物理化学电子教案第一章(1).ppt
01章_热力学第一定律及其应用-例题和习题课解析
W V pdV p(V2 V1 ) 330.56 103 (40.00 15.00) 10 3 2864 J
1
V2
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2018/12/28
例题
例： 10mol理想气体，压力为1000kPa，温度为300 K , 求下列 各种情况下的W： 1.在空气中( p )体积胀大1dm 3 ; 2.在空气中胀大到气体的压力也为p ； 3.等温可逆膨胀至气体的压力也为p。
3
1000 p1 10 8.314 300 ln 3.W nRT ln 100 p2 57.43kJ
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2018/12/28
七、例题
例：气体He从0C， 5 105 Pa， 10dm3，经一绝热可逆 过程膨胀至10 Pa，试计算T2、Q、W、U和H。
物理化学电子教案—第一章
U Q W
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2018/12/28
例题
例1：在25C时， 2molH 2的体积为15dm3，此气体 （ 1 ）在定温下，反抗外压为105 Pa时，膨胀到体 积为50dm3 ; (2)在定温下可逆膨胀到体积为50dm3 , 试计算两种膨胀过程的功。
3
4865J
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2018/12/28
例题
W
(2)
(3)
p(V2 V1 ) 105 (40.00 15.00) 103
2500 J
根据理想气体状态方程
pV nRT nRT 2 8.314 298.2 330.56kPa p 3 V 15.00 10
物理化学电子教案绪论(1).ppt
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2020/11/23
0.4 物理化学学科的战略地位
(1)物理化学是化学科学的理论基础及重要组成学科 (2)物理化学与其它学科相结合极大地扩充了化学研
究的领域 (3)物理化学与国计民生密切相关
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2020/11/23
0.5 物理化学课程的学习方法
---自然科学学科发展战略调研报告---
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2020/11/23
0.2 物理化学的研究内容和方法
研究内容： (1) 化学变化的方向、限度 (2) 化学反应的速率和机理问题 (3) 物质的性质与其结构之间的关系问题
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2020/11/23
0.2 物理化学的研究内容和方法
2020/11/23
0.2 物理化学的研究方法
•统计力学方法：
用概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的 平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的 宏观性质。 •量子力学方法：
用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程）求 解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从 而指示物性与结构之间的关系。
研究方法： a.热力学方法 以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两 个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数 及其变量，描述体系从始态到终态的宏观变化， 而不涉及变化的细节。经典热力学方法只适用于 平衡体系。
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2020/11/23
0.2 物理化学的研究内容和方法
2020/11/23
0.1 物理化学的定义
物理化学是从物质的化学现象和物理现象之间 的相互联系入手来探求化学变化及相关的物理 变化基本规律的一门学科
物理化学电子教案一章-PPT课件
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2019/3/3
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。 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。
功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号：
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2019/3/3
热力学的研究内容
•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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2019/3/3
热力学的方法和局限性
热力学方法的特点 •只研究物质变化过程中各宏观性质的关 系，不考虑物质的微观结构； •只研究物质变化过程的始态和终态，而 不追究变化过程中的中间细节，也不研究 变化过程的速率和完成过程所需要的时间。 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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2019/3/3
