物理化学 药学基础(2)

1、 物物 理理 化化 学学 Physical Chemistry 物理化学多媒体课件物理化学多媒体课件 刘洋刘洋绪论化学无机化学有机化学物理化学分析化学化学热力学化学动力学结构化学量子化学电化学表面化学一、物理化学的任务和内容v什么是物理化学v化学现象与物理现象的联系化学反应伴随发生影响物理现象物理化学由此联系出发研究化学反应的普遍规律v物理化学的研究方法（理论基础、试验方法、数学演示）(一) 物理化学的任务和内容（1）化学热力学：方向、限度、能量转换、宏观性质（2）化学动力学：反应速率及机理（3）物质结构：宏观性质与微观结构的关系（二）（二）物理化学的学习方法第一章 热力学第一定律v化学热力学

2、研究的内容v热力学的特点： 第一节 热力学概论研究对象是宏观的研究方法是宏观的不涉及时间这个变量第二节 热力学基本概念v定义：系统研究对象（也成体系） 环境与系统有相互作用的外界v系统的分类：一、系统与环境系统敞开系统（开放系统）封闭系统孤立系统v定义：状态 平衡态v平衡态包括的具体内容：二、热力学平衡态平衡态热平衡力学平衡相平衡化学平衡v定义：由系统状态确定的系统的各种热力学性质v特点：（1）是状态的单值函数 （2）改变化量决定于初末状态 （3）状态函数的微小变化在数学上是全微分三、状态函数与状态方程（一）状态函数单位：单位：p Pa、V m3、T K n mol、R J mol-1 K-1

3、 R 摩尔气体常数摩尔气体常数 R 8.314510 J mol-1 K-1 pV = nRT（二）状态方程理想气体状态方程也可表示为：理想气体状态方程也可表示为：pVm=RTpV = (m/M)RT以此可相互计算以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)v按系统初末状态变化四、过程与途径简单状态变化过程：（即P、V、T）相变化过程：相变、混合等化学变化过程：v按变化条件的不同等温过程：T1=T2=T环等压过程：P1=P2=P环等容过程：V绝热过程：循环过程：v定义：v符号：vQ和W是过程量：五、热和功由于温度不同而在系统与环境之间传递的能量，称为热。Q除热以外，在系

4、统与环境之间传递的能量，称为功。W系统吸热：Q0 系统放热：Q0系统对环境作功：W0 环境对系统作功：W0v系统的能量 六、热力学能动能势能机械能定义、意义也称热力学能，U（1）内能是系统的性质，或者称状态函数（2）没有绝对值内能第三节 热力学第一定律v定律：v数学表达式：一、热力学第一定律能量守恒，表述方式很多（第一永动机不可能）U=U2-U1=Q+W使用于非敞开系统二 功的计算v（一）功的分类W功体积功（ ）非体积功（ ）W电功表面功光轴功（二）体积功怎么算dVPW外21VVdVPW外dv外P系统、v若体积膨胀或压缩dV（即V V+dV）则（1）环境压力做被积函数（2）此式中的W与热力学表

5、达式中的W不同（3）具体过程的体积功21VVdVPW外VPW外0W等外压过程等压过程自由膨胀等容过程理想气体等温可逆过程VPW0W12lnVVnRTW 1、理想活塞2、外界压强与系统压强无限接近v例题例题1、用管道输送天然气，当输送压力为、用管道输送天然气，当输送压力为200kPa，温度为，温度为25时，管道内天然气的密度为多少？假设天然气可看作是时，管道内天然气的密度为多少？假设天然气可看作是纯的甲烷。纯的甲烷。解：解：由题可知由题可知P=200103Pa、T=25+273.15K、M=16.0410-3kg.mol-1 =m/V m=nM V=nRT/p3113133.294.1)15.2

6、7325(.314.8.1004.1610200/mkgKKmolmPamolkgPaRTpM得例题2：今有2mol H2，起始体积为1510-3m3，若在恒定温度298.2K时，经下列过程膨胀至体积为5010-3m3，试计算个过程的功W。（H2可视为理想气体）（1）自由膨胀（2）反抗恒定外压100kPa膨胀（3）可逆膨胀解：（1）自由膨胀：W=0 （2）恒定外压膨胀：JJVVPWe350010)1550(10100)(3312（3）可逆膨胀：JVVnRTVVnRTW59695015ln2 .298318. 82lnln2112UQV一、等容热：第五节 焓 二、等压热和焓：二、等压热和焓：H

7、= U + pV焓是状态函数、容量性质、J无物理意义无物理意义H = H (T，p)定义：WUQ)(、WVpUQp、）（WpVWpVUU)(、WHQp等压：条件：等压HQpdTCUTTV21dQCT 二、热容的概念： 第六节 热熔热容和简单变温过程热的计算一、简单变温过程：VVVTUTQCd1、等容热容dVVUdTCdUTV令：U = U (T、V) 则：TCUdd等容（等容简单变温过程）()dpppQHCTT 令：H = H (T、p) 则：等压：2、等压热容 dPPHdTCdHTpdTCdHPdTCHTTP21（等压简单变温过程）PTfCP3、Cp与T的关系由定义知（1）Cp是状态函数、容

8、量性质（2）P的影响很小（3）CpT可靠查表得到处理具体问题如何使用热容数据VPVpTUTHCCdVVUdTTUdUTVPTVPTVVUTUTU4、Cp与Cv的关系VPPVPdTUdTVPdTUdTUdTpVU（1）令：U =U ( T、V )，则：（2）PTVPTVPVUCC将（2）带入（1）（1）适用于任何物质TVU（2）内压（3）公式的意义v v 单位：J v 单位：J （封闭系统、等压）v 单位：J.K-1.mol-1（封闭系统、等容） 单位：J.K-1.mol-1（封闭系统、等压）dTQCVVpQHpVUHpdVWnRTpV dTCdHpv例题2、已知在1173K和100kPa下Ca

9、CO3（s）分解为CaO（s）和CO2（g）时吸热178kJ。试计算此过程的Q、W、U和H。)()()(23gCOsCaOsCaCO解：此过程为等温等压下的化学反应：且非体积功W=0，古H=Qp= 178kJ又因为末态体积远远大于初始态体积，所以可视CO2（g）气体为理想气体kJWQUkJnRTCOpVW25.168752. 9178752. 91173314. 81)(2v例题3、在100kPa下，2mol 323K的水变成423K的水蒸气，试计算此过程所吸收的热。已知水和水蒸气的平均摩尔定压热容分别为75.31和33.47J.K-1.mol-1，水在373K、100kPa压力下，由液态水变成水蒸气的气化热为40.67kJ.mol-1.JTTnCQmpp7531)323373(31.752)(12)1(,1 ,解：由323K的水变成373的水：kJ40.38167.402