物理化学电子教案第二章
《物理化学教案》word版
物理化学Ⅱ课程教案
课程名称物理化学Ⅱ英文名称Physical ChemistryEx课程编号20142学时数54学分数3
任课教师授课对象学年学期
周次
第1周，第2次课
备注
章节
名称
第二章热力学第一定律
2.3恒容热、恒压热，焓
2.4热容、恒容变温过程、恒压变温过程
授课
方式
理论课（√）；实验课（）；实习（）
韩德刚等物理化学高等教育
刘冠昆等物理化学中山大学
傅玉普等多媒体CAI物理化学大连理工大学
注：教案按课次填写，每次授课均应填写一份。重复班授课可不另填写教案。
东北农业大学
物理化学Ⅱ课程教案
课程名称物理化学Ⅱ英文名称Physical ChemistryEx课程编号20142学时数54学分数3
任课教师授课对象学年学期
讨பைடு நூலகம்
论
、
练
习
、
作
业
问：1.例举习题练习可逆过程的特点；与理想气体的热力学能和焓只是温度的函数，与压力和体积无关；
A一封闭体系，当始终态确定后若经历一个等温过程，则热力学能有定值。×
B．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。×
C．若一个过程是可逆过程，则该过程中的每一步都是可逆的。×
周次
第3周，第5次课
备注
章节
名称
第二章热力学第一定律
2.7相变化过程
2.9化学计量数、反应进度和标准摩尔反
应焓
授课
方式
理论课（√）；实验课（）；实习（）
教学
时数
2
教学目的与要求
理解相变焓的概念，掌握相变焓与温度的关系；理解反应进度的概念；掌握摩尔反应焓与标准摩尔反应焓的区别，并能够运用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓进行运算；
《物理化学》电子教案上册
《物理化学》电子教案上册第一章：引言1.1 课程介绍1.2 物理化学的基本概念1.3 物理化学的研究方法1.4 学习目标与要求第二章：气体2.1 气体的性质2.2 气体的压力与体积2.3 气体的温度与热量2.4 气体的化学反应第三章：溶液3.1 溶液的定义与组成3.2 溶液的浓度与稀释3.3 溶液的蒸馏与沸腾3.4 溶液的离子平衡第四章：固体4.1 固体的结构与性质4.2 固体的相变与相图4.3 固体的溶解与熔点4.4 固体的电导与磁性第五章：液体5.1 液体的性质与表面现象5.2 液体的蒸发与凝结5.3 液体的扩散与对流5.4 液体的相变与相图第六章：热力学第一定律6.1 能量守恒定律6.2 内能与热量6.3 功与热传递6.4 热力学第一定律的应用第七章：热力学第二定律7.1 熵与无序度7.2 可逆与不可逆过程7.3 热力学第二定律的表述7.4 热力学第二定律的应用第八章：化学平衡8.1 平衡常数与反应方向8.2 酸碱平衡与pH值8.3 沉淀平衡与溶解度积8.4 化学平衡的计算与应用第九章：动力学9.1 反应速率与速率常数9.2 零级、一级和二级反应9.3 反应机理与速率定律9.4 化学动力学的应用第十章：电化学10.1 电解质与离子传导10.2 电极与电极反应10.3 电池与电势10.4 电化学的应用重点和难点解析一、气体的化学反应补充和说明：气体之间的化学反应是物理化学中的重要内容，例如气体的合成、分解、置换等反应。
这些反应在工业生产、环境保护等领域具有重要的应用价值。
教案中应详细介绍气体化学反应的基本原理、反应类型及其应用实例，并通过实际案例分析，使学生能够深入理解和掌握这一部分内容。
二、溶液的离子平衡补充和说明：溶液中的离子平衡是物理化学中的关键概念，对于理解电解质溶液的性质和行为具有重要意义。
教案中应详细讲解离子平衡的基本原理、离子平衡常数的计算及其在实际应用中的作用，如酸碱平衡、溶解度积等。
02章 热力学第一定律
二、等压过程（isobaric process) p1 = p2 = pe，等压热效应 1. U Q p pe V Q p ( pV )
2．焓
U 2 U1 Q p p2V2 p1V1 Q p U 2 p2V2 U 1 p1V1
16字口诀： 异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
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2016.8.9 11:32
2.1 概述
5.热力学平衡态（即定态）
热平衡（thermal equilibrium）: T1 = T2 = … =T 力学平衡（mechanical equilibrium）: p1 = p2 = … = p 相平衡（phase equilibrium）：物质在各相间的分布达到平衡， 各相的组成和数量不随时间而变。 化学平衡（chemical equilibrium ）：化学反应达到平衡，体系 的组成不随时间而变。
