物理化学教学指导书.doc

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1、物理化学教学指导书物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，运用物理学的理论和方法来探求化学变化基本规律的一门科学，是化学学科的理论基础或“总纲”，又称理论化学。物理化学的主要理论支柱：热力学(宏观)、量子力学(微观)、统计力学(从微观到宏观)。物理化学三大部分内容：化学热力学、化学动力学、物质结构。化学热力学研究反应的能量转换关系(即热效应)、方向、限度(即平衡)，即可能性问题。化学动力学研究反应的速率、机理(历程)，即可行性问题。物质结构研究物质结构和性能之间的关系，是从微观的角度揭示反应的本质问题，包括结构化学(研究分子和晶体结构)和量子化学(研究化学键)。本课程主要内容：热力学

2、基本原理及其在多组分(溶液)、化学平衡、相平衡、电化学、界面、胶体等系统中应用，化学动力学基础知识。“统计热力学初步”一章选学。物理化学简史：1736年，还是大学生的俄国罗蒙诺索夫(LomonosovMV，1711-1765)首次提出“物理化学”这一术语，1752年他开始为学生讲授自己编写的“物理化学教程”。1887年，德国奥斯特瓦尔德(OstwaldFW，1853-1932)和荷兰范霍夫(van’tHoffJH，1852-1911)合办德文《物理化学杂志》创刊(创刊号摘要刊发了阿累尼乌斯(ArrheniusSA，1859-1927)的电离学说)，标志着一门新学科的诞生。这三人都是物理化学的

3、重要奠基人，由于他们对物理化学的卓越贡献和研究工作中的亲密合作关系，被称为“物理化学三剑客”。他们分获1909、1901、1903年诺贝尔化学奖。物理化学的发展趋势：从宏观到微观、从静态到动态、从体相(三维)到表相(二维)、从定性到定量、从平衡(可逆/线性/封闭系统)到非平衡(不可逆/非线性/开放系统)、从单一(纯)学科到交叉边缘学科。物理化学的学习方法：“三要一抓”，即基本概念要清楚，基本理论要弄懂，基本计算要掌握，同时，抓好习题解答与演算训练。学习物理化学一定要注意：基本概念的严格定义，重要公式的适用条件，主要结论的实际应用。演算习题是学好物理化学的重要环节。第一章气体的pVT关系知识要

4、点：五个气体状态方程、两个温度、一个定律。一、五个气体状态方程理想气体方程：或理想气体模型两大假设：分子之间无相互作用；分子本身不占有体积。理想气体可以看作是实际气体在压力趋于零时的极限情况。摩尔气体常数R=8.3145J·K-1·mol-1。范德华方程：式中a，b称为范德华常数。一般地，分子间引力越大，则a值越大；b是1摩尔硬球气体分子本身体积的4倍。范德华认为，范德华常数a，b都与温度无关。维里方程：或式中B，C，···或B´，C´，···分别称为第二、第三···维里系数。它们都是温度的函数，并与气体的本性有关。普遍化范德华方程：对比参数反映了气体所处状态偏离临界点的倍数。各种不同的气体

5、，若有两个对比参数相同，则第三个对比参数必定(大致)相同，此即对应状态原理。实际气体方程：式中Z称为压缩因子。Z的大小反映出实际气体对理想气体的偏离程度(理想气体Z恒等于1)，也反映出实际气体压缩的难易程度(Z<1说明实际气体比理想气体易于压缩)。实际气体的临界压缩因子Zc大多在0.27~0.29之间；范德华气体的临界压缩因子Zc=3/8=0.375。因，又Zc可视为常数，故处在相同对应状态的气体具有相同的压缩因子，也即不同的气体，偏离临界状态的程度相同时，偏离理想气体的程度也相同。所有非理想气体方程在压力趋于零时都可还原为理想气体方程。二、两个温度临界温度Tc：是使气体液化所允许的最高温度

6、(理想气体在任何温度压力下都不能液化)。在临界点，气液两相的性质完全相同，界面消失，不能区分，此即临界状态。临界参数与范德华常数的关系：或。波义耳温度TB：在此温度下，气体在几百kPa压力范围内可较好地符合理想气体方程。实际气体TB=2~2.5Tc；范德华气体。三、一个定律气体分压定律(道尔顿分压定律)：分压即某种气体所产生的压力，也即某种气体对总压的贡献。混合气体中某组分的分压等于其摩尔分数与总压的乘积，各种气体的分压之和即等于总压。对理想气体混合物，其某一组分的分压等于该组分单独存在于混合气体的温度体积条件下所具有的压力，即。第二章热力学第一定律知识要点：Q、W、ΔU、ΔH的计算。一、概

7、念系统(敞开>封闭>隔离)和环境，状态(热力学平衡态—同时包括热/力/相/化学四大平衡)和状态函数(广度量/强度量)，过程(恒温/恒压/恒容/绝热/循环/可逆/不可逆)和途径，功和热，内能。功和热都是途径的函数。状态函数法：ΔX=X终−X始(循环过程ΔX=0)。可逆过程：推动力无限小；以无限小的变化进行，由一连串无限接近于平衡的状态所构成；无摩擦，无限慢；每时每刻系统的温度压力等于环境的温度压力；理想、经济、