物理化學(xué)第一章

量子（結(jié)構(gòu)）化學(xué)。電子云形狀。C的SP2（石墨）和SP3（金剛石）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)。從單個(gè)到群體，PV=nRT熱力學(xué)。可能性。C的SP2（石墨）和SP3（金剛石）的轉(zhuǎn)化條件。動(dòng)力學(xué)。T（時(shí)間）。催化；酶電化學(xué)。電池；電鍍。電動(dòng)汽車(chē)。界面與膠體化學(xué)。洗滌劑。蛇皮袋與汗衫?！?.1熱力學(xué)的研究對(duì)象物理化學(xué)熱力學(xué)是研究能量相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中所應(yīng)遵循的規(guī)律的科學(xué).1各種物理及化學(xué)變化中的能量效應(yīng)2變化的方向及限度各種顏色和形態(tài)的金剛石[2]“常林”鉆石(山東產(chǎn)，重158.786克拉)[1]寶石級(jí)鉆石的價(jià)格2003年11月18日07:42中國(guó)新聞網(wǎng)中新網(wǎng)11月18日電據(jù)俄羅斯新聞網(wǎng)報(bào)道，近日，從珠寶鉆石市場(chǎng)傳來(lái)一條驚人的消息，一名俄羅斯人耗資一億美元巨資買(mǎi)下世界上最大的一顆玫瑰色鉆石。該鉆石重達(dá)70.39克拉，呈流線(xiàn)型，帶有數(shù)個(gè)棱面，同其它的沒(méi)那么昂貴的白色、黃色鉆石或比它更為昂貴的天藍(lán)色鉆石相比，它最為顯著的特征在于它的粉紅色。俄羅斯鉆石鋯石是天然寶石中折射率僅次于鉆石、色散值很高的寶石，無(wú)色透明的鋯石酷似鉆石，是鉆石很好的代用品。理論組成(wB%)：ZrO267.1，SiO232.9。有時(shí)稱(chēng)為立方氧化鋯2011年3月在家里，教美國(guó)高中交流生打麻將多年的實(shí)踐證明：《物理化學(xué)》最有效的學(xué)習(xí)方法是在課堂上教師借助實(shí)例講透基本概念，通過(guò)例題幫助學(xué)生掌握公式的使用。課后，學(xué)生必須做習(xí)題鞏固本教師的特點(diǎn)：盡可能從日常生活、新聞報(bào)道中找實(shí)例注意公式的使用條件

