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1、 1College of Chemistry,Sichuan University物理化学Physical Chemistry 2College of Chemistry,Sichuan University绪论绪论 物理化学学科概述物理化学学科概述 0.1 物理化学的目的和内容物理化学的目的和内容 0.2 物理化学的研究方法物理化学的研究方法 0.3 物理化学的建立与发展物理化学的建立与发展 0.4 近代化学发展的趋势和特点近代化学发展的趋势和特点 0.5 物理化学课程的学习方法物理化学课程的学习方法 3College of Chemistry,Sichuan University 0.1
2、物理化学的目的和内容物理化学物理化学 从研究化学现象和物理现象之间的相互联系从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。在实入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理学中的方法。验方法上主要采用物理学中的方法。一一 什么是物理化学什么是物理化学化学反应总伴随着物理现象，物理作用会引发化学反应，如：化学反应总伴随着物理现象，物理作用会引发化学反应，如：吸光度改变吸光度改变电导改变电导改变 4College of Chemistry,Sichuan University 0.1 0.1 物理化学的目的和内容研究对象：宏观化学反应体
3、系研究对象：宏观化学反应体系实验方法：物理学的热、力、电、光、磁学等方法实验方法：物理学的热、力、电、光、磁学等方法理论基础：物理学的基础理论理论基础：物理学的基础理论目目 的：物理化学主要是为了解决生产实际和科的：物理化学主要是为了解决生产实际和科 学实验中向化学提出的理论问题，研究学实验中向化学提出的理论问题，研究 化学反应遵循的普遍规律及定量关系，化学反应遵循的普遍规律及定量关系，揭示化学变化的本质。揭示化学变化的本质。5College of Chemistry,Sichuan University 0.1 0.1 物理化学的目的和内容1.1.化学变化的方向和限度问题化学变化的方向和限度
4、问题2.2.化学反应的速率和机理问题化学反应的速率和机理问题3.3.物质的性质与其结构之间的关系问题物质的性质与其结构之间的关系问题二二 物理化学研究的主要内容物理化学研究的主要内容 6College of Chemistry,Sichuan University 0.1 物理化学的目的和内容1.化学反应的方向和限度化学反应的方向和限度 一定反应条件下，化学反应的方向，反应的限度，反应的一定反应条件下，化学反应的方向，反应的限度，反应的过程能量的变化，条件变化的影响等。过程能量的变化，条件变化的影响等。化学热力学化学热力学例：例：298K,298K,P P下下 石墨石墨(S)(S)金刚石金刚石
5、(S)(S)298K,298K,1500015000P P下下 石墨石墨(S)(S)金刚石金刚石(S)(S)298K,298K,P P下下 CHCH3 3OH(g)HCHO(g)+HOH(g)HCHO(g)+H2 2(g)(g)298K,298K,P P下下 CHCH3 3OH(g)+1/2OOH(g)+1/2O2 2HCHO(g)+HHCHO(g)+H2 2O(g)O(g)部分氧化脱氢部分氧化脱氢 7College of Chemistry,Sichuan University 0.1 物理化学的目的和内容2.化学反应的速率和机理化学反应的速率和机理 一定反应条件下化学反应的反应速率和反应的
6、微观过程，一定反应条件下化学反应的反应速率和反应的微观过程，条件对速率和机理的影响。条件对速率和机理的影响。化学动力学化学动力学例：例：298K,298K,P P下下 H H2 2(g)+1/2O(g)+1/2O2 2(g)H(g)H2 2O(l)O(l)热力学趋势极大，但速率极慢热力学趋势极大，但速率极慢升温或使用升温或使用PtPt催化剂，速率加快催化剂，速率加快298K,298K,P P下下 CHCH3 3OH(g)HCHO(g)+HOH(g)HCHO(g)+H2 2(g)(g)热力学趋势极大，但速率极慢热力学趋势极大，但速率极慢升温并使用升温并使用V V催化剂，可加快反应催化剂，可加快反
7、应例：例：8College of Chemistry,Sichuan University 0.1 物理化学的目的和内容3.物质的性质与其结构之间的关系物质的性质与其结构之间的关系 -结构化学结构化学本课程主要学习本课程主要学习第第1 1和第和第2 2部分部分内容，内容，第第3 3部分另设课程。部分另设课程。9College of Chemistry,Sichuan University（1）遵循）遵循“实践实践理论理论实践实践”的认识过程，分别的认识过程，分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一般，般，再从一般推理到个别的思维过程。再从一般
8、推理到个别的思维过程。（2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有：）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有：热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。0.2 物理化学的研究方法 10College of Chemistry,Sichuan University一一.热力学方法：热力学方法：0.2 物理化学的研究方法v 以众多质点组成的以众多质点组成的宏观体系宏观体系作为研究对象，以两个作为研究对象，以两个经典经典 热力学定律热力学定律为基础。为基础。v 用体系的用体系的宏观性质宏观性质（热力学函数）描述体系的宏观状（热力学函数）描述体系的宏观状 态，由态，由
9、宏观性质的变化宏观性质的变化描述体系从始态到终态的宏观描述体系从始态到终态的宏观 变化的规律。变化的规律。宏观性质包括：宏观性质包括：实验可测量：实验可测量：压力压力p，温度，温度T，体积，体积V，热容热容C等。等。导出的热力学量：导出的热力学量：焓焓H，熵，熵S，Gibbs函数函数G 等。等。11College of Chemistry,Sichuan University 0.2 物理化学的研究方法v 经典热力学方法只适用于平衡体系。经典热力学方法只适用于平衡体系。v 热力学方法的特点：热力学方法的特点：宏观方法，不涉及物质的微观结构，只考虑变化的宏观方法，不涉及物质的微观结构，只考虑变化
