物理化學(xué)：緒論第一章

1、上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22物理化學(xué)物理化學(xué)有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)的復(fù)習(xí)氣體的基本知識(shí)氣體的基本知識(shí)上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-221. 什么是物理化學(xué)什么是物理化學(xué)4. 物理化學(xué)的研究方法物理化學(xué)的研究方法2. 物理化學(xué)的建立與發(fā)展物理化學(xué)的建立與發(fā)展5. 物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法3. 物理化學(xué)的研究?jī)?nèi)容物理化學(xué)的研究?jī)?nèi)容上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 Physical chemistry is the branch of ch

2、emistry that establishes and develops the principles of the subjects. Its concepts are used to explain and interpret observations on the physical and chemical properties of matter. Physical chemistry is also essential for developing and interpreting the modern techniques used to determine the struct

3、ure and properties of matter, such as new synthetic materials and biological macromolecules. -Atkins-上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，來(lái)探求化學(xué)變化及相關(guān)的物理變化基本規(guī)律的一門科學(xué)。 -付獻(xiàn)彩付獻(xiàn)彩-上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 “物理化學(xué)是一門學(xué)科，它根據(jù)物理學(xué)的原理和實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明在復(fù)雜物質(zhì)中經(jīng)化學(xué)處理后所發(fā)生的各種變化” 上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)

4、容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22F.W.Ostwald 德國(guó)化學(xué)家(1853-1932) 1909年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 J.H.Vant Hoff 荷蘭化學(xué)家(1852-1911) 1901年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22S.A.Arrhenins瑞典化學(xué)家(1859-1927) 1903年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22發(fā)展化學(xué)熱力學(xué)非平衡態(tài)熱力學(xué) 美籍昂薩格Onsager 比利時(shí)化學(xué)家普里高津Prigogine提出的“倒易關(guān)系”(196

5、8 Nobel) 提出的“耗散結(jié)構(gòu)理論”(1977 Nobel)上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22化學(xué)動(dòng)力學(xué) 反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理 光化學(xué)(植物的光合作用、藥物的光化學(xué)穩(wěn)定性) 酶催化反應(yīng)的研究(ATP) 自由基化學(xué)(氧自由基的高化學(xué)活動(dòng)會(huì)損傷機(jī)體，產(chǎn)生疾病 ) 飛秒化學(xué)(超快過(guò)程和過(guò)渡態(tài) )上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué) 現(xiàn)代波譜技術(shù)、衍射分析、電鏡 胰島素胰島素 肌紅蛋白肌紅蛋白上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主

6、目錄回主目錄O返回返回2022-3-22納米微囊神經(jīng)元硅藻人類血細(xì)胞SEM照片上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22量子化學(xué)量子化學(xué)L.C.Pauling 價(jià)鍵理論R.S.Mulliken 分子軌道理論H.A.Bethe 配位場(chǎng)理論R.B.Woodward、R.Hoffmann 分子軌道對(duì)稱守恒原理福井謙一 前線軌道理論W.Kohn (1998 Nobel) 電子密度泛函理論J.A.Pople 量子化學(xué)計(jì)算方法和模型化學(xué)上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容：(1) 化學(xué)變化的方向和限度問(wèn)題化學(xué)變化的方

7、向和限度問(wèn)題 (2) 化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理問(wèn)題化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理問(wèn)題(3) 物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系問(wèn)題物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系問(wèn)題上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)與與量子化學(xué)量子化學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22（1）遵循）遵循“實(shí)踐實(shí)踐理論理論實(shí)踐實(shí)踐” （2）歸納和演繹的方法）歸納和演繹的方法（3）綜合應(yīng)用微觀與宏觀的研究方法）綜合應(yīng)用微觀與宏觀的研究方法上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回202

8、2-3-22上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22(1)書目書目必讀書： 物理化學(xué)核心課程沈文霞 等編，科學(xué)出版社參考書： 物理化學(xué)肖衍繁 天大出版社 物理化學(xué)傅獻(xiàn)彩等編，高教出版社 物理化學(xué)簡(jiǎn)明教程印永嘉等編， 高教出版社 Physical Chemistry P. W. Atkins Physical Chemistry Levin推薦閱讀期刊： 化學(xué)通報(bào) 大學(xué)化學(xué) J. Chem. Educ. 上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22（4）

9、習(xí)題或討論課：每章內(nèi)容講完之后，）習(xí)題或討論課：每章內(nèi)容講完之后，有一次習(xí)題或討論課（事先做好復(fù)習(xí)）有一次習(xí)題或討論課（事先做好復(fù)習(xí)）（2）作業(yè)：每章交一次）作業(yè)：每章交一次（3）答疑）答疑 ：待定：待定 上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22（5）考核方式）考核方式 學(xué)生成績(jī)考核方式包括實(shí)驗(yàn)、平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)?nèi)糠帧Ｆ綍r(shí)成績(jī)由出勤和上課表現(xiàn)，課后作業(yè)，測(cè)驗(yàn)或階段考試三部分組成。 總評(píng)成績(jī)包括三部分，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的15%，平時(shí)成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的25%，期末考試成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的60%。出勤、上課表現(xiàn)占平時(shí)成績(jī)的10%，課后作業(yè)占平時(shí)成績(jī)的10%，測(cè)