第一章 热力学第一定律及其应用
1.8 1.9 1.10 赫斯定律 几种热效应 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律
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2019/3/3
1.1 热力学概论
1.热力学的研究内容 2.热力学方法的特点和局限性 3.基本概念：
•体系与环境 •体系的分类 •体系的性质 •状态函数 •过程与途径 •热和功
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2019/3/3
体系分类
01章-热力学第一定律及其应用1
T2 T1
Hale Waihona Puke CVdT= CV (T2 T1)
(设CV 与T 无关）
因为计算过程中未引入其它限制条件，所以该公式适 用于定组成封闭体系的一般绝热过程，不一定是可逆过 程。
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2022/2//1188
节流过程的U和H
节流过程是在绝热筒中进行的，Q=0 ，所以：
绝热过程的功
在绝热过程中，体系与环境间无热的交换，但可以 有功的交换。根据热力学第一定律：
dU Q W
= W
（因为Q 0）
这时，若体系对外作功，热力学能下降，体系温度必然 降低，反之，则体系温度升高。因此绝热压缩，使体系温度 升高，而绝热膨胀，可获得低温。
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可逆过程的特点：
（1）状态变化时推动力与阻力相差无限小，体系与环 境始终无限接近于平衡态；
（2）过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个
方向到达；
（3）体系变化一个循环后，体系和环境均恢复原态，变 化过程中无任何耗散效应；
（4）等温可逆过程中，体系对环境作最大功，环境对体系作最 小功。
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2022/22//1188
燃烧焓
指定产物通常规定为：
C CO2 (g) S SO2 (g) Cl HCl(aq)
H H2O(l)
N N2 (g)
金属 游离态
显然，规定的指定产物不同，焓变值也不同，查表时应注
意。298.15 K时的燃烧焓值有表可查。
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2022/22//1188
《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。
物化课件
13:24:58
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实际气体的液化
270K时CO2相变过程
p=3.204MPa
峭， ， 由 如 上在 体 于 果 升等 积 液 继 的温 仅 体 续 线线 有 压 增 段上 微 缩 加 。出 小 性 压 现改很力 陡变小，
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气 体 全 部 凝 结 为 液 体
以上三式结合 理想气体状态方程
pV = nRT
单位：p Pa V m3
TK
n mol R J mol-1 K-1
摩尔气体常数：R ＝ 8.314510 J mol-1 K-1
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13:24:58
理想气体状态方程
理想气体状态方程也可表示为： pVm=RT pV = (m/M)RT 以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
l’1 l’2 T1<T2<Tc<T3<T4
p / [Pa]
1) T < Tc 气相线 g1g’1: p , Vm 气－液平衡线 g1l1 : 加压，p*不变, gl, Vm g1: 饱和蒸气摩尔体积Vm(g) l1: 饱和液体摩尔体积Vm(l)
g’2 g’1ຫໍສະໝຸດ C l2 l1T4
T3 g2 g1 Tc
2) 质量分数wi
wi
def
mi / mi
（单位为1）
wi = 1
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13:24:58
理想混合气体状态方程
2. 理想气体方程对理想气体混合物的应用 因理想气体分子间没有相互作用，分子本身 又不占体积，所以理想气体的 pVT 性质与气体的 种类无关，因而一种理想气体的部分分子被另一 种理想气体分子置换，形成的混合理想气体，其 pVT 性质并不改变，只是理想气体状态方程中的 n 此时为总的物质的量。
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. 理解物理化学课程的重要性2. 了解课程的学习目标和内容1.2 物理化学的基本概念1. 物质的量与质量2. 状态与状态函数3. 热力学第一定律1.3 实验技能1. 掌握基本实验操作方法2. 熟悉实验仪器的使用和维护第二章：温度与热量2.1 温度的概念与计量1. 温度的定义与度量单位2. 温度计的使用与校准2.2 热量与热传递1. 热量的定义与计量单位2. 热传递的方式与速率2.3 热力学第二定律1. 熵的概念与计算2. 热力学第二定律的表述与意义第三章：压力与体积3.1 压力的概念与计量1. 压力的定义与度量单位2. 压强计的使用与校准3.2 体积的概念与测量1. 体积的定义与度量单位2. 量筒与容量瓶的使用与校准3.3 理想气体状态方程1. 理想气体状态方程的推导与理解2. 