冶金物理化学电子教案

第五节 可逆过程与膨胀功一、可逆过程体系作功与过程的途径有关。

当体系从某一个初态变到某一个末态时，如果途径不同，则所作的功也不同。

现以理想气体恒温膨胀为例来加以说明。

设有一个气缸，内有n 摩尔理想气体。

假定此气缸的活塞没有重量，活塞移动时和气缸内壁没有摩擦。

将整个气缸放在温度为T 的恒温器中，使体系进行的过程为恒温过程。

设气体初态时的压力为3大气压，体积为1升，末态时的压力为1大气压，体积为3升。

从初态到末态可经过下列三种不同途径：Ⅰ途径：使活塞外的压力P外一次减小到1大气压。

在整个膨胀过程中气体反抗的外压均为1大气压。

体系作功：W 1＝l ×（3－1）＝2atm ·l ＝202.65 J (l atm ·l ＝101.325J )即图中矩形abcB 的面积。

图1-2理想气体恒温膨胀 图1-3理想气体恒温膨胀功Ⅱ途径：先使P 外减小到2大气压，气体反抗2大气压的外压膨胀到体积为1.5升，然后再使外压减小到1大气压，使气体反抗1大气压的外压膨胀到体积为3升。

体系作功：W 2＝2×(1.5－1）＋l ×（3－1.5)＝2.5atm ·1＝253.3125 J 。

即图1-3gbdf 和edcB 二矩形面积之和。

Ⅲ途径：在整个膨胀过程中不断改变外压，始终维持P 外比气体的压力P 小一无限小量dP ， 即维持P 外＝P －dP 。

体系作功： dV dP P dV P W V V V V ⎰⎰-==2121)(â3，略去二级无穷小后，得：=⨯=====⎰⎰13ln 13ln ln 12111232121V V V P V V nRT dV V nRT dV P W V V V V 3.296atm ·1=333.9672J 这个功等于图1-3中曲线AfB 以下的面积AbcBfA 。

比较这三种不同的恒温膨胀过程，可知途径Ⅲ所作的功最大。

第三节△G —T 图一、自由焓变化与温度的关系自由焓变化是温度的函数，在不同温度下，其数值是不同的。

设某反应在某温度T 下初态物质（原始物）的自由焓为G 1，末态物质（产物）的自由焓为G 2、则自由焓变化为ΔG=G 2-G 1。

物质的自由焓（G 1和G 2)在一定的压力下随温度的变化为：11)(S T G P -=∂∂ 22)(S T G P -=∂∂S 为熵。

因此在恒压下，反应自由焓变化与温度的关系为：P P PP T G T G T G G T G )()()()(1212∂∂-∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂-∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∆∂＝一S 2＋S 1＝一ΔS 在温度T 下，因为△G ＝△H 一T △S 将此式代入上式，可得：T H G T G P ∆-∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∆∂)( （3-15）上式称为吉布斯一亥姆霍茨（Gibbs-Helmholtz)公式，表示在恒压下ΔG 随温度的变化。

吉布斯-亥姆霍茨公式还可以变成另一形式，以便于积分。

将式（3-15)移项，得：H G T G T P ∆=∆+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∆∂)(，两边用T 2除： 22)(T H TG T G T P∆=∆+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∆∂ 利用微分公式（在微分公式2)(v dx dvudx du v dx vu d -=中，令v ＝T 、u ＝－ΔG 、x ＝T ），可把此式变为： 2)(T H T T G P∆=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂∆-∂ （3-16） 这也是吉布斯一亥姆霍茨公式的一种形式。

对于自由能变化与温度的关系，也可以用同样的方法推出相应的公式：式(3-16)可以在恒压下积分，得到ΔG -T 的关系式。

通常计算的是标准自由焓变化，因此：I dT T H T G+∆=∆-⎰︒︒2 I 为积分常数。

当近似把︒∆H 当作常数时可得：︒∆G ＝︒∆H －IT （3-17）式中的积分常数I 可利用已知一个温度的︒∆G （例如︒∆298G ）代入公式而求得，其它常数可由C P 与T 的关系式以及其中一个温度的热效应而求得。