PV=nRT

，理想氣體的狀態(tài)方程；實(shí)際氣體在T↑P↓的情況下適用。符號(hào)。

m,r,D,Q各有含義3.簡(jiǎn)單的微積分知識(shí)，定積分和不定積分。4.重點(diǎn):①基本概念②重要定律及公式的應(yīng)用

5.課程成績(jī)和“潛規(guī)則”另見(jiàn)成績(jī)記錄樣本。

物理化學(xué)課程的特別要求聯(lián)系方式王利華E-mail：longwangrx@請(qǐng)注意：發(fā)E-mail時(shí)應(yīng)在“主題”中表明身份，例如“某專(zhuān)業(yè)張三有什么事”，否則可能直接被刪除。手機(jī)上課和開(kāi)會(huì)時(shí)按規(guī)定關(guān)機(jī)，請(qǐng)?jiān)?；有時(shí)信號(hào)不好，也請(qǐng)諒解）§1.2基本概念1.2.1系統(tǒng)與環(huán)境體系(系統(tǒng)):被劃定的研究對(duì)象環(huán)境:與體系密切相關(guān)的部分與環(huán)境體系類(lèi)別物質(zhì)交換能量交換孤立或隔離FF封閉FT敞開(kāi)或開(kāi)放TT問(wèn)題：我們所在的教室屬于什么體系？為什么？1.2.2體系的宏觀性質(zhì)一個(gè)足球?？梢韵胂蟊环譃镹個(gè)區(qū)域。強(qiáng)度性質(zhì):不具有加和性T=T1=T2=……廣度(容量)性質(zhì):具有加和性V=V1+V2+V3+……P，壓力或者壓強(qiáng)，N/m2（帕斯卡），Pa;Pθ=0.1MPa,熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)壓力;常壓101325PaT，溫度，K，℃+273.15=K;V，體積，m3；ρ，密度，kg/m3；η，粘度，Pa*s問(wèn)題：密度是否為強(qiáng)度性質(zhì)？狀態(tài),狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)方程狀態(tài):系統(tǒng)的所有性質(zhì)都具有確定值時(shí),體系處于某一狀態(tài).狀態(tài)函數(shù):描述(表達(dá))系統(tǒng)性質(zhì)的物理量.特征:變化值只與起始終了狀態(tài)有關(guān),與過(guò)程無(wú)關(guān).狀態(tài)方程:狀態(tài)函數(shù)之間的定量關(guān)系式.例:PV=nRTn，物質(zhì)的量，mol問(wèn)題：R---常數(shù)，8.314（單位即量綱是什么？）主要的過(guò)程量：與過(guò)程相關(guān)熱:Q,由于溫差存在而傳遞的能量。吸熱為正。功:W,除Q以外,以其它形式被傳遞的能量。對(duì)外做功為負(fù)值。體積功:WeδWe=-P外dV電功：E*dQ=V*I*dt;表面功：γ*dA小問(wèn)題：1度電=？J1度電=1KW*h=1000(J/s)*3600(s)=3.6*106J熱力學(xué)平衡狀態(tài)⑴熱平衡⑵力平衡⑶化學(xué)平衡⑷相平衡§1.3熱力學(xué)第一定律動(dòng)能核體系的總能量勢(shì)能電子熱力學(xué)能U振動(dòng)（內(nèi)能U）平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)①在相對(duì)靜止的封閉體系,忽略外力場(chǎng)(重力場(chǎng))熱力學(xué)第一定律:ΔU=Q+WdU=Q+W②開(kāi)放體系:dU=Q+W+dUm(與外界交換)③孤立體系:ΔU=0ΔU體+ΔU環(huán)=0Δ與δ的差異Δ，d，δ，均表示變化Δ表示大的，宏觀的變化，例如從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，狀態(tài)函數(shù)的變化。d表示微小的變化，全微分符號(hào)，Δ，d后面為可以進(jìn)行全微（積）分的函數(shù)，包括所有狀態(tài)函數(shù)δ表示微小的變化，后面為不可以直接進(jìn)行全微（積）分的函數(shù)，包括過(guò)程量，例如Q，W問(wèn)題：公式ΔU=Q+W的適用條件是（）湖北省化學(xué)研究院2002年碩士研究生入學(xué)考試物理化學(xué)試卷之填空題，3分?！?.4體積功δWe=-P外dV因系統(tǒng)體積變化而引起的系統(tǒng)與環(huán)境間交換的功稱(chēng)為體積功實(shí)例1一個(gè)密封良好的帶活塞的圓筒，里面有nmol氣體。在一定的T（恒溫），從狀態(tài)1（2Pθ，V），變化到狀態(tài)2（Pθ，2V）過(guò)程1：在恒定的外壓Pθ下過(guò)程2：無(wú)限緩慢或者每步變化非常小。W的差異?W=We+WfrdAWfE?dQV?Idt例：(2)每步變化非常小We=-(P-dP)dV=-PdV=-dVWe=-nRT=-nRTln(1)We=-P外dV

We=-P外（V2-V1)

