物理化學(xué)緒論課件

1、 緒 論一、物理化學(xué)的研究內(nèi)容二、物理化學(xué)在環(huán)境保護(hù)工作中的重要性三、物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法四、物理量的表示和運算五、理想氣體1物理化學(xué) 王海榮 主編2016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編 緒 論化學(xué)無機化學(xué)分析化學(xué)有機化學(xué)物理化學(xué)材料化學(xué)高分子化學(xué)物理化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的一個分支一、物理化學(xué)的研究內(nèi)容物理化學(xué) 指從研究化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系入手，采用物理學(xué)中的儀器和方法，探求化學(xué)變化、相變化以及簡單p、V、T變化中具有普遍性的基本規(guī)律，了解物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系。物理化學(xué) 王海榮 主編2016/3/213物理化學(xué) 王海榮 主編2016/3/214一、物理化學(xué)的研究內(nèi)容化學(xué)反

2、應(yīng)原子、分子間的分離與組合熱電光磁溫度變化壓力變化體積變化化學(xué)密不可分狀態(tài)變化熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)是物理學(xué)的重要分支物理學(xué)物理現(xiàn)象化學(xué)現(xiàn)象用物理學(xué)的理論和實驗方法研究化學(xué)變化及其伴隨的物理變化 的本質(zhì)與規(guī)律物理化學(xué)一、物理化學(xué)的研究內(nèi)容物理化學(xué) 王海榮 主編2016/3/215物理化學(xué) 王海榮 主編化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動力學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)兩個基本定律化學(xué)平衡相平衡宏觀動力學(xué)微觀動力學(xué)電化學(xué)表面與膠體化學(xué)多組分系統(tǒng)62016/3/21一、物理化學(xué)的研究內(nèi)容二、物理化學(xué)的重要性 化學(xué)與材料化學(xué)與環(huán)境化學(xué)與能源化學(xué)與生活化學(xué)與生命學(xué)科的交叉與滲透72016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編 物理化學(xué)主要是為了解

3、決生產(chǎn)實際和科學(xué)實驗中向化學(xué)提出的理論問題，揭示化學(xué)變化的本質(zhì)，更好地駕馭化學(xué)，使之為生產(chǎn)實際服務(wù)。物理化學(xué) 王海榮 主編2016/3/21二、物理化學(xué)的重要性8物理化學(xué) 王海榮 主編 水質(zhì)監(jiān)測、大氣監(jiān)測、水質(zhì)處理、空氣凈化處理、土壤修復(fù)，等環(huán)境問題的解決，離不開物理化學(xué)的有關(guān)理論和技術(shù)。二、物理化學(xué)的重要性92016/3/21（1）遵循“實踐理論實踐”的認(rèn)識過程，分別采用歸納法和演繹法，即從眾多實驗事實概括到一般， 再從一般推理到個別的思維過程。（2）綜合應(yīng)用微觀與宏觀的研究方法，主要有：熱力學(xué)方法、統(tǒng)計力學(xué)方法和量子力學(xué)方法。三、物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法物理化學(xué)的研究方法102016/3/21物

4、理化學(xué) 王海榮 主編熱力學(xué)方法：三、物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法 以眾多質(zhì)點組成的宏觀體系作為研究對象，以兩個經(jīng)典熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)，用一系列熱力學(xué)函數(shù)及其變量，描述體系從始態(tài)到終態(tài)的宏觀變化，而不涉及變化的細(xì)節(jié)。經(jīng)典熱力學(xué)方法只適用于平衡體系。112016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編統(tǒng)計力學(xué)方法：三、物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法 用概率規(guī)律計算出體系內(nèi)部大量質(zhì)點微觀運動的平均結(jié)果，從而解釋宏觀現(xiàn)象并能計算一些熱力學(xué)的宏觀性質(zhì)。122016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編三、物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法(1) 體會邏輯推理的思維方法，注意推理過程中引入的條件關(guān)系。(2) 注重有關(guān)理論和公式的應(yīng)用條件和應(yīng)用方法。(3)重視

5、實驗，理論和實踐有機結(jié)合，分析現(xiàn)象，查證規(guī)律。(4)課前自學(xué)，課后復(fù)習(xí)，勤于思考，培養(yǎng)自學(xué)和獨立工作的能力。132016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編142016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編四、物理量的表示與運算什么是物理量？ 凡是可以定量地描述的物理現(xiàn)象都是物理量，如溫度、壓力和體積等。 物理量一般都是可測的量，且具有可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運算的特性，可以用數(shù)學(xué)公式表示。 同一類物理量可以相加減，不同類物理量可以相乘除。 152016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編物理量的表示用單個斜體的拉丁字母或希臘字母表示。例如:壓力體積溫度熱力學(xué)能熵質(zhì)量黏度密度化學(xué)勢能量反應(yīng)進(jìn)度活度因子四、物理量的表示與

6、運算162016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編四、物理量的表示與運算 單位的表示一般用小寫正體的拉丁字母表示。例如:秒千克摩爾立方分米立方米JouleVoltPascal如果單位來自人名，則第一個字母用大寫。例如：Kelvin米表格中的物理量 表格中用純數(shù)表示，在表頭中用物理量與其單位的比值表示 實驗編號 1 100 22.7 2 50 45.4四、物理量的表示與運算172016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編坐標(biāo)中的物理量 坐標(biāo)軸是數(shù)軸，坐標(biāo)軸也要用物理量與其單位的比值表示 V/dm3p/kPa5022.710025.4四、物理量的表示與運算182016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編物理

