2022年物理化学电子教案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载物理化学电子教案绪 论* 物理化学 是化学的分支学科；建立在物理学理论（热力学、统计力学、量子力学）的基础上：依靠物理学理论；依靠物理学的争论方法；通过争论物理现象与化学现象的联系查找化学变化的一般规律；争论对象：物质的变化（相变化、化学变化）* 课程争论内容 化学热力学 学科内容 化学动力学物质结构：量子化学、结构化学 化学热力学：争论物质变化引起的能量转化及变化可能性问题状态 状态函数 与时间无关（不涉准时间量）与变化途径无关 化学动力学：争论化学变化的速率问题直接与时间有关 与变化途径有关（反应历程）* 学习方法 追求

2、对物理化学理论的熟悉、懂得 基本概念 理论建立在基本概念基础之上 定义一些基本量（物理概念）建立形成模型 以内能为例 强调对基本概念的深化懂得至关重要 基本原理 规律（主要内容要求懂得）公式 试验 理论的证明、理论的修正依靠试验手段* 物理量 物理量大小表示成 数值 单位 物理量 =数量 量纲名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载单位与量纲概念的差别 单位：单位大小的物理量（尺子）量纲：代表物理量的属性（除大小以外的内涵）物理量的运算规章： （与量纲有关）量纲不相同的物理量之间不行以做加减运算；带有

3、量纲的物理量不行以直接做对数和指数运算；Ch 1. 气体的 PVT关系纯物质 : 压力 P、体积 V 与温度 T 三者相关（其中两个量是独立的）如其中两个量确定,第三个量随之确定 Vf （P,T）找到明确的函数关系,称为状态方程 对气体这一简洁方式进行争论 1.1 抱负气体状态方程 PVnRT 或PV RTV V/n-1 .K-1 ）R：摩尔气体常数（R8.3145J .mol一般气体常数 抱负气体模型： （1）分子间无相互作用 2 分子本身不占有体积 真实气体的压力趋于零时可以看成抱负气体 抱负气体状态方程一般用于低压（常压）下气体 真实气体与抱负气体存在差距 1.2 抱负气体混合物 A B

4、 混合物名师归纳总结 摩尔分数xA,xBn ）,x nB/（n n ）,xAxB1 第 2 页,共 18 页x n /（n 分压PAx .P , PB=xB.P - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载A ：抱负气体, B：抱负气体, A-B ：抱负气体P A Vn A RT , P B Vn B RT 道尔顿定律PVAn A RT,PVBn B RT 阿玛加定律 1.3 气体的液化及临界参数1. 液体的饱和蒸汽压2. 临界参数与气体液化 C 点- 临界点 是一个状态T 临界温度（ 能液化的最高极限温度）T T C 时气体不能液化P 临界

5、压力V m , C 临界摩尔体积T ,P ,V m , C 为临界参数2P0,P20 为临界点应满意的条件V m Tc V m Tc 1.4 真实气体状态方程Vf （P,T）或 f （P,T,V） 0 具体表示这种函数关系的方程式1. PV P 图2. 范德华方程用抱负气体模型加以简洁修正PV RT 名师归纳总结 VmV b 气体分子本身占有体积第 3 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载气体分子自由活动空间体积小于 V mPP+ b与气体分子本身占据的体积有关a a 2 V m与气体分子间有相互吸引作用如相互吸引作用

6、不存在将导致压力更大修正后PaV mbbRT范德华方程（a,b 为范德华参数）2 V mPn2aVnbRT仍原成抱负气体状态方程V2limPaV mPV mRT2 V m范德华方程应用与中压（3.维里方程10 几个大气压以下）的条件下用级数式表示 PV mV 或 PV m P的函数关系PV RT（ 1+ BC2D3 ）V m V m V mPV RT1BPCP 2DP 3 ）B、B其次维里系数C、C第三维里系数D、D第四维里系数lim PV m 时,仍原成抱负气体状态方程p 0 RT 1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图名师归纳总结 普遍化对全部气体都适用的第 4 页,共 18 页- - -

