化学反应中反应物和生成物之间的平衡状态。在一定条件下，反 应物和生成物之间的浓度不再发生变化，达到动态平衡。
意义
化学平衡是化学反应中一个重要的概念，它帮助我们了解反应进行的程度和方 向。
化学反应速率
内容
化学反应速率是指单位时间内反应物消耗或生成物产生的速率。通常用单位浓度 的变化量表示。
复杂系统与跨尺度研究
总结词
跨学科、多尺度研究
详细描述
物理化学在复杂系统和跨尺度研究方面具有独特的优势 。复杂系统研究涉及多个相互作用因素，需要综合运用 物理、化学和生物等学科的知识来理解和预测系统的行 为。跨尺度研究则要求科学家从原子、分子到纳米、宏 观等不同尺度上理解和控制化学过程，物理化学为解决 这些问题提供了有效的方法和工具。

重金属离子去除。
物理化学电化学的发展历程
早期发展
物理化学电化学的早期发展可以追溯到18世纪，当时科学家开始研究电解现象和电池的 原理。
现代发展
20世纪以来，随着电子学和材料科学的快速发展，物理化学电化学在能源转换和储存、 工业应用以及环境监测与治理等领域取得了重要突破。
未来展望
随着可再生能源和环保意识的不断提高，物理化学电化学在未来将发挥更加重要的作用。 未来研究方向包括新型电池和燃料电池技术的开发、高效能量转换与储存材料的探索以及 环境友好型电化学过程的开发等。
恒温水浴
用于控制实验温度，保证实验 结果的准确性和可靠性。
电化学实验操作与安全
实验前应仔细阅读相关 操作规程和注意事项， 确保实验安全。
在实验过程中，应佩戴 防护眼镜、实验服和化 学防护手套等个人防护 用品。
避免使用易燃、易爆、 有毒或有腐蚀性的试剂 ，并确保实验室有良好 的通风 系统。
在实验结束后，应按照 实验室规定正确处理废 弃物，并确保实验室安 全卫生。
要点二
详细描述
物理化学电化学在生物医学领域的应用广泛，如生物传感 器、药物输送等。生物传感器可用于检测生物体内的物质 浓度，为疾病的诊断和治疗提供依据。药物输送方面，利 用物理化学电化学方法可将药物精准地输送到病变部位， 提高药物的疗效并降低副作用。此外，物理化学电化学还 可用于基因治疗、组织工程等领域的研究和应用。
电感的感抗
电感是衡量线圈产生自感电动 势能力的物理量，定义为线圈 的自感电动势与通过线圈的电 流的比值。
电容与电感的应用
电容和电感在电子电路中有着 广泛的应用，如滤波器、振荡 器、变压器等。
电解与电镀
电解的概念
电解是将电能转化为化学能的化 学反应过程，通过电解可实现金 属的提取和精炼、电解反应的合

第一章 概述
2.要求 （1）实验预习
由于物理化学实验需要使用仪器，所以实验之前，学生 要阅读相关的实验教材、参考书和仪器说明书，预先了解实 验的目的和原理，所使用仪器的构造和使用方法，实验操作 过程和步骤，做到心中有数。在此基础上撰写实验预习报告。 其内容包括：实验名称；实验目的和原理；主要实验仪器、 试剂；实验(主要)操作步骤；在此基础上，应该初步设计一 个合理的原始数据记录表。
密度就越高，σ可以用作评价测量精度的标准，因此σ 又称
为标准误差。
第一章 概述
偶然误差的算术平均值δ随测量次数n的增加而减小：
limlim n
1n
n n i1
i 0
可见，增加测量次数可以减少偶然误差的影响，以提
高测量的精密度和重现性。 系统误差与偶然误差虽然有着本质的不同，但在一定
条件下它们之间可以相互转化。如一批容量瓶中每个瓶子 的系统误差不相同，它们之间的差异是随机的，属于偶然 误差。当只使用其中一个容量瓶时，这种偶然误差转化成 系统误差。
根据误差的性质和来源，可以将误差分为系统误差、 偶然误差和过失(人为)误差几种。
第一章 概述
▲ 系统误差是在测量过程中，由某种未发觉或未确认的影 响因素起作用而引起的误差。系统误差的一个最显著的特 点是：使测量结果永远朝着一个方向偏移，其大小和符号 在同一实验中完全相同。系统误差的来源有： ①仪器误差：由于仪器不良或校正、调节不当所致，可以 被发觉和改正； ②试剂误差：试剂纯度未达到实验要求所致； ③环境误差：仪器使用环境不当或外界条件发生恒向变化； ④方法误差：测量方法所依据的理论不完善所致，可以通 过不同的测量方法的对比实验来进行检核； ⑤人身误差：测量人发不当视读习惯、偏向或感官不完善。

