给水排水物理化学200修改.ppt

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1、给水排水物理化学200修改 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1、什么是物理化学？、什么是物理化学？物理化学是从物质的物理现象和化学物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化及相关的现象的联系入手来探求化学变化及相关的物理变化基本规律的一门科学物理变化基本规律的一门科学 -付献彩付献彩-物理化学是研究化学学科中的原理物理化学是研究化学学科中的原理和方法和方法,研究化学体系行为最一般规律和研究化学体系行为最一般规律和理论的学科理论的学科

2、,是化学的理论基础。是化学的理论基础。-自然科学学科发展战略调研报告自然科学学科发展战略调研报告-以物理的原理和实验技术为基础，研以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系的特殊规律的学科。学体系的特殊规律的学科。-中国大百科全书（唐有棋）中国大百科全书（唐有棋）-以物理和数学为基础来研究化学反应以物理和数学为基础来研究化学反应、以及伴随化学反应所发生的物理现象。、以及伴随化学反应所发生的物理现象。它是集物理、数学和化学于一体的一门学它是集物理、数学和化学于一体的一门学科，是用物理的模型，数学的方法来研究科，是用物理的模型，数

3、学的方法来研究化学问题。化学问题。2 2、物理化学课程的内容、物理化学课程的内容1 1）化学热力学化学热力学 研究物质变化（研究物质变化（pVT pVT 变化、相变化、化学变变化、相变化、化学变化化)的能量效应和变化的方向与限度。的能量效应和变化的方向与限度。宏观层次（大量分子集合体）的规律宏观层次（大量分子集合体）的规律2 2）化学动力学化学动力学 研究各种因素对化学反应速率的影响规律及研究各种因素对化学反应速率的影响规律及反应机理。反应机理。宏观或微观层次（大量分子集合体）的规律宏观或微观层次（大量分子集合体）的规律4 4）统计热力学统计热力学 利用统计方法研究大量微观粒子的平均行为，利用

4、统计方法研究大量微观粒子的平均行为，求算系统的宏观性质。求算系统的宏观性质。从微观层次到宏观层次，联系量子化学和热从微观层次到宏观层次，联系量子化学和热力学、动力学的桥梁。力学、动力学的桥梁。3 3）量子化学量子化学 研究微观系统的运动状态。给出物质的性质研究微观系统的运动状态。给出物质的性质与微观结构的关系。将量子力学原理应用于化学与微观结构的关系。将量子力学原理应用于化学则构成了量子化学。则构成了量子化学。微观层次（单个分子）的规律微观层次（单个分子）的规律5 5）界面性质与分散性质界面性质与分散性质 当物质以一种以上聚集态共存在时，在不同当物质以一种以上聚集态共存在时，在不同聚集态（相）

5、间形成聚集态（相）间形成界面层界面层。由于界面层上不对。由于界面层上不对称力场的存在，产生了许多与本体相不同的新性称力场的存在，产生了许多与本体相不同的新性质质界面性质界面性质。将物质分散成细小微粒构成将物质分散成细小微粒构成高度分散高度分散的物质的物质系统；将一种物质分散在另一种物质之中可形成系统；将一种物质分散在另一种物质之中可形成非均相非均相分散系统分散系统。现代物理化学已现代物理化学已从体相向表面相从体相向表面相迅速发展。迅速发展。3 3、如何学好物理化学、如何学好物理化学 听课：听课：注重概念、深入思考、联系实际注重概念、深入思考、联系实际 看书：看书：考前突击对本课程几乎不起作用考

6、前突击对本课程几乎不起作用 练习和总结：练习和总结：在练习中掌握，再总结中提高在练习中掌握，再总结中提高 注重概念、深入思考、及时总结、联系实际注重概念、深入思考、及时总结、联系实际4 4、有关课程的几点具体要求：、有关课程的几点具体要求：作业：作业：笔记：笔记：到课率：到课率：推荐参考书：推荐参考书：物理化学（环境类）物理化学（环境类）李文斌李文斌 物理化学物理化学 概念辨析概念辨析 解题方法解题方法 范崇正等范崇正等物理化学（上、物理化学（上、中中、下）、下）胡英主编（华东理工大学）胡英主编（华东理工大学）物理化学（上、下册）物理化学（上、下册）朱文涛编朱文涛编物理化学中的公式与概念物理化

7、学中的公式与概念 朱文涛编朱文涛编 物理化学物理化学 韩德刚韩德刚 高执棣高执棣 高盘良（北大）高盘良（北大）Physical Chemistry MoorePhysical Chemistry(sixth edition)Atkins物理化学习题解答（上、下册）物理化学习题解答（上、下册）王文清等编（北大）王文清等编（北大）第二节第二节 基本概念基本概念一、系统一、系统(System)与环境与环境(surroundings)客观存在客观存在系统分类系统分类（1 1）敞开体系（）敞开体系（2 2）封闭体系）封闭体系（3 3）孤立体系）孤立体系例题例题：容器中进行如下化学反应：容器中进行如下化学

