物理化学1一门无处不在的学科

1、0.1 物理化学 一门无处不在的学科 化学是自然科学中的一门重要学科，是研究物质的组成、性质与变化的科学。 物理化学是化学的理论基础，概括地说是用物理的原理和方法来研究化学中最基本的规律和理论，它所研究的是普遍适用于各个化学分支的理论问题，所以物理化学曾被称为理论化学。 绪论 物理化学形成于十九世纪下半叶，那时的资本主义在蒸汽机的带动下驶入了快速行进的轨道，科学与技术都在这一时期得到了高度发展，自然科学的许多学科，包括物理化学，都是在这一时期发展建立起来的。 1887年 Ostwald(德)和 Vant Hoff(荷)创办 。 从此“物理化学”这个名词逐渐被普遍采用。物理化学研究的内容四大部分

2、:化学热力学化学动力学量子力学统计热力学结构化学界面现象胶体化学电化学系统 内容范畴研究方法经典物理化学的核心是化学热力学和化学动力学。热力学第一定律能量转化守恒的定律。可用于计算化 学反应在特定条件下进行时，放出或吸收的能量；热力学第二定律过程进行方向和限度的判据。可用于计算判断化学反应进行的方向和限度，反应的最终转化率为多少；化学动力学研究化学反应速率的科学。揭示化学反应进行的快慢，研究影响反应速度的因素，帮助人们经济合理地利用化学反应来生产产品或获取能量。 化学热力学 （宏观的方法） 量子力学 （微观的方法）统计热力学如何将宏观与微观世界联系起来？ 统计热力学从微观层次阐明了热力学、动力

3、学的基本定律和热力学函数的本质以及化学系统的性质和行为。上册第一章 气体的pVT关系第二章 热力学第一定律第三章 热力学地二定律第四章 多组分热力学第五章 化学平衡第六章 相平衡下册第七章 电化学第八章 量子力学基础第九章 统计热力学初步第十章 界面现象第十一章 化学动力学第十二章 胶体化学0.2 学习物理化学的要求及方法（1）要站在学科的高度纵观物理化学的主要线条；（2）要认真对待每一个具体的基本概念和公式定理；（3）要领会物理化学解决实际问题的科学方法。 0.3 物理量的表示及运算例： T = 298 K p = 101.325 kPa 同量纲的可用，运算 Cp,m1. 物理量的表示 物理

4、量数值单位 CV,mlnx中的 x 是物理量除以单位后的纯数 x x /x 如：lnp ln(p/ kPa)为简便起见，公式中有时将单位省略2. 对数中的物理量3. 量值计算计算时先写出量方程式，再代入数值和单位计算 第一章 气体的pVT关系 基本要求： 1. 掌握理想气体状态方程和混合气体的性质（道尔顿定律、阿马加定律） 2. 了解范德华方程 3. 理解饱和蒸气压、临界状态、临界参数、对比参数的概念 4. 了解对应状态原理和压缩因子图物质的聚集状态气体液体固体V 受 T、p 的影响很大联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程V 受 T、p的影响较小1.1理想气体状态方程 1. 理想气体状

5、态方程低压气体定律：（1）玻义尔定律(R. Boyle，1662): pV 常数 （n, T 一定）（2）盖吕萨克定律(J. Gay-Lussac，1808)： V / T 常数 (n, p 一定)（3）阿伏加德罗定律（A. Avogadro，1869) V / n 常数 (T, p 一定)以上三式结合 理想气体状态方程pV = nRT单位：p Pa V m3 T K n mol R J mol-1 K-1 R 摩尔气体常数R 8.314 J mol-1 K-1理想气体状态方程也可表示为： pVm=RTpV = (m/M)RT低压纯气体都适用例：用管道输送天然气，当输送压力为200 kPa，温

6、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纯甲烷。 解： M甲烷 16.04103 kg mol-1分析：利用理想气体状态方程2. 理想气体模型（1）分子间力吸引力排斥力分子相距较远时，有范德华引力；分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。rr0 分子间作用力表现为吸引力r=r0 分子间作用力为0rr0 分子间作用力表现为排斥力（2） 理想气体模型a) 分子间无相互作用力； b) 分子本身不占体积（低压气体）p 0 理想气体微观特征例：测300 K时，N2、He、CH4 pVm p 关系，作图p0时：pVm=2494.2 Jmol-1R = pVm/T = 8.314 Jmol

7、-1 K-1R 是一个对各种气体都适用的常数3. 摩尔气体常数 RR 是通过实验测定确定出来的1.2 理想气体混合物1. 混合物的组成（1） 摩尔分数 x 或 y（量纲为1） 显然 xB=1 , yB=1 本书中 气体混合物的摩尔分数一般用 yB 表示 液体混合物的摩尔分数一般用 xB 表示 （2） 质量分数wB （量纲为1） 显然 wB=1 （3）体积分数 B（ 为混合前纯物质的摩尔体积）显然 B=1（量纲为1） 2. 理想气体状态方程对理想气体混合物的应用 因理想气体分子间没有相互作用，分子本身又不占体积，所以理想气体的 pVT 性质与气体的种类无关，因而一种理想气体的部分分子被另一种理想

8、气体分子置换，形成的混合理想气体，其pVT 性质并不改变，只是理想气体状态方程中的 n 此时为总的物质的量。p, V分别为总压力和总体积式中：m 混合物的总质量 Mmix 混合物的平均摩尔质量 或理想气体混合物的状态方程3. 道尔顿定律混合气体（包括理想的和非理想的）的分压定义： pB : B气体的分压p: 混合气体的总压 yB = 1， p = pB 理想气体混合物：即理想气体混合物的总压等于各组分单独存在于混合气体的T、V 时产生的压力总和。 道尔顿分压定律理想气体混合物的总压等于各组分单独存在于混合气体的T、V 时产生的压力总和。 道尔顿分压定律气体A nAT、V气体B nBT、V+ 混

9、合气体 (nA+ nB) T、VpA=nART/VpB=nBRT/Vp=(nA+nB)RT/V =pA+pB例：今有300K，104.365 kPa的湿烃类混合气体（含水蒸气的烃 类混合气体），其中水蒸气的分压为3.167 kPa。现欲得到除去水蒸气的1 kmol干烃类混合气体，试求： （1）应从湿烃混合气中除去水蒸气的物质的量； （2）所需湿烃类混合气体的初始体积。分析：pB = 3.167 kPa，由公式， 可得： 所以解：（1）设湿烃类混合气体中烃类混合气(A)和水蒸气(B)的分压分别为pA和pB，物质的量分别为nA和nB ，有：(2) 所求湿烃类混合气体的初始体积V4. 阿马加定律由可有：即：理想气体混合物的总体积V 等于各组分B在相同温度T及总压p条件下占有的体积VB*之和。 阿马加定律气体A nAT、p气体B nBT、p+ 混合气体 (nA+ nB) T、pVA*=nAR