物理化学第一章

量子（结构）化学。电子云形状。C的SP2（石墨）和SP3（金刚石）统计热力学。从单个到群体，PV=nRT热力学。可能性。C的SP2（石墨）和SP3（金刚石）的转化条件。动力学。T（时间）。催化；酶电化学。电池；电镀。电动汽车。界面与胶体化学。洗涤剂。蛇皮袋与汗衫。§1.1热力学的研究对象物理化学热力学是研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学.1各种物理及化学变化中的能量效应2变化的方向及限度各种颜色和形态的金刚石[2]“常林”钻石(山东产，重158.786克拉)[1]宝石级钻石的价格2003年11月18日07:42中国新闻网中新网11月18日电据俄罗斯新闻网报道，近日，从珠宝钻石市场传来一条惊人的消息，一名俄罗斯人耗资一亿美元巨资买下世界上最大的一颗玫瑰色钻石。该钻石重达70.39克拉，呈流线型，带有数个棱面，同其它的没那么昂贵的白色、黄色钻石或比它更为昂贵的天蓝色钻石相比，它最为显著的特征在于它的粉红色。俄罗斯钻石锆石是天然宝石中折射率仅次于钻石、色散值很高的宝石，无色透明的锆石酷似钻石，是钻石很好的代用品。理论组成(wB%)：ZrO267.1，SiO232.9。有时称为立方氧化锆2011年3月在家里，教美国高中交流生打麻将多年的实践证明：《物理化学》最有效的学习方法是在课堂上教师借助实例讲透基本概念，通过例题帮助学生掌握公式的使用。课后，学生必须做习题巩固本教师的特点：尽可能从日常生活、新闻报道中找实例注意公式的使用条件

PV=nRT

，理想气体的状态方程；实际气体在T↑P↓的情况下适用。符号。

m,r,D,Q各有含义3.简单的微积分知识，定积分和不定积分。4.重点:①基本概念②重要定律及公式的应用

5.课程成绩和“潜规则”另见成绩记录样本。

物理化学课程的特别要求联系方式王利华E-mail：longwangrx@请注意：发E-mail时应在“主题”中表明身份，例如“某专业张三有什么事”，否则可能直接被删除。手机上课和开会时按规定关机，请原谅；有时信号不好，也请谅解）§1.2基本概念1.2.1系统与环境体系(系统):被划定的研究对象环境:与体系密切相关的部分与环境体系类别物质交换能量交换孤立或隔离FF封闭FT敞开或开放TT问题：我们所在的教室属于什么体系？为什么？1.2.2体系的宏观性质一个足球。可以想象被分为N个区域。强度性质:不具有加和性T=T1=T2=……广度(容量)性质:具有加和性V=V1+V2+V3+……P，压力或者压强，N/m2（帕斯卡），Pa;Pθ=0.1MPa,热力学标准压力;常压101325PaT，温度，K，℃+273.15=K;V，体积，m3；ρ，密度，kg/m3；η，粘度，Pa*s问题：密度是否为强度性质？状态,状态函数和状态方程状态:系统的所有性质都具有确定值时,体系处于某一状态.状态函数:描述(表达)系统性质的物理量.特征:变化值只与起始终了状态有关,与过程无关.状态方程:状态函数之间的定量关系式.例:PV=nRTn，物质的量，mol问题：R---常数，8.314（单位即量纲是什么？）主要的过程量：与过程相关热:Q,由于温差存在而传递的能量。吸热为正。功:W,除Q以外,以其它形式被传递的能量。对外做功为负值。体积功:WeδWe=-P外dV电功：E*dQ=V*I*dt;表面功：γ*dA小问题：1度电=？J1度电=1KW*h=1000(J/s)*3600(s)=3.6*106J热力学平衡状态⑴热平衡⑵力平衡⑶化学平衡⑷相平衡§1.3热力学第一定律动能核体系的总能量势能电子热力学能U振动（内能U）平动转动①在相对静止的封闭体系,忽略外力场(重力场)热力学第一定律:ΔU=Q+WdU=Q+W②开放体系:dU=Q+W+dUm(与外界交换)③孤立体系:ΔU=0ΔU体+ΔU环=0Δ与δ的差异Δ，d，δ，均表示变化Δ表示大的，宏观的变化，例如从状态1变化到状态2，状态函数的变化。d表示微小的变化，全微分符号，Δ，d后面为可以进行全微（积）分的函数，包括所有状态函数δ表示微小的变化，后面为不可以直接进行全微（积）分的函数，包括过程量，例如Q，W问题：公式ΔU=Q+W的适用条件是（）湖北省化学研究院2002年硕士研究生入学考试物理化学试卷之填空题，3分。§1.4体积功δWe=-P外dV因系统体积变化而引起的系统与环境间交换的功称为体积功实例1一个密封良好的带活塞的圆筒，里面有nmol气体。在一定的T（恒温），从状态1（2Pθ，V），变化到状态2（Pθ，2V）过程1：在恒定的外压Pθ下过程2：无限缓慢或者每步变化非常小。W的差异?W=We+WfrdAWfE•dQV•Idt例：(2)每步变化非常小We=-(P-dP)dV=-PdV=-dVWe=-nRT=-nRTln(1)We=-P外dV

