1、物理化学Physical Chemistry,白守礼（教授）北京化工大学理学院,自我介绍,姓名：白守礼 职称：教授(博导)教学：物理化学主讲、研究生指导科研：应用化学、工业催化管理：理学院分党委书记电话：64434899信箱：,Physical Chemistry,Introduction,Chapter 1 The properties of gases,Chapter 2 The first law of thermodynamics,Chapter 3 The second law of thermodynamics,Chapter 4 The thermodynamics of mix
2、tures,Chapter 5 Chemical equilibrium,Chapter 6 Phase equilibrium,绪论 Introduction,0.1 什么是物理化学0.2 物理化学的内容0.3 物理化学的研究方法0.4 学习物理化学的意义0.5 如何学好物理化学0.6 物理量的表示及运算 0.7 教材与参考书,总目录,0.1 什么是物理化学,物理化学又称理论化学，是化学类的基础学科也是一门边缘学科。定义：应用物理学原理和方法研究有关化学现象和化学过程的一门科学。它是从物质的化学现象与物理现象的联系入手来研究化学变化基本规律的一门科学。,0.1 什么是物理化学,化学反应中常伴
3、有能量的吸收或放出，有压力、温度、密度、形态等的变化，有光的发射或吸收，有声响，有电动势、电流等放烟火：火药燃烧的化学变化过程中，伴随有彩色光、声响等物理现象NaOH+HCl：中和反应，伴随放热的物理现象电池：电池反应，伴随电流的物理现象,0.1 什么是物理化学,物理条件的变化也影响着化学变化，如：压力、温度、浓度等变化的影响。加热可以使NaHCO3发生分解反应。2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2加压可以提高合成氨的产率 N2+3H2 2NH3,0.1 什么是物理化学,化学现象与物理现象之间存在着密切联系物理化学研究的正是这种联系从这种联系中找出化学反应具有普遍性的规律物理化学是研究
4、普遍性的规律的科学，而不是研究具体的某个反应。,0.2 物理化学的内容,化学热力学化学动力学结构化学,化学变化的能量效应 热力学第一定律化学变化的方向和限度 热力学第二定律,化学反应进行的速度化学反应进行的具体步骤,化学性质与微观结构之间的关系,本课程不涉及结构化学内容,0.3 物理化学的研究方法,理论与实验相结合，理论与实验并重理论上、实验上均采用与物理学近似的方法如实验常采用：测温度、压力、浓度，观颜色、声现象，测电流、磁场等,0.3 物理化学的研究方法,研究物质的宏观性质，经验的研究物质的微观与宏观的联系，用统计平均，半经验半理论的研究物质的微观性质，纯理论的,经典热力学统计热力学量子力
5、学,本课程不涉及量子力学内容,0.4 学习物理化学的意义,直接的:直接的应用于实际过程化学反应：如何提高产率、如何提高速率下雪天马路上撒盐，可以使雪融化间接的:学会物理化学的思维方法 a 实践归纳总结理论实践 b 模型演绎推理理论实践 c 理想化修正实际过程,0.4 学习物理化学的意义,对先行课：巩固加深已学课程的印象解决如何应用高等数学、大学物理的理论解决如何从理论上解释无机化学、有机化学和分析化学的某些结论对后序课：是化工、轻工、材料、生物、制药等类专业的专业课程的理论基础解决化工原理、化工热力学主要理论基础,0.4 学习物理化学的意义,及格水平：掌握了物理化学课程内容、会作物理化学题中等
6、水平：掌握物理化学原理，并会应用物理化学原理（会应用到其它课程）优良水平：学会物理化学的科学思维方法，并能灵活应用,0.5 如何学好物理化学,首先要了解物理化学课程的特点：1 理论性强、有的概念相当抽象。2 各章节相互联系密切。3 理论与计算并重。4 大部分公式都有使用条件和适用范围。,0.5 如何学好物理化学,要学物理化学课程就要做到：1 认真听讲、及时复习，做好习题、思考题。2 了解各章节重点、难点，注意概念之间的联系，有问题不能积累到下一章。3 注意每个公式的应用条件，切忌死记硬背。4 要有一定的数学、物理基础。,0.6 物理量的表示及运算,物理量=数值单位 如:压力 P=101.325
