物理化学相平衡教案

【篇一：《物理化学》教学大纲】

《物理化学》教学大纲

开课单位：化学与生物工程学院化学教研室

学分：3总学时：48h（理论教学48学时）

课程类别：必修考核方式：考试

基本面向：生物工程专业

一、本课程的性质、目的和任务

物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系人手，来探求化学

变化的基本规律的一门科学。物理化学研究化学变化、相变化及其

它有关的物理变化的基本原理，是材料学院和生物工程学院一门必

修的基础课。

通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握物理化学基础知识和计

算方法，同时还应得到一般科学方法的进一步训练，增长提出问题、分析问题和解决问题的能力。科学方法的训练应贯彻在课程教学的

整个过程中，特别是要通过热力学和动力学的学习，使学生能学会

结合具体条件应用理论解决实际问题的一般科学方法。

二、本课程的基本要求

1、启发学生对本课程的认识和学习热情，介绍本课程的主要内容和学习方法。

2、理解热力学状态函数的性质和应用，理解热力学三大定律的叙

述及数学表达式。

3、理解溶液和相平衡原理及应用。

4、应用热力学定律，理解化学平衡的原理及应用。

5、理解电化学的基本原理及应用。

6、理解表面现象的性质及特点。

三、本课程与其它课程的关系

本课程属理论课、基础课性质，它的目的是为后继课程打好基础，

化工原理》、《现代分析检测技术》、《生物化学》、《生化工程》、《生化分离工程》等将应用本课程的基础理论及知识。

四、本课程的理论教学内容

绪论

介绍物理化学的研究对象及主要内容，研究方法。结合实例说明物

理化学理论学习的重要性，并激发学生学习物理化学的积极性。

第一章气体

熟练掌握理想气体的状态方程，了解理想气体的微观模型。

掌握道尔顿分压定律和阿马格分体积定律条件及其应用。

了解真实气体pvt行为对理想气体行为的偏差。

第二章热力学第一定律

理解下列热力学基本概念：环境和系统，状态函数，途径和过程，

热和功，平衡状态。理解并掌握热力学第一的叙述及数学表达式。

明确热力学能、焓、标准生成焓、标准燃烧焓、标准反应焓、热容

的定义并会应用。

掌握在物质的p．v．t变化、相变化及化学变化过程中计算热、功

和各种状态函数变化值的方法。

第三章热力学第二定律

了解热力学第三定律。

掌握热力学基本方程和麦克斯韦关系式，并能一般应用。

掌握在物质的p．v．t变化、相变化及化学变化过程中计算熵、亥

姆霍兹函数和吉布斯函数变化值的方法，

理解热力学公式的适用条件，掌握熵增原理及平衡判据的一般准则。理解偏摩尔量及化学势的概念。

第四章化学平衡

明确标准平衡常数的定义，了解等温方程和等压方程的推导并会应用。

能利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成，能判断一定条件下化

学反应可能进行的方能分析t、p、组成等因素对平衡的影响。

第五章溶液和相平衡

会从相平衡条件推导克拉佩龙和克拉佩龙——克劳修斯方程，并能

用于计算。

理解拉乌尔定律及亨利定律并会应用于计算。

理解理想液态混合物的混合性质，理想稀溶液的依数性质。

理解相律的含义并会应用，掌握c．s．r．f的概念。

掌握单组分系统及二组分系统典型相图的特点和应用。

第六章电化学

了解表征电解质溶液导电性的物理量(电导率、摩尔电导率)。

了解离子平均活度及平均活度系数的定义，掌握离子独立运动方程。了解可逆电池的概念。会推导能斯特方程，掌握电池电动势的计算

及应用。

了解极化作用和超电势的概念。

第七章化学动力学基础

明确反应速率、反应速率常数、反应级数的概念。

掌握零、一、二级反应的特征，并能进行计算。

了解阿仑尼乌斯方程及其应用，明确活化能的概念及其对反应速率常数的影响。了解碰撞理论及过渡状态理论的基本概念。

五、本课程的重点、难点

重点：热力学第一、第二定律，溶液与相平衡，电化学，化学动力学

难点：热力学热二定律，相平衡，化学动力学

六、学时分配

在教学中拓展一些与物化有关的科学前沿知识，以及相关理论在工程实际中的应用情况，以提高学生的学习积极性；应用现代教学手段教学，如多媒体教学、投影胶片等辅助教学。

课程建设

1、《物理化学》复习思考题

2、《物理化学》试题库

3、《物理化学》电教片，计算机辅助教学软件

4、《物理化学》实验指导书

5、《物理化学》实验报告

八、教学参考资料

（一）教材

1、肖衍繁编著，《物理化学》，天津大学出版社，1997年（二）参考书

1、邵光杰主编，《物理化学》，哈尔滨工业大学出版社，2002年