8、反应：这是什么体系？界面在什么位置？这是什么体系？界面在什么位置？如果上述反应是在恒容、绝热，不透光、不导如果上述反应是在恒容、绝热，不透光、不导电的容器中进行，它又是什么体系？电的容器中进行，它又是什么体系？二、状态和状态函数二、状态和状态函数状态状态：系统宏观性质的总和。：系统宏观性质的总和。状态函数状态函数：描述系统热力学性质的具体宏观参数。：描述系统热力学性质的具体宏观参数。如如n,T,p,Vn,T,p,V是系统的状态性质。是系统的状态性质。对单组分封闭体系，系统具有两个独立变量。对单组分封闭体系，系统具有两个独立变量。状态函数的性质状态函数的性质：1、只取决于系统状态而与如何获得状态

9、的过程无关，、只取决于系统状态而与如何获得状态的过程无关，即它为单值函数。即它为单值函数。重要应用：设计途径求解热力学问题重要应用：设计途径求解热力学问题状态函数法状态函数法3、凡是状态函数必须满足、凡是状态函数必须满足全微分。全微分。2、环积分为零，即当系统经一系列变化后回到原来、环积分为零，即当系统经一系列变化后回到原来状态时，系统的性质不变。状态时，系统的性质不变。三、过程与（过程的）途径三、过程与（过程的）途径 当系统和环境间发生物质或能量交换时，系统当系统和环境间发生物质或能量交换时，系统的性质随之发生变化，此时完成一个过程。的性质随之发生变化，此时完成一个过程。过程的分类过程的分类

10、按照系统内部物质变化分类按照系统内部物质变化分类简单物理过程：化学组成、聚集状态不变，只改变温简单物理过程：化学组成、聚集状态不变，只改变温度、压力、体积等参数。度、压力、体积等参数。复杂物理过程：包括相变、混合等复杂物理过程：包括相变、混合等化学过程：包括化学反应。化学过程：包括化学反应。按照过程进行的条件分类按照过程进行的条件分类等温过程等温过程等压过程等压过程等容过程等容过程绝热过程绝热过程循环过程循环过程区分过程与变化区分过程与变化四、广度量和强度量四、广度量和强度量广度量：广度量：物质的量的一次齐次函数，也称广延性质或物质的量的一次齐次函数，也称广延性质或容量性质。容量性质。强度量：

11、强度量：物质的量的零次齐次函数，物质的量的零次齐次函数，也称也称强度性质或强度性质或内定性质。内定性质。T、p、V 气体摩尔体积气体摩尔体积第三节第三节 热力学第一定律热力学第一定律功（功（W W）：除热以外，系统和环境之间传递的一切：除热以外，系统和环境之间传递的一切能量。热、功都是过程量。能量。热、功都是过程量。热（热（Q Q）：由于系统和环境之间存在的温度差而传：由于系统和环境之间存在的温度差而传递的能量。递的能量。热是过程量热是过程量。一、热、功和内能的概念一、热、功和内能的概念内能（内能（U）：）：系统内部储存的能量，它是系统内部储存的能量，它是状态函数状态函数。二、热力学第一定律二

12、、热力学第一定律例题例题：现将下图所示的连通器开关打开，使两种现将下图所示的连通器开关打开，使两种气体混合。若以整个连通器中的气体为体系？则气体混合。若以整个连通器中的气体为体系？则此过程中做功为多少？传热为多少？热力学能的此过程中做功为多少？传热为多少？热力学能的改变量为多少改变量为多少?热力学第热力学第定律定律 ，只适用于，只适用于(A)单纯状状态化单纯状状态化 (B)相变化相变化(C)化学变化化学变化 (D)封闭物系的任何变化封闭物系的任何变化关于热和功，下面的说法中，不正确的是关于热和功，下面的说法中，不正确的是 (A)功和热只出现于系统状态变化则过程中，只存在功和热只出现于系统状态变

13、化则过程中，只存在于系统和环境间的界面上于系统和环境间的界面上 (B)只有在封闭系统发生的过程中，功和热才有明确只有在封闭系统发生的过程中，功和热才有明确的意义的意义 (C)功和热不是能量，而是能量传递的两种形式，可功和热不是能量，而是能量传递的两种形式，可称之为被交换的能量称之为被交换的能量 (D)在封闭系统中发生的过程中，如果内能不变，则在封闭系统中发生的过程中，如果内能不变，则功和热对系统的影响必互相抵消功和热对系统的影响必互相抵消三、可逆过程和最大功三、可逆过程和最大功可逆过程：当系统沿原路返回时系统和环境同时恢复可逆过程：当系统沿原路返回时系统和环境同时恢复到原来的性质的过程。到原来

