《物理化学》合集(下册)天津大学第六版-2024鲜版

《物理化学》合集(下册)天津大学第六版2024/3/271绪论热力学第一定律热力学第二定律多组分系统热力学化学动力学基础表面现象与胶体化学电化学基础contents目录2024/3/27201绪论2024/3/273物理化学的研究对象与任务研究对象物理化学是研究物质的物理现象和化学变化之间关系的科学，主要探讨物质的结构、性质、能量转化以及化学反应的机理和动力学等方面的问题。任务物理化学的任务在于揭示物质的基本性质和变化规律，为化学、化工、材料、能源、环境等学科提供理论基础和实验手段，同时推动相关学科的发展和创新。2024/3/274实验方法物理化学研究依赖于精确的实验测量和数据分析，包括热力学、动力学、电化学、光谱学等多种实验技术和手段。理论方法物理化学的理论研究基于量子力学、统计力学、化学热力学、化学动力学等基础理论，通过建立数学模型和计算机模拟等方法，深入揭示物质的本质和变化规律。物理化学的研究方法2024/3/275物理化学起源于19世纪，随着热力学、电化学、光谱学等学科的建立和发展，逐渐形成了完整的学科体系。20世纪以来，随着量子力学、统计力学等基础理论的建立，物理化学在理论和应用方面都取得了巨大的进展。发展历史当前物理化学研究涉及领域广泛，包括能源转化与存储、环境科学与工程、生物医学与生命科学、纳米科学与技术等多个领域。同时，随着计算机技术和人工智能等新技术的发展和应用，物理化学的研究方法和手段也在不断更新和完善。现状物理化学的发展历史与现状2024/3/27602热力学第一定律2024/3/277123热力学系统是指研究对象与周围环境相互作用的整体，环境则是指与系统相互作用的其他部分。系统与环境状态是指系统的宏观性质，如温度、压力、体积等。状态函数则是描述系统状态的物理量，其值仅与系统状态有关。状态与状态函数过程是指系统从一个状态变化到另一个状态所经历的一系列中间状态。途径则是描述系统状态变化的具体方式或路径。过程与途径热力学基本概念2024/3/278能量守恒热力学第一定律实质上是能量守恒定律在热力学过程中的应用，表明热量和功在转换过程中的总量保持不变。表述方式热力学第一定律可以用多种方式表述，如热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。热力学第一定律的表述2024/3/279热机效率热力学第一定律可用于计算热机的效率，即热机输出的功与输入的热量的比值。通过提高效率，可以减少能源消耗和环境污染。制冷系数热力学第一定律也可用于计算制冷机的制冷系数，即制冷机从低温热源吸收的热量与向高温热源排放的热量的比值。提高制冷系数可以降低制冷能耗和温室气体排放。节能技术热力学第一定律为节能技术提供了理论基础。例如，通过改进热机的设计、优化制冷机的运行参数、提高建筑物的保温性能等措施，可以实现能源的节约和高效利用。热力学第一定律的应用2024/3/271003热力学第二定律2024/3/2711热力学第二定律的表述不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。热量不可能自发地从低温物体传向高温物体。2024/3/2712熵的概念及计算表示系统无序度的物理量，符号为S。熵的定义对于可逆过程，dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，dS>(dQ/T)。其中，dQ表示系统吸收或放出的热量，T表示系统的热力学温度。熵的计算2024/3/2713热力学第三定律热力学第三定律指出，在绝对零度附近，任何完美晶体的熵为零。这是热力学第二定律在低温极限下的推论。热机效率热机不可能把从单一热源吸收的热量全部变成功而不产生其他影响，因此热机效率总是小于1。制冷系数制冷机不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，因此制冷系数总是小于逆卡诺循环的制冷系数。热力学温标热力学温标是基于热力学第二定律建立的，它规定绝对零度为0K，水的三相点为273.16K。热力学第二定律的应用2024/3/271404多组分系统热力学2024/3/2715偏摩尔量的定义和物理意义偏摩尔量是多组分系统中某一组分的摩尔数发生变化时所引起的系统广延量的变化率。它描述了系统中某一组分对广延量的贡献，是系统特性的强度性质。化学势的概念和表达式化学势是多组分系统中某一组分的偏摩尔吉布斯自由能，表示该组分在系统中的稳定性和迁移能力。其表达式为μi=(∂G/∂ni)T,p,nj(j≠i)，其中G为系统的吉布斯自由能，ni为组分i的摩尔数。化学势的判据及应用化学势判据是判断组分在系统中迁移方向和限度的依据。当系统中某组分的化学势高于其周围环境中该组分的化学势时，该组分将向环境中迁移；反之，则向系统中迁移。