物理化学课件：气体
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物理化学 气体
§1.2 摩尔气体常数（R）
各种气体在任何温度时，当压力趋于零时，
pVm / T 趋于共同的极限值 R。
如CO2(g)在不同温度下的实验结果，如
图1.4(a)所示。 在同一温度下不同气体的实验结果，如
图1.4(b)所示。
§1.2 摩尔气体常数（R）
pVm / T J mol1 K 1 R 8.3145
是摩尔气体常数，等于
是热力学温度，单位为 K
T (t /℃ 273.15)K
一、气体分子动理论的基本公式
1、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
建立理想气体模型的意义： ⑴ 建立了一种简化的模型：理想气体不考虑气体
pi xi p
气体分子运动公式对几个经验定律的说明 6. Amagat分体积定律 在定温、定压下，设两种气体的混合过程如下
混合后的体积为
V3 V1 V2
V V1 V2 V xi 或 Vi Vxi Vi 这就是Amagat分体积定律 分体积：在温度T和总压P时，某气体单独存在时所占 据的体积。
2 pi 3V N1 E1 N 2 E 2 i
E1 E 2 E mix
因为 所以
p p1 p2
Nmix N1 N2
或
这就是Dalton分压定律 分压：在同一温度下，各气体单独存在，并占有与混合 气体相同体积时所具有的压力。
Maxwell证得
2
mv 2 4 m f (v ) exp v 2kT 2kT
f (v) /103
分子速率分布曲线与温度及分子质量的关系
物理化学 第一章 绪论气体
6. 界面与胶体科学：界面与高分散系统的热力学规 律
物理化学讲课的内容
第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分热力学 第五章 相平衡
3-10周 讲课 40 h
第六章 化学平衡 第七章 电化学 第八章 化学动力学 第九章 界面现象与
描述真实气体的 pVT 关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
1. 真实气体的 pVm - p 图及波义尔温度
T > TB
pVm - p曲线都有左图所示三种
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
T = Tc时， l – g 线变为拐点c c：临界点 ；Tc 临界温度； pc 临界压力； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
类型。
pVm
T = TB T < TB
(1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变， 然后增加
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
(3) pVm 随 p增加，先降后升。
T > TB T = TB
对任何气体都有一个特殊温度 -
波义尔温度 TB ，在该温度下，压
（密闭容器）
水
乙醇
苯
t / ºC 20 40 60 80 100 120
物理化学讲课的内容
第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分热力学 第五章 相平衡
3-10周 讲课 40 h
第六章 化学平衡 第七章 电化学 第八章 化学动力学 第九章 界面现象与
描述真实气体的 pVT 关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
1. 真实气体的 pVm - p 图及波义尔温度
T > TB
pVm - p曲线都有左图所示三种
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
T = Tc时， l – g 线变为拐点c c：临界点 ；Tc 临界温度； pc 临界压力； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
类型。
pVm
T = TB T < TB
(1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变， 然后增加
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