理想气体的状态变化计算第四章：物质的量与质量4.1 物质的量的概念与计量1. 物质的量的定义与度量单位2. 摩尔质量与摩尔数4.2 质量的概念与测量1. 质量的定义与度量单位2. 天平的使用与校准4.3 物质的量的计算1. 物质的量的计算公式与方法2. 物质的量的转换与计算实例第五章：实验方法与技术5.1 实验设计与方案制定1. 实验目标与步骤2. 实验材料的准备与选择5.2 实验操作与数据采集1. 实验操作方法与技巧2. 数据采集与记录1. 实验结果的整理与分析第六章：溶液的浓度与渗透压6.1 溶液的定义与组成1. 理解溶液的概念2. 熟悉溶剂和溶质的分类6.2 溶液的浓度表示方法1. 摩尔浓度2. 质量分数3. 体积分数6.3 渗透压与溶液的活度1. 渗透压的概念与计算2. 溶液的活度与活度系数第七章：化学平衡7.1 化学平衡的基本概念1. 平衡态的定义2. 平衡常数与平衡常数表达式7.2 酸碱平衡1. 酸碱理论基础2. 酸碱平衡的计算与调节7.3 氧化还原平衡1. 氧化还原反应的基本概念2. 标准电极电势与氧化还原平衡的计算第八章：动力学反应8.1 化学反应速率1. 反应速率的定义与表示方法2. 反应速率的影响因素8.2 化学反应机理1. 机理的定义与表示方法2. 速率方程与机理的关系8.3 反应动力学的应用1. 催化反应动力学2. 生物化学反应动力学第九章：相平衡与相图9.1 相与相变1. 相的概念与分类2. 相变的类型与特点9.2 相平衡条件与相平衡常数1. 相平衡的必要条件2. 相平衡常数的计算与表达9.3 典型体系的相图1. 水-冰相图2. 铁-碳相图第十章：实验数据分析与处理10.1 实验数据的误差分析1. 误差的概念与分类2. 误差的计算与减小方法10.2 实验数据的处理方法1. 平均值的计算与误差分析2. 数据的图表表示方法10.3 实验数据的回归分析1. 线性回归与曲线拟合2. 回归分析的应用与实践重点和难点解析重点一：第二章中的热量与热传递详细补充和说明：热量与热传递是物理化学中的重要概念。
(2)-01章-热力学第一定律(可逆过程,体积功,焓,热容)
热力学第一定律及其应用
环境 surroundings
无物质交换 封闭系统
Closed system
U Q W
有能量交换
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2020/3/7
热力学第一定律
Joule（焦耳）和 Mayer（迈耶尔)自1840年 起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转 换关系，得到的结果是一致的。
也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的
第一类永动机（first kind of perpetual motion machine):一种既不靠 外界提供能量，本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器 称为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。
热力学第一定律是人类经验的总结，事实证明违背该定 律的实验都将以失败告终，这足以证明该定律的正确性。
U U2 U1 QW 对于微小变化 dU Q W
热力学能的单位： J
热力学能是状态函数，用符号U表示，它的 绝对值尚无法测定，只能求出它的变化值。
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2020/3/7
热力学第一定律的文字表述
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现 象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和 功之间可以相互转化，但总的能量不变。
自然界的一切物质都具有能量，能量有各 种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形 式，但在转化过程中，能量的总值不变。
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2020/3/7
热力学能
系统总能量通常有三部分组成：
（1）系统整体运动的动能 （2）系统在外力场中的位能 （3）热力学能，也称为内能 热力学中一般只考虑静止的系统，无整体运动， 不考虑外力场的作用，所以只注意热力学能
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2020/11/23
（1） 混合物的组成
a 摩尔分数x或y：
xB 或yB
nB nA
显然 xB 1 或 yB 1
A
B
B
b 质量分数
wB
mB mA
A
wB 1
B
c 体积分数
B
xB Vm,B xA Vm, A
A
B 1
B
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2020/11/23
§1.1 气体分子动理论
一 气体分子动理论的基本公式 二 理想气体状态方程 三 理想气体模型 四 理想气体混合物 五 分子平均平动能与温度的关系
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2020/11/23
1 气体分子动理论的基本公式
气体分子运动的微观模型
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2020/11/23
（2） 理想气体混合物状态方程
• 理想气体混合物状态方程为：
pV n总RT nB RT B
pV m RT M mix
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2020/11/23
（3） 道尔顿定律与分压力
⑴ 道尔顿定律：