(P外為定值）狀態(tài)2狀態(tài)1（2Pθ，V）（Pθ，2V）問(wèn)題：兩個(gè)過(guò)程，那個(gè)能做更多的功？恒壓W=-PθV=-0.5nRT可逆W=-nRT*ln2=-0.693nRT比較對(duì)外所做功的能力或者絕對(duì)值?？赡婵沙蹋耗尺^(guò)程進(jìn)行之后，若可沿原來(lái)途徑逆向進(jìn)行能使系統(tǒng)恢復(fù)原狀，同時(shí)環(huán)境亦可復(fù)原,不留下任何永久性變化，則該過(guò)程稱(chēng)為熱力學(xué)可逆過(guò)程.（可以想象一段電影膠片正、反方向放映真空，球，半軌，高速）①過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢,每一步都接近于平衡態(tài)We=-P外dV=-(p-dp)dV=-pdV+dp?dV

可忽略不計(jì)②沒(méi)有摩擦力、粘滯力等阻力（耗散力）做功?？赡孢^(guò)程應(yīng)用之一：求算最高的能量轉(zhuǎn)換效率?？赡孢^(guò)程是理想的，是實(shí)際過(guò)程的近似。不可逆過(guò)程并非不能逆向進(jìn)行。例如：向一大杯水中加一點(diǎn)鹽。得到一杯淡鹽水。鹽水可以再通過(guò)蒸發(fā)、凝結(jié)過(guò)程“還原為”一大杯水和一點(diǎn)鹽。過(guò)程逆向進(jìn)行了，但是消耗大量能量等。因此，不能先污染再治理。政策的科學(xué)依據(jù)之一。關(guān)于饑荒1958—1960年間任中共信陽(yáng)地委書(shū)記、信陽(yáng)地區(qū)行署專(zhuān)員張樹(shù)藩寫(xiě)于1963年病中。1958年有人將畝產(chǎn)四五百斤的小麥浮夸成7320斤。按此征收糧食，口糧、種子都上交還不夠。1959—1960餓死共100多萬(wàn)人。習(xí)題：P161-8，按照書(shū)中符號(hào)，是第1章的第8題，并非從第1題到第8題?！?.5定容及定壓下的熱Wf=0時(shí)，V一定（等容），ΔU=QV即在此條件下等容熱效應(yīng)與熱力學(xué)能（內(nèi)能）的變化ΔU在數(shù)值上相等。提示：ΔU=Q+WW=We+WfδW=-P外dV,dV=0

H=U+PVH=QP(Wf=0等壓）H=U+pV△H=△U+△(pV)△U+p?△VΔU=Q+W=Q+W+PΔVWf=0W=We=-PΔVΔH=QP(Wf=0)§1.6焓H千卡／卡路里（kcal）和千焦（kJ），其實(shí)它們都是熱量單位。換算方式：1千卡（1大卡）＝1000卡1卡＝4．182焦耳；7千卡/每克酒精

每克的酒精可以提供7千卡。食物中可以提供熱量的營(yíng)養(yǎng)素叫生熱營(yíng)養(yǎng)素，包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和酒精。每克的碳水化合物或蛋白質(zhì)可以提供4千卡，熱量每克的脂肪可以提供9千卡?！飨嘧冹剩ㄏ嘧儫幔┪镔|(zhì)從一種相變?yōu)榱硪环N相稱(chēng)為相變化。相變化：T，P一定，Wf=0進(jìn)行的過(guò)程。分子（原子、離子、基團(tuán)）間的距離不同，作用力也不同，能量自然不同。相變過(guò)程中，體系與外界（環(huán)境）進(jìn)行能量交換，可以為吸熱過(guò)程（Q或者ΔH為正），也可以是放熱。幾種常見(jiàn)的相變液/氣：氣化(vap,vaporize)與凝結(jié)氣/固：凝華與升華(sub,sublimating)固/液：熔化(fus,fusion)與凝固等溫等壓下，兩相（例如α相與β相）平衡共存時(shí)發(fā)生的相變化，是可逆的相變。此時(shí)吸收或放出的熱量稱(chēng)為相變熱（或稱(chēng)相變潛熱）。Lm或者Δ*HmLm或者Δ*Hm表示1mol物質(zhì)發(fā)生可逆相變的熱效應(yīng)。*可以是vap等。注意：也可以有不可逆的相變。例如，常壓下，-5℃的H2O(l)H2O(s)常壓下，過(guò)冷液體的凝固。常壓下，過(guò)熱液體的氣化。均為不可逆相變。實(shí)例P(101.325KPa),100℃,H2OΔvapH=2257kJ/kg問(wèn)題1:用電爐燒開(kāi)水，因?yàn)橥思皶r(shí)關(guān)，100g水被蒸發(fā)。請(qǐng)問(wèn)浪費(fèi)多少電能？問(wèn)題2：10g汗水蒸發(fā)，可以帶走多少熱量？提示問(wèn)題1：1度電=1千瓦*時(shí)=1000*3600J問(wèn)題2：粗略可以。10*10-3*2257kJ/kg精確計(jì)算不行，因?yàn)樵趺崔k？見(jiàn)下文?！?.7熱容熱容（C）是使系統(tǒng)的溫度升高（降低）1時(shí)所吸收（放出）的熱量。(Wf=0)Cv=()v,Cp=()p(Qv=UQp=H)