(3) pVm 随 p增加，先降后升。
T > TB T = TB
对任何气体都有一个特殊温度 -
波义尔温度 TB ，在该温度下，压
（密闭容器）
水
乙醇
苯
t / ºC 20 40 60 80 100 120
物理化学_1_气体的pVT关系剖析
用途：对于一定量的理想气体，pVT中有一个 不独立。所以p可叙述为：将物质的量为n的理 想气体置于一个温度为 T体积为V的容器中，气 体所具有的压力。
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§1.1 理想气体的状态方程 1.理想气体的状态方程
也可以写为 pVm=RT 因为 Vm=V/n
或 pV m RT M
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§1.1 理想气体的状态方程
例：计算25℃，101325Pa时空气的密度。
（空气的分子量为29） 解：
n V
p RT
8.314
101325
273.15
25
mol m3
40.87 mol m3
d空气＝Vn M 40.87 29 g m3 1.185 kg m3
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(2) B-W-R (Benedict-Webb-Rubin)方程
p
RT Vm
B0
RT
A0
C0 T
1 Vm2
bRT
1
Vm3
a
1 Vm6
c T 2Vm3
1
Vm2
e
/ Vm3
式中：A0、B0、C0、、、a、b、c 均为常数，为 8
参数方程，较适用于碳氢化合物及其混合物的计算。不 但适用与气相，而且适用于液相。
。所以 pVm 随 p 增加，经历一个极小
p
后增加。
在T = TB ，开始两种效应抵消，而后体积效应起主导作用 ，所以pVm 在经过一个水平后上升。在T > TB 时，始终为 体积效应占主导，所以pVm 从一开始即上升。
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§1.1 理想气体的状态方程 1.理想气体的状态方程
也可以写为 pVm=RT 因为 Vm=V/n
或 pV m RT M
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§1.1 理想气体的状态方程
例：计算25℃，101325Pa时空气的密度。
（空气的分子量为29） 解：
n V
p RT
8.314
101325
273.15
25
mol m3
40.87 mol m3
d空气＝Vn M 40.87 29 g m3 1.185 kg m3
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(2) B-W-R (Benedict-Webb-Rubin)方程
p
RT Vm
B0
RT
A0
C0 T
1 Vm2
bRT
1
Vm3
a
1 Vm6
c T 2Vm3
1
Vm2
e
/ Vm3
式中：A0、B0、C0、、、a、b、c 均为常数，为 8
参数方程，较适用于碳氢化合物及其混合物的计算。不 但适用与气相，而且适用于液相。
。所以 pVm 随 p 增加，经历一个极小
p
后增加。
在T = TB ，开始两种效应抵消，而后体积效应起主导作用 ，所以pVm 在经过一个水平后上升。在T > TB 时，始终为 体积效应占主导，所以pVm 从一开始即上升。
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物理化学：1.4 真实气体状态方程
p
a TVm2
Vm
b
RT
在范德华方程的基础上，考虑了温度的影响
14
§1.5 对应状态原理及普适化压缩因子图
理想气体方程不涉及不同气体的特性，而真实气体方程 常含有与气体特性有关的参数。能否提出对于一般真实气 体均适用的普遍化状态方程，是一个有意义的问题，也正 是本节讨论的内容。
1. 压缩因子
Z = f (Tr , pr ) （1.5.6）
荷根(Hongen O. A.)与华德生 (Watson K. M.)在 20 世纪 40 年
代，用若干种无机、有机气体的实验值取平均，描绘出如图
1.5.1的等 Tr下 Z = f (pr ) 曲线，称为双参数普遍化压缩因子图， 如下：
压缩因子示意图
4
分子间相互作用减弱了分子对器壁的碰撞，
所以： p = p理－p内
（p为气体的实际压力）