We=-P外（V2-V1)

(P外为定值）状态2状态1（2Pθ，V）（Pθ，2V）问题：两个过程，那个能做更多的功？恒压W=-PθV=-0.5nRT可逆W=-nRT*ln2=-0.693nRT比较对外所做功的能力或者绝对值。可逆可程：某过程进行之后，若可沿原来途径逆向进行能使系统恢复原状，同时环境亦可复原,不留下任何永久性变化，则该过程称为热力学可逆过程.（可以想象一段电影胶片正、反方向放映真空，球，半轨，高速）①过程进行得非常缓慢,每一步都接近于平衡态We=-P外dV=-(p-dp)dV=-pdV+dp•dV

可忽略不计②没有摩擦力、粘滞力等阻力（耗散力）做功。可逆过程应用之一：求算最高的能量转换效率。可逆过程是理想的，是实际过程的近似。不可逆过程并非不能逆向进行。例如：向一大杯水中加一点盐。得到一杯淡盐水。盐水可以再通过蒸发、凝结过程“还原为”一大杯水和一点盐。过程逆向进行了，但是消耗大量能量等。因此，不能先污染再治理。政策的科学依据之一。关于饥荒1958—1960年间任中共信阳地委书记、信阳地区行署专员张树藩写于1963年病中。1958年有人将亩产四五百斤的小麦浮夸成7320斤。按此征收粮食，口粮、种子都上交还不够。1959—1960饿死共100多万人。习题：P161-8，按照书中符号，是第1章的第8题，并非从第1题到第8题。§1.5定容及定压下的热Wf=0时，V一定（等容），ΔU=QV即在此条件下等容热效应与热力学能（内能）的变化ΔU在数值上相等。提示：ΔU=Q+WW=We+WfδW=-P外dV,dV=0

H=U+PVH=QP(Wf=0等压）H=U+pV△H=△U+△(pV)△U+p•△VΔU=Q+W=Q+W+PΔVWf=0W=We=-PΔVΔH=QP(Wf=0)§1.6焓H千卡／卡路里（kcal）和千焦（kJ），其实它们都是热量单位。换算方式：1千卡（1大卡）＝1000卡1卡＝4．182焦耳；7千卡/每克酒精

每克的酒精可以提供7千卡。食物中可以提供热量的营养素叫生热营养素，包括碳水化合物、蛋白质、脂肪和酒精。每克的碳水化合物或蛋白质可以提供4千卡，热量每克的脂肪可以提供9千卡。△相变焓（相变热）物质从一种相变为另一种相称为相变化。相变化：T，P一定，Wf=0进行的过程。分子（原子、离子、基团）间的距离不同，作用力也不同，能量自然不同。相变过程中，体系与外界（环境）进行能量交换，可以为吸热过程（Q或者ΔH为正），也可以是放热。几种常见的相变液/气：气化(vap,vaporize)与凝结气/固：凝华与升华(sub,sublimating)固/液：熔化(fus,fusion)与凝固等温等压下，两相（例如α相与β相）平衡共存时发生的相变化，是可逆的相变。此时吸收或放出的热量称为相变热（或称相变潜热）。Lm或者Δ*HmLm或者Δ*Hm表示1mol物质发生可逆相变的热效应。*可以是vap等。注意：也可以有不可逆的相变。例如，常压下，-5℃的H2O(l)H2O(s)常压下，过冷液体的凝固。常压下，过热液体的气化。均为不可逆相变。实例P(101.325KPa),100℃,H2OΔvapH=2257kJ/kg问题1:用电炉烧开水，因为忘了及时关，100g水被蒸发。请问浪费多少电能？问题2：10g汗水蒸发，可以带走多少热量？提示问题1：1度电=1千瓦*时=1000*3600J问题2：粗略可以。10*10-3*2257kJ/kg精确计算不行，因为怎么办？见下文。§1.7热容热容（C）是使系统的温度升高（降低）1时所吸收（放出）的热量。(Wf=0)Cv=()v,Cp=()p(Qv=UQp=H)