第四节实际溶液、活度和活度系数一、实际落液对理想落液的偏差前面已经指出，理想溶液各组元布任何浓度下都服从拉乌尔定律。

但这种溶液是很少的，实际溶液大多数都对拉乌尔定律呈现或大或小的偏差。

也就是说，蒸气压往往大于拉乌尔定律的计算值或小于拉乌尔定律的计算值。

前者称为正偏差，后者称为负偏差。

1．负偏差图4-2为负偏差的典型蒸气压-组成关系曲线。

图中P A°和P B°分别为纯A和纯B的蒸气压。

虚线为拉乌尔定律的理论蒸气压线，实线为实测线。

实线低于虚线，即实验值低于计算值，说明此体系对拉乌尔定律有负偏差：P A＜P A°x A，P B＜P B°x B蒸气压低于理论值，这就表明两类分子（异名质点）间的相互作用力大，阻碍液体分子的蒸发。

两组元有生成化合物的倾向时也属于这种情况。

对于二元金属体系，负偏差的例子有Mg-Pb、Fe-Al、Fe-Ti等。

形成这种溶液时，体积收缩，并有放热现象。

△V M＜0，△H M＜0。

2.正偏差图4-3为正偏差的典型蒸气压-组成关系曲线。

同样，图中虚线为拉乌尔定律的理论蒸气压线，实线为实测线。

实线高于虚线，即实验值高于计算值，说明此体系对拉乌尔定律有正偏差：P A＞P A°x A，P B＞P B°x B蒸气压高于理论值，这就表明两类分子间的相互作用力小，溶液中的分子容易蒸发。

如某组元形成溶液时，其缔合分子分解，也属于这种情况。

由于同名质点的相互作用力大于异名质点，而相互作用力大的有聚集的倾向，因此正偏差的极端情况是液相分层（例如Pb-Zn和Fe-Pb系）。

正偏差金属二元系的例子还有A1-Zn 、Al-Sn 等。

形成这种溶液时，体积增大，并有吸热现象。

△V M ＞0，△H M ＞0。

二、活度从上面对实际溶液的讨论可以看到，实际溶液对拉乌尔定律往往有正偏差或负偏差。

另外，实验还指出，对于稀溶液的溶质，当溶液不是足够稀时，实测的蒸气压也往往与亨利定律有偏差。

电子行业冶金物理化学电子教案一、教学目标1.了解电子行业冶金物理化学的基本概念和理论知识。

2.掌握电子行业冶金物理化学的实验操作技能。

3.培养学生的实验观察和数据分析能力。

4.培养学生的团队合作和沟通能力。

二、教学内容1.冶金物理化学概述–冶金物理化学的定义和作用–冶金物理化学的发展历程–冶金物理化学所涉及的主要内容2.金属的结构和性质–金属的晶体结构和晶格参数–金属的晶体缺陷与缺陷扩散–金属的力学性能和热处理技术3.非金属材料的结构和性质–非金属材料的晶体结构和晶格参数–非金属材料的晶体缺陷和相变–非金属材料的力学性能和热处理技术4.电子行业冶金物理化学实验–冶金物理化学实验室的基本设备与安全操作规范–金属结构和性能的实验方法与数据处理–非金属材料结构和性能的实验方法与数据处理三、教学方法1.讲授法：通过教师的讲解，向学生介绍冶金物理化学的基本概念和理论知识。