p内= a / Vm2
p理= p + p内= p + a / Vm2
2) 由于分子本身占有体积
1 mol 真实气体的自由空间＝(Vm－b) b：1 mol 分子自身所占体积
将修正后的压力和体积项引入理想气体状态方程：
对其进行一阶、二阶求导，并令其导数为0，有：
p Vm
Tc
RTc (Vm b)2
2a
V3 m
0
2p Vm2
Tc
2RTc (Vm b)3
6a
V4 m
0
6
上二式联立求解，可得：
Vm,c 3b ,
Tc
8a 27Rb
,
pc
a 27b2
一般以Tc、pc 求算 a 、b
a
27R2Tc2 64pc
物理化学ppt课件
态函数就有单一定值，状态不变它不变)。
状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改 变了，状态一定改变。
例：理气的等温过程：（P1，V1）→（P2，V2） 状态改变了，T不变
3 状态改变时，状态函数的变化量只与变化的始末 态有关，而与变化的途径无关。
14
状态函数在数学上具有全微分的性质。
若x为状态函数，系统从状态A变化至状态B：
经验定律特征： 1. 是人类的经验总结，其正确性由无数次实验事实
所证实； 2. 它不能从逻辑上或其他理论方法来加以证明（不
同于定理）。
4
4．热力学研究方法
严格的数理逻辑的推理方法，即演绎法 (1) 广泛性：只需知道体系的起始状态、最 终状态，过程进行的外界条件，就可进行相 应计算；而无需知道反应物质的结构、过程 进行的机理，所以能简易方便地得到广泛应 用。
Ⅱ AⅠB
有： xⅠ xⅡ xⅢ xB xA
xA Ⅲ xB
dx 0
AB A
微小变化
若如x，理y想，气z皆体为：状V态函nR数T，且即z：=Vf(x,fy)(，p,T则) ：
p
15
16字口诀： 异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
☻单值、连续、可微的函数――具全微分性质
z z( x, y )
1.2 热和功
热（heat）
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。
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。功可分为体积功W和 非体积功W’两大类。
符号规定： 系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0 。 系统得功，W>0；系统做功，W<0。
23
热和功的特点：
状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改 变了，状态一定改变。
例：理气的等温过程：（P1，V1）→（P2，V2） 状态改变了，T不变
3 状态改变时，状态函数的变化量只与变化的始末 态有关，而与变化的途径无关。
14
状态函数在数学上具有全微分的性质。
若x为状态函数，系统从状态A变化至状态B：
经验定律特征： 1. 是人类的经验总结，其正确性由无数次实验事实
所证实； 2. 它不能从逻辑上或其他理论方法来加以证明（不
同于定理）。
4
4．热力学研究方法
严格的数理逻辑的推理方法，即演绎法 (1) 广泛性：只需知道体系的起始状态、最 终状态，过程进行的外界条件，就可进行相 应计算；而无需知道反应物质的结构、过程 进行的机理，所以能简易方便地得到广泛应 用。
Ⅱ AⅠB
有： xⅠ xⅡ xⅢ xB xA
xA Ⅲ xB
dx 0
AB A
微小变化
若如x，理y想，气z皆体为：状V态函nR数T，且即z：=Vf(x,fy)(，p,T则) ：
p
15
16字口诀： 异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。
☻单值、连续、可微的函数――具全微分性质
z z( x, y )
1.2 热和功
热（heat）
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。
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。功可分为体积功W和 非体积功W’两大类。
符号规定： 系统吸热，Q>0；系统放热，Q<0 。 系统得功，W>0；系统做功，W<0。
23
热和功的特点：
第一章 气体pTV的关系 物理化学资料
现
nA=1
kmol,故得:
nB
pB pA
nA
3.167 101 .198
