2024年度物理化学电子教案第四章

物理化学电子教案第四章2024/3/241目录第四章概述与学习目标热力学第一定律热力学第二定律相平衡与相图分析化学平衡与沉淀溶解平衡电化学基础与应用总结回顾与拓展延伸2024/3/24201第四章概述与学习目标2024/3/243

本章内容简介化学反应热力学基础介绍化学反应热力学的基本概念、原理和定律，包括热力学第一定律、热力学第二定律、焓、熵等。化学反应的方向与限度阐述化学反应的方向和限度，包括化学平衡常数、沉淀溶解平衡、酸碱反应等。化学反应速率与机理探讨化学反应速率的影响因素、反应机理以及反应动力学的基本原理。2024/3/244掌握化学反应热力学基础知识，能够运用热力学原理分析化学反应的方向和限度。理解化学反应速率的影响因素和反应机理，能够运用动力学原理分析化学反应过程。了解物理化学在化学、化工、材料等领域的应用，提高分析和解决问题的能力。学习目标与要求2024/3/245本章共安排4次授课，每次2学时。授课内容包括化学反应热力学基础、化学反应的方向与限度、化学反应速率与机理等。授课内容本章安排2次实验，每次4学时。实验内容包括测定化学反应的热效应、探究化学反应的速率影响因素等。实验内容学生需自学与本章相关的教材内容和参考资料，完成课后作业和练习题，巩固所学知识。自学内容课程安排与时间规划2024/3/24602热力学第一定律2024/3/247热力学基本概念及术语被研究的对象，与周围环境相互作用，进行物质和能量的交换。描述系统状态的物理量，如温度、压力、体积等。系统在没有外界影响的情况下，各部分的性质不随时间变化的状态。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态所经历的过程。热力学系统状态参量平衡态热力学过程2024/3/248表述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。意义揭示了能量守恒和转换的定律，是自然界的基本定律之一。热力学第一定律为热力学的研究提供了基础，同时也为工程技术的发展提供了理论指导。热力学第一定律表述及意义2024/3/249当系统与环境之间存在温度差时，热量会从高温物体传向低温物体，导致系统内能的变化。计算热传递引起的内能变化时，需要考虑热传递的方式（传导、对流、辐射）以及传递的热量。热传递系统与环境之间因体积变化而产生的功称为体积功。计算做功引起的内能变化时，需要考虑系统的体积变化以及环境对系统所做的功。做功系统内能变化计算方法2024/3/241003热力学第二定律2024/3/2411热力学第二定律的两种表述开尔文表述和克劳修斯表述，分别阐述了不可能从单一热源吸热并完全转化为有用功以及热量自发传递的方向性。热力学第二定律的意义揭示了自然界中宏观过程的方向性，即不可逆性，为理解自然现象提供了重要依据。热力学第二定律表述及意义2024/3/2412在孤立系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行，即系统的无序度增加。熵增原理利用熵增原理可以判断过程进行的方向和限度，如判断化学反应的方向、解释热传导现象等。熵判据应用熵增原理与熵判据应用2024/3/2413可逆过程系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统和环境都完全复原，则称该过程为可逆过程。可逆过程是一种理想化的抽象，实际中并不存在。不可逆过程与可逆过程相对，系统经过某一过程后，不能使系统和环境都完全复原的过程称为不可逆过程。实际中所有宏观过程都是不可逆的。不可逆性来源于耗散效应、有限时间效应和不可逆热力学过程等。可逆过程与不可逆过程分析2024/3/241404相平衡与相图分析2024/3/2415相平衡条件及相律应用在恒温恒压下，当多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时，称系统处于相平衡状态。此时，各相中的组元在相际间的转移达到动态平衡，即各相中组元的浓度不再改变。相平衡条件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。对于简单系统，可以利用相律直接判断系统可能存在的相数；对于复杂系统，可以通过分析系统的自由度来推断可能存在的相平衡状态。相律应用2024/3/2416二组分系统气液平衡相图通常由等温线、等压线和气液平衡曲线构成。等温线表示温度恒定时各组分的浓度关系，等压线表示压力恒定时各组分的浓度关系，气液平衡曲线则表示在一定温度和压力下气液两相达到平衡时各组分的浓度关系。二组分系统气液平衡相图的构成通过分析二组分系统气液平衡相图，可以了解不同温度和压力下各组分的溶解度、蒸汽压以及气液两相的组成等性质。同时，还可以根据相图预测不同条件下系统的相变行为，如溶液的蒸发、冷凝以及精馏等操作过程。二组分系统气液平衡相图的分析方法二组分系统气液平衡相图分析2024/3/2417VS三组分系统相图通常由等温线、等压线和多个三相平衡曲线构成。与二组分系统相比，三组分系统的相图更为复杂，因为涉及到三个组分的浓度变化和相互作用。三组分系统相图的应用三组分系统相图在化学工程、材料科学等领域具有广泛的应用。例如，在合金制备过程中，可以通过分析三组分系统相图了解不同合金成分对材料性能的影响；在药物研发中，可以利用三组分系统相图研究药物与载体之间的相互作用以及药物在体内的释放行为。三组分系统相图的构成三组分系统相图简介2024/3/241805化学平衡与沉淀溶解平衡2024/3/2419化学反应等温方程式的定义和表达式化学反应等温方程式的物理意义化学反应等温方程式的应用举例化学反应等温方程式及意义2024/3/2420沉淀溶解平衡的建立和特征溶度积常数及其影响因素沉淀的生成、溶解和转化分步沉淀及其应用01020304沉淀溶解平衡原理及应用2024/3/2421温度对化学平衡的影响01影响化学平衡移动因素探讨压力对化学平衡的影响02浓度对化学平衡的影响03催化剂对化学平衡的影响04勒夏特列原理及其应用052024/3/242206电化学基础与应用2024/3/2423阐述原电池中化学能转化为电能的过程，包括电极反应、离子迁移和电子流动等基本原理。介绍原电池性能的主要评价指标，如电压、电流、容量、能量密度等，以及影响原电池性能的因素。原电池工作原理及性能评价原电池性能评价原电池工作原理2024/3/2424电解池工作原理及应用实例电解池工作原理解释电解池中电能转化为化学能的过程，包括电极反应、离子迁移和电子流动等基本原理。电解池应用实例列举电解池在工业生产、实验室研究等领域的应用实例，如电解水制氢、电镀、电冶金等。2024/3/2425123介绍金属腐蚀的主要类型，包括化学腐蚀、电化学腐蚀和生物腐蚀等，并分析其腐蚀机理。金属腐蚀类型及机理探讨金属防护的主要方法，如涂层保护、阴极保护、合金化等，并分析各种方法的优缺点及适用范围。金属防护方法设计金属腐蚀与防护的实验方案，包括实验原理、实验步骤、数据分析等，以加深对金属腐蚀与防护方法的理解。金属腐蚀与防护实验设计金属腐蚀与防护方法探讨2024/3/242607总结回顾与拓展延伸2024/3/2427本章重点讲解了热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡和相平衡等基本概念和原理。热力学第一定律和第二定律的深入理解及应用，化学平衡和相平衡的判断和计算。重点难点本章重点难点总结回顾2024/3/242803相平衡在材料科学中的应用相平衡原理对于理解材料的结构和性能具有重要意义，如合金的制备、陶瓷材料的烧结等。01热力学在能源领域的应用热力学第一定律和第二定律为能源转换和利用提供了基本的理论支持，如热机效率、制冷技术、新能源开发等。02化学平衡在环境保护中的应用通过了解化学平衡原理，可以预测和控制大气、水体