7、kPa注意事项：1物理量不是纯数，是有量纲的。2 用物理量表示的方程式中，有加、减、比较时，要求量纲、单位相同。如：CP,M=58+75.5x10-3(T/K)-17.9x10-6(T/K)2J/mol/K,0.6 物理量的表示及运算,注意事项：3对数、指数中的变量应当是纯数而不是物理量 ln（X/X）、x/x，有时侯X/X也用X代替但仍是纯数。4作图、列表应当用纯数，不能用物理量。,注意事项：5采用国际单位制，可用词头。如：J、kJ6“物质的量”n，不能叫摩尔数。如：n=4mol 称为物质的量等于4摩尔,0.6 物理量的表示及运算,0.7 教材与参考书,教材：物理化学上、下册，天津大学物理化
8、学教研室编，高教出版社，第五版辅助教材：物理化学例题与习题北京化工大学编，化学工业出版社,0.7 教材与参考书,主要参考书：物理化学上、下册，南京大学物付献彩主编，高教出版社，第四版物理化学上、中、下册，华东理工大学胡英主编，高教出版社物理化学简明教程上，印永嘉，人民教育出版社 Physical ChemistrySixth Edition Robert A.AlbertyPhysical Chemistry P.W.Atkins,物理化学,绪论就讲到这里下节课再见！,第一章 气 体The properties of gases,1-!本章基本要求1-1理想气体状态方程及微观模型1-2道尔顿定
9、律和阿马格定律1-3实际气体的P、V、T性质1-4真实气体状态方程1-5实际气体的液化与临界性质1-6对比状态原理与压缩因子图1-$本章小结 作业,总目录,1-！本章基本要求,掌握理想气体状态方程掌握理想气体的宏观定义及微观模型掌握分压、分体积定律及计算理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象掌握饱和蒸气压概念理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因子图了解对比状态方程及其它真实气体方程,第一章,1-1理想气体状态方程 及微观模型,一、理想气体状态方程二、气体常数 R三、理想气体定义及微观模型四、理想气体P、V、T性质计算,第一章,1.三个低压定律波义尔定律：、V1/P PV=常数盖吕萨克定律：
10、n、P VT V/T=常数阿费加德罗定律：T、P Vn V/n=常数 且T=273.15K P=101.325kPa 时 1mol气体 Vm=22.410-3m3 说明：把某个物理量用 圈上，表示恒定,1-1理想气体状态方程 及微观模型,2.理想气体状态方程由三个低压定律可导出理想气体状态方程pV=nRT 或 pVm=RT单位：pPa Vm3 TK nmol 理想气体状态方程由三个低压定律导出，因此只适用于低压气体。,1-1理想气体状态方程 及微观模型,对实际气体p0时，符合理想气体方程T一定时 R=8.315 Jmol-1K-1 在 pVmp 图上 画线 T 时pVmp 关系曲线 外推至p0
11、 pVm为常数,pVm,p,1-1理想气体状态方程 及微观模型,宏观定义：在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程（pV=nRT）的气体，称为理想气体。微观模型：分子本身不占体积，分子间无相互作用力。对实际气体讨论：p0时符合理想气体行为 一般情况低压下可近似认为是理想气体 温度越高、压力越低，越符合理想气体,1-1理想气体状态方程 及微观模型,、知三求一理想气体方程变形，计算质量、密度、体积流量、质量流量等。如：/M/p/()两个状态间的计算。当 n 时：,1-1理想气体状态方程 及微观模型,理想气体方程变形例子 计算25，101325Pa时空气的密度。（空气的分子量为29）解：,1-1理
