大学物理化学总结课件

胶体溶液的光学性质
胶体溶液具有丁达尔效应、Tyndall效应等光学性质， 这些性质与胶体粒子的散射作用有关。
胶体溶液的应用
胶体溶液在日常生活和工业生产中有着广泛的应用， 如陶瓷工业中的釉料、颜料和粘合剂；橡胶工业中 的乳胶和合成橡胶；医药工业中的药物载体和靶向 制剂等。
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03 热力学第二定律
热力学第二定律的表述
01
不可能从单一热源吸热并全部用来做功，而不引起 其他变化。
02
对于可逆过程，系统和外界的熵不变；对于不可逆 过程，系统的熵增加，这就是熵增加原理。
03
自然界中的一切自发过程都具有方向性，即不可逆 性。
熵与熵增原理
01 熵是描述系统混乱程度的物理量，用符号S表示。 02 熵增原理指出，在孤立系统中，一切不可逆过程
06 表面现象与胶体 化学
表面张力与润湿现象
表面张力的定义和物理意义
表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表 面作用于任一界线上的张力。
润湿现象及其分类
润湿现象是指液体与固体接触时，液体的附着层沿固体表 面延伸或收缩的现象。根据润湿程度的不同，可分为沾湿、 浸湿和铺展三种类型。
接触角和润湿方程
内能
系统内所有分子的动能和势能之和称为内能。
3
热力学第一定律
热量和功的代数和等于系统内能的增量。即 ΔU = Q + W，其中 ΔU 表示内能增量，Q 表示吸 收的热量，W 表示对外做的功。
热力学第一定律的应用
等容过程
体积不变的过程，此时 ΔV = 0，W = 0。因此，等容过程中吸收的 热量全部转化为内能增量。
理论方法
在实验研究的基础上，物理化学 运用数学、物理学等理论工具建 立模型和理论，对实验现象进行

物理化学
Physical Chemistry
1
绪论
Preface
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化学学科的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
热
电
化学反应
原子、分子间的分离与组合
化学
密 不 可 分
物理学
光
磁
热学、电学、光学、磁学是物理学的重要分支
М В Ломоносов 8
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’t Hoff （1852～1911）合办了第一本“物理化学杂志” 。
W. Ostwald
J. H. van’t Hoff
(1853～1932)
(1852～1911)
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）p0 理想气体
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3. 摩尔气体常数 R mole gas constant R
R 是通过实验测定确定出来的
例：测300 K时，N2、He、 CH4 pVm ~ p 关系，作图
p0时：
5000
（1）分子间力
吸引力 分子相距较远时，有范德华力；
排斥力 分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。
E吸引 －1/r 6
E排斥 1/r n
Lennard-Jones理论：n = 12
E总

E吸
引＋E排
斥＝
－A r6

B r 12
式中：A－吸引常数；B－排斥常数

(1)克服外压为 p '，体积从V1 膨胀到V ' ； (2)克服外压为 p"，体积从V ' 膨胀到V " ；
(3)克服外压为 p2，体积从V "膨胀到V2 。
We,3 p '(V 'V1)
p"(V "V ')
p
p1
p1V1
p2 (V2 V ")
p'
所作的功等于3次作功的加和。p "
p 'V ' p"V "
可见，外压差距越小，膨 p2 胀次数越多，做的功也越多。
V1 V ' V "
p2V2
V2 V
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2024/9/13
功与过程（多次等外压膨胀）
p"
p' p1
V"
V1
V'
p
p1
p1V1
p2
V2
p'
p 'V '
阴影面积代表We,3
p"
p"V "
p2
p2V2
上一内容
下一内容
V1 V ' V "
第三步：用 p1 的压力将体系从V ' 压缩到 V1 。
p
W' e,1
p"(V "
V2 )
p1
p1V1
p' (V ' V ")
p'
p 'V '
p1(V1 V ' )
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V2 V

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
33
§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，
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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？
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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

体、液体或固体的pVT变化；Ⅲ.相变化；Ⅳ.化学 变化；Ⅴ.上述各种类型的综合。 ⑶ 过程的特征：a. 恒温可逆过程；b. 恒温过程；c. 绝热可逆过程；d. 绝热过程；e. 恒压过程；f.恒容 过程；g. 上述各种过程的综合；h. 循环过程 ⑷ 确定初终态。 ⑸ 所提供的物质特性，即pVT关系和标准热性质。 ⑹ 寻找合适的计算公式。
=0
不可逆 可逆
(dS )U.V 0
> 0 不可逆，自发过程 = 0 可逆，达到平衡
用熵判据判断过程是否为自发过程，一定要用
隔离系统。
(2). Helmholts自由能判据
<0
(dA)T ,V ,Wf 0 0
=0
不可逆，自发过程 可逆，达到平衡
自发变化向着Helmholts自由能减小的方向进行
Qp 与 QV 之间的关系
1. 对凝聚相反应 Qp QV 2. 对有气相参与的反应 Qp QV nRT
标准摩尔反应焓

r
H
m


B

f
H
m
(B)



B

C
H
m
(
B
)
B
B
Kirchhoff定律
从一个温度下的反应焓变，去计算另一温度 下的反应焓变
3 热力学第二定律
1.热力学第二定律
4.气体化学势
单种理想气体化学势
(T , p) (T ) RT ln p
理想气体混合物化学势
p
B (T ,
p)

B
(T )

RT
ln
pB p
B* (T, p) RT ln xB

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
05
物理化学在环境中的应用
大气污染与治理
1 2 3
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。

.
•
基尔霍夫定律
• 已知某一温度条件下的反应焓变, 可利用基尔霍夫 定律求任意温度条件下的反应焓变.
• 基尔霍夫定律的微分式:
• ( rH/T)p= rCp • 基尔霍夫定律的不定积分式:
•
rHm(T)=∫rCp,mdT+I
• 基尔霍夫定律的定积分式:
•
rHm(T2)= rHm(T1)+ ∫T1T2rCp,,mdT
• 0: 标准状态(温度为T, 压力为1p0)下理想气体化学势.
.
• 实际气体及其逸度:
• = 0+RT ln(f/p0) • f=p
• f:气体的逸度(fugacity); • :逸度系数(fugacity coefficiant).
• 逸度的计算: • ∫RTdlnf=∫Vmdp • lnf=lnp*+1/RT[pVm－RT－∫p*ppdVm] • 范德华气体的逸度: • lnf=ln(RT/(Vm－b))+b/(Vm－b) －2a/RTVm
rHm(T1)=－ H1=∫T1T2 Cp(产物)dT
一般可取反应的初始温度T1为298.15K, 有:
rHm(298.15K)=－ H1=－∫298..15KT2 Cp(产物)dT 可解出T2•热力学第二定律
• 热力学第二定律是决定自然界一切过程方向与限 度的基本规律.
• Clauxius表述:
•
力平衡(p相同)
•
热平衡(T相同)
•
相平衡
•
化学平衡
• 状态函数: 只取决于体系平衡态的热力学量.
•
如: T,p,V,U,H,S,F,G,n
• 过程量: 与体系经历的过程有关的量.
•