2016.8.9 11:32
2.3 焓（enthalpy）
U Q W
dU Q W dU Q pe dV
W f 0
一、等容过程（isochoric process) dV = 0，等容热效应 dU Q U QV
物理意义：体系在等容过程中所吸收的热全部用以增加内能。 适用条件：封闭体系平衡态，不做非体积功的等容过程。
例1：把100克0℃水放在一绝热套中，
内有电阻丝。如图。
H2O（l，0℃）→H2O（l，50℃） 始态 A 终态 B
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水和电阻丝为体系，绝热箱和电池为环境。
2016.8.9 11:32
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Hale Waihona Puke 2.2 热力学第一定律ΔU1：绝热过程中，体系内能的变化。
02章_热力学第一定律1
例：根据道尔顿分压定律 p pi 可见压力具有
加和性，应属于广度性质，i 此结论对么？
答：不对。压力是强度性质。在一个热力学平衡
体系中，当n,T,V一定时，压力p处处相等，不具
热，用符号Q 表示。 Q的取号： 体系吸热，Q>0； 体系放热，Q<0 。
功（work） 体系与环境之间传递的除热以外的其它能量
都称为功，用符号W表示。
环境对体系作功，W>0；体系对环境作功，W<0 。 Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。
膨胀功（体积功）We
1. 定义：体系（如：气体）在膨胀过程中对环境作的 功即膨胀功。
dV
nR dT V
MdV NdT
M T
V
T
nRT V2 V
VnR2
N V T
V
nR V T
VnR2
上述两式相等，符合对易关系，p为状态函数
（2）
W
pdV ,V nRT p
dV
V p
T
dp
V T
dT p
-
nRT p2
dp nR dT p
W pdV - nRT dp nR dT M dp N dT p
• 膨胀功在热力学中有着特殊的意义，事实上，膨胀 功称体积功更确切（包括体系被压缩时环境对体系 的作功）。
• 功的概念通常是以环境为作用对象的，微量体积 功 We 可用 -p外dV 表示：
We = -p外dV 式中 p外 为环境加在体系上的外压，即环境压力 p环。
2. 膨胀功We计算 • 设一圆筒的截面积为A，
物理化学-第二章-热力学第一定律及其应用精选全文
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2024/8/13
状态与状态函数
状态函数的特性： 异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
状态函数的性质：
(1) 状态函数的值取决于状态，状态改变则状态函数必定改 变（但不一定每个状态函数都改变）；任何一个状态函数 改变，系统的状态就会改变。
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即
ΔU=Q+W （封闭系统）
对于无限小过程，则有
dU=δQ+δW （封闭系统）
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2024/8/13
3. 焦耳实验 盖.吕萨克—焦尔实验
实验结果：水温未变 dT=0 dV≠0
表明：Q =0
自由膨胀 W=0
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2024/8/13
dU= Q+ W =0
1. 热(heat)
a) 定义：体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，用 符号Q 表示。单位：KJ 或 J。 b) Q的取号：体系吸热，Q>0；体系放热，Q<0 。
c) 性质：热不是状态函数，是一个过程量；热的大小和具 体的途径有关。
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2024/8/13
功和热
不能说在某个状态时系统有多少热量，只能说 在某个具体过程中体系和环境交换的热是多少。
热力学能是状态函数，用符号U表示，单位为J。它 的绝对值无法测定，只能求出它的变化值。
U= U2 –U1