混合气体的总压力等于各组分单独存在于混 合气体的温度、体积条件下所产生压力的总和。
u ( niui2 ) / n
i
n为单位体积内的分子数。
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2020/11/23
2 理想气体状态方程
• 17～19世纪三个著名的低压气体经验定律：
• 波义尔定律(R.Boyle,1662):
pV = 常数
(T, n 一定)
• 盖.吕萨克定律(J. Gay-Lussac,1808)：
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2020/11/23
1 气体分子动理论的基本公式
气体分子动理论的基本公式
压力
力 面积
质量 加速度 面积
质量 速度 面积 时间
动量 面积 时间
利用统计平均的方法，求出体积为V分子数为N的气
体系统的总动量。则可得出气体分子动理论的基本公式
pV 1 mNu2 3
式中，m是一个分子的质量，u为均方根速率。
pV = nRT
单位：p Pa V m3 T K n mol R J mol-1 K-1
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2020/11/23
2 理想气体状态方程
由三个经验定律导出理想气体状态方程的过程：
设 V=V(T，p，n) 则有
dV
V T
dT
p,n
V p
dp T ,n
V / T ＝ 常数
(n, p 一定)
• 阿伏加德罗定律（A. Avogadro, 1811)
V / n ＝ 常数
(T, p 一定)
气体分子运动公式可以对几个经验定律作出解释。
反过来也证明了气体分子运动基本公式的正确性。
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2020/11/23
2 理想气体状态方程
• 将以上三式归纳整理，得到理想气体状态方程：
在的，它只是真实气体在p→0时的极限情况。
4 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
的体积及相互作用力，使问题大大简化，为研究实
际气体奠定了基础。 ⑵ 低压下的实际气体可近似按理想气体对待。
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2020/11/23
4 理想气体混合物
（1） 混合物的组成 （2） 理想气体混合物状态方程 （3） 道尔顿定律 （4） 阿马加定律
d ln( pV ) d ln(nT)
积分
ln( pV ) ln(nT) ln C
C是积分常数，通常用R表示，去掉对数得
pV nRT
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2020/11/23
2 理想气体状态方程
•理想气体状态方程也可写为：
pV NkBT kB R / L N / L n pVm RT pV m RT M
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
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2020/11/23
3 理想气体模型
1 理想气体定义： 任何温度、压力下均服从理想气体状态
方程的气体，称为理想气体。
2 理想气体的特征(或条件)： ⑴ 分子本身无体积： 意味着：分子是质点(有质
量无体积)，若p→∞，则Vm →0。
见下页图
p
n总 R T
V
nA
nB
RT V
nART nBRT
V
V
B
nB RT V
B
pB
适用于理想气体和低压气体。
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2020/11/23
道尔顿定律示意图
△○△△○ ○△○△○ △○△○△ ○△○△○
△ △△ △△
△ △△ △△
△：组分A
p总
n总RT V
○：组分B
物理化学电子教案—第一章
气体
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2020/11/23
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 气体间的转变—实际气体的等温线和液化过程 §1.10 压缩因子图--实际气体的有关计算 §1.11 分子间的相互作用力*
⑵ 分子间无相互作用力： 由p=nRT/V，温度恒定
时，p∝n/V，与分子间距离无关，所以分子间无
相互作用力。
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2020/11/23
3 理想气体模型
3 理想气体微观模型： 理想气体是一种分子本身没有体积，分子间
无相互作用力的气体。 理想气体是 p
由盖.吕萨克定律
V V T p,n T
由波义尔定律
V p
T ,n
V p
由阿伏加德罗定律
V V n T , p n
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2020/11/23
2 理想气体状态方程
代入得
整理得 或写成
dV V dT V dp V dn
T
pn
dp dV dT dn pV T n
（1）气体是大量分子的集合体。相对于分子与分子间 的距离以及整个容器的体积来说，气体分子本身的体积 很小，可以忽略不计，常将气体分子当作质点来处理。 （2）气体分子不断地做无规则的运动，均匀分布于整 个容器中。 （3）分子彼此的碰撞以及分子与器壁的碰撞是完全弹 性的（碰撞前后总动量不损失）。
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pA
nART V
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