2024年度物理化學(xué)電子教案第四章

物理化學(xué)電子教案第四章2024/3/241目錄第四章概述與學(xué)習(xí)目標(biāo)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律相平衡與相圖分析化學(xué)平衡與沉淀溶解平衡電化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用總結(jié)回顧與拓展延伸2024/3/24201第四章概述與學(xué)習(xí)目標(biāo)2024/3/243

本章內(nèi)容簡介化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)基礎(chǔ)介紹化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)的基本概念、原理和定律，包括熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、焓、熵等?；瘜W(xué)反應(yīng)的方向與限度闡述化學(xué)反應(yīng)的方向和限度，包括化學(xué)平衡常數(shù)、沉淀溶解平衡、酸堿反應(yīng)等?；瘜W(xué)反應(yīng)速率與機(jī)理探討化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、反應(yīng)機(jī)理以及反應(yīng)動力學(xué)的基本原理。2024/3/244掌握化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)基礎(chǔ)知識，能夠運(yùn)用熱力學(xué)原理分析化學(xué)反應(yīng)的方向和限度。理解化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素和反應(yīng)機(jī)理，能夠運(yùn)用動力學(xué)原理分析化學(xué)反應(yīng)過程。了解物理化學(xué)在化學(xué)、化工、材料等領(lǐng)域的應(yīng)用，提高分析和解決問題的能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求2024/3/245本章共安排4次授課，每次2學(xué)時。授課內(nèi)容包括化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)反應(yīng)的方向與限度、化學(xué)反應(yīng)速率與機(jī)理等。授課內(nèi)容本章安排2次實(shí)驗(yàn)，每次4學(xué)時。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括測定化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、探究化學(xué)反應(yīng)的速率影響因素等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)生需自學(xué)與本章相關(guān)的教材內(nèi)容和參考資料，完成課后作業(yè)和練習(xí)題，鞏固所學(xué)知識。自學(xué)內(nèi)容課程安排與時間規(guī)劃2024/3/24602熱力學(xué)第一定律2024/3/247熱力學(xué)基本概念及術(shù)語被研究的對象，與周圍環(huán)境相互作用，進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換。描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，如溫度、壓力、體積等。系統(tǒng)在沒有外界影響的情況下，各部分的性質(zhì)不隨時間變化的狀態(tài)。系統(tǒng)從一個平衡態(tài)變化到另一個平衡態(tài)所經(jīng)歷的過程。熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)參量平衡態(tài)熱力學(xué)過程2024/3/248表述熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以與機(jī)械能或其他能量互相轉(zhuǎn)換，但是在轉(zhuǎn)換過程中，能量的總值保持不變。意義揭示了能量守恒和轉(zhuǎn)換的定律，是自然界的基本定律之一。熱力學(xué)第一定律為熱力學(xué)的研究提供了基礎(chǔ)，同時也為工程技術(shù)的發(fā)展提供了理論指導(dǎo)。熱力學(xué)第一定律表述及意義2024/3/249當(dāng)系統(tǒng)與環(huán)境之間存在溫度差時，熱量會從高溫物體傳向低溫物體，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)能的變化。計算熱傳遞引起的內(nèi)能變化時，需要考慮熱傳遞的方式（傳導(dǎo)、對流、輻射）以及傳遞的熱量。熱傳遞系統(tǒng)與環(huán)境之間因體積變化而產(chǎn)生的功稱為體積功。計算做功引起的內(nèi)能變化時，需要考慮系統(tǒng)的體積變化以及環(huán)境對系統(tǒng)所做的功。做功系統(tǒng)內(nèi)能變化計算方法2024/3/241003熱力學(xué)第二定律2024/3/2411熱力學(xué)第二定律的兩種表述開爾文表述和克勞修斯表述，分別闡述了不可能從單一熱源吸熱并完全轉(zhuǎn)化為有用功以及熱量自發(fā)傳遞的方向性。熱力學(xué)第二定律的意義揭示了自然界中宏觀過程的方向性，即不可逆性，為理解自然現(xiàn)象提供了重要依據(jù)。熱力學(xué)第二定律表述及意義2024/3/2412在孤立系統(tǒng)中，自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進(jìn)行，即系統(tǒng)的無序度增加。熵增原理利用熵增原理可以判斷過程進(jìn)行的方向和限度，如判斷化學(xué)反應(yīng)的方向、解釋熱傳導(dǎo)現(xiàn)象等。熵判據(jù)應(yīng)用熵增原理與熵判據(jù)應(yīng)用2024/3/2413可逆過程系統(tǒng)經(jīng)過某一過程從狀態(tài)1變到狀態(tài)2后，如果能使系統(tǒng)和環(huán)境都完全復(fù)原，則稱該過程為可逆過程?？赡孢^程是一種理想化的抽象，實(shí)際中并不存在。不可逆過程與可逆過程相對，系統(tǒng)經(jīng)過某一過程后，不能使系統(tǒng)和環(huán)境都完全復(fù)原的過程稱為不可逆過程。