1、北京化工大学物化课件真题等最新课件01-绪论

1、北化考研论坛： 1一、什么是物理化学 它是从物质的物理现象与化学现象的联系入手来研究 物质变化基本规律的一门科学。 定义：应用数学、物理学原理和方法研究有关化学现 象和化学过程的一门科学。 物理化学又称理论化学，是化学类的基础学科也是一 门边缘学科。 绪 论 一、什么是物理化学 二、物理化学的内容 三、物理化学的研究方法 四、学习物理化学的意义 五、如何学好物理化学 六、物理量的表示及运算 教材与参考书 绪论 PrefaceIntroductionChapter 1 The properties of gasesChapter 2 The first law of t

2、hermodynamics Chapter 3 The second law of thermodynamics Chapter 4 The thermodynamics of open system Chapter 5 Chemical equilibriumChapter 6 Phase equilibrium目录平衡篇绪论 第一章 气体的pVT性质第二章 热力学第一定律第三章 热力学第二定律第四章多组分系统热力学第五章 化学平衡 第六章 相平衡 物理化学2011年秋 北京化工大学理学院化学系物理化学组北京市北三环东路15号 Tel-mail:zhangldma

3、 2六、物理量的表示及运算 物理量的运算： 1) 物理量常用特定符号表示，该符号即包括数值又包括单位。2) 用物理量表示的方程式中，有加、减、比较时，要求量纲、 单位相同。3) 对数、指数中的变量应当是纯数而不是物理量。 例如： ln（X/X）、x/x 。 4) 作图、列表应当用纯数。 5) 国际单位制常用的物理量：长度：m（米),质量：kg（千克）,时间：s（秒）,压力：Pa（帕斯卡）,能量：J（焦耳）. 五、如何学好物理化学 物理化学课的特点： 1 理论性强、概念抽象。2 各章节相互联系密切。3 理论与计算并重。 4 大部分公式都有使用条件和适用范围。 要求：1

4、 认真学习、及时复习，重视实践环节配合（实验、习题、思考题）做好课后习题、思考题。 2 了解各章节重点、难点，注意概念之间的联系。 3 要注意每个公式的应用条件，切忌死记硬背。 4 要有一定的数学、物理基础。 四、学习物理化学的意义 对实际应用的意义 直接的: 直接的应用于物质变化的最佳控制条件。间接的: 学会物理化学的思维方法 a 实践归纳总结理论实践b 模型演绎推理理论实践c 理想化修正实际过程 对学习其他课程的意义对先行课 对后序课 三、物理化学的研究方法 特点： 理论与实验相结合，理论与实验并重。 理论上、实验上均采用与物理学近似的方法。 如实验常采用：测温度、压力、浓度，观颜色、声现

5、象，测电流、磁场等 2 主要理论： 经典热力学建立在三个经验经验定律上，通过推理与演绎，研究物质的宏观性质，经验的。 统计热力学研究物质的微观与宏观的联系，采用统计平均的方法。量子力学研究物质的微观性质，纯理论的。 二、物理化学的内容 .化学热力学 化学变化的能量效应 热力学第一定律 化学变化的方向和限度 热力学第二定律 .化学动力学 化学反应进行的速度及影响的各种因素化学反应进行的具体步骤 .结构化学 化学性质与微观结构之间的关系 从例中总结出： 化学变化总伴随着物理变化 如：化学反应中常伴有能量的吸收或放出， 有压力、温度、密度、形态等的变化，有光的发射或吸收，有声响，有电动势、电流等 物

6、理条件的变化也影响着化学变化如：压力、温度、浓度等变化的影响 化学现象与物理现象之间有着密切联系 物理化学研究的正是这种联系，从而找出化学反应中具有普遍性的规律。 3一、理想气体状态方程 1. 低压定律 波义尔定律： pV=常数 （n,T一定） 盖吕萨克定律： V/T=常数（n,p一定） 阿费加德罗定律： V/n=常数（T,p一定） 且T=273.15K p=101.325kPa 时 -3 31mol气体 Vm=22.410 m 由三个低压定律可导出理想气体状态方程 2. 理想气体状态方程pV=nRT 或 pVm=RT 单 位 ：pPa Vm3 TK nmol 1-1理想气体状态方程及微观模型