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2024/8/13
热力学能
纯物质单相系统
若n确定
U=U ( n,T,V ) U=U (T,V )
《物理化学》电子教案上册
《物理化学》电子教案上册第一章：引言1.1 课程介绍物理化学的定义和研究对象物理化学在科学和工程中的应用1.2 物理化学的发展简史物理化学的起源和发展过程重要的物理化学家和他们的贡献1.3 学习方法物理化学的学习要求和难点学习物理化学的方法和技巧第二章：物质的量及其计量2.1 物质的量的概念物质的量的定义和单位物质的量的性质和特点2.2 摩尔的概念摩尔的定义和符号摩尔质量的概念和计算方法2.3 物质的量的计算物质的量的基本计算公式物质的量的有关计算示例第三章：热力学第一定律3.1 热力学基本概念系统的定义和分类状态参量的概念和意义3.2 内能的概念和计算内能的定义和性质理想气体的内能计算公式3.3 热量和功的传递热量和功的定义和区别热量和功的传递方式及其计算第四章：热力学第二定律4.1 熵的概念熵的定义和性质熵增加的意义和实例4.2 热力学第二定律的表述克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述熵增原理的应用和意义4.3 熵变和自由能的计算熵变的定义和计算公式自由能的定义和计算公式第五章：化学平衡5.1 平衡态的概念平衡态的定义和平衡态的特征平衡态的判断方法5.2 平衡常数的概念和计算平衡常数的定义和表示方法平衡常数的计算方法和应用5.3 化学平衡的移动勒夏特列原理的定义和内容化学平衡移动的实例和解释第六章：动力学基础6.1 反应速率的概念反应速率的定义和表示方法反应速率的影响因素6.2 反应速率定律零级、一级、二级反应速率定律的表达式反应速率定律的实验测定和应用6.3 化学动力学的计算反应速率常数的概念和计算方法反应速率与反应机理的关系第七章：电化学7.1 电化学基本概念电化学的定义和基本原理电解质和电极的定义及分类7.2 原电池和电解池原电池的构成和工作原理电解池的构成和工作原理7.3 电化学系列的计算电化学系列的概念和应用电极电势的计算和测定方法第八章：光学原理8.1 光的传播和折射光的传播方式和速度折射定律的表述和应用8.2 光的干涉和衍射干涉现象的产生和条件衍射现象的产生和条件8.3 光谱学的基本概念光谱的定义和分类光谱分析的方法和应用第九章：现代物理化学方法9.1 核磁共振（NMR）NMR的原理和应用NMR谱的解析和意义9.2 质谱法（MS）质谱法的原理和应用质谱图的解析和意义9.3 X射线衍射法X射线衍射法的原理和应用X射线晶体学的概念和基本原理第十章：物理化学实验10.1 实验基本操作实验安全常识和实验操作规范实验数据的记录和处理方法10.2 经典实验分析滴定法、比重法、熔点法等实验方法实验结果的分析和讨论实验报告的结构和内容要求重点解析1. 物质的量的概念及其性质和特点，摩尔的概念及其定义和符号，物质的量的计算方法和示例。
热力学第一定律(2)
p2 V1
p2V2
V2
V
阴影面积代表 We,2
2。一次等外压膨胀所作的功
p2
p
p1V1
V2
p1 p2
V1
p2 V1
p2V2 V2
V
阴影面积代表
3。多次等外压膨胀所作的功
' ，体积从 V1 膨胀到 V ' ； (1) 克服外压为 pe
(2) 克服外压为 pe ，体积从 V ' 膨胀到 V2 。
' We,3 pe (V 'V1 )
T f ( p, V )
p f (T ,V ) pV nRT
V f (T , p)
例如，理想气体的状态方程可表示为：
对于多组分系统，系统的状态还与组成有关，如：
T f ( p, V , n1, n2,
)
过程和途径
过程 (process) 在一定的环境条件下，系统发生了一个从始 态到终态的变化，称为系统发生了一个热力学过 程。 途径 (path) 从始态到终态的具体步骤称为途径。
热和功
广义的功可以看作强度变量与广度变量的乘积
δW pdV ( Xdx Ydy Zdz
δWe δWf
式中
)
p, X , Y , Z ,是强度变量,决定了能量的方向
dV , dx, dy, dz 是相应的广度变量，决定了功值 的大小 功可以分为膨胀功和非膨胀功，热力学中
p2V2
p2
V
p2V2
V1
V'
p2
p2V2
V1
V2 V
p
p1
V1
V2
p1V1
p1V2
《物理化学》02章_热力学第二定律
V2 V4 nRT2 ln nRT1 ln V1 V3
V2 V4 nRT2 ln nRT1 ln V1 V3 W 热机效率： V2 Q2 nRT2 ln V1