体积不变压强不变U=Q+WP1V1T1P2V2T2Cv

U

=

CvdT（Wf=0T1T2无相变）

CP

H=CPdT（条件同上）

Cp,m(H2O,l):液态水（1mol）在1标准大气压下的比热值为75.295J*K-1*mol-1

请看教材P420，热容与温度的关系。“心急喝不得热粥”，包含的物理化学原理？Cp与Cv的关系Cp—Cv=对理想气体：H=f(T);U=f(T)

理论和实验都证明:解释:理想气体的H和U都是T的函数,与P,V等无关。问题：Cp—Cv=右边的方括号中的第2项的数值是多少？为什么？U=f（T），PV=nRTCp—Cv=Cp—Cv=[P+0]*（nR/P）=nR（1），可得下式：Cp,m—Cv,m=R，（2），下标m表示每mol问题：如何从（1）到（2）提示：等式两边同时除n理想气体理论和实验都证明：单原子的理想气体,Cv,m=1.5R;双原子的理想气体,Cv,m=2.5R问题1：氢气的Cv,m=？问题2：氦气的Cp,m=？He，单原子的理想气体，Cp,m--Cv,m=R§1.8理想气体的可逆绝热过程绝热过程：δQ=0可逆过程，P外=P，任一瞬间状态PV=nRT绝热Cp,m--Cv,m=R，令Cp,m/Cv,m=γ

变形，应用PV=nRT可以求出T1和T2，W=CV（T2--T1）过程关系与状态方程习题:P29，1-27§1.10+§1.11+§1.12热化学

反应进度

4mol(g)与5mol（g）反应，时有1molH2O(l)生成,t2时又有1molH2O(l)生成+=t=0450t=34.51t=242ξ[ksai]

表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。要求注明物质状态,P,T等.298.15K,=100kPa标准压力

物质标准态:TK下,,纯气体(理想气体),纯固体,纯液体。标准摩尔生成焓(B,T):在反应温度(T)下,由分别处于标准态的稳定单质生成于标准态的该物质的反应焓.例:

化学计量系数反应物:─生成物:+B:任意物质关系分析,均为标准态,纯物质C+O2=CO2(1)ΔH1C+2H2=CH4(2)ΔH2H2+O2=H2O(3)ΔH3CH4+2O2=CO2+2H2OΔrHΔrH=2ΔH3+ΔH1--ΔH2与通用公式相符.1物质与分别处于温度T和下,完全燃烧生成分别处于温度为T,压力为的产物的反应焓称为该物质的标准摩尔燃烧焓(热),以(B,T)表示:煤气：C3~C4的烃类。水煤气：CO+H2问题：①上面的等式的解释。②CO2(g)+C（s,石墨）==2CO(g)吸热?放热?下面看看燃烧热的实验装置。2003年11月18日中新网电：据俄罗斯新闻网报道，一名俄罗斯人耗资一亿美元巨资买下世界上最大的一颗玫瑰色钻石，该钻石重达70.39克拉（1克拉=0.2g），它最为显著的特征在于它的粉红色。泡一袋方便面需开水约450ml。假设室温和水温均为20℃，请问至少需用多少颗这样的玫瑰色钻石才能泡好一碗面？燃烧焓（热）的测量ΔT燃烧引起的温度变化，K；QL为点火镍丝的燃烧放热，J/cmQv,m为样品的等容热效应,J/mol,小问题:为什么用等容热效应?公式中的K为系统(仪器+水等)的热容:J/K如何H=U+PV

ΔH=ΔU+Δ(PV)利用萘的燃烧热求已知经济分析：(2003年数据)100例：一家人烧水洗澡，每天要用去100dm3热水，使水从升到。可以用煤气热水器烧水，也可以用电热水器加热。问:用电需要多少钱？用煤气(以丙烷C3H8为主组分计算)多少钱？电费1度0.47元煤气14.554元+4元(送气费)丙烷

罐装的煤气一般又称为液化石油气。而管道煤气根据来源，有CH4，CO+H2，C3H8与空气混合计算提示家用太阳能热水器思考题太阳能热水器的设计使用寿命为十年。购买及安装等全部费用已降至2500元以下。太阳能热水器：水容量150dm3；20根镀黑膜的真空集热圆管，每根长1.40m，周长0.15m。2000年4月17日晴天的集热效果实测为：6:30上满水，水温为16.8℃，到17:30太阳基本落山，水温为47.2℃。假设平均每天可以使100dm3水升温25℃。（1）与用电、煤气比较，试进行经济分析。（2）进一步可以讨论对环境的影响。例如煤气燃烧可能“毒害”多少空气？自键焓估算生成焓和反应焓理论化学家希望从物质结构(化学键等)进行计算部分平均键焓值(kJ/mol),C—C342;C=C613;C—O,343;C=O,707对于任一化学变化,盖斯(Hess)定律:一个化学反应不论是一步完成还是分步完成,