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OA 是气-液两相平衡线 即水的蒸气压曲线。它 不能任意延长，终止于临界点。临界点 T=647K, p=2.2×107Pa，这时气-液界面消失。高于临界温度， 不能用加压的方法使气体液化。
OB 是气-固两相平衡线 即冰的升华曲线，理论上可 延长至0 K附近。
OC 是液-固两相平衡线 当C点延长至压力大于
属于此类的体系有：H 2O-HN 3,H 2 O O-H等C。l在标 准压力下，H2O-HC的l 最高恒沸点温度为381.65 K， 含HCl 20.24，分析上完整常版课用件pp来t 作为标准溶液。 20
杠杆规则 Lever Rule
在p-x图的两相区，物系点O代表了体系总的 组成和温度。
通过O点作平行于横坐标 的等压线，与液相和气相线分 别交于M点和N点。MN线称 为等压连结线（tie line）。
如图所示，是对拉乌尔 定律发生正偏差的情况，虚 线为理论值，实线为实验值。 真实的蒸气压大于理论计算 值。
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如图所示，是 对拉乌尔定律发生 负偏差的情况，虚 线为理论值，实线 为实验值。真实的 蒸气压小于理论计 算值。
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2. p-x图 和 T-x图 对于二组分体系，K=2，f =4-Φ。φ至少为1，
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精馏
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热 区，温度最高；塔顶温 度最低。
精馏结果，塔顶 冷凝收集的是纯低沸 点组分，纯高沸点组 分则留在塔底。
精馏塔有多种类型，如图所示是泡罩式精馏
塔的示意图。
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26完整版课件ppt来自27体系自身确定。
H2O的三相点温度为 273.16 K，压力为

胶体分散系
胶体分散系是指物质以微小的粒子分散在介质中所形成的体系。这些微小的粒子通常具有很大的表面 积和表面能，因此具有较高的稳定性。
稳定性
胶体分散系的稳定性取决于粒子间的相互作用和粒子的大小。如果粒子间的相互作用很强，或者粒子 的大小很小，则胶体分散系更加稳定。
07 环境化学
环境污染与生态平衡
当改变影响平衡的一个条件时，平衡 会向着减弱这种改变的方向移动。
勒夏特列原理
如果改变影响平衡的条件，平衡总是 向着减弱这种改变的方向移动。
酸碱平衡与沉淀溶解平衡
酸碱平衡
酸碱反应达到平衡时，溶液中的 氢离子和氢氧根离子浓度保持相 对稳定。
沉淀溶解平衡
难溶电解质在溶液中存在溶解和 沉淀的平衡状态，其平衡常数称 为溶度积。
反应机理与速率控制步骤
总结词
反应机理揭示了反应如何发生，而速率控制步骤决定 了整个反应的快慢。
详细描述
反应机理是化学反应的具体过程，包括各步反应的中间 产物和能量变化。通过了解反应机理，可以更好地理解 反应的本质。速率控制步骤是决定整个反应快慢的关键 步骤，控制了整个反应的速率。
温度对反应速率的影响
物理化学核心教程电 子课件
目录
CONTENTS
• 物理化学概述 • 热力学基础 • 化学动力学 • 化学平衡 • 物质结构基础 • 表面与胶体化学 • 环境化学
01 物理化学概述
物理化学的定义与重要性
定义
物理化学是研究物质在物理变化 和化学变化中表现出来的物理性 质和化学性质及其相互作用的科 学。
重要性
物理化学在科学、工程、技术、 医药等领域中具有广泛的应用， 是化学、化工、材料科学、环境 科学等学科的基础。
物理化学的发展历程