10、的始态和终态，不涉及变化的细节（机理），也不涉及变始态和终态，不涉及变化的细节（机理），也不涉及变化的速率；处理问题方便、简洁、结论可靠，普遍适用。化的速率；处理问题方便、简洁、结论可靠，普遍适用。v 热力学方法的局限性：热力学方法的局限性：只能认识现象，但无法解释现象和现象变化的快慢。只能认识现象，但无法解释现象和现象变化的快慢。12College of Chemistry,Sichuan University二二.统计力学方法：统计力学方法：0.2 物理化学的研究方法 用用概率规律概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的平均结计算出体系内部大量质点微观运动的平均结果，从而解释宏观现象并能计
11、算一些热力学的宏观性质。果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的宏观性质。三三.量子力学方法：量子力学方法：用用量子力学的基本方程量子力学的基本方程（SchrSchr dingerdinger方程）求解组成方程）求解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从而指示物性与体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从而指示物性与结构之间的关系。结构之间的关系。13College of Chemistry,Sichuan University 0.3 物理化学的建立与发展十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化 定律。俄国科学家罗蒙诺 索夫最早使用“物理化学”这 一术语。14College of C
12、hemistry,Sichuan University 0.3 物理化学的建立与发展物理化学的建立与发展十九世纪中叶形成：1887年俄国科学家W.Ostwald （18531932）和荷兰科学家 J.H.vant Hoff（18521911）合办了第一本“物理化学杂志”（德文）。15College of Chemistry,Sichuan University 0.3 物理化学的建立与发展物理化学的建立与发展二十世纪迅速发展：新测试手段和新的数据处理方 法不断涌现，形成了许多新的 分支学科，如：热化学，化学 热力学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化学动 力学，催化作用，量子化学和 结构
13、化学等。16College of Chemistry,Sichuan University 0.4近代化学的发展趋势和特点近代化学的发展趋势和特点(1)从宏观到微观(2)从体相到表相(3)从定性到定量(4)从单一学科到交叉学科(5)从研究平衡态到研究非平衡态 17College of Chemistry,Sichuan University 0.4近代化学的发展趋势和特点近代化学的发展趋势和特点 单用宏观的研究方法是不够的，只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。(1)从宏观到微观 18College of Chemistry,Sichuan U
14、niversity 0.4近代化学的发展趋势和特点近代化学的发展趋势和特点 在多相体系中，化学反应总是在表相上进行，随着测试手段的进步，了解 表相反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。(2)从体相到表相 19College of Chemistry,Sichuan University 0.40.4 近代化学的发展趋势和特点近代化学的发展趋势和特点近代化学的发展趋势和特点近代化学的发展趋势和特点 随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数据处理的时间，并可进行人工模拟和自动记录，使许多以前只能 做定性研究的课题现在可进行定量监测。(3)从定性到定量 20College of Chemist
15、ry,Sichuan University 0.4近代化学的发展趋势和特点近代化学的发展趋势和特点 化学学科与其他学科以及化学内部更进一步相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的交叉科学，如生物化学、地球化学、天体化学、计算化学、金属有机化学、物理有机化学等。(4)从单一学科到交叉学科 21College of Chemistry,Sichuan University 0.4近代化学的发展趋势和特点近代化学的发展趋势和特点 经典热力学只研究平衡态和封闭体系或孤立体系，然而对处于非平衡态的开放体系的研究更具有实际意义，自1960年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学科分支。(5)从研究平衡态到
16、研究非平衡态 22College of Chemistry,Sichuan University 0.5 物理化学课程的学习方法 认知规律认知规律:实验实验-问题问题-理论理论-解释解释,预测预测2.2.正确掌握并运用基本概念正确掌握并运用基本概念;4.4.多做习题，学会解题方法多做习题，学会解题方法;5.5.课前自学，课后复习，勤于思考，善于总结、归纳，培课前自学，课后复习，勤于思考，善于总结、归纳，培 养自学和独立工作的能力；养自学和独立工作的能力；基基 础础 理理 论论 课课掌掌 握握 基基 础础 理理 论论 知知 识识学学 习习 科科 学学 思思 维维 方方 法法提提 高高 科科 研研
17、 综综 合合 素素 质质1.1.重视各个学习环节重视各个学习环节(听课听课,笔记笔记,复习复习,习题习题,考试等考试等););3.3.准确理解并使用数学关系式准确理解并使用数学关系式,自己动手推导公式自己动手推导公式;6.6.综合考评（考勤，平时作业，半期考试，期末考试等）。综合考评（考勤，平时作业，半期考试，期末考试等）。23College of Chemistry,Sichuan University参 考 书沈文霞等，沈文霞等，物理化学物理化学（上、下册），第五版，（上、下册），第五版，北京，高教出版社，北京，高教出版社，2008年年胡英主编，面向胡英主编，面向21世纪课程教材，世纪课程教材，物理化学物理化学，第五版，北京，高教出版社，第五版，北京，高教出版社，2007年年韩德刚等，面向韩德刚等，面向21世纪课程教材，世纪课程教材，物理化学物理化学，北京，高教出版社，北京，高教出版社，2002年年P.W.Atkins,“Physical Chemistry”,seventh ed.Oxford Univ.Press.2002