2、蔡文娟主编，《物理化学》，冶金工业出版社，1997年

3、董元彦等编，《物理化学》，科学出版社，2001年

4、杜清枝等编，《物理化学》，重庆大学出版社，2001年

5、汪存信等编，《物理化学》，武汉大学出版社，1997年

【篇二：物理化学课程教案】

第一章热力学第一定律及其应用

2. 1热力学概论

热力学的基本内容

热力学是研究热功转换过程所遵循的规律的科学。它包含系统变化所引起的物理量的变化或当物理量变化时系统的变化。

热力学研究问题的基础是四个经验定律（热力学第一定律，第二定

律和第三定律，还有热力学第零定律），其中热力学第三定律是实

验事实的推论。这些定律是人们经过大量的实验归纳和总结出来的，具有不可争辩的事实根据，在一定程度上是绝对可靠的。

热力学的研究在解决化学研究中所遇到的实际问题时是非常重要的，在生产和科研中发挥着重要的作用。如一个系统的变化的方向和变

化所能达的限度等。热力学研究方法和局限性

研究方法：

热力学的研究方法是一种演绎推理的方法，它通过对研究的系统

（所研究的对象）在转化过程中热和功的关系的分析，用热力学定

律来判断该转变是否进行以及进行的程度。

特点：

首先，热力学研究的结论是绝对可靠的，它所进行推理的依据是实

验总结的热力学定律，没有任何假想的成分。另外，热力学在研究

问题的时，只是从系统变化过程的热功关系入手，以热力学定律作

为标准，从而对系统变化过程的方向和限度做出判断。不考虑系统

在转化过程中，物质微粒是什么和到底发生了什么变化。

局限性：

不能回答系统的转化和物质微粒的特性之间的关系，即不能对系统

变化的具体过程和细节做出判断。只能预示过程进行的可能性，但

不能解决过程的现实性，即不能预言过程的时间性问题。

2. 2热平衡和热力学第零定律－温度的概念为了给热力学所研究的

对象－系统的热冷程度确定一个严格概念，需要定义温度。

温度概念的建立以及温度的测定都是以热平衡现象为基础。一个不

受外界影

响的系统，最终会达到热平衡，宏观上不再变化，可以用一个状态

参量来描述它。当把两个系统已达平衡的系统接触，并使它们用可

以导热的壁接触，则这两个系统之间在达到热平衡时，两个系统的

这一状态参量也应该相等。这个状态参量就称为温度。

那么如何确定一个系统的温度呢？热力学第零定律指出：如果两个

系统分别和处于平衡的第三个系统达成热平衡，则这两个系统也彼

此也处于热平衡。热力学第零定律是是确定系统温度和测定系统温

度的基础，虽然它发现迟于热力学第

一、二定律，但由于逻辑的关系，应排在它们的前边，所以称为热

力学第零定律。

温度的科学定义是由热力学第零定律导出的，当两个系统接触时，

描写系统的性质的状态函数将自动调节变化，直到两个系统都达到

平衡，这就意味着两个系统有一个共同的物理性质，这个性质就是“温度”。

热力学第零定律的实质是指出了温度这个状态函数的存在，它非但

给出了温度的概念，而且还为系统的温度的测定提供了依据。

2. 3热力学的一些基本概念

系统与环境

系统：物理化学中把所研究的对象称为系统

环境：和系统有关的以外的部分称为环境。

根据系统与环境的关系，可以将系统分为三类：

（1）孤立系统：系统和环境之间无物质和能量交换者。

（2）封闭系统：系统和环境之间无物质交换，但有能量交换者。（3）敞开系统：系统和环境之间既有物质交换，又有能量交换系

统的性质

系统的状态可以用它的可观测的宏观性质来描述。这些性质称为系

统的性质，系统的性质可以分为两类：

（1）广度性质（或容量性质）其数值与系统的量成正比，具有加

和

性，整个体系的广度性质是系统中各部分这种性质的总和。如体积，质量，热力学能等。

（2）强度性质其数值决定于体系自身的特性，不具有加和性。如

温

度，压力，密度等。

通常系统的一个广度性质除以系统中总的物质的量或质量之后得到

一个强度性质。

热力学平衡态

当系统的各种性质不随时间变化时，则系统就处于热力学的平衡态，所谓热力学的平衡，应包括如下的平衡。

（1）热平衡：系统的各部分的温度相等。

（2）力学平衡：系统的各部分压力相等。

（3）相平衡：当系统不上一个相时，物质在各相之间的分配达到

平衡，在

相的之间没有净的物质的转移。

（4）化学平衡：当系统中存在化学反应时，达到平衡后，系统的组成不随

时间变化。

状态函数

当系统处于一定的状态时，系统中的各种性质都有确定的数值，但系统的这些性质并不都是独立的，它们之间存在着某种数学关系（状态方程）。通常，只要确定系统的少数几个性质，其它的性质就随之而这定。这样，系统体系的性质就可以表示成系统的其它的性质的函数，即系统的性质由其状态而定，所以系统的性也称为状态函数。如

系统的性质?f?系统的状态?

