中科大物理化学ppt 绪论共32页

物理化学考研辅导
强化课程—知识点精讲精练
第一章 气体
目录
真题考点：气体分子动理论
真题考点：分子速率的三个统计平均值—最概然速率、数学平均速率
与根均方速率
真题考点：气体与液体的粘度
真题考点：实际气体及其他气体方程
真题考点：气液间的转变
真题考点：分子的碰撞频率与平均自由程
真题考点：压缩因子图
气体分子动理论
气体分子的微观模型
(1)气体是大量分子的集合体
(2)气体分子不停地运动，呈均匀分布状态
(3)气体分子的碰撞是完全弹性的
分子平均平动能与温度的关系
,
3
=
2
液体之间的碰撞也是完全弹性碰撞的，那作用力呢？
综上：理想气体之间的作用力为0，理想液体混合物之间的作用力不为0，只是宏观表现为无
作用力，实际上是相互抵消。
甲烷只能通过管道煤气输入千家万户。
压缩因子图
=
=


对于理想气体，任何温度、压力下 = 1
对于非理想气体（记一下“单身狗”，年龄大了自然就难，即压缩因子
大于1，难压缩）
> 1 表示实际气体不易压缩
< 1 表示实际气体极容易压缩
例、某气体的压缩因子Z大于1，说明该气体不易液化。
单位进行计算，优点有二：公式的分可以拿到和单位换算可以佐助计算正确与否。个人看法，祝
好！
气体与液体的粘度
例、气体压力增大时，分子间距减小，因此压力增高，粘度增大。
解：×。压力增大时，分子间距减小，单位体积中分子数增加，但分子的平均自由程减小，两
者抵消，因此压力增高，粘度不变。
例、温度升高时气体的粘度升高，液体的粘度降低。

pV 100 103 24.78 103 1 1 R J mol K nT 1 300 1 1 8.3145J mol K
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【例】
求2mol理想气体，在压力为101.325 kPa下，体积为 0.0448 m3时的温度（R=8.3145 J· mol-1· K-1）。 解：
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绪 言
物理化学的建立与发展
1887年德国科学家奥斯特瓦尔德和荷兰科学家范特霍 夫合办的《物理化学杂志》（德文）创刊。
俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。
7
物理现象
化学现象
物理化学
应用物理学的实验方法
物质的性质和结构的关系 化学反应过程中的普遍性规律
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物理化学课程的基本内容
在通常温度和压力下，将一定量的氢气和氧气按照
pV 2 RT

pV 2 8.3145J K 1 T


101.325 103 0.0448 T K 2 8.3145 T 273 K
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第1章 化学热力学基础
1.0 化学热力学理论的基础和方法
热力学第一定律（能量守恒）
热力学第二定律（物质变化过程的方向与限度）
热力学第一定律和第二定律都是经验规律。
热力学第三定律（化学平衡计算）
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1.0 化学热力学理论的基础和方法
pV nRT

3
101.325 103 0.0448 2 8.3145 T 101.325 10 0.0448 2 RT / K

101.325 103 0.0448 2 8.3145 T / K


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求2mol理想气体，在压力为101.325 kPa下，体积为 0.0448 m3时的温度（R=8.3145 J· mol-1· K-1）。 解：

⎜⎛ ∂p ⎝ ∂V
⎟⎞ ⎜⎛ ∂V ⎠T ⎝ ∂T
⎟⎞ ⎠
p
⎜⎜⎝⎛
∂T ∂p
⎟⎟⎠⎞V
=
−1
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三、气体
1. 三个经验定律
①R.Boyle定律: 恒温时，一定量的气体的体积与 压力成反比
p1 ,V1
p2,V2
( )T,n V ∝ 1/p , 即pV=C
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三、气体
1. 三个经验定律
②Gay-lussac定律: 恒压时，一定量的气体的体积 与绝对温度成正比
负极 Li1-yC6(s) ⎯→ Li1-y-xC6(s) + xLi++ xe−
正极 Li1-zCoO2(s) + xLi+ + xe− ⎯→ Li1-z+xCoO2(s)
电池反应 Li1-zCoO2(s)+ Li1-yC6(s)
放电 充电
Li1-y-xC6(s) + Li1-z+xCoO2(s)
巴甫洛夫的狗 斯金纳的老鼠 强调刺激-反应中的刺激
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什么是学习？
双关图
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什么是学习？ 格式塔结构主义
连续性原则 邻近性原则 封闭性原则
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什么是学习？
让.皮亚杰
人的认知结构是后天发展的 感知运动阶段 前运演阶段 具体运演阶段 形式运演阶段
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什么是学习？ 列夫.维果茨基
建构主义
现有发展区 最近发展区 潜在发展区
5
一、绪论 石油催化裂化催化剂 分子筛（硅酸铝盐）
分馏塔 (石油加工)
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一、绪论
功能高分子材料的合成
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一、绪论
研究方法

