物理化学下册课件-天津大学编写_第四版

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近现代物理化学
20世纪以来，随着量子力学和统计力学的建立，物理化学得到了迅速发 展。人们开始深入研究物质的微观结构和性质，以及它们与宏观性质之 间的关系。
当前的研究热点
当前，物理化学领域的研究热点包括纳米材料、生物分子反应、能源转 化和存储等。这些研究为解决实际问题提供了新的思路和方法。
物理化学的应用领域
05
化学平衡与反应动力学
化学平衡的基本概念
平衡常数
描述化学反应达到平衡状态时各组分浓度关系的常数，是反应物 和生成物浓度的幂次方之比。
平衡常数的计算方法
通过实验测定平衡时各组分的浓度，然后代入平衡常数的计算公式 中求得。
平衡常数的意义
平衡常数是化学反应特征常数之一，可以用于判断反应是否达到平 衡状态以及平衡的移动方向。
分子碰撞与平均自由程
弹性碰撞
气体分子之间的碰撞过 中，能量不守恒或动量不 守恒。
平均自由程
气体分子在两次碰撞之间 所走的平均路程，与气体 分子的速度和气体分子的 密度有关。
04
相变与热力学性质
相变与相平衡
相变
物质从一种相转变为另一种相的 过程，如熔化、凝固、蒸发、凝
物理化学上册-天津大学编写-第四 版课件
• 绪论 • 热力学基础 • 气体分子运动论 • 相变与热力学性质 • 化学平衡与反应动力学
01
绪论
物理化学的定义与重要性
物理化学的定义
物理化学是化学的一个重要分支，主要研究物质在化学反应 中表现出的物理性质的变化规律和机制。它涉及到化学热力 学、化学动力学、溶液化学、表面化学等多个领域。
结等。
相平衡
描述不同相之间平衡状态的热力学 条件，如温度、压力、组成等。

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3. 吸附经验式——弗罗因德利希公式
对I类吸附等温线：
lgV a nlgplgkk, n 经验常数， 与吸附体系及T 有关。
直线式：
bp
1
bp
lg(Va/[ V])
T1 <T2
斜率 n; 截距 k（p =1时的吸附量）
T，k
lg(p/[p])
方程的优点：(1) 形式简单、计算方便、应用广泛；
直径：1cm 表面积：3.1416 cm2
直径：10nm 表面积：314.16 m2
表面积是原来的106倍
界面相示意图
一些多孔物质如：硅胶、活性炭等，也具有很大的比表面积。
3
物质的分散度可用比表面积as来表示，其定义为 as = As/m
单位为m2kg-1。
小颗粒的分散系统往往具有很大的比表面积，因此 由界面特殊性引起的系统特殊性十分突出。
——过饱和蒸气，过热液体，过冷液体，过饱和溶液
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§10-3 固体表面
在固体或液体表面，某物质的浓度与体相浓度不同 的现象称为吸附。
产生吸附的原因，也是由于表面分子受力不对称。
dG = dA+Ad
被吸附的物质—— 有吸附能力的物质——
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1. 物理吸附与化学吸附：
性质 吸附力 吸附层数 吸附热 选择性 可逆性 吸附平衡
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(4) 过饱和溶液
na
n m
溶液浓度已超过饱和 液体，但仍未析出晶体的 溶液称为过饱和溶液。
原因：小晶体为凸面, pr＞p ， 表明分子从固相中逸出的倾向大 ， 这造成它的浓度大，即溶解度大， 由此产生过饱和现象。
由于小颗粒物质的表面特殊性，造成新相难以生成， 从而形成四种不稳定状态（亚稳态）：

B
而第二项为：RT
νBln
B
pB p
RT ln
B
pB p
νB
RT
ln
B
pB p
νB
其中的
B
pB p
νB
是反应物及产物的
pB p
νB
的连乘积。
因为反应物计量系数 vB 为负，产物计量系数vB 为正，所以它
的形式是
p产 物 /p p反 应 物/p
ν产 物 ν反 应 物
有气相和凝聚相（液相、固体）共同参与的反应称为复 相化学反应。只考虑凝聚相是纯态的情况，纯态的化学势就 是它的标准态化学势，所以复相反应的热力学平衡常数只与 气态物质的压力有关。
例如，有下述反应，并设气体为理想气体：
CaCO3(s) ƒ CaO(s) CO2(g)
K$ peq (CO2 ,g) / p$
p(CO 2, g) 称为CaCO 3 (s) 的解离压力。
4. 有凝聚态物质参加的理想气体化学反应
如果产生的气体不止一种，则所有气体压力的总和称为 解离压。
例如： NH 4HS(s) NH3 (g) H2S(g)
解离压力 p p(NH3 ) p(H2S)
则热力学平衡常数：
Kө$
peq
(NH3 p$
(1) N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)
1
3
(2) 2 N2(g) 2 H2(g) NH 3(g)
Δr Gm,1 RT lnK1 Δr Gm,2 RT lnK2
ΔrGm,1 2ΔrGm,2 K1 K2 2
所以，在给出化学反应标准平衡常数时，必须指明它所对应 的化学计量式。
4. 有凝聚态物质参加的理想气体化学反应

Vm 实际气体的 p – Vm 等温线 T5 T4
1. T > Tc的等温线
§1-4 临界状态与对应状态原理
一、饱和蒸汽压与临界状态 1. T > Tc的等温线 2. T < Tc的等温线
T5 T4 p
无突变点
ps
l1 Vm(l)
Tc的等温线
§1-4 临界状态与对应状态原理
压缩因子 压缩因子图
2. 压缩因子图 Z = f ( pr , Tr ) 例 已知丁烯的 T = 522.1K, p = 4.134 MPa 求该气体的摩尔体积V 求该气体的摩尔体积 m. 已查得临界参数 已查得临界参数 Z = 0.83 Tc = 419.6K, pc = 4.023 MkPa 对比状态参数为 对比状态参数为 Tr = T / Tc = = 1.244 pr = p / pc = = 1.028 Vm =ZRT/p = 0.872 m3⋅mol－1 若看作理想气体 Vm=RT/p = 1.050 m3⋅mol－1
§1-4 临界状态
液氮的沸点 是－196 ℃
§1-4 临界状态与对应状态原理
一、饱和蒸汽压与临界状态 Tc, pc, Vc总称为气体的 临界参数 是物质的一种特性参数 临界参数, 是物质的一种特性参数. 临界温度T 气体加压液化所允许的最高温度. 临界温度 c: 气体加压液化所允许的最高温度 临界压力p 气体在临界温度下液化所需要的最小压力. 临界压力 c: 气体在临界温度下液化所需要的最小压力 临界体积V 物质在临界温度, 临界压力下的摩尔体积. 临界体积 c: 物质在临界温度 临界压力下的摩尔体积 Tc / ℃
pcVc ≈ 0.27~0.29 临界点处的压缩因子 ZC = RTc
的范围内, 可看作常数; 实验表明多数实际气体的 ZC 在 0.27~0.29 的范围内 可看作常数 根据对应状态原理 Z = f ( pr , Tr ) 荷根和华德生根据不同气体的实验平均值描绘出等 Tr 的 Z - pr 曲线 称为双变量普遍化压缩因子图 双变量普遍化压缩因子图. 称为双变量普遍化压缩因子图