7、 一、理想气体状态方程二、气体常数 R三、理想气体定义及微观模型四、理想气体p、V、T性质计算 掌握理想气体状态方程 掌握理想气体的宏观定义及微观模型 掌握分压、分体积概念及计算。 理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象。 掌握饱和蒸气压概念 理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因子图，了解 对比状态方程及其它真实气体方程。 本章基本要求：第一章 气体的p、V、T性质 本章基本要求： 1-1理想气体状态方程及微观模型 1-2道尔顿定律和阿马格定律 1-3实际气体的p、V、T性质 1-4范德华方程与维里方程 1-5实际气体的液化与临界性质 1-6对应状态原理与压缩因子图理论与科研结合应用实例

8、科学家史话参考书 第一章 气体的p、V、T性质 参考书： 教材:物理化学上、下册，天津大学物理化学教研室编，高教，第三版 辅助教材:物理化学例题与习题北京化工大学编，化学工业 参 考 书:物理化学上、下册，南京大学物付献彩主编， 高教，第四版 物理化学上、中、下册，华东理工大学胡英主编，高教 物理化学简明教程，印永嘉，人民教育 Physical ChemistrySixth Edition Robert A. Alberty Physical Chemistry P. W. Atkins 4p = p1 + p2 + 或 p = pBp= n 1 RT ,p = n 2 RT , 1V2Vp

9、= n1 RT + n2 RT + L = (n + n + L) RT VV12Vn =n1+ n2+p = nRTV分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 一、道尔顿分压定律 1分压定义 混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、体积时所产生的压力称为组份B的分压。用PB表示。 nA+nB,p总nA,pAnB,pB TVTVTV 2道尔顿分压定律def n RTp= p分压定律(适用于低压气体) ： p= B BBVB推论： pB = pYB1-2道尔顿定律和阿马格定律 一、道尔顿分压定律 二、阿马格分体积定律 三、两者关系 四、气体体积的计算实例 四、理

10、想气体p、V、T性质计算 p、知三求一两个状态间的计算。 当一定时 p1V1/T1=p2V2/T23 导出量的计算质量、密度r、体积流量、质量流量等如： r/M/p/()三、理想气体定义及微观模型 理想气体宏观定义：凡在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程（ pV=nRT ）的气体，称为理想气体。 理想气体微观模型：分子本身不占体积， 分子间无相互作用力。 对实际气体讨论： p0时符合理想气体行为 一般情况低压下可近似认为是理想气体温度越高、压力越低，越符合理想气体 二、气体常数 R对实际气体P0时，符合理想气体方程T一定时 R= lim pVm p0 T R=8.314 Jmol-1K-

11、1 R=0.08206 atml mol-1K-1 在 pVmp 图上 画线T 时pVmp 关系曲线外推至p0 pVm为常数 pVm/J.mol-1 Ne2271.11理想气体O2CO2p/p 5四、气体体积的计算实例 6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25。748mmHg下，要产生75.0dm3的N2，计算需要叠氮化钠的质量。 例:为了行车的安全，可在汽车中装备上空气袋，防止碰撞时司机受到伤害。这种空气袋是用氮气充胀起来的，所用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应生成的。总反应是： 三、两者关系 注意：p p 但 是 p p B = V

12、B = n B = y BpnyCV CCCpB=VB = nB = yVnBp二、阿马格分体积定律 1. 分体积定义 混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、压力时所的体积称为组份B的分体积。用B表示。 nA+nB,v总nA,VAnB,VBT,PT,PT,P2. 阿马格分体积定律：混合气体的总体积，等于混合气体各组 分单独存在于混合气体T、P条件下的体积之和。 Vdef n B RTV = V(适用于低压气体)： B =pB B推论： V =V yBBp (O ) = n (O 2 ) p2n= 0 .180 35 .5 kPa = 20.0kPa0 .320p(N2)= p