热力学第二定律与熵增原理
总结词
热力学第二定律是指在一个封闭系统中，熵（即系统的混乱度）永远不会减少，只能增加或保持不变 。
详细描述
热力学第二定律是热力学的另一个基本定律，它表明在一个封闭系统中，熵（即系统的混乱度）永远 不会减少，只能增加或保持不变。这意味着能量转换总是伴随着熵的增加，这也是为什么我们的宇宙 正在朝着更加混乱和无序的方向发展。
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化学平衡与相平衡
化学平衡条件与平衡常数
化学反应的平衡条件
当化学反应达到平衡状态时，正逆反 应速率相等，各组分浓度保持不变。
平衡常数
平衡常数表示在一定条件下，可逆反 应达到平衡状态时，生成物浓度系数 次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的 乘积的比值。
相平衡条件与相图分析
相平衡条件
相平衡是指在一定温度和压力下 ，物质以不同相态（固态、液态 、气态）存在的平衡状态。
色谱分析技术
色谱法的原理
色谱法是一种基于不同物 质在固定相和移动相之间 的分配平衡，实现分离和 分析的方法。
色谱法的分类
根据固定相的不同，色谱 法可分为液相色谱、气相 色谱、凝胶色谱等。
色谱法的应用
色谱法在物理化学实验中 广泛应用于分析混合物中 的各组分含量、分离纯物 质等。
质谱分析技术
质谱法的原理
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物理化学在环境中的应用
大气污染与治理
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大气污染概述
大气污染是指人类活动向大气中排放大量污染物 ，导致空气质量恶化，对人类健康和生态环境造 成危害的现象。
主要污染物
大气中的主要污染物包括颗粒物、二氧化硫、氮 氧化物等，这些污染物会对人体健康和环境产生 严重影响。
治理措施
针对大气污染，采取了多种治理措施，包括工业 污染源控制、机动车污染控制、城市绿化等。

数称为（独立）组分数。 S：物种数
CSRR'
R：独立的化学平衡数 R′独立限制条件数
说明：★独立限制条件数只有在同一相中才能起作用
CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g） R′= 0 ★独立的化学平衡数：指物质间构成的化学平衡是相互独立的
C+H2O=CO+H2 C+CO2=2CO CO+H2O=CO2+H2 R=2 S=5 C=5-2=3
（1）因外压增加，使凝固点下降 0.00748K （2）因水中溶有空气，使凝固点下降 0.00241K
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例：如图为CO2的相图，试问： （1）将CO2在25℃液化，最小需加多大压力？ （2）打开CO2灭火机阀门时，为什么会出现少量白色固体（俗称于冰）？
解：（1）根据相图，当温度为25℃ 液一气平衡时，压力应为67大气压， 在25℃时最小需要67大气压才能使 CO2液化。
2、水的相图
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◎组分数
S：物种数
CSRR'
R：独立的化学平衡数 R′独立限制条件数
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说明：★独立限制条件数只有在同一相中才能起作用 ★独立的化学平衡数：指物质间构成的化学平衡是相互独立的
◎相律
◎单组分系统相图 F＝C－P十2＝3－P
单组分系统最多三相共存 单组分系统是双变量系统
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杠杆规则还可以表示为：
（1）
m() 1 wB() wB 1
m( )
wB wB ()
m() m() wB() wB wB wB()
m( )
wB wB ()
m() wB wB() m wB() wB()