物理化學第一章

量子（結構）化學。電子云形狀。C的SP2（石墨）和SP3（金剛石）統(tǒng)計熱力學。從單個到群體，PV=nRT熱力學。可能性。C的SP2（石墨）和SP3（金剛石）的轉化條件。動力學。T（時間）。催化；酶電化學。電池；電鍍。電動汽車。界面與膠體化學。洗滌劑。蛇皮袋與汗衫?！?.1熱力學的研究對象物理化學熱力學是研究能量相互轉換過程中所應遵循的規(guī)律的科學.1各種物理及化學變化中的能量效應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]寶石級鉆石的價格2003年11月18日07:42中國新聞網(wǎng)中新網(wǎng)11月18日電據(jù)俄羅斯新聞網(wǎng)報道，近日，從珠寶鉆石市場傳來一條驚人的消息，一名俄羅斯人耗資一億美元巨資買下世界上最大的一顆玫瑰色鉆石。該鉆石重達70.39克拉，呈流線型，帶有數(shù)個棱面，同其它的沒那么昂貴的白色、黃色鉆石或比它更為昂貴的天藍色鉆石相比，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。有時稱為立方氧化鋯2011年3月在家里，教美國高中交流生打麻將多年的實踐證明：《物理化學》最有效的學習方法是在課堂上教師借助實例講透基本概念，通過例題幫助學生掌握公式的使用。課后，學生必須做習題鞏固本教師的特點：盡可能從日常生活、新聞報道中找實例注意公式的使用條件

PV=nRT

，理想氣體的狀態(tài)方程；實際氣體在T↑P↓的情況下適用。符號。

m,r,D,Q各有含義3.簡單的微積分知識，定積分和不定積分。4.重點:①基本概念②重要定律及公式的應用

5.課程成績和“潛規(guī)則”另見成績記錄樣本。

物理化學課程的特別要求聯(lián)系方式王利華E-mail：longwangrx@請注意：發(fā)E-mail時應在“主題”中表明身份，例如“某專業(yè)張三有什么事”，否則可能直接被刪除。手機上課和開會時按規(guī)定關機，請原諒；有時信號不好，也請諒解）§1.2基本概念1.2.1系統(tǒng)與環(huán)境體系(系統(tǒng)):被劃定的研究對象環(huán)境:與體系密切相關的部分與環(huán)境體系類別物質交換能量交換孤立或隔離FF封閉FT敞開或開放TT問題：我們所在的教室屬于什么體系？為什么？1.2.2體系的宏觀性質一個足球?？梢韵胂蟊环譃镹個區(qū)域。強度性質:不具有加和性T=T1=T2=……廣度(容量)性質:具有加和性V=V1+V2+V3+……P，壓力或者壓強，N/m2（帕斯卡），Pa;Pθ=0.1MPa,熱力學標準壓力;常壓101325PaT，溫度，K，℃+273.15=K;V，體積，m3；ρ，密度，kg/m3；η，粘度，Pa*s問題：密度是否為強度性質？狀態(tài),狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)方程狀態(tài):系統(tǒng)的所有性質都具有確定值時,體系處于某一狀態(tài).狀態(tài)函數(shù):描述(表達)系統(tǒng)性質的物理量.特征:變化值只與起始終了狀態(tài)有關,與過程無關.狀態(tài)方程:狀態(tài)函數(shù)之間的定量關系式.例:PV=nRTn，物質的量，mol問題：R---常數(shù)，8.314（單位即量綱是什么？）主要的過程量：與過程相關熱: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。對外做功為負值。體積功:WeδWe=-P外dV電功：E*dQ=V*I*dt;表面功：γ*dA小問題：1度電=？J1度電=1KW*h=1000(J/s)*3600(s)=3.6*106J熱力學平衡狀態(tài)⑴熱平衡⑵力平衡⑶化學平衡⑷相平衡§1.3熱力學第一定律動能核體系的總能量勢能電子熱力學能U振動（內能U）平動轉動①在相對靜止的封閉體系,忽略外力場(重力場)熱力學第一定律:ΔU=Q+WdU=Q+W②開放體系: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，Δ，d后面為可以進行全微（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行全微（積）分的函數(shù)，包括過程量，例如Q，W問題：公式ΔU=Q+W的適用條件是（）湖北省化學研究院2002年碩士研究生入學考試物理化學試卷之填空題，3分。§1.4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)境間交換的功稱為體積功實例1一個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）過程1：在恒定的外壓Pθ下過程2：無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）問題：兩個過程，那個能做更多的功？恒壓W=-PθV=-0.5nRT可逆W=-nRT*ln2=-0.693nRT比較對外所做功的能力或者絕對值?？赡婵沙蹋耗尺^程進行之后，若可沿原來途徑逆向進行能使系統(tǒng)恢復原狀，同時環(huán)境亦可復原,不留下任何永久性變化，則該過程稱為熱力學可逆過程.（可以想象一段電影膠片正、反方向放映真空，球，半軌，高速）①過程進行得非常緩慢,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②沒有摩擦力、粘滯力等阻力（耗散力）做功?？赡孢^程應用之一：求算最高的能量轉換效率?？赡孢^程是理想的，是實際過程的近似。不可逆過程并非不能逆向進行。例如：向一大杯水中加一點鹽。得到一杯淡鹽水。鹽水可以再通過蒸發(fā)、凝結過程“還原為”一大杯水和一點鹽。過程逆向進行了，但是消耗大量能量等。因此，不能先污染再治理。政策的科學依據(jù)之一。關于饑荒1958—1960年間任中共信陽地委書記、信陽地區(qū)行署專員張樹藩寫于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多萬人。習題：P161-8，按照書中符號，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，V一定（等容），ΔU=QV即在此條件下等容熱效應與熱力學能（內能）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養(yǎng)素叫生熱營養(yǎng)素，包括碳水化合物、蛋白質、脂肪和酒精。每克的碳水化合物或蛋白質可以提供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|從一種相變?yōu)榱硪环N相稱為相變化。相變化：T，P一定，Wf=0進行的過程。分子（原子、離子、基團）間的距離不同，作用力也不同，能量自然不同。相變過程中，體系與外界（環(huán)境）進行能量交換，可以為吸熱過程（Q或者ΔH為正），也可以是放熱。幾種常見的相變液/氣：氣化(vap,vaporize)與凝結氣/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）平衡共存時發(fā)生的相變化，是可逆的相變。此時吸收或放出的熱量稱為相變熱（或稱相變潛熱）。Lm或者Δ*HmLm或者Δ*Hm表示1mol物質發(fā)生可逆相變的熱效應。*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，過冷液體的凝固。常壓下，過熱液體的氣化。均為不可逆相變。實例P(101.325KPa),100℃,H2OΔvapH=2257kJ/kg問題1:用電爐燒開水，因為忘了及時關，100g水被蒸發(fā)。請問浪費多少電能？問題2：10g汗水蒸發(fā)，可以帶走多少熱量？提示問題1：1度電=1千瓦*時=1000*3600J問題2：粗略可以。10*10-3*2257kJ/kg精確計算不行，因為怎么辦？見下文。§1.7熱容熱容（C）是使系統(tǒng)的溫度升高（降低）1時所吸收（放出）的熱量。(Wf=0)Cv=()v,Cp=()p(Qv=UQp=H)

