物理化学,第一章气体

《物理化学》

PhysicalChemistry阳艾利厦门理工学院环境科学与工程学院Email:yangaililoy@2023/1/31

什么是物理化学？

从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而找出化学运动中最具有普遍性的基本规律的一门学科2023/1/31土豆泡水在白纸上写字，用碘水涂抹，显现出蓝色字迹（化学反应），在火上烘烤后字迹消失（物理挥发）；电池中电极和电解液之间进行的氧化还原反应伴随着电流的产生；双原子分子分解反应发生的必要条件是：两个原子之间的振动能超过一定限度时，化学键才能锻链

物理和化学现象紧密相连2023/1/31目的与意义物理化学学科的产生与发展是为了解决生产实践和科学实验中对比化学现象提出的一些理论问题，从而在理论上指导人们更好地利用化学反应来造福人类。2023/1/311.化学反应的方向和限度问题----化学热力学研究的范畴

化学热力学是研究物质变化(P、V、T变化、相变化、化学变化)的能量效应（功与热）和变化的方向与限度，即有关能量守恒和物质平衡的规律。

解决什么问题？2023/1/312.化学反应的速率和机理问题----化学动力学研究的范畴

化学动力学研究各种因素（浓度、温度、催化剂、溶剂、光、电等）对反应速率的影响规律及反应的机理（反应的具体步骤、基元反应）问题。用石墨来制造金刚石只有压力超过大气压力15000倍2023/1/313.物质的性质与其结构的关系问题----结构化学研究的范畴

现代科学技术的发展要求化学（合成）能提供具有特殊性能的材料，如耐高温、高压材料；耐腐蚀材料；如超导材料、纳米材料。这就需要人们根据物质结构的知识，在合成所需性能的新材料方面提供方向和线索。结构化学主要研究这类问题。2023/1/31物理化学的内容非常广泛，有些分支实际上已发展成为独立的学科。例如：化学热力学、反应动力学、胶体化学、表面化学、电化学等等。本课程只把它们作为某些章节进行初步介绍。本课程侧重于化学热力学，包括热力学三大定律，以及在溶液、相变平衡、化学平衡重的应用，还有统计热力学。

课程的基本内容2023/1/311、理论学习：基本概念、基本理论、基本计算1）抓住每一章的主线或骨架，明确主要内容，解决什么问题？采用什么方法？得到什么结果？平时注意章节间的联系。2、注意公式、推论的推导过程只是讲明获得结果的手段，不是目的，主要应着重于结论的使用条件以及物理意义。

学习要求2023/1/312、学习方法一般的科学方法（归纳、演绎、推理）及物理化学本身特有的方法（热力学方法、量子力学方法和统计热力学方法）。注意概念、公式、理论提出时研究问题的科学方法、思维方式的学习，要求掌握热力学方法。自己动手推导公式，勤练习、掌握解题方法。勤思考，兴趣是最好的老师。

学习要求2023/1/313、考核方式平时成绩30%（考勤+作业+问答）期末闭卷考试70%Thermodynamicsisafunnysubject.Thefirsttimeyougothroughit,youdon'tunderstanditatall.Thesecondtimeyougothroughit,youthinkyouunderstandit,exceptforoneortwosmallpoints.Thethirdtimeyougothroughit,youknowyoudon'tunderstandit,butbythattimeyouaresousedtoit,itdoesn'tbotheryouanymore.

-----ArnoldSommerfield

学习要求2023/1/31参考书1.

天津大学物理化学教研室.物理化学(第四版).北京：高等教育出版社，20012.傅献彩,沈文霞,姚天扬,等.物理化学(第五版).北京:高等教育出版社,2006.3.印永嘉，王雪琳，奚正楷.物理化学简明教程》例题与习题.高等教育出版社20064.

Peter.W.Atkins.PhysicalChemistry.7thed.,OxfordUniversityPress,2002.5.

IRA.N.Levine.PhysicalChemistry.4thed.,McGraw-Hill,1995.6.

G.M.Barrow.PhysicalChemistry.6thed.,McGraw-Hill,1996.7.