五、涉及相关研究领域的一些较有影响的机构 理论化学（量子化学）：吉林大学（唐敖
庆）；北京大学（徐光宪）；北师大、上 海冶金所、复旦大学等。
反应动力学：中科院化学所（朱起鹤）、 大连化物所（何国钟）等。
电化学：武汉大学（查全性），厦门大学 （田昭武），南京大学（高鸿），北京大 学（高小霞）等。
本课程主要应用了热力学方法和统计力 学方法，至于量子力学方法，主要在物 质结构部分（本课程不包括）涉及。
八、课程的基本内容
物理化学的内容非常广泛,有些分支实际上已 发展成为独立的学科。例如：化学热力学、 反应动力学、胶体化学、表面化学、电化学 等等。本课程只把它们作为某些章节进行初 步介绍。
• 当新的事实与原先旧有的理论发生矛盾， 即不能为旧理论所解释时，就必须修正 旧理论，甚至抛弃旧理论而重新建立新 理论。如此，人们对客观世界的认识又 深了一步。
• 例如：从牛顿力学 量子力学，即宏 观到微观的发展。
3. 充分重视实验事实
在物理化学研究中，由于其研究 对象的特殊性（化学现象），所 以应当充分重视实验事实的重要 性。
这就需要人们根据物质结构的知识，在 合成所需性能的新材料方面提供方向和 线索；
要了解化学热力学和动力学的本质问题， 必须了解物质的内部结构，这些问题的 研究是物理化学的另一分支— 物质结构。
• 以上这些问题的研究和解决，是实现化学、 化工新工艺的理论基础；物理化学的研究 成果，对现代基本化学工业的整个生产过 程的建立，起到重要的作用。
理论化学、结构化学实验室（量子化学） 低维化学物理（表面与催化实验室） 胶体电化学实验室
七、物理化学的研究方法
1.一般实验科学研究的方法 首先观察现象，或在一定条件下重现
自然现象 — 实验，从大量的实际、 实验事实，总结出它的规律性，再以 一定的形式表达出来 — 定律。

1、真实气体的液化和临界参数等基本概念
真实气体在温度↘，压力↗时可以液化，理想气体则不能液化。
饱和蒸气：处于气液平衡时的气体。
饱和蒸气压：在一定温度下，与液体成平衡的饱和蒸气
具有的压力。
相对湿度：大气中水蒸气的压力达到其饱和蒸气压时的
情况，称为相对湿度为100%。
临 临界温度：使气体能够液化所允许的最高温度。Tc或tc
物理化学
上册
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• 第一章 气体的 pVT关系 • 第七章 电化学
• 第二章热力学第一定律 • 第八章量子力学基础
• 第三章热力学第二定律 • 第九章统计热力学初步
• 第四章多组分系统热力学 • 第十章界面现象
• 第五章化学平衡
• 第十一章化学动力学
• 第六章相平衡
• 第十二胶体化学
Tel: 15255514456
• 物理化学是化学中最活跃的学科分支。
h
6
物理化学的学习方法
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7
物理化学的量和单位
1. 构成
物理量＝数值×单位 2. 几点规则： x包括数值和单位 同量纲时可用＋－＝运算 列表和作图时更要注意单位的书写 lnx,ex中的x是无量纲的纯数
h
8
第一章 气体的 pVT关系 The Properties of Gases
理想气体状态方程 pVm = RT 实质是：（分子间无相互作用时气体的压力）×（1mol气体分子 的自由活动空间）＝RT
范德华方程 （ a , b 是范 德华常数 ）
h
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范德华方程与临界参数的关系(范德华常数 a , b 的计算）
h
21
第一次作业：4、5、14、15
h
22
§1.4 对应状态原理和普遍化压缩因子图