7、量的運算。例：在運算物理量的方程時，必須代入完整的物理量。 設(shè)有1 mol 理想氣體，在298 K和100 kPa時，要計算氣體所占有的體積。已知方程代表物理量之間的關(guān)系數(shù)值和單位都要運算四、物理量的表示與運算192016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編若所有量全部用SI單位，運算式可以簡單一點四、物理量的表示與運算202016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編 氣體和液體統(tǒng)稱為流體。液態(tài)和固態(tài)稱作凝聚態(tài)。 氣體具有擴(kuò)散性和可壓縮性，同時也表現(xiàn)出無限膨脹性和無限摻混性。氣體沒有固定的體積和形狀，將一定量的氣體引入任何容器中，氣體分子隨即向各個方向擴(kuò)散，并均勻充滿整個容器的空間。不同種的氣體能以任

8、意比例相互均勻混合。五、理想氣體212016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編低壓氣體的經(jīng)驗定律Boyle 定律 1662年 低壓下,保持溫度和氣體物質(zhì)的量不變時,氣體體積和壓力成反比.即 pV=常數(shù) Charles-Gay-Lussac 定律 1787-1802年 等壓下,一定量氣體體積與熱力學(xué)溫度成正比.即 V/T=常數(shù)Avogadro 定律 1811年 相同溫度和壓力時,相同體積的任何氣體所含分子數(shù)相同.即 V/N=常數(shù) n=N*L L稱為Avogadro常數(shù) 6.02*1023222016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編理想氣體的微觀模型 理想氣體分子之間的相互作用可忽略不計 即內(nèi)壓力為

9、零 理想氣體分子的自身體積可忽略不計 即只考慮氣體總體所占體積 高溫和低壓下的氣體近似可看作理想氣體 難液化的氣體適用的壓力范圍較寬 例如, 在較大的壓力范圍內(nèi)都可以作為理想氣體處理232016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編五、理想氣體理想氣體的狀態(tài)方程 聯(lián)系p, V, T 三者之間關(guān)系的方程稱為狀態(tài)方程摩爾氣體常量242016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編五、理想氣體理想氣體的摩爾氣體常量的準(zhǔn)確數(shù)值可以由實驗測定。在不同溫度下時，當(dāng)同一數(shù)值在101325 Pa 和 273.15 K 的條件下(SPT) V m=22.413L252016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編理想氣體混合物 若干

10、種理想氣體混合在一起，形成均勻的氣體混合物，每種氣體都符合狀態(tài)方程262016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編混合物組成表示法1. B 的摩爾分?jǐn)?shù)稱為組分B的摩爾分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)單位為1混合物中所有組分的物質(zhì)的量之和表示與液相平衡的氣相中B的摩爾分?jǐn)?shù)272016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編混合物組成表示法2. B 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為1B組分的質(zhì)量混合物中所有物質(zhì)的質(zhì)量之和282016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編Dalton 分壓定律B的分壓等于相同T，V 下其單獨存在時的壓力一定T，V 下，混合理想氣體的總壓等于各組分相同T，V 下分壓之和 原則上，該定律只適用于理想氣

11、體292016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編真實液體的飽和蒸氣壓在密閉容器內(nèi)和一定溫度下當(dāng)蒸發(fā)與凝聚的速率相等時達(dá)到氣-液平衡，蒸氣的壓力稱為該液體在該溫度時的飽和蒸氣壓。理想氣體在任何T，p 下都不能被液化真實氣體在降溫或加壓下，有可能被液化加熱密閉容器中的液體，不可能觀察到沸騰現(xiàn)象。302016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編液體的飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓是物質(zhì)的性質(zhì)，隨溫度的上升而增加 在敞口容器中加熱液體，當(dāng)蒸氣的壓力等于外壓時，液體沸騰，這時的溫度稱為沸點。 飽和蒸氣壓大的液體，其沸點較低 常見液體在不同溫度下的飽和蒸氣壓可以查表。降低外壓，其沸點也隨之降低。 正常沸點：外壓為一個大氣

12、壓即101.325 kPa 時的沸點312016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編臨界狀態(tài) 隨著溫度升高，飽和蒸氣壓變大，氣體的密度不斷變大這種狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)這時氣-液界面消失，液體和氣體混為一體在該溫度之上無論用多大壓力，都無法使氣體液化 隨著溫度升高，液體由于受熱膨脹，其密度不斷變小 達(dá)到某溫度時，氣體的密度等于液體的密度溫度為臨界溫度322016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài)時的參數(shù)稱為臨界參數(shù)，如 高于臨界狀態(tài)的物系，既具有液體性質(zhì)，又具有氣體性質(zhì)，稱為超臨界流體超臨界流體 超臨界流體具有液體一樣的溶解能力 超臨界流體具有氣體一樣的擴(kuò)散速度 如 超臨界流體在萃取和合成方面用途很廣332016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編真實氣體的狀態(tài)方程 Van der Waals 方程van der Waals（18371923） 荷蘭物理學(xué)家 1873年，他最先假設(shè)原子間和分子間存在某種吸引力，后來被稱為Vander Waals力。1881年，得出Vander Waals方程 1910年，因研究氣態(tài)和液態(tài)方程成績顯著，獲諾貝爾物理學(xué)獎 342016/3/21物理化學(xué) 王海榮 主編真實氣體的狀態(tài)方程 Vander Waals 對理想氣體