2.实验操作：组织学生进行冶金物理化学实验，培养学生的实验操作技能。

3.讨论与分析：在实验后，让学生进行实验数据的讨论和分析，培养学生的实验观察和数据分析能力。

4.团队合作：鼓励学生进行小组合作，共同完成实验任务，培养学生的团队合作和沟通能力。

四、教学过程1.课前准备–教师准备好教学所需的实验设备和实验材料。

–学生预习相关教材，了解基本概念和理论知识。

2.讲授冶金物理化学概述–通过教师的讲解，向学生介绍冶金物理化学的基本概念和作用。

–通过案例分析，让学生了解冶金物理化学的实际应用。

3.金属的结构和性质–通过教师的讲解，向学生介绍金属的晶体结构和晶格参数的概念。

–进行实验观察和数据记录，让学生了解金属的晶体缺陷与缺陷扩散的现象。

–进行实验操作和数据处理，让学生掌握金属的力学性能和热处理技术。

4.非金属材料的结构和性质–通过教师的讲解，向学生介绍非金属材料的晶体结构和晶格参数的概念。

–进行实验观察和数据记录，让学生了解非金属材料的晶体缺陷和相变的现象。

第二章热力学第二定律第一节自发过程的方向与限度自然界发生的一切过程都遵守热力学第一定律，但是，许多过程虽然不违背热力学第一定律，却不能实现。

例如，室内放一杯水，温度和室温相等。

水自动从环境吸热而使水温上升，环境温度下降，这是不可想象的事，是不可能发生的。

然而，这个过程如果发生也不违背热力学第一定律，因为体系吸收的热等于环境放出的热，能量仍然守恒。

可见，单有热力学第一定律还不能解决过程能否自动发生的问题。

这个问题要由热力学第二定律来解决。

在指定的温度、压力和浓度等条件下，在所讨论的体系中，过程能否自动发生，最后达到什么限度，这是热力学第二定律要解决的中心问题。

通过下面几个例子，可以看到自发过程的方向以及它们达到的限度。

两块温度不同的铁块相接触，热必自动地从高温铁块流向低温铁块，直至两铁块的温度相等为止。

将装有某种气体的两容器联通，气体必自动地从压力较大的容器向压力较小的容器扩散，直至两容器的压力相等为止。

在1173K，1大气压下，若使CO2气体与固体碳接触，则必自动发生化学反应：C+CO2＝2CO。

如果碳量足够多，则反应能进行到气体中CO含量为97%，CO2还剩下3%为止。

以上各例都是在指定条件下能够自动发生的过程。

自发过程（能自动发生的过程的简称）就是指无需外力帮助，任其自然就能发生的过程。

自发过程不但不需外功，而且在适当的安排下，过程进行时还能对外作功。

例如，可以利用热自动从高温物体流向低温物体这个自发过程造成热机来作功；可以利用自发的化学反应装成电池来产生电能。

也就是说，自发过程都有对外作功的能力。

从类似上述的大量事实可以看出，在一定条件下，自发过程都有一定的方向和限度。

温度相等是热传导的限度。

压力相等是气体流动的限度。

在1173 K，I大气压的条件下，当气体中含CO 97%，CO23%时，化学反应C+CO2＝2CO就达到了限度。

过程达到限度，也就是体系达到了平衡状态。

平衡状态是指在一定条件下，从宏观来看，浓度、压力等性质都不随时间而改变的热力学状态。

§5-2电极电位一、电动势的产生在两个相互接触的不同导体之间，常常有一定的电位差存在。

在原电池中包含着好多个两两相互接触的导体，因而在原电池中存在着一系列电位差。

金属晶格是由按一定规律排列着的金属阳离子，以及在其间流动着的电子（称为电子气），组成的。

在一般情况下，例如在真空中或在气相中，金属离子所具有的动能不足以克服金属晶格对它的引力而脱离金属表面。

但与水接触时，由于水分子的极性很大，它的负端对金属阳离子有强烈的吸引力，致使金属阳离子进入溶液中的趋势大为增加。

当金属阳离子进入溶液以后，溶液与金属的电中性就被破坏，金属缺少了正电荷而带负电，溶液增加了阳离子而带正电。

由于正负电荷的相互吸引，所以在金属与溶液界面上形成了双电层，如图5-3所示。

双电层的电位差阻止了金属离子进一步溶入溶液，同时又促进了溶液中的阳离子返回到金属上去，最后达到了平衡。

此时，金属离子自金属转入溶液的速度与溶液中金属离子返回到金属表面的速度相等。

在此平衡条件下，双电层建立了一定的电位差，这就是ZnΦZn2+或CuΦCu2+。

由于金属的化学性质不同，故开始时溶液中的某种金属离子沉积在金属电极上的速度也可能大于金属离子进入溶液的速度。

如果这样，达到平衡时金属表面就带正电，溶液带负电，也形成有一定电位差的双电层。

至于双电层结构，近代研究结果认为，溶液中与金属电极符号相反的离子，并不都被紧紧地吸引在电极表面附近。

这种离子的排列受到两种作用的影响，一方面离子受到金属电极上异号电荷的吸引，趋向于紧密地排列在金属表面附近；另一方面，离子热运动所产生的扩散作用，则力图使离子均匀地分散到溶液中。