7、 - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载1 压缩因子如一般情形下PVmmRT,PVm RT1设 ZPVm ,RTPV=ZRT , Z为压缩因子抱负气体 Z1 维里方程 Z 1+BCDVmV2 mV3 mZ1BPCP 2DP 32 对应状态原理P rP/P C,V Vm/V m,C, rT =T/T c对比压力对比体积对比温度统称对比参数rP ,T ,V 代表对应状态各种不同的气体,只要对比参数中的两个相同,就第三个大致相同,这就是对应状态原理；V f （rP ,T ）或 f （rP ,T ,V ） 0 对各种不同气体是同一个函数关系 具体函数关系为

8、 普遍化状态方程 其中不存在与物性有关的参数名师归纳总结 3.普遍化压缩因子图第 5 页,共 18 页ZPV m RTPcV m,CP rVrZCP rVrRTCTrTrZ PcVm,cZ 在 0.27 0.29 之间近似为常数RTcV f （rP ,T ）Z 是rP ,T 的函数不同气体rP ,rT 相同, Z 大致相同- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载普遍化压缩因子图Ch 2. 热力学第肯定律 能量守恒的原就,包括热、功、热力学能在内 2.1 热力学基本概念 1. 系统和环境 物质划分 争论对象为系统,其余为环境 系统与环境间关

9、系相互影响,传递物质、能量 系统的变化用状态的转变表达封闭系统物质交换能量交换物质的多少确定无有隔离系统无无能量多少也确定放开系统有有有物流、能流2. 状态和状态函数 状态 : 全部的性质都不变 状态函数：性质随状态而变 X=f 状态 如干个性质打算（代表）状态 X=f （T,P ）热力学量性质状态函数 XfT,P 变化与途径无关,仅与状态有关全微分 dX X dT X dPT p P T广度量：与物质数量成正比, V,m等强度量：与物质数量无关, T,P等如：V V m,广度量相应的强度量n 物质的数量将系统与环境隔离,系统性质仍不转变,此时的状态为平稳态；平稳态热平稳T 相同力平稳P 相同

10、相平稳化学平稳一般所争论的状态都是指平稳态；3.过程和途径过程：笼统地指变化模式名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载途径：具体地指具体步骤状态 1 状态 2 状态 3 热力学争论具体问题的特点性方式是：过程可设计成如干种途径,步骤中可经过实际的或设想的一个或几个 中间态； 2.2 热力学第肯定律 1. 功 W 广义功 机械功力 位移 体积功 =压力 体积的变化 电功 =电势差 电荷的通过量 本质是机械功 体积功 W P环 dV 非体积功 W 环境对系统做功,系统得到能量； 系统对环境做功,系统失去

11、能量；功与途径直接相关,不是状态函数；2. 热 Q 由于系统与环境间温度的不同,导致两者之间交换的能量为热, 吸热, 放热；热力学中考虑在系统与环境之间传递热,内部传递热不考虑；3. 热力学能 U 功和热是系统与环境间（物质间）能量传递的两种形式；热力学能是系统（物质）具有的能量（除动能和势能外）,也称内能；定义：除整体动能和整体势能外,系统内部具有的全部能量总和；它包括：分子平动能、转动能、振动能（分子运动能）分子间相互作用势能 电子能量名师归纳总结 核能量等等第 7 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载U 是热力学

12、性质,是热力学函数；U 的肯定值无法确定,可确定相对值U = U2 U 1 U 与途径无关,只与两个状态有关；单位： J,KJ U 是广度量,UmU摩尔热力学能n4.热力学第肯定律19 世纪中叶提出的,是长期实践中熟悉到的自然规律；U WQ 状态1状态2,U1U2或 dU =W+Q 第一类永动机,不消耗能量,不断对外做功,循环不行能实现；循环一周 U0, W=Q ,必需吸热转化为功； 2.3 恒容热,恒压热,焓1.恒容热QVdV 0,W 0 时dU = PdV W Q V Q V = dU ,Q = U2. 恒压热 Q P=P 外定值 W 0 dU PdV Q P Q dU PdV =dU+P