實(shí)際中所有宏觀過程都是不可逆的。不可逆性來源于耗散效應(yīng)、有限時間效應(yīng)和不可逆熱力學(xué)過程等。可逆過程與不可逆過程分析2024/3/241404相平衡與相圖分析2024/3/2415相平衡條件及相律應(yīng)用在恒溫恒壓下，當(dāng)多相系統(tǒng)中各相的性質(zhì)和數(shù)量均不隨時間變化時，稱系統(tǒng)處于相平衡狀態(tài)。此時，各相中的組元在相際間的轉(zhuǎn)移達(dá)到動態(tài)平衡，即各相中組元的濃度不再改變。相平衡條件相律是描述相平衡系統(tǒng)中相數(shù)、組分?jǐn)?shù)和自由度數(shù)之間關(guān)系的定律。對于簡單系統(tǒng)，可以利用相律直接判斷系統(tǒng)可能存在的相數(shù)；對于復(fù)雜系統(tǒng)，可以通過分析系統(tǒng)的自由度來推斷可能存在的相平衡狀態(tài)。相律應(yīng)用2024/3/2416二組分系統(tǒng)氣液平衡相圖通常由等溫線、等壓線和氣液平衡曲線構(gòu)成。等溫線表示溫度恒定時各組分的濃度關(guān)系，等壓線表示壓力恒定時各組分的濃度關(guān)系，氣液平衡曲線則表示在一定溫度和壓力下氣液兩相達(dá)到平衡時各組分的濃度關(guān)系。二組分系統(tǒng)氣液平衡相圖的構(gòu)成通過分析二組分系統(tǒng)氣液平衡相圖，可以了解不同溫度和壓力下各組分的溶解度、蒸汽壓以及氣液兩相的組成等性質(zhì)。同時，還可以根據(jù)相圖預(yù)測不同條件下系統(tǒng)的相變行為，如溶液的蒸發(fā)、冷凝以及精餾等操作過程。二組分系統(tǒng)氣液平衡相圖的分析方法二組分系統(tǒng)氣液平衡相圖分析2024/3/2417VS三組分系統(tǒng)相圖通常由等溫線、等壓線和多個三相平衡曲線構(gòu)成。與二組分系統(tǒng)相比，三組分系統(tǒng)的相圖更為復(fù)雜，因?yàn)樯婕暗饺齻€組分的濃度變化和相互作用。三組分系統(tǒng)相圖的應(yīng)用三組分系統(tǒng)相圖在化學(xué)工程、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。例如，在合金制備過程中，可以通過分析三組分系統(tǒng)相圖了解不同合金成分對材料性能的影響；在藥物研發(fā)中，可以利用三組分系統(tǒng)相圖研究藥物與載體之間的相互作用以及藥物在體內(nèi)的釋放行為。三組分系統(tǒng)相圖的構(gòu)成三組分系統(tǒng)相圖簡介2024/3/241805化學(xué)平衡與沉淀溶解平衡2024/3/2419化學(xué)反應(yīng)等溫方程式的定義和表達(dá)式化學(xué)反應(yīng)等溫方程式的物理意義化學(xué)反應(yīng)等溫方程式的應(yīng)用舉例化學(xué)反應(yīng)等溫方程式及意義2024/3/2420沉淀溶解平衡的建立和特征溶度積常數(shù)及其影響因素沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化分步沉淀及其應(yīng)用01020304沉淀溶解平衡原理及應(yīng)用2024/3/2421溫度對化學(xué)平衡的影響01影響化學(xué)平衡移動因素探討壓力對化學(xué)平衡的影響02濃度對化學(xué)平衡的影響03催化劑對化學(xué)平衡的影響04勒夏特列原理及其應(yīng)用052024/3/242206電化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用2024/3/2423闡述原電池中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程，包括電極反應(yīng)、離子遷移和電子流動等基本原理。介紹原電池性能的主要評價指標(biāo)，如電壓、電流、容量、能量密度等，以及影響原電池性能的因素。原電池工作原理及性能評價原電池性能評價原電池工作原理2024/3/2424電解池工作原理及應(yīng)用實(shí)例電解池工作原理解釋電解池中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程，包括電極反應(yīng)、離子遷移和電子流動等基本原理。電解池應(yīng)用實(shí)例列舉電解池在工業(yè)生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室研究等領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，如電解水制氫、電鍍、電冶金等。2024/3/2425123介紹金屬腐蝕的主要類型，包括化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和生物腐蝕等，并分析其腐蝕機(jī)理。金屬腐蝕類型及機(jī)理探討金屬防護(hù)的主要方法，如涂層保護(hù)、陰極保護(hù)、合金化等，并分析各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。金屬防護(hù)方法設(shè)計金屬腐蝕與防護(hù)的實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)分析等，以加深對金屬腐蝕與防護(hù)方法的理解。金屬腐蝕與防護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計金屬腐蝕與防護(hù)方法探討2024/3/242607總結(jié)回顧與拓展延伸2024/3/2427本章重點(diǎn)講解了熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、化學(xué)平衡和相平衡等基本概念和原理。熱力學(xué)第一定律和第二定律的深入理解及應(yīng)用，化學(xué)平衡和相平衡的判斷和計算。重點(diǎn)難點(diǎn)本章重點(diǎn)難點(diǎn)總結(jié)回顧2024/3/242803相平衡在材料科學(xué)中的應(yīng)用相平衡原理對于理解材料的結(jié)構(gòu)和性能具有重要意義，如合金的制備、陶瓷材料的燒結(jié)等。01熱力學(xué)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用熱力學(xué)第一定律和第二定律為能源轉(zhuǎn)換和利用提供了基本的理論支持，如熱機(jī)效率、制冷技術(shù)、新能源開發(fā)等。02化學(xué)平衡在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用通過了解化學(xué)平衡原理，可以預(yù)測和控制大氣、水體