10、驗(yàn)或階段考試占平時(shí)成績(jī)的80%。（6）具體評(píng)分方法具體評(píng)分方法上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22函數(shù)：函數(shù)：Z = f(x,y) 如理想氣體的壓力、溫度和體積三個(gè)如理想氣體的壓力、溫度和體積三個(gè)物理量中：物理量中： p=f1(T,V), 壓力是溫度和體積的函數(shù)壓力是溫度和體積的函數(shù) V=f2(T,p), 體積是溫度和壓力的函數(shù)體積是溫度和壓力的函數(shù) T=f3(p,V), 溫度是壓力和體積的函數(shù)溫度是壓力和體積的函數(shù)上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22VTpTVp上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返

11、回返回2022-3-22TVppdpdVdTVT上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22VTTVVpTTpV1VpTpTTVVp上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22dxdvudxduvvdxvud21/cabaxbaxdx)ln(上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22物質(zhì)常見(jiàn)聚集狀態(tài)( (按復(fù)雜程度上升排列) )：氣、固、液氣體性質(zhì)中，p p, ,V, T V, T 最基本，均可直接測(cè)定（混合氣體應(yīng)包括組成）壓力p p : :分子熱運(yùn)動(dòng)碰撞器壁作用力單位面積受力（壓強(qiáng)）p p，大量

12、分子的宏觀表現(xiàn)。體積V V : : 氣體所占空間大小，單位: : 立方米m m3 3溫度T T : : 熱力學(xué)溫度，單位: : 開(kāi)爾文 與攝氏溫度的關(guān)系: : T / K = t / C+ 273.15上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-221、低壓氣體的經(jīng)驗(yàn)定律低壓氣體的經(jīng)驗(yàn)定律 Boyle 定律 Charles-Gay-Lussac 定律 Avogadro 定律pVC（T、n 不變）/VTC（p、n 不變）/VnC（T、p 不變）上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O

13、返回返回2022-3-222、理想氣體（、理想氣體（ideal gas）a. 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 RTpVnRTpVmRTMmPV 上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22pVT 曲面曲面上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22理想氣體的微觀模型理想氣體的微觀模型pV 常數(shù)理想氣體兩個(gè)特征：(1)分子本身不占體積: (2)分子間無(wú)相互作用力何時(shí)可用 pV=nRT 處理實(shí)際氣體？應(yīng)考慮：(1) 氣體種類(2) 具體壓力，xxx xxxx kPa間(3) 工程具體要求（精確度）難液化氣體常用，H2, O2 等；易

14、液化氣體少用，H2O, NH3 等.=/p nRT V高溫和低壓下的氣體近似可看作理想氣體上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22在理想氣體混合物中，某一組分在理想氣體混合物中，某一組分B的分壓即的分壓即為該氣體在與混合氣同樣溫度下，單占有混為該氣體在與混合氣同樣溫度下，單占有混合氣總體積時(shí)的壓力。合氣總體積時(shí)的壓力。A(g) +B(g)T,V,p,xBB(g)T ,V ,pBb. 分壓和道爾頓分壓定律分壓和道爾頓分壓定律上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 BBpp在氣體混合物中在氣體混合物中 BBxpppB : 氣

15、體氣體B的分壓的分壓 p： 混合氣體的總壓混合氣體的總壓xB: 氣體氣體B在混合氣中的摩爾分?jǐn)?shù)在混合氣中的摩爾分?jǐn)?shù)b. 分壓和道爾頓分壓定律分壓和道爾頓分壓定律 對(duì)于理想氣體混合物，BBn RTpV上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22c. 分體積和阿馬格定律分體積和阿馬格定律分體積分體積： 混合氣體中某一組分B的分體積VB是該組份單獨(dú)存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時(shí)所占有的體積 21VVVBBVV或BBBVnVn稱為體積分?jǐn)?shù), BBBBBBpVxpppV上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 a. 實(shí)際氣體的狀態(tài)

16、方程實(shí)際氣體的狀態(tài)方程van der Waals equation )( 2RTbVVapmmn=1n 1nRTnbVVanP)(22上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 )( 2RTbVVapmmn=1n 1nRTnbVVanP)(22上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22液體的飽和蒸汽壓液體的飽和蒸汽壓 p p外 Tb T飽和蒸汽壓是物質(zhì)的性質(zhì) 加壓或降溫可能使實(shí)際氣體液化，但并不是在任意溫度下通過(guò)加壓都能使實(shí)際氣體液化的。飽和蒸汽壓:在密閉容器內(nèi),在一定溫度下,蒸發(fā)與凝聚速率相等時(shí),達(dá)氣-液平衡（動(dòng)態(tài)平衡）時(shí)蒸