这两方面作用的结果，使双电层中溶液一侧只有一部分离子紧靠金属表面排列着，其余的离子则分散到离开电极表面稍远的地方（图5-3)。

前一部分称为紧密层，后一部分称为扩散层。

电极与溶液间的电位差包括这两部分在内，其大小与双电层的结构无关。

对极稀的溶液来说，可以认为在外电场的作用下，整个扩散层均能相对于电极表面运动，所以扩散层的电位差也称为动电电位ζ，它在界面化学中占有重要地位。

冶金物理化学电子教案一、教学目标：1.了解冶金物理化学的基本概念和原理；2.研究冶金物理化学电子方面的基本理论；3.掌握冶金物理化学电子的应用。

二、教学内容：1.冶金物理化学的基本概念和原理2.冶金物理化学电子方面的基本理论3.冶金物理化学电子的应用三、教学方法：1.讲授与实践相结合的方法。

在讲解冶金物理化学电子的基本理论时，适当引入实例来具体说明，加深学生对知识的理解；2.探究式学习方法。

通过实验和讨论，引导学生积极思考和探索，培养学生的观察能力和创新意识；3.合作学习方法。

通过小组合作学习和讨论，促进学生之间的交流和合作，提高学生的团队意识和合作能力。

四、教学过程：1.导入：介绍冶金物理化学的基本概念和原理，引导学生对冶金物理化学的认识。

2.理论讲解：讲解冶金物理化学电子的基本理论，包括金属的电子结构、导电性能、磁性等内容。

3.实验：设计一个小型实验，通过测量金属导电性能的实验，让学生亲自操作仪器，感受冶金物理化学电子的应用。

4.讨论与总结：让学生以小组为单位，讨论实验结果，并总结实验中遇到的问题和解决方法。

5.展示和评价：让学生将实验结果展示给全班，通过展示和讨论，评价学生的实验表现和理解情况。

6.拓展：引导学生进一步思考和应用冶金物理化学电子的其他领域，如材料的改性和金属材料的表面处理等。

五、教学评估：1.实验报告的评估；2.学生小组的讨论和总结评估；3.学生对拓展教学内容的答题评估。

六、教学资源：1.教学PPT；2.实验器材和材料；3.实验报告模板。

七、教学反思：通过本教案的设计，能够帮助学生全面了解冶金物理化学电子的基本原理和应用，培养学生的观察能力和创新意识，培养学生的合作能力和团队意识。

同时，通过实验的设计和讨论，能够提高学生的动手能力和实践操作能力，加深学生对知识的理解和掌握程度。

第八节各种热效应一、生成热由稳定单质化合生成1摩尔化合物的反应热效应，称为该化合物的生成热（△H f ）。

例如： C (石墨)＋21O 2＝CO △H 298＝一110.50 kJ这个热效应就是CO 的生成热（△H co.298），单位是焦·摩尔-1或千焦·摩尔-1。

由于碳有三种同素异形体，其中石墨是最稳定的，所以要注明碳的晶型是石墨。

按照这种规定，稳定单质的生成热为零。

物质的生成热可以从热力学手册查到。

一般生成热是指标准状态下的生成热，以△H f °表示。

由于压力对热效应影响很小，故使用时往往不加小圈而写成△H f ，如要区别不同物质的生成热，可在△H f 右下脚注明物质。

有时在右下脚还注明温度。

有了物质的生成热数据，就可以计算一系列反应的热效应。

例如已知：C (石墨)＋O 2＝CO 2 △H 1 （1） C (石墨)＋21O 2＝CO △H 2 （2）Fe ＋21O 2＝FeO △H 3 （3）3Fe ＋2O 2＝Fe 3O 4 △H 4 （4）求：Fe 3O 4＋2 CO ＝3 FeO ＋CO 2 △H ＝? （5） 根据盖斯定律，〔3(3）＋（1）〕一〔（2)＋（4）〕可得（5）。