12、想气体状态方程 及微观模型,两个状态间的计算的例子 两个容积均为的玻璃球泡之间用细管连接（细管体积可忽略），泡内密封标准状况下的空气，若一球加热至100,另一球维持0。求该容器内的压力。解：变化前（标准状况）下 n=2P1V/RT1变化后不变PV/RT2 PV/RT1,1-1理想气体状态方程 及微观模型,1-2 道尔顿定律和阿马格定律,一、气体混合物的组成表示二、道尔顿分压定律三、阿马格分体积定律四、两者关系,第一章,1用物质量的分数表示:2用体积分数表示3对理想气体混合物,1-2 道尔顿定律和阿马格定律,1分压定义 混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、体积时所产生的压力称
13、为组份B的分压。用PB表示。2道尔顿分压定律分压定律(适用于低压气体)：推论：,1-2 道尔顿定律和阿马格定律,道尔顿分压定律只适用于低压气体或理想气体,1分体积定义 混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、压力时所的体积称为组份B的分体积。用B表示。2阿马格分体积定律分体积定律(适用于低压气体)：推论：,1-2 道尔顿定律和阿马格定律,阿马格分体积定律只适用于低压气体或理想气体,1-2 道尔顿定律和阿马格定律,1-2 道尔顿定律和阿马格定律,例：已知混合气体中各组分的物质的量分数分别为：氯乙烯0.72、氯化氢0.10和乙烯0.18。在保持压力101.325kPa不变的条件下，
14、用水洗去氯化氢干燥，求剩余干气体中各组分的分压力。,氯乙烯的物质的量分数：,氯乙烯的分压：,乙烯的分压：,解：剩余干气体为氯乙烯和乙烯,1-3实际气体的P、V、T性质,一、实际气体与理想气体的差别二、压缩因子,第一章,1-3实际气体P、V、T性质,1实际气体分子本身有体积比理想气体难压缩2实际气体分子间有相互作用力(以引力为主)比理想气体易压缩总的结果：有时PVnRT、有时PVnRT、有时PV=nRT 3实际气体分子间的引力使它可以液化(理想气体不能液化),压缩因子定义：Z=PV/（）或 Z=PVm/（RT)当Z=1 与理想气体没有偏差 当Z1 比理气难压缩 当Z1 比理气易压缩注意：压缩因子
15、的大小只表明是否容易压缩，与是否容易液化无关,1-3 实际气体P、V、T性质,1-4真实气体状态方程,对理想气体PVm=RT 进行修正一、压缩因子方程二、范德华方程三、维里方程,第一章,1-4真实气体状态方程,对理想气体：PVm=RT，Z=PVm/（RT)=1 对实际气体：Z=PVm/(RT)1 在 PVm=RT 公式上加一个参数进行修正 PVm=ZRT，即PV=ZnRT科学思维方法：理想化修正实际过程,1-4真实气体状态方程,对理想气体 PVm=RT 可理解为：(气体分子所受的总压力)(1mol分子的自由活动空间)=RT理想气体:气体分子所受的总压力=P(外压)1mol分子的自由活动空间=V
16、m(因为分子本身不占体积,分子间无相互作用力),1-4真实气体状态方程,范德华采用硬球模型来处理实际气体：气体分子所受的总压力=P(外压)+P(内压)1mol分子的自由活动空间=Vm4(1mol分子本身的体积)P(内压)1/r6 P(内压)=a/Vm2 4倍的1mol分子本身的体积=4(L3/6)=b范德华方程：（P+a/Vm2)（Vm-b)=RT 或（P+n2a/V2)(V-nb)=nRT科学思维方法：理想化修正实际过程,1-4真实气体状态方程,对理想气体 Z=PVm/(RT)=1 实际气体 Z1，用级数展开Z（P，T）=1+BP+CP2+DP3+Z（Vm，T）=1+B/Vm+C/Vm2+D/Vm3+理想气体只展开一项，忽略第二项以后各项B、C、D，B、C、D依此被称为第二、第三、第四维里系数B=BRT、C=（BBRT+CR2T2），B=B/RT、C=（C-B2）/R2T2 科学思维方法：理想化修正实际过程,1-5实际气体的液化 与临界性质,一、实际气体在P Vm图上的等温线（图）（讨论）二、临界性质三、饱和蒸气压、饱和温度、沸点、正常沸点,1-5实际气体的液化 与临界性质,1.Tt