ΔZ = Z2-Z1
如
ΔT = T2 － T1，ΔU=U2-U1
（3）当系统经历一系列状态变化，最后回至原来始态时，状态函数 Z 的数
值应无变化，即 Z 的微变循环积分为零
物理化学（上）- 绪论
（4）若 Z =f(x,y)，则其全微分可表示为
以一定量纯理想气体，V =ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(p,T)为例，则
物理化学（上）- 绪论
光学测量方法等。
学习目的： 学会解决一般化学问题的基本方法； 初步培养科研技能。
物理化学（上）- 绪论
理论体系： 化学热力学、化学动力学、结构量化等三大理论体系。
主要学习内容： 研究物质系统发生的 p 、V、 T 变化，相变化和化学
变化过程的基本原理，主要是平衡规律和速率规律以及与 这些变化规律密切相关的结构及性质。
物理化学（上）- 绪论
3.微观方法与宏观方法的通道 统计热力学方法
统计热力学方法在量子力学方法与热力学方法之间构建一条通道，将 二者有机地联系在一起。
平衡统计热力学是研究宏观系统的平衡性质，但它与热力学的研究不同 ，它是从个别粒子所遵循的运动规律出发，根据事件发生的可几率而导出物 质体系的统计行为，然后再进一步去诠释体系的各种宏观性质乃至各式各样 的物理化学过程。所以统计热力学方法是统计平均的方法，是概率的方法。
物理化学（上）- 绪论
胡瑛，《物理化学》，高等教育出版社，2000。 印永嘉、李大珍编《物理化学（上，下）》（第二版），高等教育出版社，1985。 孙德坤、沈文霞、姚天扬编《物理化学解题指导》，江苏教育出版社，1998。 王文清、高宏成、沈兴海编著《物理化学习题精解（上，下）》，科学出版社， 1999。 范崇正、杭瑚、蒋淮渭编《物理化学--概念辨析，解题方法》，中国科学技术大学 出版社，1999。 霍瑞贞主编《物理化学学习与解题指导》，华南理工大学出版社，2000。 卫永祉、肖顺清，编著《物理化学复习引导》，科学出版社，2000。

15
状态函数的两个重要特征
(1) 状态函数的数值随状态的改变而变化。 如始态Z1， 终态Z2，则改变量
ZZ2Z1
只与系统的始、终态有关，与历史无关
y
y=f (x)
Z
Z=f (x, y) y
y2 Z2
y1
x1 x2 x
Z1
y2 y1
x1 x2
x 16
(2) 状态函数具有全微分的性质：
d
XX xy
d
xXyx
d
y
例如，理想气体的封闭体系 Vf(T,p)
则有 dVV TpdTVpTdp
全微分的积分与积分途径无关
X X2dXX X
X1
2
1
17
1.1.4 过程和途径
• 等温过程 • 等压过程 • 等容过程 • 绝热过程
T1= T2= Tex p1 = p2 = pex V1 = V2 Q=0
• 循环过程 X = 0
• 符号：系统得到功为正，对环境做 功为负
• 功不是状态函数，与过程有关 • 功分为体积功（W）和非体积功（W’）
22
• 体积功：
当系统的体积变化
pex
时，系统反抗环境
压力所作的功。
V2
V
WpexV
对于微小过程
V1 (gas)
δWpexdV
☺小贴士：体积功中“反抗环境压力”的类比理解：将质量为m的
成正比，有加和性，例如：V、m等；
两种容量性质相除后就变为强度性质，例如： m/V
12
• 系统的状态是系统所有性质的综合 表现
• 所有性质确定，则状态确定；
• 状态确定，则系统所有性质亦确定
• 确定状态下，各种性质之间是有关 系的：

解：M甲烷 ＝ 16.04×10－3 kg · mol-1
m pM ρ V RT 3 3 200 10 16.04 10 kg m3 8.315 (25 273.15) 1.294 kg m3
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§1.1 理想气体状态方程
物理化学简 介
绪论
0.1 物理化学——一门无处不在的学科 0.2 学习物理化学的要求及方法 0.3 物理量的表示及运算
2
0.1 物理化学——一门无处不在的学科
何谓物理化学 (Physical Chemistry) ？
物理化学 是从物质的物理现象与化学现象的联系入 手，探求化学变化基本规律的一门学科。 “用物理的理论、物理的实验手段”， 探求化学变化基本规律的一门学科。 •目的 主要是为了解决生产实践和科学实验中向 化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，
12
0.2 学习物理化学的要求及方法
课程特点
“三多一复杂”
•学习要求
概念多 理论多 公式多 计算复杂
学习物理化学课程与其他课程的学习既有相同点 也有不同点。物理化学课程综合性强，各章节既有 联系又相对独立。因此，学习时切忌死记硬背。
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0.2 学习物理化学的要求及方法
•学习要求
1. 多动脑
多给自己提问，多问几个为什么，如：前人提出 问题和解决问题的思路和方法有什么可取之处，有什 么局限性，方法是否严谨？结论是否可靠？你能否找 出例外情况？
5
0.1 物理化学——一门无处不在的学科
① 宏 观
微 观
只有深入到微观，研究分子、原子层次的规律，才能 了解结构与性质的关系，掌握化学变化的本质。 宏观 介观 微观 (看得见的物体) (纳米材料) (原子、分子)
6

2
完整版课件ppt
3
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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25
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

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。
03
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。