所以：△H ＝（3△H 3＋△H 1）一（△H 2＋△H 4） 式中：△H 3和△H 1——产物FeO 和CO 2的生成热；△H 2和△H 4——原始物CO 和Fe 3O 4的生成热。

上式表明，化学反应的热效应等于产物生成热总和减去原始物生成热总和。

用通式表示为：△H ＝Σ（n △H f )产物—Σ（n △H f )原始物查表得到上述物质在25℃的生成热如下：由式得反应（5）25℃的热效应：△H＝（3△H FeO＋△H CO2）一（△H Fe3O4＋△H co）＝〔3（一272.04）＋（一393.52）〕一〔（一1118.38）＋（一110.50）〕＝19.24kJ。

化合物的生成热有的也是根据盖斯定律间接计算得到的。

第三节表面自由焓一、表面自由焓前面已经讲过，表面层分子所处的状态不同于内部分子。

内部分子受到周围分子的吸引可以相互抵消，其合力为零。

所以分子在液体内部从这一位置移到那一位置时不需要消耗额外的能量。

表面层分子则不然，它们受着一种不平衡的向内吸引力。

当分子从内部移到表面层时，必须反抗这种吸引力，从周围吸收能量。

因此，表面层分子比起内部分子来说，具有较多的能量（位能）。

这部分多余的能量叫做表面自由焓，简称表面能，符号为G。

可以证明，体系的表面自由焓等于表面张力和表面积的乘积。

如图6-2，ABCD为液体膜，为了使这一液体膜保持稳定，必须外加一个与表面张力方向相反的力f.在恒温恒压下，若将AB可逆地移动一个距离Δλ，则液体的表面积增加△A，同时环境消耗了功：W＝f Δλ＝2σlΔλ＝σ△A。

即环境所消耗的功等于表面张力与体系表面积增量的乘积。

这一过程唯一的变化是表面积增加了，也就是说，有一定数量的分子从内部进入到表面层。

而表面层的分子与内部分子相比，具有较多的能量，所以消耗的功一定是储存在表面层成为表面能了。

根据第二定律，在恒温恒压下△G＝一W所以这一过程的表面自由焓增量应是：△G＝σ△A。

由此可得表面张力的另一定义：表面张力是保持温度和压力恒定时，增加单位表面所引起的自由焓增量，也就是单位表面上所具有的表面自由焓，或称为比表面自由焓。

由于单位表面积上物质的表面自由焓在数值上等于表面张力，并且单位也能统一起来，因此在物理化学中把二者作为同义语。

即表面张力等于比表面自由焓，比表面自由烙等于表面张力。

显然，则体系的表面自由焓为：G＝σA。

表明，若体系的表面张力和表面积越大，则表面自由焓就越大。

根据热力学的最小自由焓原理：恒温恒压下，自由焓减小的过程能自动进行，当自由焓极小时，体系处于平衡状态。

从上式可以看出，表面自由焓减小有两种可能：或是减小表面积A，或是减小表面张力。

当然也可能两者同时减小。

1．减小表面积设表面张力恒定，则体系表面自由焓的变化决定于表面积的变化。

《冶金物理化学》教学大纲一、课程概要课程编号：020401开课院系：冶金与生态工程学院课程类别：必修课适用专业：冶金工程课内总学时：88（课内64，实验24）课程基础：物理化学，冶金传输原理根据我校的人才培养目标，建设特色突出、国内一流、国际知名的研究型大学，对国家与地方经济，特别是钢铁行业，培育创新、进取、团结、实践能力强的一代新人。

本课程采用多种教学手段和方法，精心设计教学内容，对于来自全国各地的优质学生来源，培养学生掌握运用冶金物化基本理论去解决实际问题的方法和能力，了解该学科的思维方法，培养冶金工程专业的本科生对新工艺、新流程设计能力、实践探索能力、创新意识和创新能力。

本课程的目标是通过学习冶金物理化学的基本理论，为后续的其他专业课程学习打好扎实的理论基础；培养运用冶金的基础理论分析和解决实际问题的能力。

为了达到本课程的预期目的，在课程内容的设置上，注意传统内容与现代内容的结合；课堂教学与实验课教学的呼应，主讲老师的科研成果对教学的促进，将本课程办成具有研究性和前沿性的时代特征的国际一流新的教学平台。