14、的性质的过程。可逆过程的数学描述：可逆过程的数学描述：关于热力学可逆过程，下面的说法中不正确的是关于热力学可逆过程，下面的说法中不正确的是 (A)可逆过程不一定是循环过程可逆过程不一定是循环过程 (B)在等温可逆过程中，系统做功时，系统损失的在等温可逆过程中，系统做功时，系统损失的能量最小能量最小 (C)在等温可逆过程中，环境做功时，系统得到的在等温可逆过程中，环境做功时，系统得到的功最小功最小 (D)可逆过程中的任何一个中间态都可从正反两个可逆过程中的任何一个中间态都可从正反两个方向到达方向到达例题例题将将n=2mol的的H2气气(设为理想气体设为理想气体)，分别经下列三，分别经下列三个过程

15、由状态个过程由状态298 K、2p 变到状态变到状态298 K、p ，请求，请求这三个过程中气体对外界作的功。这三个过程中气体对外界作的功。(a)向具有与气体相同体积的真空中自由膨胀；向具有与气体相同体积的真空中自由膨胀；(b)气体始终对抗恒定外压气体始终对抗恒定外压(p外外=p )等温膨胀；等温膨胀；(c)气体无摩擦准静态恒温膨胀。气体无摩擦准静态恒温膨胀。(a)气体向真空膨胀，气体向真空膨胀，p外外=0，故，故W=0，气体对外界，气体对外界不做功不做功平衡态满足的条件：平衡态满足的条件：系统内部处于热平衡系统内部处于热平衡系统内部处于力平衡系统内部处于力平衡系统内部处于相平衡系统内部处于相

16、平衡系统内部处于化学平衡系统内部处于化学平衡可逆过程由一系列连续的平衡态形成。可逆过程由一系列连续的平衡态形成。仅当系统与环境之间存在界面或可以人为划定界面仅当系统与环境之间存在界面或可以人为划定界面时，才能计算体积功。时，才能计算体积功。四、恒容热，恒压热，焓四、恒容热，恒压热，焓 化学反应热化学反应热1 1、定义、定义2 2、与热力学函数的联系和区别、与热力学函数的联系和区别数值虽然相等，但各自属性不变。数值虽然相等，但各自属性不变。凡是在孤立系统中进行的变化，其凡是在孤立系统中进行的变化，其 和和 的值的值一定是一定是 (A)(B)(C)(D)大于、小于或等于零不能确定大于、小于或等于零

17、不能确定解解：题目所示的过程为：题目所示的过程为例例2 p11 试设计由试设计由383K（即（即110）和）和101.325kPa，1kg水转变成水气时吸收的热量的计算步骤。水转变成水气时吸收的热量的计算步骤。相变是物质的聚集状态发生变化的过程，相变是物质的聚集状态发生变化的过程，温度所对应的饱和蒸气压温度所对应的饱和蒸气压压力所对应的沸点、凝固点等压力所对应的沸点、凝固点等 如气化、液化、熔化、凝固、升华、凝华、固体晶如气化、液化、熔化、凝固、升华、凝华、固体晶形转变等。通常相变过程是在等温等压下进行的，且无形转变等。通常相变过程是在等温等压下进行的，且无非体积功存在，故相变热为无非体积功的

18、等压热。非体积功存在，故相变热为无非体积功的等压热。解解：根据状态函数性质，根据状态函数性质，设计的过程如下：设计的过程如下：例题例题 lmol理想气体在理想气体在100时由时由0.025m3恒温可逆膨胀恒温可逆膨胀至至0.1m3，试计算，试计算Q、W、U及及H。解解：因为理想气体的内能和焓只是温度的函数，温度：因为理想气体的内能和焓只是温度的函数，温度不变内能和焓也不变。不变内能和焓也不变。第四节第四节 热化学热化学热化学方程式：热化学方程式：2、恒压反应热与恒容反应热的关系恒压反应热与恒容反应热的关系 关于焓的性质，下列说法中正确的是关于焓的性质，下列说法中正确的是 (A)焓是系统内含的热

19、能，所以常称它为热焓焓是系统内含的热能，所以常称它为热焓 (B)焓是能量，它遵守热力学第一定律焓是能量，它遵守热力学第一定律 (C)系统的焓值等于内能加体积功系统的焓值等于内能加体积功 (D)焓的增量只与系统的始末态有关焓的增量只与系统的始末态有关 此式适用于哪一个过程：此式适用于哪一个过程：(A)理想气体从理想气体从101325Pa反抗恒定的压力膨胀到反抗恒定的压力膨胀到10132.5Pa (B)在在0，101325Pa下，冰融化成水下，冰融化成水 (C)电解电解CuSO4的水溶液的水溶液 (D)气体从气体从(298K,101325Pa)可逆变化到可逆变化到(373K,10132.5Pa)解

20、解：反应后出现了气体，且：反应后出现了气体，且二、盖斯定律二、盖斯定律 在在恒恒压压或或恒恒容容下下，化化学学反反应应无无论论是是一一步步完完成成还是分几步完成，其热效应总是相同。还是分几步完成，其热效应总是相同。盖斯定律使用注意点盖斯定律使用注意点标准反应热标准反应热 一定温度下，由各自处于标准态下的反应物生成一定温度下，由各自处于标准态下的反应物生成处于标准态的产物时的焓变，称为标准反应热或称标处于标准态的产物时的焓变，称为标准反应热或称标准反应焓变。准反应焓变。标准生成热标准生成热 在在100kPa和一定温度下，由稳定单质生成和一定温度下，由稳定单质生成1mol化合物化合物B的标准摩尔焓