1000
31.30mol
(2) 设所求初始体积为V
V nRT nART nBRT 24.65m3
p pA pB
15
4. 阿马加定律
•数学表达式: V VB*
B
证: V nRT / p ( nB )RT / p
He CH4
2500
2000
15 100000 2 4 60 80 1001
3000K下N0 2,He,CH4的pVm2 –p等温2线5
N2
H2 问题：
CH4
CO2
N2、H2、 CH4、CO2何者
1.000
TB最高、最低？
p/MPa
26
2. 范德华方程
Van der Waals J D,1837—1923 27
( p a Vm2 )(Vm b) RT
范德华方程
29
内压:
压力修正项a Vm2
p内
1
Vm2
1 r6
pi.g. p a Vm2
p内 a Vm2
分子间引力愈大，a 愈大，愈易液化
• 体积修正项
30
例.试写出实际气体的范德华方程
。
2020/7/5
31
（2）范德华常数与临界参数的关系
p V TC 0, 2 p V 2 TC 0
水蒸气H2O(g),在平衡条件下，缓慢的压缩到压力
p=(
)kPa时，才可能有水滴H2O(l)出现。
2020/7/5
24
第四节 真实气体状态方程
1.真实气体的pVm – p图及波义尔温度
物理化学 -气体
因为物理量 n 中已包含单位 mol，T 中已包含单位 K了。
正确的表述应为：“物质的量为n”， “ 热力学温度为T ”
。2.对于复杂运算，一般不列出每一个物理量的 单位，而直接给出最后单位。
Vm
RT p
8.315 (273 .15 25) 100 10 3
m3 mol 1 24.79dm3 mol 1
1.2074 0.03575
－ 0.03564
2021/1/24
§0.4 物理量的表示及运算
1. 物理量的表示
y [y]
y
2021/1/24
x /[ x]
•示意图 x
§0.4 物理量的表示及运算
2.对数中的物理量
• ln x、ex中的 x 为无量纲的纯数
•因为 x 原为有量纲的物理量 → dx/x 无量纲 →dx/x = dlnx 无量纲→d(x /[x] d ln( x /[x]
2021/1/24
§0.4 物理量的表示及运算
注意
3.在图中表示函数关系均是数值关系，运算时即 使用数值方程。
[例如]
应用
ln
p
vap H m R
1 T
C
作 ln
P [P]
T
1 /[T ]
图，
由直线求 vapH m 时，即应用数值方程：
ln p vapH m / J mol 1 1 C
欢 迎 走 进《 物 理 化 学 》
2021/1/24
绪论
何谓物理化学(Physical chemistry)？
物理化学 是从物质的物理现象与化学现象的联系入手，
探求化学变化基本规律的一门学科。 “用物理的理论、物理的实验手段”，探求化 学变化基本规律的一门学科。
正确的表述应为：“物质的量为n”， “ 热力学温度为T ”
。2.对于复杂运算，一般不列出每一个物理量的 单位，而直接给出最后单位。
Vm
RT p
8.315 (273 .15 25) 100 10 3
m3 mol 1 24.79dm3 mol 1
1.2074 0.03575
－ 0.03564
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§0.4 物理量的表示及运算
1. 物理量的表示
y [y]
y
2021/1/24
x /[ x]
•示意图 x
§0.4 物理量的表示及运算
2.对数中的物理量
• ln x、ex中的 x 为无量纲的纯数
•因为 x 原为有量纲的物理量 → dx/x 无量纲 →dx/x = dlnx 无量纲→d(x /[x] d ln( x /[x]
2021/1/24
§0.4 物理量的表示及运算
注意
3.在图中表示函数关系均是数值关系，运算时即 使用数值方程。
[例如]
应用
ln
p
vap H m R
1 T
C
作 ln
P [P]
T
1 /[T ]
图，
由直线求 vapH m 时，即应用数值方程：
ln p vapH m / J mol 1 1 C
欢 迎 走 进《 物 理 化 学 》
2021/1/24
绪论
何谓物理化学(Physical chemistry)？
物理化学 是从物质的物理现象与化学现象的联系入手，
探求化学变化基本规律的一门学科。 “用物理的理论、物理的实验手段”，探求化 学变化基本规律的一门学科。
物理化学课件分压定律和分体积定律.