BC：绝热可逆膨胀，T2 V2-1 = T1 V3-1 DA：绝热可逆压缩， T2 V1-1 = T1 V4-1 两式相除: V2 /V1 =V3 /V4
不违背第一定律的事情是否一定能成功？
例1： 1/2O2(g)+ H2(g) H2O(l)
r H m (298.15 K) =-286KJ.mol-1
加热不能使其反向进行 例2： OH-+ H+H2O(l) 极易进行
但最终[OH-][H+]=10-14mol2.dm-6 该反应不能进行到底
§2.1 自发过程的共同特征
一.自发过程的方向和限度
自发过程:在一定环境条件下,环境不做非体积功,系
统中自动发生的过程.反之,只有环境做非体积功才 能发生的过程为非自发过程.通常所说的”过程方 向” 既是指自发过程的方向. 举例: ①.气流:高压 低压
②.传热:高温
③.扩散:高浓度
低温
低浓度
④.反应:Zn+CuSO4
对微小变化
Q dS ( )R T
B
Q SB SA S ( )R A T
二.热力学第二定律的数学表达式
对两个热源间的不可逆 循环:热温商之和小于零. Q1 T1 Q2 T2
+
＜0
对任意的不可逆 循环:ຫໍສະໝຸດ ∑δQ T1 ir
＜0
对不可逆循环，A
ir
B
r
A
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2020/12/22
§2.3 热力学的一些基本概念
(1) 体系与环境 (2) 体系的分类 (3) 体系的性质 (4) 热力学平衡态 (5) 状态函数 (6) 状态方程 (7) 过程和途径 (8) 热和功
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2020/12/22
（1）体系与环境
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(a)
(b)
单线表示导热壁 双线表示绝热壁 (a)A,B分别与C处于热平衡 (b)A,B再相互处于热平衡 图2.1 热力学第零定律
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2020/12/22
2 热力学第零定律
前述实验表明： 如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达 到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。这个热 平衡规律就称为热力学第零定律。 热力学第零定律可以理解为：如果A与B处于热平 衡，B与C处于热平衡，则A与C也必处于热平衡。 热力学第零定律是大量实验事实总结出来的，不是 由定义、定理导出的，也不是由逻辑推理导出的。
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2020/12/22
2 热力学第零定律
设想把A和B用绝热壁 隔开，而A和B又同时通过 导热壁与C接触，见图(a), 此时A和B分别与C建立了 热平衡。
然后在A和B之间换成 导热壁， A，B与C之间换 成绝热壁，见图(b)，但这 时再观察不到A，B的状态 发生任何变化，这表明A和 B已经处于热平衡状态。
热力学方法 •研究对象是大数量分子的集合体，研究内容是该 集合体的宏观性质，所得结论具有统计意义。
•只考虑变化前后的净பைடு நூலகம்果，不考虑物质的微观 结构和反应机理。
•可以判断变化能否发生以及进行到什么程度， 但不考虑变化所需要的时间。
局限性 不知道反应的机理、速率和微观性质，只
讲可能性，不讲现实性。
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2020/12/22
1 热平衡
中间隔有导热壁的两个平衡系统，相互之间产生影 响后将建立新的平衡，这种平衡称为热平衡。与热平衡 相关的各系统的状态函数也自动调整为新的数值后不再 变化。
系统A和B通过导热壁（或直接）接触时，彼此互不 做功，这种接触只能通过热交换而相互影响，因此这种 接触也称为热接触。
三式联立，得 (A)(B)(C)
这表明：当两个或两个以上的系统处于热平衡时，这些 系统的这种性质具有相同的数值。我们把这种性质称为 温度。实际应用时以 T 表示。
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2020/12/22
3 温度
温度的科学定义是由热力学第零定律导出的。即当 两个系统相互接触达到平衡后，它们的性质不再变化， 它们就有共同的温度。
体系（System） 在科学研究时必须先确定