二、教学目的1．本课程是冶金工程专业本课生必修课程，是一门重点介绍冶金物理化学基本概念、基本原理以及在冶金过程中应用的专业基础课。

2．通过本课程的学习使学生掌握冶金热力学、冶金动力学的基本原理。

学会运用这些原理分析和解决生产中出现的新问题；不断地改造旧工艺，创造新工艺，降低生产消耗，提高生产率；不断地向相关学科渗透，扩大冶金物理化学的研究领域。

3. 通过本课程的学习，使学生掌握冶金物理化学基本的实验技能，对冶金中的问题，利用冶金物理化学基础和其他专业知识综合的研究方法。

三、基本要求1．课程重点热力学基本定理在冶金中应用及标准吉布斯自由能的计算方法；Elingham图的应用；溶液（包括铁液与渣液的活度与活度系数、Wagner模型、分子理论与离子理论模型、标准溶解自由能等）；扩散与传质的基本理论；三个典型的冶金动力学模型（气固相反应动力学、气液相反应动力学、液液相反应动力学）。

教案首页第五章溶液第一节引言由两个或两个以上组元所形成的均匀体系称为溶液。

广义地说，按聚集状态的不同，溶液有气态（如空气）、固态（如Au-Ag合金）和液态（如食盐水）等几种。

但通常所谓溶液多系指液态溶液而言。

组成溶液的物质常分成溶剂和溶质。

对于浓度较小的溶液，即稀溶液，习惯上把含量较多的组元称为溶剂，而把含量较少的组元称为溶质。

例如对少量酒精和大量水所组成的溶液，水是溶剂，酒精是溶质。

反之，对少量水和大量酒精所组成的溶液，则酒精是溶剂，水是溶质。

对固体或气体在液体中形成的溶液，如食盐、空气等溶于水，则无论液体多少，一般都称为溶剂，而其中气体和固体则称溶质。

在冶炼过程中，常常遇到各种各样的溶液。

例如，在湿法冶金中的电解液就是各种电解质的水溶液。

萃取过程中的有机相就是化合物溶于有机溶剂中的溶液。

在火法冶金中，反应在高温下进行，高温下的液体或溶液常称为熔体。

均匀熔渣是各种金属氧化物和非金属氧化物(SiO2、CaO、FeO、A12O3、Fe3O4、MgO）的熔体；熔盐是各种盐类（如金属氯化物和氟化物）的熔体；钢液和粗金属是各种合金成分或杂质溶于金属中的熔体等等。

溶液可分为电解质溶液和非电解质溶液两类。

溶液理论主要研究溶液或溶液中各组元的性质与组成之间的关系。

从热力学来看，溶液的性质主要有偏摩尔量、化学位、蒸气压和活度等。

一、偏摩尔量由纯组元混合形成溶液时，由于各组元之间的相互作用以及质点间排列的变化，溶液中许多容量性质都不等于各纯组元之和。

以体积为例。

20℃时，1克乙醇的体积是1.267毫升，1克水的体积是1.004毫升。

如果将乙醇与水混合，由实验可知，溶液的实际体积要比按纯乙醇和纯水计算出来的体积2.271毫升小些，为2.188毫升。

而且这种差异还随溶液的组成不同而变。

实际上，除了质量之外，其它容量性质，如V、U、H、S、F、G等，在形成溶液时，一般都没有加和性。

就是理想溶液，也只有一部分容量性质才有加和性。

第三章化学平衡第一节平衡常数一、质量作用定律设有一理想气体间的反应： aA ＋bB ＝dD ＋hH (3-1)式中A 、B 、D 和H 理想气体分子； a 、b 、d 和h —气体分子A 、B 、D 和H 的摩尔数。

实验可得平衡时各物质的分压间有如下关系： hB a A h H d D P P P PP K = (3-2）P A 、P B 、P D 及P H —反应达平衡时各相应气体的分压； Kp —平衡常数。