體積不變壓強(qiáng)不變U=Q+WP1V1T1P2V2T2Cv

U

=

CvdT（Wf=0T1T2無(wú)相變）

CP

H=CPdT（條件同上）

Cp,m(H2O,l):液態(tài)水（1mol）在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的比熱值為75.295J*K-1*mol-1

請(qǐng)看教材P420，熱容與溫度的關(guān)系?！靶募焙炔坏脽嶂唷?，包含的物理化學(xué)原理？Cp與Cv的關(guān)系Cp—Cv=對(duì)理想氣體：H=f(T);U=f(T)

理論和實(shí)驗(yàn)都證明:解釋:理想氣體的H和U都是T的函數(shù),與P,V等無(wú)關(guān)。問(wèn)題：Cp—Cv=右邊的方括號(hào)中的第2項(xiàng)的數(shù)值是多少？為什么？U=f（T），PV=nRTCp—Cv=Cp—Cv=[P+0]*（nR/P）=nR（1），可得下式：Cp,m—Cv,m=R，（2），下標(biāo)m表示每mol問(wèn)題：如何從（1）到（2）提示：等式兩邊同時(shí)除n理想氣體理論和實(shí)驗(yàn)都證明：?jiǎn)卧拥睦硐霘怏w,Cv,m=1.5R;雙原子的理想氣體,Cv,m=2.5R問(wèn)題1：氫氣的Cv,m=？問(wèn)題2：氦氣的Cp,m=？He，單原子的理想氣體，Cp,m--Cv,m=R§1.8理想氣體的可逆絕熱過(guò)程絕熱過(guò)程：δQ=0可逆過(guò)程，P外=P，任一瞬間狀態(tài)PV=nRT絕熱Cp,m--Cv,m=R，令Cp,m/Cv,m=γ

變形，應(yīng)用PV=nRT可以求出T1和T2，W=CV（T2--T1）過(guò)程關(guān)系與狀態(tài)方程習(xí)題:P29，1-27§1.10+§1.11+§1.12熱化學(xué)

反應(yīng)進(jìn)度

4mol(g)與5mol（g）反應(yīng)，時(shí)有1molH2O(l)生成,t2時(shí)又有1molH2O(l)生成+=t=0450t=34.51t=242ξ[ksai]

表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱(chēng)為熱化學(xué)方程式。要求注明物質(zhì)狀態(tài),P,T等.298.15K,=100kPa標(biāo)準(zhǔn)壓力

物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài):TK下,,純氣體(理想氣體),純固體,純液體。標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(B,T):在反應(yīng)溫度(T)下,由分別處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的穩(wěn)定單質(zhì)生成于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的該物質(zhì)的反應(yīng)焓.例:

化學(xué)計(jì)量系數(shù)反應(yīng)物:─生成物:+B:任意物質(zhì)關(guān)系分析,均為標(biāo)準(zhǔn)態(tài),純物質(zhì)C+O2=CO2(1)ΔH1C+2H2=CH4(2)ΔH2H2+O2=H2O(3)ΔH3CH4+2O2=CO2+2H2OΔrHΔrH=2ΔH3+ΔH1--ΔH2與通用公式相符.1物質(zhì)與分別處于溫度T和下,完全燃燒生成分別處于溫度為T(mén),壓力為的產(chǎn)物的反應(yīng)焓稱(chēng)為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓(熱),以(B,T)表示:煤氣：C3~C4的烴類(lèi)。水煤氣：CO+H2問(wèn)題：①上面的等式的解釋。②CO2(g)+C（s,石墨）==2CO(g)吸熱?放熱?下面看看燃燒熱的實(shí)驗(yàn)裝置。2003年11月18日中新網(wǎng)電：據(jù)俄羅斯新聞網(wǎng)報(bào)道，一名俄羅斯人耗資一億美元巨資買(mǎi)下世界上最大的一顆玫瑰色鉆石，該鉆石重達(dá)70.39克拉（1克拉=0.2g），它最為顯著的特征在于它的粉紅色。泡一袋方便面需開(kāi)水約450ml。假設(shè)室溫和水溫均為20℃，請(qǐng)問(wèn)至少需用多少顆這樣的玫瑰色鉆石才能泡好一碗面？燃燒焓（熱）的測(cè)量ΔT燃燒引起的溫度變化，K；QL為點(diǎn)火鎳絲的燃燒放熱，J/cmQv,m為樣品的等容熱效應(yīng),J/mol,小問(wèn)題:為什么用等容熱效應(yīng)?公式中的K為系統(tǒng)(儀器+水等)的熱容:J/K如何H=U+PV

ΔH=ΔU+Δ(PV)利用萘的燃燒熱求已知經(jīng)濟(jì)分析：(2003年數(shù)據(jù))100例：一家人燒水洗澡，每天要用去100dm3熱水，使水從升到?？梢杂妹簹鉄崴鳠?，也可以用電熱水器加熱。問(wèn):用電需要多少錢(qián)？用煤氣(以丙烷C3H8為主組分計(jì)算)多少錢(qián)？電費(fèi)1度0.47元煤氣14.554元+4元(送氣費(fèi))丙烷

罐裝的煤氣一般又稱(chēng)為液化石油氣。而管道煤氣根據(jù)來(lái)源，有CH4，CO+H2，C3H8與空氣混合計(jì)算提示家用太陽(yáng)能熱水器思考題太陽(yáng)能熱水器的設(shè)計(jì)使用壽命為十年。購(gòu)買(mǎi)及安裝等全部費(fèi)用已降至2500元以下。太陽(yáng)能熱水器：水容量150dm3；20根鍍黑膜的真空集熱圓管，每根長(zhǎng)1.40m，周長(zhǎng)0.15m。2000年4月17日晴天的集熱效果實(shí)測(cè)為：6:30上滿(mǎn)水，水溫為16.8℃，到17:30太陽(yáng)基本落山，水溫為47.2℃。假設(shè)平均每天可以使100dm3水升溫25℃。（1）與用電、煤氣比較，試進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。（2）進(jìn)一步可以討論對(duì)環(huán)境的影響。例如煤氣燃燒可能“毒害”多少空氣？自鍵焓估算生成焓和反應(yīng)焓理論化學(xué)家希望從物質(zhì)結(jié)構(gòu)(化學(xué)鍵等)進(jìn)行計(jì)算部分平均鍵焓值(kJ/mol),C—C342;C=C613;C—O,343;C=O,707對(duì)于任一化學(xué)變化,蓋斯(Hess)定律:一個(gè)化學(xué)反應(yīng)不論是一步完成還是分步完成,