当系统处于一定的状态时，系统的性质只决定于所处的状态，而于过去的历史无关，若外界的条件变化时，它的一系列性质也随之发生变化，系统的性质的改变时只决定于始态与终态，而与变化所经历的途径无关。这种状态函数的特性在数学上具有全微分的特性，可以按照全微分的关系来处理。

状态方程

描述系统性质关系的数学方程式称为状态方程式。

状态方程式的获得：系统的状态方程不以由热力学理论导出，必须通过实验来测定。在统计热力学中，可以通过对系统中粒子之间相互作用的情况进行某种假设，推导出状态方程。

描述一个系统的状态所需要的独立变数的数目随系统的特点而定，又随着考虑问题目的复杂程度的不同而不同。一般情况下，对于一个组成不变的均相封闭系统，需要两个独立变数可以确定系统的状态，如理想气体的状态方程可以写成

t?f?p,v?

（1）

对于由于化学变化、相变化等会引起系统或各相的组成发生变化的系统，还必须指明各相的组成或整个系统的组成，决定系统的状态所需的性质的数目就会相应增加。如对于敞开系统，系统的状态可以写成p,v,n1,n2,?的函数。

t?f?p,v,n1,n2,??

2）（

过程与途径

过程：在一定的环境条件下，系统发生了一个状态变化，从一个状态变化到另一个状态，我们称系统发生了一个热力学过程，简称过程。

途径：系统变化所经历的具体路径称为途径。

常见的变化过程有：

（1）等温过程系统从状态1变化到状态2，在变化过程中温度保持不变，

始态温度等于终态温度，且等于环境温度。

（2）等压过程系统从状态1变化到状态2，在变化过程中压力保持不变，

始态压力等于终态压力，且等于环境压力。

（3）等容过程系统从状态1变化到状态2，在变化过程中体积保持不变。

（4）绝热过程系统在变化过程中，与环境不交换热量，这个过程称为绝

热过程。如系统和环境之间有用绝热壁隔开，或变化过程太快，来不及和环境交换热量的过程，可近似看作绝热过程。

（5）环状过程系统从始态出发，经过一系列的变化过程，回到原来的状

态称为环状过程。系统经历此过程，所有性质的改变量都等于零。热和功

热：热力学中，把由于系统和环境间温度的不同而在它们之间传递的能量称为热（q）。（符号的约定：系统吸热为正）

热（量）与系统的热冷的概念不同。

在热力学中，除热以外，系统与环境间以其它的形式传递的能量称为功（w）（符号的规定：给系统做功为正）。

各种功的微小量可以表示为环境对系统施加影响的一个强度性质与其共轭的广度性质的微变量的乘积。如功的计算式可以表示为：

3） ?w?p外dv??xdx?ydy?zdz?????we??wf（

上式中p外,x,y,z,?表示环境对系统施加的影响的强度性质，而dv,dx,dy,dz?则表示其共轭的广度性质的微变。

热和功的单位：焦（j）

【篇三：物理化学教案】

【教学重点】1、介绍物理化学的定义、目的和内容

2、掌握物理化学的学习方法

【教学难点】物理化学定义及内容的理解

绪论

【引言】化学是研究物质性质与变化的科学。自然界的物质是由大量的分子、

原子等构成的，所以从微观上看，化学所研究的物质变化，实质上就是分子、原子之间相互作用、相互结合方式及运动方式的变化。这些分子、原子相互作用及相对运动均具有一定的能量。故相互作用及运动方式的变化亦引起能量形式的变化，因而物质变化的化学现象常伴随着热、光、电、声等物理现象。例如：光照射照相底片所引起的化学反应可使图像显示出来；蓄电池中电极和溶液之间进行的化学反应是电流产生的原因等。许多的现象都说明物理现象与化学现象之间总是紧密联系着的。