化学势判据在相平衡、化学反应平衡等领域有广泛应用。偏摩尔量与化学势2024/3/2716010203沉淀溶解平衡沉淀溶解平衡是指在一定条件下，难溶电解质在溶液中的溶解速率等于其结晶速率，形成动态平衡状态。此时，溶液中各离子的浓度保持恒定，且满足溶度积常数（Ksp）的表达式。酸碱平衡酸碱平衡是指酸和碱在溶液中的离解和结合反应达到动态平衡状态。此时，溶液中H+和OH-离子的浓度相等，溶液呈中性。酸碱平衡的移动受到温度、浓度、同离子效应等因素的影响。配位平衡配位平衡是指配位体与中心离子在溶液中的配位反应达到动态平衡状态。此时，溶液中配离子和简单离子的浓度保持恒定，且满足配位平衡常数（Kf）的表达式。配位平衡的移动受到温度、浓度、酸度等因素的影响。溶液中的平衡问题2024/3/2717要点三相律及其应用相律是描述相平衡系统中相数、组分数和自由度数之间关系的定律。其表达式为F=C-P+2，其中F为自由度数，C为组分数，P为相数。相律在判断相平衡系统的稳定性、确定独立变量等方面有重要应用。要点一要点二相图分析相图是多组分系统相平衡状态的几何描述，包括温度-组成图、压力-组成图等。通过分析相图，可以了解系统的相态变化、相变温度、相变压力等信息，为材料制备和工艺优化提供指导。相变热力学相变热力学是研究物质在相变过程中热力学性质变化的科学。它包括相变潜热、相变熵、相变温度等概念的计算和测量，以及相变过程中热力学函数的连续性和不连续性等问题。要点三相平衡热力学2024/3/271805化学动力学基础2024/3/271903反应速率理论碰撞理论、过渡态理论和微观可逆性原理。01化学反应速率定义及表示方法，反应速率与浓度的关系，反应速率方程和反应级数。02反应机理简单反应和复杂反应的区别，反应步骤和中间产物，反应机理的表示方法。化学反应速率与反应机理2024/3/2720复合反应的定义和分类平行反应、连续反应和复合反应的判别。复合反应的实例分析典型复合反应的动力学行为及其影响因素。复合反应的动力学方程建立复合反应的动力学模型，求解动力学方程。复合反应动力学2024/3/2721链反应动力学链反应的定义和分类链反应的实例分析链反应的引发、传递和终止链反应的稳态近似和速率方程直链反应、支链反应和爆炸性链反应的判别。典型链反应的动力学行为及其影响因素。链载体、链传递系数和链终止方式。稳态近似的条件和速率方程的求解。2024/3/272206表面现象与胶体化学2024/3/2723表面张力和表面自由能液体表面分子间相互作用力不平衡导致表面张力产生，表面张力是表面自由能的体现。接触角和润湿现象液体与固体接触时形成的接触角反映润湿程度，润湿现象与界面张力密切相关。表面活性剂能显著降低表面张力的物质，广泛应用于日常生活和工业生产中。表面现象概述0302012024/3/2724附加压力弯曲液面内外压力差导致的附加压力，与液面曲率半径和表面张力有关。毛细现象液体在细管中因附加压力作用而上升或下降的现象，毛细管越细，毛细现象越显著。毛细管中的液面形状不同情况下毛细管中液面的形状及其变化。弯曲液面的附加压力与毛细现象2024/3/2725吸附等温线和吸附热描述吸附量与温度、压力关系的曲线，以及吸附过程中伴随的热量变化。吸附在生活和生产中的应用如催化剂、干燥剂、气体分离等。物理吸附和化学吸附固体表面吸附气体或液体分子的两种方式，前者靠分子间作用力，后者靠化学键。固体表面吸附现象2024/3/2726胶体分散系统胶体的制备和净化胶体的性质胶体的稳定性和聚沉胶体化学基础介于真溶液和粗分散系统之间的分散系统，分散相粒子大小在1-100nm之间。包括光学性质、动力性质、电学性质等。制备胶体的方法及其净化过程。影响胶体稳定性的因素以及使胶体聚沉的方法。2024/3/272707电化学基础2024/3/2728电解质溶液理论概述电导表示溶液导电能力的大小，电导率则是单位体积溶液的电导，摩尔电导率则是单位物质的量浓度溶液的电导率。电解质溶液的电导、电导率和摩尔电导率电解质在水溶液中解离成自由移动的离子，离子在电场作用下定向移动形成电流。电解质溶液的导电机理离子氛是指围绕在离子周围的溶剂分子层，离子迁移数则反映了离子在溶液中的迁移能力。离子氛与离子迁移数2024/3/2729可逆电池电动势及其应用可逆电池是指能够在无限小的电流密度下持续进行充放电的电池，可逆电极反应则是电池充放电过程中电极上发生的可逆反应。电动势的测定及温度系数电动势是表征电池将非电形式的能转化为电能的本领的物理量，可通过测量电池的端电压和电流密度来计算。温度系数则反映了电动势随温度变化的规律。电动势的应用电动势在电化学、化学热力学和化学动力学等领域有着广泛的应用，如测定化学反应的平衡常数、计算化学反应的热力学参数等。可逆电池与可逆电极反应2024/3/2730电极过程的特征