21、变，称为物质的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔生的标准摩尔生成焓，简称标准生成焓。成焓，简称标准生成焓。稳定单质的标准生成焓为零稳定单质的标准生成焓为零 2H2(g)+O2(g)2H2O(g)与物质的生成热有关的表述中不正确的是与物质的生成热有关的表述中不正确的是 (A)标准状态下单质的生成热都规定为零标准状态下单质的生成热都规定为零 (B)化合物的生成热一定不为零化合物的生成热一定不为零 (C)很多物质的生成热都不能用实验直接测定很多物质的生成热都不能用实验直接测定 (D)通常所使用的物质的标准生成热数据实际上通常所使用的物质的标准生成热数据实际上都是相对值都是相对值标准摩尔反应焓变计算标

22、准摩尔反应焓变计算反应：反应：2.离子生成热离子生成热 在在100kPa和一定温度下，由稳定单质生成和一定温度下，由稳定单质生成1mol溶液中的离子焓变，称为离子标准摩尔生成焓，简称溶液中的离子焓变，称为离子标准摩尔生成焓，简称离子生成焓。离子生成焓。四、反应热与温度的关系（基尔霍夫公式）四、反应热与温度的关系（基尔霍夫公式）解解：根据：根据一、自发过程的不可逆性一、自发过程的不可逆性第五节第五节 热力学第二定律热力学第二定律2、可逆过程的热温商与可逆过程的热温商与熵熵函数函数对于可逆热机对于可逆热机(卡诺循环卡诺循环)无限小的卡诺循环：无限小的卡诺循环：p对任意可逆循环：对任意可逆循环：熵是

23、表示系统中微观粒子混乱度的一个热力熵是表示系统中微观粒子混乱度的一个热力学函数，其符号为学函数，其符号为S。系统的混乱度愈大，熵愈大。系统的混乱度愈大，熵愈大。熵是广度性质的状态函数。熵的变化只与始熵是广度性质的状态函数。熵的变化只与始态、终态有关，而与途径无关。态、终态有关，而与途径无关。公式可以理解为，虽然一般地讲，吸公式可以理解为，虽然一般地讲，吸热热Q不是状态函数，但是可逆吸热与环境温度之不是状态函数，但是可逆吸热与环境温度之比却等于一个状态函数的增量。或者说，虽然比却等于一个状态函数的增量。或者说，虽然Q与途径有关，但是可逆吸热与环境温度之比却与途与途径有关，但是可逆吸热与环境温度之

24、比却与途径无关。径无关。根据根据Carnot定理定理推广到任意循环过程推广到任意循环过程3、不可逆过程的热温商、不可逆过程的热温商热力学第二定律热力学第二定律ClausiusClausius不等式不等式 封闭系统可逆过程的热温熵等于系统熵变，不可封闭系统可逆过程的热温熵等于系统熵变，不可逆过程热温熵小于系统熵变。逆过程热温熵小于系统熵变。3 3、熵判据、熵判据熵增加原理熵增加原理新系统为孤立系新系统为孤立系统或绝热系统。统或绝热系统。三、过程方向的判据三、过程方向的判据熵增加原理熵增加原理1 1、绝热过程、绝热过程2 2、孤立系统、孤立系统关于熵的说法正确的是关于熵的说法正确的是 (A)每单位

25、温度的改变所交换的热为熵每单位温度的改变所交换的热为熵 (D)可逆过程熵变为零可逆过程熵变为零 (C)不可逆过程熵将增加不可逆过程熵将增加 (D)熵与系统的微观状态数有关熵与系统的微观状态数有关在绝热条件下，迅速推动活塞压缩气筒内空气，此在绝热条件下，迅速推动活塞压缩气筒内空气，此过程的熵变过程的熵变 (A)大于零大于零 (B)小于零小于零 (C)等于零等于零 (D)无法确定无法确定一个很大的恒温箱中放着一段电阻丝。短时通电之一个很大的恒温箱中放着一段电阻丝。短时通电之后，电阻丝的熵变后，电阻丝的熵变 应为何值应为何值?(A)大于零大于零 (B)小于零小于零(C)等于零等于零 (D)不一定不一

26、定四、物理变化中熵变的计算四、物理变化中熵变的计算 1、系统温度变化时熵变的计算系统温度变化时熵变的计算等压过程等压过程等容过程等容过程2、理想气体等温过程的熵变理想气体等温过程的熵变解解：熵是状态函数，所以两过程的熵变相同。：熵是状态函数，所以两过程的熵变相同。3、相变过程的熵变相变过程的熵变解解：设计可逆过程如下：设计可逆过程如下 单位是单位是Jmol-1 K-1同一物态的物质，其分子中的原子数目或电子数目同一物态的物质，其分子中的原子数目或电子数目越多，分子结构越复杂，它的熵值一般也越大。越多，分子结构越复杂，它的熵值一般也越大。同一种物质同一种物质对气体来说，压力加大时熵值减小；对液体