體積不變壓強不變U=Q+WP1V1T1P2V2T2Cv

U

=

CvdT（Wf=0T1T2無相變）

CP

H=CPdT（條件同上）

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

請看教材P420，熱容與溫度的關系?！靶募焙炔坏脽嶂唷保奈锢砘瘜W原理？Cp與Cv的關系Cp—Cv=對理想氣體：H=f(T);U=f(T)

理論和實驗都證明:解釋:理想氣體的H和U都是T的函數(shù),與P,V等無關。問題：Cp—Cv=右邊的方括號中的第2項的數(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m表示每mol問題：如何從（1）到（2）提示：等式兩邊同時除n理想氣體理論和實驗都證明：單原子的理想氣體,Cv,m=1.5R;雙原子的理想氣體,Cv,m=2.5R問題1：氫氣的Cv,m=？問題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程絕熱過程：δQ=0可逆過程，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，應用PV=nRT可以求出T1和T2，W=CV（T2--T1）過程關系與狀態(tài)方程習題:P29，1-27§1.10+§1.11+§1.12熱化學

反應進度

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

表示化學反應與熱效應關系的方程式稱為熱化學方程式。要求注明物質狀態(tài),P,T等.298.15K,=100kPa標準壓力

物質標準態(tài):TK下,,純氣體(理想氣體),純固體,純液體。標準摩爾生成焓(B,T):在反應溫度(T)下,由分別處于標準態(tài)的穩(wěn)定單質生成于標準態(tài)的該物質的反應焓.例:

化學計量系數(shù)反應物:─生成物:+B:任意物質關系分析,均為標準態(tài),純物質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物質與分別處于溫度T和下,完全燃燒生成分別處于溫度為T,壓力為的產(chǎn)物的反應焓稱為該物質的標準摩爾燃燒焓(熱),以(B,T)表示:煤氣：C3~C4的烴類。水煤氣：CO+H2問題：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驗裝置。2003年11月18日中新網(wǎng)電：據(jù)俄羅斯新聞網(wǎng)報道，一名俄羅斯人耗資一億美元巨資買下世界上最大的一顆玫瑰色鉆石，該鉆石重達70.39克拉（1克拉=0.2g），它最為顯著的特征在于它的粉紅色。泡一袋方便面需開水約450ml。假設室溫和水溫均為20℃，請問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）的測量ΔT燃燒引起的溫度變化，K；QL為點火鎳絲的燃燒放熱，J/cmQv,m為樣品的等容熱效應,J/mol,小問題:為什么用等容熱效應?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部梢杂秒姛崴骷訜?。問:用電需要多少錢？用煤氣(以丙烷C3H8為主組分計算)多少錢？電費1度0.47元煤氣14.554元+4元(送氣費)丙烷

罐裝的煤氣一般又稱為液化石油氣。而管道煤氣根據(jù)來源，有CH4，CO+H2，C3H8與空氣混合計算提示家用太陽能熱水器思考題太陽能熱水器的設計使用壽命為十年。購買及安裝等全部費用已降至2500元以下。太陽能熱水器：水容量150dm3；20根鍍黑膜的真空集熱圓管，每根長1.40m，周長0.15m。2000年4月17日晴天的集熱效果實測為：6:30上滿水，水溫為16.8℃，到17:30太陽基本落山，水溫為47.2℃。假設平均每天可以使100dm3水升溫25℃。（1）與用電、煤氣比較，試進行經(jīng)濟分析。（2）進一步可以討論對環(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焓理論化學家希望從物質結構(化學鍵等)進行計算部分平均鍵焓值(kJ/mol),C—C342;C=C613;C—O,343;C=O,707對于任一化學變化,蓋斯(Hess)定律:一個化學反應不論是一步完成還是分步完成,