2018/12/7
（2) 压力修正
器 壁
内部分子
靠近器壁的分子
分子间相互作用减弱了分子对器壁的碰撞， 所以：
2018/12/7
p= p理－p内 p内= a / Vm2 p理= p + p内= p + a / Vm2
a为范氏常数，其值与各气体性质有关，均为正 值。一般情况下，分子间作用力越大， a值越大。 将修正后的压力和体积项引入理想气体状态方 程：
VB y BV
y B=1
理想气体混合物的总体积V为各组分分体积VB*之和： yB = 1 V= VB*
n RT n B RT B V VB p p p B B n B RT VB p 理想气体混合物的总体积，等于气体B在与气体混 合物具有相同温度及压力条件下所占有体积的总和。 阿玛格分体积定律
注:该定律仅适用于理想气体,低压真实气体近似 服从该定律
2018/12/7
n
B
RT
气体混合物的平均摩尔质量 假定混合气体各组分之间不发生任何化学反应 , 组分A的物质的量为 nA,摩尔质量为MA;组分B的物 质的量为nB,摩尔质量为MB,则由A和B组成的混合 物体系的摩尔质量M,令nA+nB=n,则有
l2018/12/7 继续增加外压，液体被压缩，体积变化不大。
在敞口容器中，液体的饱和蒸气压等于外压时， 液体发生剧烈的汽化现象，称为沸腾，此时的温 度称为沸点 饱和蒸气压 1个大气压时的温度称为正常沸点 (373.15K) 饱和蒸气压 1个标准压力（ 1个标准压力=100kPa， p)时的温度称为标准沸点(372.78K)
第一章 气体的pVቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性质
理想气体混合物的分压定律和分体积定律
（2) 压力修正
器 壁
内部分子
靠近器壁的分子
分子间相互作用减弱了分子对器壁的碰撞， 所以：
2018/12/7
p= p理－p内 p内= a / Vm2 p理= p + p内= p + a / Vm2
a为范氏常数，其值与各气体性质有关，均为正 值。一般情况下，分子间作用力越大， a值越大。 将修正后的压力和体积项引入理想气体状态方 程：
VB y BV
y B=1
理想气体混合物的总体积V为各组分分体积VB*之和： yB = 1 V= VB*
n RT n B RT B V VB p p p B B n B RT VB p 理想气体混合物的总体积，等于气体B在与气体混 合物具有相同温度及压力条件下所占有体积的总和。 阿玛格分体积定律
注:该定律仅适用于理想气体,低压真实气体近似 服从该定律
2018/12/7
n
B
RT
气体混合物的平均摩尔质量 假定混合气体各组分之间不发生任何化学反应 , 组分A的物质的量为 nA,摩尔质量为MA;组分B的物 质的量为nB,摩尔质量为MB,则由A和B组成的混合 物体系的摩尔质量M,令nA+nB=n,则有
l2018/12/7 继续增加外压，液体被压缩，体积变化不大。
在敞口容器中，液体的饱和蒸气压等于外压时， 液体发生剧烈的汽化现象，称为沸腾，此时的温 度称为沸点 饱和蒸气压 1个大气压时的温度称为正常沸点 (373.15K) 饱和蒸气压 1个标准压力（ 1个标准压力=100kPa， p)时的温度称为标准沸点(372.78K)
第一章 气体的pVቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性质
理想气体混合物的分压定律和分体积定律
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▪ 二十世纪初物理化学的近代，进入微观领域。随着 各种微观粒子及原子能的发现，促进原子核化学、反 应动力学及催化动力学的发展。
绪论
➢ 物理化学的发展与前景
▪ 指导开发新材料、新技术、新工艺 ▪ 化学热力学从平衡态热力学向非平衡态热力学发 展，研究不可逆过程热力学。对生物学、气象学及 天体物理等领域具重要意义； ▪ 化学动力学进入微观快速反应的研究——分子动 力学。运用分子束技术、激光技术等实验手段，用 量子力学理论研究具有确定初始能态的微观粒子， 在基元过程中发生能量传递和跃激等的规律。
掌握思想方法，善于总结归纳常用手段和规律； 掌握理想化模型、平衡态特点； 理论课与实验有机结合； 预习、课堂笔记、思考题、习题有机结合；