27、和固体来对气体来说，压力加大时熵值减小；对液体和固体来说，压力改变时对它们的熵值影响不大。说，压力改变时对它们的熵值影响不大。温度升高时，熵值增加。如温度升高时，熵值增加。如HCl的的298K,186.8;500K,201.9;1000K,222.8/Jmol-1 K-1反应：反应：3、化学反应的熵变、化学反应的熵变 第六节第六节 吉布斯函数和赫母赫兹函数吉布斯函数和赫母赫兹函数 一一、吉布斯函数、吉布斯函数1、定义及其推导：、定义及其推导：氢气和氧气在绝热钢瓶中生成水氢气和氧气在绝热钢瓶中生成水(A)(B)(C)(D)氮气进行绝热可逆膨胀氮气进行绝热可逆膨胀(A)(B)(C)(D)二、吉布斯

28、函数变的计算二、吉布斯函数变的计算反应：反应：*三三、亥母赫兹函数、亥母赫兹函数1、定义及其推导：、定义及其推导：物理意义：在等温、等容、可逆情况下系统的亥母赫物理意义：在等温、等容、可逆情况下系统的亥母赫兹函数的减小等于系统所做的最大功。兹函数的减小等于系统所做的最大功。2、亥母赫兹函数判据：、亥母赫兹函数判据：四四、热力学函数间的基本关系、热力学函数间的基本关系1、热力学函数之间的关系、热力学函数之间的关系 2 2、热力学函数间的基本关系、热力学函数间的基本关系 无非体积功时，无非体积功时，3、对应系数关系、对应系数关系 第七节第七节 偏摩尔量、化学势偏摩尔量、化学势 关于偏摩尔量，下面的

29、说法中正确的是关于偏摩尔量，下面的说法中正确的是 (A)偏摩尔量的绝对值都可求算偏摩尔量的绝对值都可求算 (B)系统的容量性质才有偏摩尔量系统的容量性质才有偏摩尔量 (C)同一系统的各个偏摩尔量之间彼此无关同一系统的各个偏摩尔量之间彼此无关 (D)没有热力学过程就没有偏摩尔量没有热力学过程就没有偏摩尔量关于偏摩尔量，下面的叙述中不正确的是关于偏摩尔量，下面的叙述中不正确的是 (A)偏摩尔量是状态函数，其值与物质的数量无偏摩尔量是状态函数，其值与物质的数量无关关 (B)系统的强度性质无偏摩尔量系统的强度性质无偏摩尔量 (C)纯物质的偏摩尔量等于它的摩尔量纯物质的偏摩尔量等于它的摩尔量 (D)偏摩

30、尔量的数值只能为整数或零偏摩尔量的数值只能为整数或零二、化学势及其应用二、化学势及其应用1、化学势的定义、化学势的定义定义偏摩尔吉布斯函数为化学势。定义偏摩尔吉布斯函数为化学势。均相多组分体系的均相多组分体系的Gibbs公式（公式（p47）吉布斯函数判据对此式适用吉布斯函数判据对此式适用2、化学势的某些应用、化学势的某些应用（1）相变过程相变过程 （2）化学变化过程化学变化过程3、理想气体的化学势、理想气体的化学势(1)(1)纯物质的化学势纯物质的化学势(2)(2)理想气体的化学势理想气体的化学势第二章第二章 化学平衡和相平衡化学平衡和相平衡第一节第一节 化学反应等温式和化学反应的方向性化学反

31、应等温式和化学反应的方向性 一、化学反应等温式及其应用一、化学反应等温式及其应用对任意化学反应：对任意化学反应：讨论：讨论：1.反应达到平衡时，反应达到平衡时，反应商规则：反应商规则：讨论：讨论：2.反应处于任意状态时，反应处于任意状态时，等温方程等温方程思考：等温方程能否用于判断反应进行方向？思考：等温方程能否用于判断反应进行方向？其他计算方法：其他计算方法：在等温等压下，当反应的在等温等压下，当反应的 该反应能否进该反应能否进行？行？(A)能正向自发进行能正向自发进行 (B)能逆向自发进行能逆向自发进行 (C)不能判断不能判断 (D)不能进行不能进行理想气体反应理想气体反应CO(g)+2H

32、2(g)CH3OH(g)的的 与温与温度的关系为：度的关系为：若要使反应的平衡常数若要使反应的平衡常数 ，则应控制的反应温度：，则应控制的反应温度：(A)必须低于必须低于409.3 (B)必须高于必须高于409.3K (C)必须低于必须低于409.3K (D)必须等于必须等于409.3K第三节第三节 纯物质的两相平衡纯物质的两相平衡 克劳修斯克劳修斯克拉贝龙方程克拉贝龙方程一、克拉贝龙方程的推导一、克拉贝龙方程的推导二、克劳修斯二、克劳修斯克拉贝龙方程克拉贝龙方程 相律相律：研究平衡体系中相数、独立组分数与描述该平：研究平衡体系中相数、独立组分数与描述该平衡体系的变数之间的关系。衡体系的变数之