13、- p(NH3) - p(O2)=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa 解：n= n（NH3）+n（O2）+n（N2） =0.320mol+0.180mol+0.700mol=1.200mol例题 某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n（NH3）=0.320mol，n（O2）= 0.180mol，n（N2） =0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体 的分压。 分压的求解： p B = n B RTp = nRTVVp B = n B = y pnBp= n B p = y pBnBx B B的摩尔分数 62、体积的

14、修正 a ，b两球碰撞时质心的最小距离为R，4/3R3，每个分子的排除空间为（1/2）（ 4/3R3）即4 4/3(R/2)3 1mol分子的自由活动空间 R=Vm 4( 1mol分子本身的体积) 4倍的1mol分子本身的体积 3ab=4(LR /6)=b VM(理)=VM(真)-b 范德华方程为：（p+a/V 2 )（Vm-b)=RT m 或 （p+na/V2)(V-nb)=nRT 一、范德华方程 1.压力 修正 由理想气体 PVm=RT 进行压力和体积修正得到范德华方程(气体分子所受的总压力) (1mol分子的自由活动空间)=RT P(理)=P(真)+P(内)P(内)：正比于分子间作用力

15、的大小，正比于碰撞在器壁单位 ba面积上的分子数。 如上两因素均与分子体积成反比，因此有： P（内）=a/Vm21-4 范德华方程与维里方程 一、范德华方程 二、维里方程 CH4的Z-p图： 同一物质，不同温度下有不同的 pVT行为。 等温条件下： 1、p 0，Z 1； 2、p较大时分子之间表现排斥力Z 1，难压缩； 3、p较小时分子之间表现为吸引力Z1真实气体比理想气体难压缩 ZTc气体不可液化一段光滑曲线 2. T=Tc气体可液化的最高温度两段光滑曲线中间有拐点,C点 3. TTc气体可以液化 三段：水平线气液共存较陡的线为液体线 较平的线为气体线 二、CO2气体在p Vm图上的等温线 p

16、P 一、饱和蒸汽压的概念 p恒定温度下： 水(g）当水与水蒸汽达成动态平衡时，P*为温度T时的水(l)饱和蒸汽压。且饱和蒸汽温度T压随温度的变化而变化。 1-5实际气体的液化与临界性质 一、饱和蒸汽压的概念 二、CO2气体在P Vm图上的等温线 三、临界性质 二、维里方程 Z（P，T）=1+Bp+Cp2+Dp3+23 Z（Vm，T）=1+B/Vm+C/Vm +D/Vm + B、C、D，B、C、D依此被称为： 第二、第三、第四维里系数 8温度、压力略高于临界点的流体称为超临界流体。这种接近于临界点的流体, 其密度或体积与饱和液体很接近。由于超临界流体具有很高的密度,它能像一般液体溶剂那样溶解许多

17、固体物质或高沸点液体物质。另一方面,在 临界点附近只要恒温下略为降低压力或恒压下略微升高温度,体积将有较大 增加, 密度将有较大减小,相应地那些被溶解物质的溶解度将显著下降而导致析出。超临界流体还有一个很重要的特点,即虽然它的密度接近饱和液体,粘度却接近饱和蒸气,这些重要特性促进了一种新兴技术的发展, 即超临界萃取技术。它具有低能耗优点。通常使用的超临界流体如二氧化碳、乙烷、丙烷等, 临界温度较低,可以在室温附近操作,又无毒, 因此, 这种技术得到很快的发展。目前常被用来萃取水溶液中的有机物, 从茶叶和咖啡豆中萃取 , 从植物中萃取芳香油, 从种子中萃取食用油脂, 从中药材中萃取有效成分，从高