17、汽的壓力。概念題：p20p20（4 4）（9 9）上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22（1） 壓縮因子壓縮因子Z（Compression factor)RTpVzm Z=1 PVm=RT (理想氣體）理想氣體）Z1 PVmRT （實(shí)際氣體）不實(shí)際氣體）不易壓縮易壓縮Z1 PVmRT （實(shí)際氣體）容實(shí)際氣體）容易壓縮易壓縮上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22（2） 臨界狀態(tài)與臨界參數(shù)臨界狀態(tài)與臨界參數(shù)Critical point蒸氣摩爾體積與液體摩爾體積相等蒸氣摩爾體積與液體摩爾體積相等氣液界面消失氣液界面消失 臨界

18、溫度臨界溫度, Tc (氣體能夠液化的最高溫度氣體能夠液化的最高溫度) 臨界壓力臨界壓力, pc 臨界體積臨界體積, VcTc, pc, Vc 臨界常數(shù)臨界常數(shù)上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22（2） 臨界狀態(tài)與臨界參數(shù)臨界狀態(tài)與臨界參數(shù)Critical point0TVpm m022TVp上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22Define : Tr= T/Tc reduced temperature pr= p/pc reduced pressure Vr= V/Vc reduced volume 表示不同氣體離

19、開(kāi)各自臨界狀態(tài)的倍數(shù)表示不同氣體離開(kāi)各自臨界狀態(tài)的倍數(shù)上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22臨界壓縮因子臨界壓縮因子) ,ccmccRTVpz物質(zhì)物質(zhì) He Ar N2 O2 CO CO2 CH4 zc 0.299 0.291 0.289 0.294 0.288 0.274 0.289 上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 任何氣體只要兩個(gè)對(duì)比參數(shù)相同，則任何氣體只要兩個(gè)對(duì)比參數(shù)相同，則第三個(gè)對(duì)比參數(shù)也必然相同，此時(shí)稱它第三個(gè)對(duì)比參數(shù)也必然相同，此時(shí)稱它們處于相同的對(duì)比狀態(tài)。們處于相同的對(duì)比狀態(tài)。 處于相同對(duì)比狀態(tài)下

20、的氣體具有相近處于相同對(duì)比狀態(tài)下的氣體具有相近的熱力學(xué)性質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22rcrcrcmTTRVVppRTpVz rrrcccTVpRTVprrrcTVpz ),( rrpTfz 上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22(a) 對(duì)比狀態(tài)原理是近似的經(jīng)驗(yàn)定律對(duì)比狀態(tài)原理是近似的經(jīng)驗(yàn)定律(b) 將對(duì)比狀態(tài)原理用于將對(duì)比狀態(tài)原理用于H2 和和He 時(shí)時(shí)K8 6 .810 crcrTTTkPappp上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 思考題思考題1如何使

21、一個(gè)尚未破裂而被打癟的乒乓球恢復(fù)原狀？采用了什么原理？答：答： 將打癟的乒乓球浸泡在熱水中，使球壁變軟，球中空氣受熱膨脹，可使其恢復(fù)球狀。 采用的是氣體熱脹冷縮的原理上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 思考題思考題2在兩個(gè)密封、絕熱、體積相等的容器中，裝有壓力相等的某種理想氣體。試問(wèn)，這兩容器中氣體的溫度是否相等？ 不一定相等。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,若物質(zhì)的量相同，則溫度才會(huì)相等。答：答：上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 思考題思考題3 兩個(gè)容積相同的玻璃球內(nèi)充滿氮?dú)?，兩球中間用一玻管相通，管中間有一汞滴將兩

22、邊的氣體分開(kāi)。當(dāng)左球的溫度為273K，右球的溫度為293K時(shí)，汞滴處在中間達(dá)成平衡。試問(wèn)： (1)若將左球溫度升高10K，中間汞滴向哪邊移動(dòng)？ (2)若兩球溫度同時(shí)都升高10K, 中間汞滴向哪邊移動(dòng)？273K293K上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 思考題思考題答：答： （1）左球溫度升高，氣體體積膨脹，推動(dòng)汞滴向右邊移動(dòng)。 （2）兩球溫度同時(shí)都升高10K，汞滴仍向右邊移動(dòng)。因?yàn)樽筮吰鹗紲囟鹊停?0K所占比例比右邊大，283/273大于303/293，所以膨脹的體積（或保持體積不變時(shí)增加的壓力）左邊比右邊大。上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目

23、錄回主目錄O返回返回2022-3-22 思考題思考題已知 H2(g) 的臨界參數(shù)：TC = 33.3K ，pC = 1.297106 Pa一鋼瓶中貯存有 298K, 98.0106 Pa的H2，其狀態(tài) （ ）。(A) 液體 (B) 氣態(tài)(C) 氣液兩相平衡 (D) 無(wú)法確定在恒溫 100C 的帶活塞汽缸中，有壓力為 100 kPa的飽和水蒸氣。恒溫下壓縮該水蒸氣，直到其體積為原來(lái)的1/3，此時(shí)水蒸氣的壓力為 ( ) ？(A) 300 kPa (B) 33.3 kPa (C) 100 kPa (D) 無(wú)法確定BC上一內(nèi)容上一內(nèi)容下一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄回主目錄O返回返回2022-3-22 思考題思考題4在大氣壓力下，將沸