平衡常数为温度的函数，与各物质的分压无关。

式(3-2)称为质量作用定律或化学平衡定律。

此定律表明化学反应达平衡时，各原始物和产物分压（或浓度，见后）之间的关系。

质量作用定律可以用热力学的方法推导如下。

反应(3-1)的自由焓变化为产物的自由焓之和减去原始物自由焓之和：ΔG ＝(dG D ＋hG H ）一（aG A ＋bG B ） (3-3) G D 、G H 、G A 和G B 分别为1摩尔D 、 H 、 A 和B 的自由焓。

理想气体混合物摩尔自由焓与分压的关系为： P RT G G i i ln +=︒︒i G 在一定温度下为一常数，与压力无关。

将此式应用到各原始物和产物，就可得到各种气体的摩尔白由焓与其分压的关系：A A A P RT G G ln +=︒、B B B P RT G G ln +=︒、D D D P RT G G ln +=︒、H H H P RT G G ln +=︒。

将这些式子代入式（3-1）得：hB a A hH d D BAHDP P PP RT bG aG hG dG G ln )(=--+=∆︒︒︒︒ (3-4)恒温、恒压下，当反应达到平衡时，ΔG ＝0整理后可得：0ln )(==--+︒︒︒︒hBa A h H d D BAHDP P PP RT bG aG hG dG (3-5) 令)(︒︒︒︒--+BA H D bG aG hG dG =︒∆G 则：RTG P P P P h B a A h H d D ︒∆-=ln上面已经指出，各物质的G °都只是温度的函数，与压力无关，故上式右边为一常数。

冶金物理化学（教案）绪论自然界物质的变化可以大致分为物理变化和化学变化。

在化学变化的同时，往往也伴随着物理变化。

例如化学反应要吸热或放热，温度、压力、浓度等物理性质的变化会影响化学反应的进行，电流可以引起化学变化（电解），而化学变化也可以产生电流（原电池），光的照射会促使化学反应发生等等，这些都说明化学变化与物理变化的关系是密切的。

在长期研究物理变化对化学变化的影响过程中，物理学和化学互相渗透，逐渐形成了一门边缘科学—物理化学。

物理化学是应用物理学的原理和方法，研究化学变化普遍规律的科学。

物理化学由三大部分组成：化学热力学、化学动力学和物质结构。

化学热力学研究化学反应的方向和限度（即平衡）。

比如说，一个化学反应在一定条件下是否能够进行？进行到什么程度为止？改变条件对反应的方向和平衡会产生什么影响？这些问题都属于化学热力学的研究内容。

化学动力学研究反应速度和反应的具体步骤（即反应机理或历程）。

一个化学反应在单位时间内能产生多少产物？各种因素对反应速度有什么影响？在反应的各步骤中哪一步是最主要的，起决定性作用的？这些问题都属于化学动力学的研究内容。

化学热力学和动力学是研究化学反应规律的两个方面。

概括地说，前者研究反应的可能性，后者研究其现实性。

如果反应在给定条件下，从热力学的观点看来是不可能的，则研究它的速度就毫无意义；如果反应是可能的，则还要从动力学的观点研究它的现实性，也就是在什么条件下反应才能以所要求的速度进行。

影响过程热力学可能性和反应速度的因素不尽相同，一般来说，两者是不能相互混淆的。

物理化学的研究方法有热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。

热力学方法也叫宏观方法，它以大量质点所构成的体系为研究对象，从经验所得的热力学两定律出发，经过严密推理，根据体系初态和末态的宏观性质，如温度、压力、浓度和体积等，即可利用实验所得的热力学函数判断变化的方向和平衡条件，不需知道变化的中间过程和细节。

这种方法比较简单，结论也比较可靠，因此得到广泛的应用。

第四节润湿现象、接触角一、固体表面的润湿性，接触角润湿现象是自然界常见的现象。

往干净的玻璃上滴一滴水，可以看到这滴水会很快地沿着玻璃表面展开，成为凸镜的形状，若将水滴在石蜡上，则水不能在石蜡上展开，而力图保持球状；但因重力影响，实际上成一扁球形。

