物理化学-第五版-傅献彩沈文霞姚天扬侯文华编-高等教育出版社-化工学院-

物理化学第五版傅献彩

沈文霞

姚天扬

侯文华编高等教育出版社化工学院庄淑娟绪论§0.1

物理化学的建立与发展§0.2

物理化学的目的与内容§0.3

物理化学的研究方法§0.4

物理化学课程的学习方法§0.1物理化学的建立与发展18世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化定律。俄国科学家罗蒙诺索夫(1711－1765)最早使用“物理化学”这一术语。МВЛомоносов§0.1

物理化学的建立与发展

1887年德国科学家W.Ostwald和荷兰科学家J.H.van’tHoff合办的《物理化学杂志》(德文）创刊。

W.Ostwald(1853－1932)

J.H.van’tHoff(1852－1911)§0.1

物理化学的建立与发展20世纪前期迅速发展界面化学热化学电化学化学热力学物理化学溶液化学胶体化学化学动力学催化作用量子化学结构化学新测试手段和新数据处理方法不断涌现。形成了许多新的分支领域，如：§0.1

物理化学的建立与发展20世纪中叶后发展趋势和特点：(1)从宏观到微观(2)从体相到表相(4)从定性到定量(5)从单一学科到边缘学科(6)从平衡态的研究到非平衡态的研究(3)从静态到动态§0.1

物理化学的建立与发展只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。(1)

从宏观到微观宏观(看得见的物体)介观(纳米材料)微观(原子、分子)粒子膜丝管纳米§0.1

物理化学的建立与发展(2)从体相到表相在多相系统中，化学反应总是在表相上进行。随着测试手段的进步，了解表相反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。§0.1

物理化学的建立与发展(3)从静态到动态热力学研究方法是从静态利用热力学函数判断变化的方向和限度，但无法给出变化的细节。激光技术和分子束技术的出现，可以真正地研究化学反应的动态问题。分子反应动力学已成为非常活跃的学科。§0.1

物理化学的建立与发展(4)从定性到定量随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数据处理的时间，并可进行自动记录和人工拟合。使许多以前只能做定性研究的课题现在可进行定量监测，做原位反应，如：利用计算机还可以进行模拟放大和分子设计。§0.1

物理化学的建立与发展(5)从单一学科到边缘学科化学学科内部及与其他学科相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的边缘学科，如：生物药学天文医学化学计算材料计算化学生物化学药物化学材料化学天体化学医用化学§0.1

物理化学的建立与发展平衡态热力学只研究平衡态和可逆过程的系统，主要研究封闭系统或孤立系统。

(6)从平衡态的研究到非平衡态的研究对处于非平衡态的敞开系统的研究更具有实际意义。自1960年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学科分支。

Prigogine对非平衡态热力学有突出贡献，这个学科分支成为当前理论化学的研究前沿之一。目前化学研究的前沿阵地：催化基础的研究；原子簇化学的研究；分子动态学的研究；生物大分子和药物大分子的研究。§0.2物理化学的目的和内容什么是物理化学?

研究所有物质系统的化学行为的原理、规律和方法的学科。涵盖从宏观到微观与性质的关系、规律、化学过程机理及其控制的研究。物理化学是化学以及在分子层次上研究物质变化的其他学科领域的理论基础。§0.2

物理化学的目的和内容什么是物理化学?化学反应原子、分子间的分离与组合热电光磁温度变化压力变化体积变化化学物理学密不可分相态变化§0.2

物理化学的目的和内容物理化学用物理的理论和实验方法研究化学变化的本质与规律物理现象化学现象§0.2

物理化学的目的和内容物理化学主要研究（1）化学变化的方向和限度问题各种因素如温度、压力和浓度等对化学变化的影响等。这类问题属于化学热力学的范畴。（2）化学反应的速率和机理问题外界条件如温度、压力、浓度和催化剂等对反应速率的影响。这属于化学动力学的范畴。（3）物质结构与性能之间的关系研究这类问题有结构化学和量子化学两个分支§0.3物理化学的研究方法采用归纳法和演绎法这一对逻辑方法。按照“实践―认识―再实践―再认识”的形式，往复循环以至无穷。常用的研究方法有：实验的方法、归纳和演绎的方法、模型化方法、理想化方法、假设的方法、数学的统计处理方法等等。§0.4物理化学课程的学习方法（1）扩大知识面，打好专业基础（2）提高自学能力，培养独立工作能力

1.抓住每章重点;

2.掌握主要公式的物理意义和使用条件;

3.课前自学，认真做笔记，及时复习;

4.注意章节之间的联系，做到融会贯通;