绪论
重点学习内容（按教材）： 第一章 气体 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 第七章 电化学 第十章 界面现象 第十一章 化学动力学
联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程
物理化学中主要讨论气体的状态方程
n 确定：f ( p, V, T ) = 0 n不确定：f ( p, V, T, n ) = 0
气体
理想气体 实际气体
7
§1.1 理想气体状态方程
1. 理想气体模型 （1）分子间力 吸引力 分子相距较远时，有范德华引力；
排斥力 分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。
研究变化的速率及机理。受实验技术的限制，理 论尚不能用于普遍的预测。 ⑶ 物质结构——研究物质结构与其性质的联系。
理论主要为量子力学、统计热力学及计算化学， 依赖于物质结构的微观数据。已作为独立的课程。
绪论
➢ 物理化学的内容和任务 3、研究的目的和任务 ▪ 将化学领域各现象联系起来。对其中的一般规律 性予以更深刻、更本质的探讨； ▪ 正确反映客观世界，并以其规律指导实践； ▪ 是改进旧的化学工艺、实现新的化工合成及新技 术的基础和定量依据。 ▪ 应用领域：化学工业、冶金工业、材料工程、生 物医学、能源的开发利用、三废治理等。
▪物理性质的变化：聚集状态、p、V、T、U、S…
▪物理现象的产生：热、光、电… ▪物理环境的影响：温度、压力、光照、电弧…
物理化学即是应用数学、物理学等基础科学的理
论及实验方法，研究物质系统在发生pVT 变化、相变
化和化学变化过程的基本原理，涉及平衡规律和速率 规律以及与它们有关的物质结构和性质。
如设计一个新产品（化工产品、特殊
E吸引－1/r6 F dE( r ) ,
E
E排斥 1/rn
dr
Lennard-Jones理论：n = 12
（兰纳德.琼斯）
0
E总
E吸引＋E排斥＝－rA6
B r12
式中：A－吸引常数；B－排斥常数
2
我们可以看出：
化学热力学是 解决物质变化的可能性
化学动力学 是解决如何把可能性变
为现实
工艺路线、 流程设计
设备选型的依据
绪论
➢ 物理化学的发展与前景 ▪ 形成于十九世纪中后期
物理化学宏观体系理论中人物：盖斯(Hess)、克劳 修斯(Clausius) 、开尔文(Kelvin)、吉布斯(Gibbs)、范 德华(van der Waals)、范德霍夫(van’t Hoff)、阿累尼 乌斯(Arrhenius)。
绪论 ➢ 参考书 《物理化学》<4> 南京大学
➢ 课程安排 学时：64
第一章 气体的pVT性质
基本要求：
1.理解和会用理想气体状态方程（包括 混合物）
2.理解范德华方程 3.理解饱和蒸气压、临界状态、临界参数、 的概念
第一章 气体的 pVT 性质
物质的聚集T、p 的影响较小
绪论
➢ 物理化学中的量与单位——自学
国际标准化组织(ISO)、国际法制计量组织(OIML) 的定义：
量(quantity)：对现象、物体或物质的可以定性区别和可以定 量确定的一种属性。
Q {Q}[Q]
标量的数值： {Q} Q /[Q]
物理方程式的三种形式： 量方程式、数值方程式、
单位方程式
掌握：
有机化学
19世纪下半叶 碳氢化合物 及其衍生物 高分子化学*
物理化学
1887年 化学反应的 方向、限度 速率、机理
绪论
➢ 化学学科的分支 化学学科 四大化学
与其它学科交叉结合形成的边缘学科
生 环 农 医 材 地 放计
物 境 业 化 料 球 射算
化 化 化 学 化 化 化化
学学学
学 学 学学
绪论
➢ 物理化学的内容和任务 1、什么是物理化学？ 化学变化的同时
材料），首先要搞清楚以下问题：
用什么样的原料（反应的可能性)； 用什么方法生产（反应过程的实现）； 生产工艺参数（反应压力、温度、浓度、
原料比）的确定； 在可能条件下，产品能达到的纯度（平衡
转化率和产率）； 反应的速率(单位时间的产量)如何； 产品的提纯工艺（精馏、结晶、萃取等）
确定。
根据可持续发展战略，在考虑实际生 产设计时要遵循以下原则：
•怎样正确表示物理量?