对照两种不同的结果可知，水能润湿玻璃，但不能润湿石蜡。

能被水润湿的物质叫做亲水物质，如玻璃、石英、方解石、长石等；不能被水润湿的物质叫做疏水物质，如石蜡、石墨、硫磺等。

为什么有的物质亲水而有的物质疏水呢？从分子间的相互作用力来说，水能润湿玻璃和石英是因为玻璃和石英是由极性键和离子键构成的物质，它们和极性水分子间的吸引力大于水分子间的相互吸弓l 力，因而滴在玻璃和石英表面上的水滴，可以排挤它们表面上的空气而向外展开。

水不能润湿石蜡和石墨是因为石蜡和石墨是非极性键构成的物质，它们和极性水分子的吸引力小于水分子间的相互吸引力，滴在石蜡和石墨上的水滴不能排开它们表面上的空气，因而紧缩成一团。

物质表面的润湿程度常用接触角(θ)来量度。

接触角是在平衡时三相接触点上（见图6-6)，沿液-气表面的切线与固-液界面所夹的角。

若θ很小或接近于零，则称这样的物质具有亲水性；反之θ较大，则称这样的物质具有疏水性。

但是亲水性和疏水性的明确界限是不存在的，它们只是一个相对概念。

习惯上把θ＞90°的物质叫做不润湿，θ＜90°叫做润湿。

自然界中不存在绝对不润湿的物质，所以θ＝180°的情况是没有的。

接触角的大小与三个界面张力有关。

从界面张力的性质和图6-6可以看出，固-气表面张力σsg 力图把液体拉开，使液体往固体表面展开；固-液表面张力σsl 则力图使液体紧缩，阻止液体往固体表面展开。

图6-6固体的润湿性与接触角根据力平衡的条件，三个界面张力应服从下列关系：σs g ＝σs l ＋σlg cos θ 即：lgcos σσσθsl sg -= 上式叫做杨氏方程。

第三节恒容热、恒压热及焓有些过程在密闭的容器内进行，体系的体积维持不变，这种过程称为恒容过程。

还有许多过程是在敞开容器中进行，压力不变，这种过程称为恒压过程。

在恒容及恒压过程中，如果没有非膨胀功，则过程的热分别称为恒容热和恒压热。

‘一、恒容热根据热力学第一定律：△U＝Q一W式中W为总功，包括膨胀功（W e）和非膨胀功（W′）。

如果过程只作膨胀功，则W′＝0，△U＝Q一W e对于恒容过程，由于△V＝0，W e＝0，所以：△U＝Q V。

Q V表示恒容热。

上式表明，对于无非膨胀功的恒容过程，体系内能变化值等于该过程的热。

对于微小的恒容过程，式(1-5)可写成：dU＝δQ V由于恒容热等于体系内能的变化，故知恒容热也只决定于体系的初末态，与途径无关二、恒压热与焓对于只作膨胀功的恒压过程，由于W＝W e，P1＝P2＝P外，所以：W＝P外△V＝P2V2－P1V1代入第一定律数学式，可得：△U＝Q P一W＝Q P一(P2V2－P1V1)。

式中Q P表示恒压热。

整理上式得：Q P＝（U2＋P2V2）一（U1＋P1V1）由于P、V、U都是状态函数，所以（U十PV）也一定是状态函数。

令：H＝U十PVH称为焓。

将之代入上式，得：Q P＝H2一H1＝△H上式表明，只作膨胀功的恒压过程，体系焓的变化值等于过程的热。

对于微小的恒压过程，式可写成：Q P＝dH焓是状态函数，具有状态函数的特点，即体系在一定状态下，具有一定焓值，焓的变化值只决定于初末状态，与途径无关。

其单位为焦耳或千焦。

与内能一样，焓的绝对值不能确定，但其变化值是可以求得的。

由于恒压热等于体系的焓变，故知恒压热也只决定于体系的初末态，与途径无关。

三、理想气体的内能与给冶金过程中所遇到的气体大多数是处在高温、低压状态，比较接近于理想气体，一般可以将其看作理想气体。

对于一定质量的气体，其状态可以由T、P、V中的任意两个来确定。

内能是体系的状态函数，若将一定量气体的内能表示为T 、V 或T 、P 的函数，则得：U ＝f （T ，V ）或U ＝f （T ，P ）对实际气体而言，当温度变化时，其平均分子动能要改变。