33、间的关系。相图相图：表示多相体系的状态如何随温度、浓度、压力：表示多相体系的状态如何随温度、浓度、压力等变量因素变化而改变的图形。等变量因素变化而改变的图形。第四节第四节 相律和相图相律和相图一、名词解释一、名词解释(2)自由度（独立变量）自由度（独立变量）f f：描述体系状态所需的独：描述体系状态所需的独立变量，这些独立变量在一定范围内变化而不导致立变量，这些独立变量在一定范围内变化而不导致体系中相数的变化，即无新相生成或旧相消失。体系中相数的变化，即无新相生成或旧相消失。(1)相数相数：体系中相的个数。溶液、气体、固体：体系中相的个数。溶液、气体、固体(3)相律相律设体系中有设体系中有S个

34、物种，个物种，个相平衡共存。则描述体系相个相平衡共存。则描述体系相平衡性质的变量有平衡性质的变量有T，p以及每一种物质在以及每一种物质在个相中的个相中的浓度，即浓度，即 R的求法：的求法：R=S-M（S M ）S：物种数：物种数 M：组成物质的化学元素种类数：组成物质的化学元素种类数表示平衡体系中各相组成所需的最少独立物种数表示平衡体系中各相组成所需的最少独立物种数二、单组分系统相图二、单组分系统相图水的相图水的相图1 1、相律分析与相图结构、相律分析与相图结构 3.3.曲线的斜率，冰点曲线的斜率，冰点冰点：由液态水转变为固态水的温度点。图中有无冰点：由液态水转变为固态水的温度点。图中有无数个

35、。数个。三、水三、水盐二组分系统相图盐二组分系统相图1 1、相律分析与相图结构、相律分析与相图结构 对于相律，下列的陈述中正确的是对于相律，下列的陈述中正确的是 (A)相律不适用于有化学反应的多相系统相律不适用于有化学反应的多相系统 (B)影响相平衡的只有强度因素影响相平衡的只有强度因素 (A)自由度为零意味着系统的状态不变自由度为零意味着系统的状态不变 (D)平衡的各相中，系统包含的每种物质都不缺少平衡的各相中，系统包含的每种物质都不缺少时相律才正确时相律才正确CaCO3(s)，CaO(s)，BaCO3(s)，BaO(s)及及CO2(g)构成的平衡物系，其组分数为构成的平衡物系，其组分数为

36、(A)2 (B)3 (C)4 (D)5第六节第六节 拉乌尔定律和亨利定律拉乌尔定律和亨利定律 一、拉乌尔定律和理想溶液一、拉乌尔定律和理想溶液拉乌尔定律：在一定温度下，稀溶液中溶剂的蒸气压拉乌尔定律：在一定温度下，稀溶液中溶剂的蒸气压pA等于纯溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压PA*乘以溶液中溶剂的物质的乘以溶液中溶剂的物质的量分数量分数xA。理想溶液：若溶液中的任一组分在全浓度范围内严格理想溶液：若溶液中的任一组分在全浓度范围内严格服从拉乌尔定律的溶液。服从拉乌尔定律的溶液。二、亨利定律二、亨利定律 在一定温度下，稀溶液中溶质的蒸汽分压与溶质在一定温度下，稀溶液中溶质的蒸汽分压与溶质的物质的量分

37、数成正比。的物质的量分数成正比。亨利定律使用注意事项：亨利定律使用注意事项：p75 低压下；稀溶液低压下；稀溶液两相同形；不解离两相同形；不解离气体分别适用气体分别适用常数的单位常数的单位STP：0，101.325kPa；1mol ，V=22.4L0时，在标准压力下近似为时，在标准压力下近似为STP 已知已知373K时液体时液体A的饱和蒸气压为的饱和蒸气压为133.24kPa，液体液体B的饱和蒸气压为的饱和蒸气压为66.62kPa。设。设A和和B形成理想溶形成理想溶液，当溶液中液，当溶液中A的物质的量分数为的物质的量分数为0.5时，在气相中时，在气相中A的物质的量分数为的物质的量分数为 (A)

38、1 (B)l2 (C)23 (D)13 在在300K时，液体时，液体A与与B部分互溶形成部分互溶形成和和两个平两个平衡相。在衡相。在相中相中A的物质的量为的物质的量为0.85，纯，纯A的饱和蒸气的饱和蒸气是是22kPa，在，在相中相中B物质的量为物质的量为0.89。将两层液相视为。将两层液相视为稀溶液，则稀溶液，则A的亨利常数为的亨利常数为 (A)25.88kPa (B)200kPa (C)170kPa (D)72l.2kPa第三章第三章 电化学电化学电化学电化学：研究化学现象与电现象之间相互转化的：研究化学现象与电现象之间相互转化的一门学科。一门学科。研究对象研究对象：电化学装置、化学能与电