•物理量取对数时，其单 位如何处理？
•物理量的正确计算及计 算式的正确表示。
绪论
➢ 物理化学课程特点和学习建议 ▪理论性强：物理学理论（热学）、高等数学手段（微积分）； ▪三多一严：概念多、符号多、公式多；推导所得公式条件严； ▪逻辑性强：特殊→一般、理想→真实、宏观→微观； ▪学习方法： 复习简单微积分概念、公式，偏微分概念；
绿色化学 原子经济性 无毒、无害催化剂； “零排放” 物质的综合利用和能源的综合利用
物理化学可提供解决上述问题的基 本方法和原则。
绪论
➢ 物理化学的内容和任务
2、研究内容 ⑴ 化学热力学——研究平衡规律。
研究变化的方向、限度及过程中的能量衡算。理 论具高度的准确性和极大的普遍性，可成功预测。 ⑵ 化学动力学(以及传输过程)——研究速率规律。
物理化学
绪论
➢ 化学学科的分支 ➢ 物理化学的内容和任务 ➢ 物理化学的发展与前景
➢ 量与单位－自学（P4-6）
➢ 物理化学课程特点和学习建议 ➢ 参考书 ➢ 课程安排
绪论 ➢ 化学学科的分支
化学学科
分析化学
19世纪初 光性质 电性质的 现代仪器分析
无机化学
1870年前后 周期律及 周期表为标志
绪论
➢ 物理化学的发展与前景
▪ 指导开发新材料、新技术、新工艺 ▪ 化学热力学从平衡态热力学向非平衡态热力学发 展，研究不可逆过程热力学。对生物学、气象学及 天体物理等领域具重要意义； ▪ 化学动力学进入微观快速反应的研究——分子动 力学。运用分子束技术、激光技术等实验手段，用 量子力学理论研究具有确定初始能态的微观粒子， 在基元过程中发生能量传递和跃激等的规律。
掌握思想方法，善于总结归纳常用手段和规律； 掌握理想化模型、平衡态特点； 理论课与实验有机结合； 预习、课堂笔记、思考题、习题有机结合；
绪论
重点学习内容（按教材）： 第一章 气体 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 第七章 电化学 第十章 界面现象 第十一章 化学动力学
联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程
物理化学中主要讨论气体的状态方程
n 确定：f ( p, V, T ) = 0 n不确定：f ( p, V, T, n ) = 0
气体
理想气体 实际气体
7
§1.1 理想气体状态方程
1. 理想气体模型 （1）分子间力 吸引力 分子相距较远时，有范德华引力；
排斥力 分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。
研究变化的速率及机理。受实验技术的限制，理 论尚不能用于普遍的预测。 ⑶ 物质结构——研究物质结构与其性质的联系。
理论主要为量子力学、统计热力学及计算化学， 依赖于物质结构的微观数据。已作为独立的课程。
绪论
➢ 物理化学的内容和任务 3、研究的目的和任务 ▪ 将化学领域各现象联系起来。对其中的一般规律 性予以更深刻、更本质的探讨； ▪ 正确反映客观世界，并以其规律指导实践； ▪ 是改进旧的化学工艺、实现新的化工合成及新技 术的基础和定量依据。 ▪ 应用领域：化学工业、冶金工业、材料工程、生 物医学、能源的开发利用、三废治理等。
▪物理性质的变化：聚集状态、p、V、T、U、S…
▪物理现象的产生：热、光、电… ▪物理环境的影响：温度、压力、光照、电弧…
物理化学即是应用数学、物理学等基础科学的理
论及实验方法，研究物质系统在发生pVT 变化、相变
化和化学变化过程的基本原理，涉及平衡规律和速率 规律以及与它们有关的物质结构和性质。