5.重视做习题，培养独立思考的能力，检查自己对课程内容的掌握程度。第一章气体§1.1气体分子动理论§1.2摩尔气体常数（R）§1.3理想气体的状态图§1.4分子运动的速率分布§1.5分子平动能的分布§1.6气体分子在重力场中的分布§1.7分子的碰撞频率与平均自由程§1.8实际气体§1.9气液间的转变§1.10压缩因子图*§1.11分子间的相互作用力§1.1

气体分子动理论理想气体的状态方程是压力，单位为Pa是体积，单位为是物质的量，单位为是摩尔气体常数，等于是热力学温度，单位为K气体分子动理论的基本公式气体分子的微观模型(1)气体是大量分子的集合体(2)气体分子不停地运动，呈均匀分布状态(3)气体分子的碰撞是完全弹性的…压力和温度的统计概念单个分子在单位时间、单位体积上所引起的动量变化是起伏不定的。但由于气体是大量分子的集合，尽管个别分子的动量变化起伏不定，而平均压力却是一个定值，并且是一个宏观可测的物理量。压力p是大量分子集合所产生的总效应，是统计平均的结果。对于一定量的气体，当温度和体积一定时，压力具有稳定的数值。压力和温度的统计概念

是两个半透膜只允许B分子出入只允许A分子出入在中间交换能量，直至双方分子的平均平动能相等分子的平均平动能是温度的函数：若两种气体的温度相同，则两种气体的平均平动能也相同，所以可以用温度计来测量温度。温度也具有统计平均的概念。（1）三个经验定律

①R.Boyle定律:恒温时，一定量的气体的体积与压力成反比。p1,V1p2,V2()T,np1/V,即pV=C气体分子运动公式对几个经验定律的说明②Gay-lussac定律:恒压时，一定量的气体的体积与绝对温度成正比。()p,nVT,即V=C’TV1,T1V2,T2③Avogadro定律:同温同压下，相同体积的气体含有相同的摩尔数。()T,pVn,即V=C’’n条件：压力越低，实验结果与三条经验定律吻合得越好。V1,n1V3,n3V2,n2（2）理想气体状态方程①理想气体的规定：在任何温度、压力下都服从上述经验定律的气体称为理想气体。②

什么叫状态方程：能够表示某物质p,V,T之间相互关系的方程式叫做该物质的状态方程。③

理想气体状态方程：pV=nRT

设V=f(T,p,n)④摩尔气体常数

R=8.314J·K-1·mol-1由Galu-ssac定律V=C’T

得到：由Avogadro定律V=C’’n

得到：由Boyle定律pV=C

得到：移项：不定积分：即：pV=nRT摩尔气体常数（R）如CO2(g)在不同温度下的实验结果，如图1.4(a)所示。各种气体在任何温度时，当压力趋于零时，

趋于共同的极限值。在同一温度下不同气体的实验结果，如图1.4(b)所示。摩尔气体常数（R）10203040502468图1.4(a)摩尔气体常数（R）10203040502468图1.4(b)CON2H2(3)混合理想气体1Dalton分压定律:p(总)=

pi2Amagal分体积定律：V(总)=

Vi

设一体积为V,温度为T的容器中,含有k种理想气体,其组分为A,B,

，而且相互之间不发生化学反应。

n总=

nA+nB+=

ni

n总(RT/V)=

nA

(RT/V)+

nB

(RT/V)+=

ni

(RT/V)

p总=

pA+pB+=

pi或pi:p总=

ni:n总

所以pi=p总

xi同理可证明：V总=

Vi或Vi

=V总

xi(4)实际气体和理想气体的比较1.理想气体的微观模型①分子之间没有相互作用力；②分子本身不占有体积，仅为几何质点。③气体分子之间的碰撞和气体分子与器壁的碰撞均属弹性碰撞。而实际气体的分子具有体积；分子之间还有相互作用力；因此需对气态方程进行修正。2.范德华(Vander

Waals)方程其中：a/Vm2称为内压，是对分子间吸引力的修正。这种吸引力的存在削弱了分子向器壁施加的压力，使实际气体压力减小。

a值越大，表示分子间引力越大，越易液化。

p(理想)=p(实际)+a/Vm2Vm(理想)=Vm–bb称为已占体积，是对体积的修正(有效总体积的减少)。b值约为1mol分子体积的4倍b=4(4/3

r3)L。范德华参数a,b物质a/Pa·m6·mol-2b×103/m3·mol-1H2HeCH4NH3H2OCON2O2ArCO2CH3OHC6H60.02470.003460.2280.4230.5530.1510.1410.1380.2350.3640.9651.8240.02660.02370.04280.03710.03050.03990.03910.03180.03980.04270.06700.1154(5)物质的pVT关系和相变1.理想气体的pVT图和pV图pV等温线温度升高2.实际流体(CO2)的pV

图

由图可见，高温下的等温线基本上还是双曲线，与理想气体的等温线相似。但随着温度的下降，等温线形状逐渐变化。到了304.21K以下，曲线便出现转折，中间有一个