18、分子物质中萃取残留单体等。超临界流体还可以作为溶剂制造无公害涂料， 如汽车用油漆、室内环保涂料等。超临界流体的应用正方兴未艾。 超临界萃取 三、压缩因子图使用 已知P、T求Vm c 查出pc、Tc计算Pr、Tr， d查图找Tr线上对应pr时的Z值， e由pVm= ZRT求出Vm 已知T、Vm求p c查出pc、Tc计算Tr，dpc代入 pVm =ZRT 中得到Z=(pc Vm /RT)pr=kpr一条直线，e查图找Tr线与Z=kPr交点对应的Pr、Z 值 ，fp= pr pc 已知p、Vm求T（自学） c查出p 、Tc计算Prd Tc代入 pVm =ZRT 中得到Z=k/Tr ce Z=k/Tr

19、线与p 线交点得Tr、Z值fT= Tr Tc r 二、压缩因子图 压缩因子图 一、对应状态原理 定义对比参数 pr=p/pc Tr=T/Tc Vr=Vm/Vc非极性气体（H2 ,He ,Ne)pr=p/(pc +810.6kPa); Tr=T/(Tc+8K) Pr、Tr、Vr之间大致存在着一个普遍适用的关系式f(pr、Tr、Vr）=0 对应状态原理： 若不同的气体有两个对比状态参数彼此相等，则两种气体处在对应状 态。当不同气体在对应状态时，某些物理性质（压缩因子、逸度系数等） 相同或具有简单关系。 如范德华方程可表示为: P =8 T r-3r3 V - 1V 2rr1-6对应状态原理与压缩因

20、子图 一、对应状态原理 二、压缩因子图 三、压缩因子图使用 C点为临界点，pC、VC、TC分别为临界压力、临界体积、临界温度。 临界点C有如下特点： 高于临界温度，气体不能液化； 临界点处:Vm（g）=Vm（l）;临界点C处： p 2 p = 0; 2 =0Vm T VmTccCO2的临界参数： pC=73967.25kPa ；VC=0.0957dm3/mol；TC=31.04 三、临界性质 91、付鹰.化学热力学导论.北京:科学,19632、郭润生.化学热力学.北京:高等教育,19883、王竹溪.热力学.北京:人民教育,19624. 韩德刚等.化学热力学.北京:高等教育,19975. McG

21、lashan M L .化学热力学.刘天和,刘芸译.北京:中国计量,1989参考文献 范德华(Van der Waals J D , 1837 1923)荷兰物理学家，自1877年至1907年任阿姆斯特丹大 学物理学教授。他引入液体和气体连续性的概 念，创立了流体状态的动力学理论，通过对中 等大小的分子间的距离研究了独立分子间的吸 引力。范氏的气体状态方程为临界压力、温度 和体积提供了一种解释，结果与对气体二氧化 碳的实验观测很一致，显示出该气体与理想气 体的行为有相当大的偏差。1910年范氏因其关 于气体的流体性质的研究荣获诺贝尔物理学奖。 范德华(Van der Waals J D)道尔顿

22、(Dalton J , 1766 1844)英国化学家。1803 年创立原子学说，成功地解释了化学的一些基本 定律：质量守恒定律、定比定律、倍比定律、化 合量定律等。1811年对阿伏加德罗提出的分子概 念加以补充，成为原子 分子学说。这一学说是近代化学最重要的最基本的学说，为近代化学的 发展奠定了坚实的理论基础。原子学说主要内容 有三点：(1). 一切元素都是由不能再分割、不能的微粒组成，这种微粒称为原子；(2). 同一元素的原子的性质和质量皆相同，不同元素的原子的 性质和质量皆不同；(3). 两种不同元素的化合作用是一元素的一定数目的原子与另一元素的一定数 目的原子结合而形成化合物的各个分子。 道尔顿(Dalton J)， 玻耳兹曼(Boltzmann L , 1844 1906)奥地利物理学1866年在维也纳大学获博士学位。享有奥地利和德国 几所大学的数学、实验物理学和理论物理学的教授职位。除了在气体动力学理论方面进行了大量的计算外，还奠 定了统计力学领域的基础并在物质的原子论的基础上阐 述了热力学第二定律。现已被世界公认的玻氏在统计力