如设计一个新产品（化工产品、特殊
E吸引－1/r6 F dE( r ) ,
E
E排斥 1/rn
dr
Lennard-Jones理论：n = 12
（兰纳德.琼斯）
0
E总
E吸引＋E排斥＝－rA6
B r12
式中：A－吸引常数；B－排斥常数
2
我们可以看出：
化学热力学是 解决物质变化的可能性
化学动力学 是解决如何把可能性变
为现实
工艺路线、 流程设计
设备选型的依据
绪论
➢ 物理化学的发展与前景 ▪ 形成于十九世纪中后期
物理化学宏观体系理论中人物：盖斯(Hess)、克劳 修斯(Clausius) 、开尔文(Kelvin)、吉布斯(Gibbs)、范 德华(van der Waals)、范德霍夫(van’t Hoff)、阿累尼 乌斯(Arrhenius)。
绪论 ➢ 参考书 《物理化学》<4> 南京大学
➢ 课程安排 学时：64
第一章 气体的pVT性质
基本要求：
1.理解和会用理想气体状态方程（包括 混合物）
2.理解范德华方程 3.理解饱和蒸气压、临界状态、临界参数、 的概念
第一章 气体的 pVT 性质
物质的聚集T、p 的影响较小
绪论
➢ 物理化学中的量与单位——自学
国际标准化组织(ISO)、国际法制计量组织(OIML) 的定义：
量(quantity)：对现象、物体或物质的可以定性区别和可以定 量确定的一种属性。
Q {Q}[Q]
标量的数值： {Q} Q /[Q]
物理方程式的三种形式： 量方程式、数值方程式、
单位方程式
掌握：
有机化学
19世纪下半叶 碳氢化合物 及其衍生物 高分子化学*
物理化学
1887年 化学反应的 方向、限度 速率、机理
绪论
➢ 化学学科的分支 化学学科 四大化学
与其它学科交叉结合形成的边缘学科
生 环 农 医 材 地 放计
物 境 业 化 料 球 射算
化 化 化 学 化 化 化化
学学学
学 学 学学
绪论
➢ 物理化学的内容和任务 1、什么是物理化学？ 化学变化的同时
材料），首先要搞清楚以下问题：
用什么样的原料（反应的可能性)； 用什么方法生产（反应过程的实现）； 生产工艺参数（反应压力、温度、浓度、
原料比）的确定； 在可能条件下，产品能达到的纯度（平衡
转化率和产率）； 反应的速率(单位时间的产量)如何； 产品的提纯工艺（精馏、结晶、萃取等）
确定。
根据可持续发展战略，在考虑实际生 产设计时要遵循以下原则：
•怎样正确表示物理量?
•物理量取对数时，其单 位如何处理？
•物理量的正确计算及计 算式的正确表示。
绪论
➢ 物理化学课程特点和学习建议 ▪理论性强：物理学理论（热学）、高等数学手段（微积分）； ▪三多一严：概念多、符号多、公式多；推导所得公式条件严； ▪逻辑性强：特殊→一般、理想→真实、宏观→微观； ▪学习方法： 复习简单微积分概念、公式，偏微分概念；
绿色化学 原子经济性 无毒、无害催化剂； “零排放” 物质的综合利用和能源的综合利用
物理化学可提供解决上述问题的基 本方法和原则。
绪论
➢ 物理化学的内容和任务
2、研究内容 ⑴ 化学热力学——研究平衡规律。
研究变化的方向、限度及过程中的能量衡算。理 论具高度的准确性和极大的普遍性，可成功预测。 ⑵ 化学动力学(以及传输过程)——研究速率规律。
物理化学
绪论
➢ 化学学科的分支 ➢ 物理化学的内容和任务 ➢ 物理化学的发展与前景
➢ 量与单位－自学（P4-6）
➢ 物理化学课程特点和学习建议 ➢ 参考书 ➢ 课程安排
绪论 ➢ 化学学科的分支
化学学科
分析化学
19世纪初 光性质 电性质的 现代仪器分析
无机化学
1870年前后 周期律及 周期表为标志