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。化學(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。化學(xué)反應(yīng)速率與機理探討化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素、反應(yīng)機理以及反應(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)機理，能夠運用動力學(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)速率與機理等。授課內(nèi)容本章安排2次實驗，每次4學(xué)時。實驗內(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。實驗內(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)、組分數(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，因為涉及到三個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)用實例列舉電解池在工業(yè)生產(chǎn)、實驗室研究等領(lǐng)域的應(yīng)用實例，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，并分析其腐蝕機理。金屬腐蝕類型及機理探討金屬防護的主要方法，如涂層保護、陰極保護、合金化等，并分析各種方法的優(yōu)缺點及適用范圍。金屬防護方法設(shè)計金屬腐蝕與防護的實驗方案，包括實驗原理、實驗步驟、數(shù)據(jù)分析等，以加深對金屬腐蝕與防護方法的理解。金屬腐蝕與防護實驗設(shè)計金屬腐蝕與防護方法探討2024/3/242607總結(jié)回顧與拓展延伸2024/3/2427本章重點講解了熱力學(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。重點難點本章重點難點總結(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