【提问】那么什么是物理化学呢？

【板书】一、物理化学的定义：从化学现象与物理现象的联系去寻找化学变化

规律的学科，也称为理论化学。

二、物理化学的目的：解决生产实际和科学实验向化学提出的理论问

题，从而使化学更好地为生产实际服务。

【引言】物理化学要解决哪些问题？或者说其内容是什么？【板书】三、物理化学的内容（解决三个方面的问题）

1、化学反应的方向和限度问题——化学热力学；

2、化学反应的速率和机理问题——化学动力学；

3、物质的性质与其结构之间的关系问题——物质结构。四、物理化学的形成、发展和前景

【讲解】 1、形成：19世纪前期，欧洲发生产生革命，手工业向机械工业过渡，

化学向现代科学转化。

①1804年道尔顿（dalton）的原子论原子分子学说；②1811年阿伏加德罗(avogadro)的分子论定比定律；

至19世纪中叶，随着生产的发展，化学已经积累了很多经验，在这种情况下，物理化学逐渐建立起来。

2、发展：

③1840年盖斯(hess)的热化学定律；

④1869年门捷列夫(mendeleyev)的元素周期律；

⑤1876年吉布斯(gibbs)奠定了多相体系的热力学理论基础；

⑥1884年范特霍夫(van′t hoff)创立了稀溶液理论；

⑦1886年阿累尼乌斯(arrhenius)的电离学说，揭示了电解质水溶液本性；

⑧1906年能斯特(nernst)发现了热定理，进而建立了热力学第三定律；

二十世纪40年代，由于原子能的发现，大大促进了物理化学的飞速发展。

3、前景：对研究无机、有机、高分子和生化反应的机理，有着重要的启

发性，如今由于计算机的应用，使物理化学有了更加广阔的前景。【引言】怎样能够学好物理化学这门课程呢？【板书】五、物理化学的学习方法

1、注意逻辑推理的思维方法；

2、注意自己动手推导公式；

3、重视多做习题；

4、勤于思考。

【教学重点】1、理想气体及其状态方程的理解；

2、掌握理想气体混合物的p、v、t关系；

3、真实气体状态方程的领会。

【引言】由于气体是气、液、固三态中最简单的一种聚集状态，气态物质的变

化在物质变化中最有典型意义，所以物理化学课程一般都由气态的学习开始。为什么以气体为研究对象呢？

第一章气体的pvt关系 1－1 理想气体状态方程

【板书】一、为什么以气体为研究对象？

1、对t和p影响敏感；

2、p、v、t定量关系易发现；

3、热力学主要研究对象（理想气体）。

【引言】从17世纪中期，人们开始研究低压下（p1mpa）气体的pvt关系，

发现了三个对各种气体均适用的经验定律。

【板书】二、理想气体状态方程式【幻灯片】1、波义尔定律

2、盖－吕萨克定律

3、阿伏加德罗定律

v/n=k（t、p恒定）即v∝n

理想气体状态方程式：p1v1/t1=p2v2/t2=?=pnvn/tn=k=pv/t

【板书】1pa＝1n/m2=105dyn/(102cm)2=10dyn/cm2

1n=1kg2m/s2=1000g3100cm/s2=105dyn 由mmhg的定义出发：

∴1atm=7603133.322=1.01325dyn/cm2=1.01325105n/m2

r=pv/t=0.08206atm?l?k-1?mol-1

=(1.013253106dyn/cm2322.4143103cm3)/273.15k?mol

=8.3143107ergs?k-1?mol-1 所以 r=8.314j?k-1?mol-1

r=1.987cal?k-1?mol-1

注意：1atm?l＝8.314/0.08206=101.3j

1j=0.24cal, 1cal=4.18j, 1j=107ergs（尔格）【板书】三、理想气体的特征：

1、分子之间无相互作用力；

2、分子本身不占有体积。

通常把在任何温度，任何压力下均服从理想气体状态方程的气体

称为理想气体。

1－2 理想气体混合物

【板书】一、混合物的组成

二、理想气体状态方程对理想气体混合物的应用【副板书】

道尔顿分压定律：混合理想气体的总压等于各组分的分压加和。．．．．．．．【提问】何谓分压？

【板书】1、分压：各组分在相同温度下，单独存在时所占据混合

气体总体积的

压力叫分压，即p总＝p1 + p 2 + p 3+?+ pi =?pi

由分压定律：p1＝n1rt/v，p2＝n2rt/v，?，pi＝nirt/v

故p总＝(n1+ n2+?+ni) rt/v

因为n1+ n2+?+ni＝n总，所以p1/p总＝n1/n总＝x1 同理可得：pi/p总＝xi──摩尔分数因此分压定律数学表达式为：pi＝xi p总又

因为 pv=nrt

所以v=nrt/p= n1rt/p + n2rt/p +?+ nirt/p = v1+v2+?+vi 即 v总＝

v1 + v 2 + v 3+?+ vi

【讲解】进而得出分体积的定义

【板书】2、分体积：各组分在相同温度、相同压力下，单独存在

时所占据的体

积，即 vi/v总 = xi

【板书】例题1 计算0℃、1atm下甲烷气体的密度。

例题2用细管连接体积v相等的两个玻璃球中放入0℃、1atm的

空气加以密封，若将其中一个球加热至100℃，另一个球仍保持0℃，求容器中气体的压力（细管的体积可忽略不计）