研究对象，把一部分物质与其 余分开，这种分离可以是实际 的，也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为体系，亦 称为物系或系统。 环境（surroundings）
与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
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2020/12/22
（2）体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类： （1）敞开体系（open system）
体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
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2020/12/22
物理化学电子教案—第二章
UQW
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2020/12/22
第二章 热力学第一定律及其应用
1.1 热力学概论 1.2 热力学第一定律 1.3 准静态过程与可逆过程 1.4 焓 1.5 热容 1.6 热力学第一定律对理想气体的应用
1.7 实际气体 1.8 热化学 ↓
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2020/12/22
1. 热力学的研究对象
•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及 其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应； •研究化学变化的方向和限度。
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2020/12/22
2. 热力学的方法和局限性
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2020/12/22
§2.2 热平衡和热力学第零定律
1 热平衡 2 热力学第零定律 3 温度
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2020/12/22
1 热平衡
一个不受外界干扰的系统，最终会达到平衡状态。 达到平衡状态以后，宏观上不再发生变化，并且可以用 表示状态的状态参数来表示它。状态参数也称作状态函 数。
热力学第零定律定律的实质是指出温度这个状态函 数的存在，不但给出了温度这个概念，而且给出了温度 的比较方法。在比较各个物体的温度时，不需要将各物 体直接接触，只需要将一个作为标准的第三系统分别与 各物体相接触，达到热平衡。这个作为第三系统的标准 就是温度计。后面的问题是如何选择第三物种，如何利 用第三物种的性质变化来衡量温度的高低，以及如何定 出刻度等。换言之，就是选择温标的问题。
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2020/12/22
3 温度
处于热平衡的A和B两个系统的状态分别以φA和φB 表示，若用θ表示与热平衡相关的性质，则可写出
f(A ,B ) (A ) (B ) 0
同理，对处于热平衡的B和C两个系统及A和C两个系统
f(B ,C )(B )(C ) 0 f(A ,C )(A )(C ) 0
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2020/12/22
第二章 热力学第一定律及其应用
1.9 赫斯定律 1.10 几种热效应 1.11 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律 1.12 绝热反应——非等温反应 *1.13 热力学第一定律的微观说明
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2020/12/22
§2.1 热力学概论
1.热力学的研究对象 2.热力学的方法和局限性
当把两个已达成平衡的系统A和B放在一起时，它们 的状态是否会受到彼此间的互相干扰，则决定于两个系 统的接触情况。如果隔开它们之间的界壁是理想的刚性 厚石棉板，则它们的状态将彼此不受干扰，各自系统的 状态函数也不发生变化。这样的界壁称为绝热壁。如果 用薄的金属板隔开，则它们的状态将受到干扰，各自系 统的状态函数也会发生变化。这样的界壁称为导热壁。