39、能相互转化：电化学装置、化学能与电能相互转化的规律。的规律。电解质溶液的导电性。电解质溶液的导电性。环境工程中的应用环境工程中的应用：电解法处理废水、水质分析：电解法处理废水、水质分析与测定。与测定。一一.电解质溶液导电机理电解质溶液导电机理a.电极上发生反应电极上发生反应 阳极阳极 氧化反应氧化反应 阴极阴极 还原反应还原反应+)+)电池反应电池反应b.离子的定向移动离子的定向移动二二.法拉第电解定律法拉第电解定律第一节第一节 电解质溶液的导电机理及法拉第定律电解质溶液的导电机理及法拉第定律离子的定向迁移速率及其影响因素离子的定向迁移速率及其影响因素p80p80 电场强度电场强度 电场强度越

40、大速度越大。为了比较迁电场强度越大速度越大。为了比较迁移能力一般使用淌度移能力一般使用淌度 离子电荷数离子电荷数 电荷数越大速度越大。电荷数越大速度越大。溶液粘度溶液粘度 粘度越大速度越小。离子运动受阻。粘度越大速度越小。离子运动受阻。溶液浓度溶液浓度 浓度越大速度越小。离子氛影响浓度越大速度越小。离子氛影响 溶液温度溶液温度 温度越高速度越大。离子运动加速；温度越高速度越大。离子运动加速；粘度减小。粘度减小。第二节第二节 电导、电导率、摩尔电导率、电电导、电导率、摩尔电导率、电导测定和应用导测定和应用3、电导的测定及其应用、电导的测定及其应用方法原理：平衡电桥法测定电导池的电阻。方法原理：平

41、衡电桥法测定电导池的电阻。电导应用电导应用水中含盐量水中含盐量电导滴定电导滴定第三节第三节 可逆电池反应的电势可逆电池反应的电势电功电功最大非体积功最大非体积功Pt 1 1、氢电极、氢电极2、复合玻璃电极、复合玻璃电极(SiO2-Na2O-CaO)3、离子选择性电极、离子选择性电极4 4、甘汞电极、甘汞电极0.2415V甘汞电极电极电势甘汞电极电极电势饱和溶液饱和溶液饱和甘汞电极饱和甘汞电极标准甘汞电极标准甘汞电极0.2807V0.3337V四、电势的测定与应用四、电势的测定与应用单位长度的电压降：单位长度的电压降：待测电池的电动势为：待测电池的电动势为：测定测定应用应用1、pH值电位测定法值

42、电位测定法 2、电位滴定电位滴定 第四节第四节 不可逆电极过程不可逆电极过程记录记录电流数值电流数值电压数值电压数值一、一、分解电压等几个概念分解电压等几个概念对电解池：当外加电压到分解电压时，电解开始。对电解池：当外加电压到分解电压时，电解开始。对电极：当电极电势达到对应离子的对电极：当电极电势达到对应离子的“析出电势析出电势”时，时，电极反应开始。电极反应开始。IR欧姆降欧姆降浓差极化浓差极化电化学极化电化学极化延迟放电延迟放电 2H+2e=2H延迟复合延迟复合 2H=H2 产生超电压（势）的原因：极化产生超电压（势）的原因：极化二、二、电解产物的析出顺序电解产物的析出顺序阴极反应阴极反应

43、（还原反应）（还原反应）Mn+ne=M 2H+2e=H2析出电势析出电势由高到低由高到低阳极反应阳极反应（氧化反应）（氧化反应）M=Mn+ne 2X-=X2+2e析出电势析出电势由低到高由低到高金属在阴极上的超电金属在阴极上的超电势势除锌除锌(0.02一一0.03V)及铁、钻、及铁、钻、镍之外，其他的超电镍之外，其他的超电势很小，可用理论电极电势代替。势很小，可用理论电极电势代替。阴极大致规律阴极大致规律：H H+在在K K+、CaCa2+2+、NaNa+、MgMg2+2+、AlAl3+3+的溶的溶液中析出氢气，其余析出金属。液中析出氢气，其余析出金属。阳极阳极大致归律大致归律：含氧酸根一般不

44、放电，一般析出氧气。含氧酸根一般不放电，一般析出氧气。电解卤化物、硫化物，一般析出卤素、硫。电解卤化物、硫化物，一般析出卤素、硫。存在可溶解金属，金属溶解。存在可溶解金属，金属溶解。第五节第五节 电解过程在水处理中的应用电解过程在水处理中的应用 空气空气气气-液液界面界面液液-液液界面界面玻璃板玻璃板液液-固界面固界面镀层Cr铁管铁管固固-固界面固界面第四章第四章 表面现象表面现象第一节第一节 比表面、表面吉布斯函数比表面、表面吉布斯函数和表面张力和表面张力 比表面比表面 单位体积或单位质量的物质所具有的表面积。单位体积或单位质量的物质所具有的表面积。用用S表示。表示。表面吉布斯函数和表面张力