13、V U+PV 也是系统的热力学性质定义 HUPV 为焓,能量量纲,单位 J 焓也是状态函数（由内能定义出）Q dH ,QP H 焓是一种能量名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载3. 焓 定义式 HUPV ,其中 PV 不是体积功焓变dHdUPdVVdPHH 2-H1 U 2P2V 2 U 1P1V 1 U 2U1（ P2V2 P1V14U （PV）HQP使用焓的必要性Q H 两关系式的意义QV U,Q 为途径函数U、H 为状态函数Q QVU ,Q H V,Q 和状态函数相关联,与途径无关 VW 恒

14、容 V状态a 状态b （1）（3） V恒容W0 V状态a（2）状态bQV=Q V,1+QV,2+Q V,3, UU1 U2 U3恒压过程 QP以相同方式处理；恒容反应 CB O2g=CO 2g+Q V,1 1 CB 0.5O2g=COg+Q V,2 2 COg+ 0.5O 2g =CO 2g+Q V,3 3反应式（ 1）（ 2）+3,就 QV,1= QV,2+ QV,3恒压反应 QP,1= QP,2+ QP,3 2.4 热容、恒压变温过程、恒容变温过程名师归纳总结 1.热容 C Cp第 9 页,共 18 页分为恒压过程：定压热容 恒容过程：定容热容Cv- - - - - - -精选学习资料 -

15、 - - - - - - - - CpHP学习好资料UV欢迎下载,C VTTC 是广度量摩尔定压热容Cp,m=C PHmPnT摩尔定容热容Cv,m=C VUmVnT积分HQpT 2nCp,mdTT 1UQ vT 2nC v,mdTT 1Cp,Cv ,m是温度的函数（随温度而变）可用级数形式体会式名师归纳总结 Cp,ma bT cT2VCP,mP第 10 页,共 18 页运算上,便利使用平均摩尔定压热容HQp= nCP,mT2T1 Cp,m与Cv ,m 的关系Cp,Cv,m=HmPUmTTUmV=UmPV mpTT=UmPUmVPV mTTT- - - - - - -精选学习资料 - - - -

16、 - - - - - UmfT学习好资料欢迎下载,VmdUmUmVdTUmTdVmTVmUmUmUmVmTPTVVmTTPCP,mCV,mUmTPVmPVmT抱负气体UmT0,VmPR/PVmT就CP,mCV,=R 3R,CP,=5R单原子抱负气体CV,2 52 7双原子抱负气体CV,R, CP,m=R22混合抱负气体CP,yBCP,m（ B）B2 气体恒容变温过程CV,ByBCV,m（ B）dTyB摩尔分数QV=UT 2nC v,mT 13 气体恒压变温过程QP=HT 2nC P,mdTT 14 凝结态物质变温过程液固系统QP=HT 2nCP,mdT,不用QV=UT2nCv ,mdTT 1T

17、 1用于恒压过程和压力变化不大过程的近似,体积变化很小也不行 2.5 焦耳试验,抱负气体的热力学能、焓 2.6 气体可逆膨胀压缩过程,抱负气体绝热可逆过程方程式可逆过程：在一系列无限接近于平稳条件下进行的过程P外P dP ,T外 T dT名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载特点：（1）推动力无限小（2）系统和环境可沿原途径逆向回复原状态（3）功的极限过程,系统对环境作最大功| W不|W可| * 抱负气体恒温可逆过程WrPdVdVnRTlnV 2nRTlnP 2W rV 2PdVV 2nRTV 1

18、V 1VV 1P 1对抱负气体恒温时 U0,QrW rnRTln V 2V 1* 抱负气体绝热可逆过程绝热过程 Q0, U W 膨胀 U0 名师归纳总结 可逆dUW PdV第 12 页,共 18 页又由nC V mdT-PdV=-nRT dV VnC V mdT-PdV=-nRT dV VC V mdTRdV0TVC dlnTRdlnV0积分T2T 1,V 2V 1 T 2C P mP 2R1T 1P 1一般用 C P m热容比C V m有CP mC V mR - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - P 2V2学习好资料11P 2欢迎下载1,T 2V2V 2