肖衍繁，李文斌，李志伟.物理化学解题指南.北京：高等教育出版社，20038.张忠诚，孙镛.物理化学中的术语概念及练习.济南：山东大学出版社，20029.吕德义，张庆轩，张忠诚，等.物理化学考研方略.北京：化学工业出版社，20072023/1/31第一章气体1.1.1气体经验定律1.波义耳定律一定质量的气体，恒定温度下，体积与压力成反比或体积与压力之积为常数。

1.1理想气体状态方程

pV＝K2023/1/31第一章气体1.1.1气体经验定律2.盖.吕萨克定律一定量气体的体积与热力学温度成正比。

1.1理想气体状态方程V＝KT或V/T=K2023/1/31第一章气体1.1.1气体经验定律3.阿伏伽德罗定律在相同温度和相同压强条件下，相同体积中的任何气体含有的气体分子数相同在一定温度和压力下，气体的体积与气体的物质的量成正比

1.1理想气体状态方程

V＝Kn2023/1/31第一章气体1.1.2理想气体状态方程的形式R——通用气体常数=8.314J/mol.k

n——气体物质的量理想气体定义：凡是在任何T、P下均符合理想气体状态方程的气体

1.1理想气体状态方程

pV＝nRT2023/1/31第一章气体1.1.3理想气体模型微观模型：1）气体分子间本身的大小与分子之间的距离相比可忽略不计2）气体分子间相互碰撞或与器壁碰撞外，分子间没有相互作用力3）气体在分子碰撞时没有动能损失（完全弹性碰撞）4）沿各个方向运动的分子数目相等，分子速度在各个方向的分量的平均值也相等

1.1理想气体状态方程2023/1/31第一章气体1.2.1理想气体的混合理想气体状态方程也适合于混合气体1）气体可以快速地以任意比例均匀混合2）混合气体中的每一个组分在容器中的行为和该组分单独占有该容器时的行为完全一样

1.2气体混合物及分压定律2023/1/31第一章气体1.2.2道尔顿分压定律1.物质的量与摩尔分数

B的物质的量与混合物的总的物质的量量之比，其量纲为1

1.2气体混合物及分压定律

xB＝nB/n总

n总＝n1+n2+n3+…+

ni

2023/1/31第一章气体1.2.2道尔顿分压定律2.分压力与道尔顿分压定律分压力定义：在总压力为p的气体混合物中，其中任何组分B的分压力pB等于其在混合物气体中的摩尔分数yB与总压力的乘积备注：此定义对理想气体、实际气体均使用

1.2气体混合物及分压定律

pB＝yB

p2023/1/31第一章气体1.2.2道尔顿分压定律2.分压力与道尔顿分压定律道尔顿分压定律：在温度和体积恒定时，混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和，某组分气体的压力等于该气体单独占有该容器总体积时所产生的压力。

1.2气体混合物及分压定律

p＝p1+p2+p3+…+

pi

2023/1/31问题：（1）将沸腾的开水迅速加入暖水瓶中至2/3时迅速加上塞子，出现什么现象？（2）一定温度下，容器中有一定量的A、B理想气体，若再充入一些B气体，A气体的分压改变吗？2023/1/31第一章气体1.2.2道尔顿分压定律3.分体积与阿玛格分体积定律阿玛格分压定律：阿玛格分压定律：推论：

1.2气体混合物及分压定律

V＝VA+VB

VB

＝nB

RT/p适用于低压混合气体、理想气体2023/1/31第一章气体1.3.1实际气体的行为1、实际气体对理想气体的偏差相同温度不同气体的pVm-p图不同温度相同气体的pVm-p图

1.3实际气体状态方程2023/1/31第一章气体1.3.1实际气体的行为2、波义耳温度在压力足够低的一段范围内气体的行为满足理想状态方程

1.3实际气体状态方程2023/1/31第一章气体1.3.2范德华方程1、实际气体对理想气体的偏差范德华建立的实际气体模型：钢球模型，即分子有体积，分子间有作用力，但不考虑分子的结构。

1.3实际气体状态方程

p(Vm-b)＝RT

p(Vm-nb)＝nRT2023/1/31第一章气体1.3.2范德华方程2、对气体分子间引力所引起的偏差进行修正内压力：气体压力：实际气体范德华方程：

1.3实际气体状态方程

pi＝a/Vm2

p＝RT/(Vm-b)-pi2023/1/31第一章气体1.4.1气体的液化对实际气体采取降温或者加压等措施可使气体液化实验：

1.4气体的液化和物质的临界状态

气体液化p-V图2023/1/31第一章气体1.4.1气体的液化饱和蒸汽压：一定温度、压力下，气、液平衡体系中气相的平衡压力为液体在该温度下的饱和蒸汽压。

1.4气体的液化和物质的临界状态

气体液化p-V图2023/1/31第一章气体1.4.2气体的临界状态液体的饱和蒸汽压随温度的升高而增大，因为温度越高，使气体液化所需的压力越大，使气体难以液化。当温度升高到某一温度以上，无论给气体施加多大的压力都不能使其液化，该温度成为临界温度点。

1.4气体的液化和物质的临界状态

气体液化p-V图2023/1/31第一章气体1.4.3对应状态原理任何物质在临界点处的饱和蒸汽压与饱和液体无区别，以临界点为基准，实际气体与临界气体的对