45、表面吉布斯函数和表面张力表面张力（表面张力（）：沿着物体表面，垂直作用于单位长：沿着物体表面，垂直作用于单位长度上的紧缩力。度上的紧缩力。BACK第二节第二节 表面热力学表面热力学 高度分散的系统，其吉布斯函数为高度分散的系统，其吉布斯函数为BACK润湿定义润湿定义液体滴到固体上，能在固体表面铺展成一层薄层，液体滴到固体上，能在固体表面铺展成一层薄层，习惯上称该固体能被液体润湿；习惯上称该固体能被液体润湿；第三节第三节 润湿现象和浮选润湿现象和浮选 一一、液体对固体表面的润湿作用液体对固体表面的润湿作用润湿的量度：润湿角（接触角）润湿的量度：润湿角（接触角）在在g、l、s三相交界处，三相交界处

46、，g-l界面与界面与l-s界面之间界面之间（包含液体）的夹角。（包含液体）的夹角。讨论：讨论：（1）润湿，）润湿，900，G900，G0。结论：二者均自发。结论：二者均自发。二、液体和气体对固体表面的润湿二、液体和气体对固体表面的润湿 在亲水物体表面：气体收缩，液体铺展。在亲水物体表面：气体收缩，液体铺展。在憎水物体表面：气体铺展，液体收缩。在憎水物体表面：气体铺展，液体收缩。接触角互补。接触角互补。应用：选矿、油水分离应用：选矿、油水分离BACK第四节第四节 气体在固体表面的吸附气体在固体表面的吸附 吸附吸附：物质在相界面上浓度发生自动变化的过程。：物质在相界面上浓度发生自动变化的过程。吸附

47、平衡吸附平衡：吸附量吸附量：在一定温度下，达到吸附平衡时，单位质量：在一定温度下，达到吸附平衡时，单位质量的吸附剂所吸附的被吸附物质的多少。的吸附剂所吸附的被吸附物质的多少。一、物理吸附与化学吸附一、物理吸附与化学吸附物理吸附：固体表面分子与气体分子的吸附力是范德物理吸附：固体表面分子与气体分子的吸附力是范德华力。华力。化学吸附：固体表面分子与气体分子的吸附力是化学化学吸附：固体表面分子与气体分子的吸附力是化学键。在吸附过程中可有电子转移、原子重排、化学键键。在吸附过程中可有电子转移、原子重排、化学键的破坏和形成等，化学吸附类似于化学反应。的破坏和形成等，化学吸附类似于化学反应。物理吸附物理吸

48、附化学吸附化学吸附吸附力吸附力范德华力范德华力剩余化学键剩余化学键吸附分子层吸附分子层多或单分子层多或单分子层单分子层单分子层选择性选择性无无明显明显吸附热吸附热小（小（2-4万万Jmol-1）大大(4-40万万Jmol-1)吸附速度吸附速度快快(活化能小活化能小)慢慢二、等温吸附规律二、等温吸附规律 对封闭系统吸附量不仅与吸附剂和被吸附物质的对封闭系统吸附量不仅与吸附剂和被吸附物质的本性有关，还与系统的温度及压力等有关。当吸附剂本性有关，还与系统的温度及压力等有关。当吸附剂和吸附质一定时，吸附量可表示为：和吸附质一定时，吸附量可表示为：几种吸附等温线几种吸附等温线1、Freundlich吸附

49、公式吸附公式 ：吸附量，吸附量，cm3/gk，n是与温度、体是与温度、体系有关的常数。系有关的常数。2、Langmuir吸附等温式吸附等温式假设：假设：(1)单分子层吸附单分子层吸附(2)被吸附分子之间无相互作用被吸附分子之间无相互作用(3)固体表面是均匀的，各处吸附能力相同固体表面是均匀的，各处吸附能力相同(4)吸附平衡是动态平衡吸附平衡是动态平衡这公式称为这公式称为 Langmuir吸附等温式。吸附等温式。达到平衡时，吸附与脱附速率相等。达到平衡时，吸附与脱附速率相等。BACK一一 溶液的表面张力和表面活性物质溶液的表面张力和表面活性物质溶液的存在表面张力溶液的存在表面张力影响溶液表面张力

50、的物质影响溶液表面张力的物质纯液体的表面张力，在一定压力温度下是定值。纯液体的表面张力，在一定压力温度下是定值。溶液表面张力随溶液浓度溶液表面张力随溶液浓度NaCl、Na2SO4等无机盐等无机盐醇类、有机酸、醛类、醇类、有机酸、醛类、醚类、酯类等醚类、酯类等表面活性物质表面活性物质第五节第五节 溶液表面溶液表面表面活性物质表面活性物质 A A、结构、结构 2.2.非离子型非离子型表表面面活活性性剂剂1.1.离子型离子型阳离子型阳离子型阴离子型阴离子型两性型两性型B、类型、类型二、特洛贝规则二、特洛贝规则 正脂肪酸、醇类、醛类、等短烃链的表面活性剂，正脂肪酸、醇类、醛类、等短烃链的表面活性剂，其