19、V 11P 1V 1T 1V 1P 1绝热可逆体积功WrUnC V m T 2T 1W rP 2PdVP 1PV0V 2dVV1Vp V 011111V 2V 11Wr11P 2V2p1 V11V2V 1 =C P,11P 2V 2P 1 V 1mC V,m=CV,mnRT 2nRT 1R=nCV,mT2T 1 2.7 相变过程相、相平稳相变热相变焓恒压过程）B（）T,P 肯定时B（HHH相变与温度的关系名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料HT2欢迎下载B B H T2P,T2HmHT11P,T2Hm,B

20、 B P,T1HmHTP,T1HmHmmT 1CP,mdTP,mCP,C V,mdTT 2CP,mdTT2HmT 2CP,mdTT 1HmHmT 2CT 1T 1HT 2= HmT 1+T T 1mdTP 相同, T 转变也可用于 P 相差不大, T 转变时名师归纳总结 2.9 化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓第 14 页,共 18 页1.化学计量数aAbByYzZ0=aAbByYzZ0BBBA=-a, B=-b, Y=y, Z=z 反应物为负值,产物为正值；2.反应进度代表化学反应进行的程度（数量）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料BB

21、欢迎下载对于反应 0Bd =dnB, =nB= Bn B = bn Yy = Bn A = an Zz =1mol 时,代表 1mol 反应3. 摩尔反应焓恒压时,反应热, 1molH反应的焓变代表 T,P 肯定时,aAbByYzZm（A）m（B）rHmyHm（Y） +zHm（Z） aHrHmBHm（B）BrH为反应焓,rH rHm4 标准摩尔反应焓名师归纳总结 代表纯态, T 肯定,压力p =100kPa）下,T, P 第 15 页,共 18 页0BB, 1mol反应的焓变BT, P RHmBHmBBT,P 其它物质其它物质rHmamolAymolYbmolBzmolZ T,P T,PrHm

22、T, P amolAbmolBzmolZymolY A B Z 纯纯Y 纯- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - rHm与rH学习好资料欢迎下载m有混合态和纯态差别； 2.10 由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓运算标准摩尔反应焓物质的相对焓值的确定1. 标准摩尔生成焓 f H m T, P 下,由稳态单质生成 1molB 物质的标准摩尔反应焓CH3CH2OHl , 2Cs +3H2g + 1 O2 s =CH3CH2OHl2r H mf H m（乙醇）稳固单质 C（石墨）, C （金刚石）fH m（单质） 0 rH mfH m（酯）fH m（0K）fH m（

23、醇）fH m（酸）aA bB yY（单质） zZH m z fH m（Z） y 0 a fH m（A） b fH m（B） 0 B BBH mB fH m（B）B2. 标准摩尔燃烧焓 CH m（ B）T, P 下, 由 1mol 的 B 物质与氧气进行完全燃烧生成规定的燃烧产物的标准摩尔反应焓；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料2Ol 欢迎下载一般元素 C,H,O CO2g H其它元素 N N2（g）rH SSO2（g）m为零mClHClaq水溶液规定的燃烧产物的CHBCHm（B）B3 标准摩尔反应焓随

24、温度的变化基希霍夫公式rHm（T2）=rHm（T1）+T 2T 1rCp,dTrCp,=BCp,mB B4 恒容反应热与恒压反应热之间的关系H QP恒压过程V恒温V 很小 , PV0 U Q V恒容过程恒温完全凝结态化学反应QPQ , 有气态参加的化学反应名师归纳总结 H Upp VV Q p=HP产第 17 页,共 18 页V反恒压反应UVUTp VUVRTB（g）T,P,V T,P,VB恒容反应恒温Q Q RTB（g）Bv= UVUT Q对于抱负气体和凝结态产T,P,V UT0 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载 2.11 节流膨胀焦耳汤姆逊试验,绝热膨胀过程节流膨胀过程,P突然下降, P , V , T. 实际气体变化前 P1,V 1,T 1 , 变化后 P 2,V 2,T 2 ,（抱负气体T 不变）W P1（0V1） P2（V20） P1V1P2V2UQW Q0 U2U1P1V1P2V2U2P2V2U1P1V1H2H1（恒焓过程）实际气体温度有变化（升,降）名师归纳总结 T P焦耳汤姆逊试验系数节流膨胀系数第 18 页,共 18 页H 0 P , T致冷 0 P , T致热0 P , T 不变- - - - - - -