物理化学总结省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

物理化学总结第1页热力学基础热力学基础v热力学三大定律叙述及数学表示式。v了解了解U U、H H、S S、A A和和G G等热力学函数以及标准燃烧焓、等热力学函数以及标准燃烧焓、标准生成焓、标准摩尔熵和标准生成标准生成焓、标准摩尔熵和标准生成GibbsGibbs函数等函数等概念。概念。v掌握在物质掌握在物质pVTpVT改变、相改变和化学改变过程中计改变、相改变和化学改变过程中计算热、功和各种状态函数改变值原理和方法。会应算热、功和各种状态函数改变值原理和方法。会应用状态方程和物性数据（热容、相变热用状态方程和物性数据（热容、相变热/蒸气压等）蒸气压等）。v了解热力学基本方程(四个基本公式).第2页多组分系统及相平衡多组分系统及相平衡v了解偏摩尔量和化学势概念v掌握掌握RaoultRaoult定律和定律和HenryHenry定律以及它们应用。定律以及它们应用。了解理想系统(理想液态混合物理想液态混合物及理想稀溶液)中各组分化学势表示式 v了解相律推导,会用相律分析。v掌握Clapeyron方程和Clapeyron-Clausius方程，并能应用这些方程于相关计算。第3页化学平衡化学平衡v明了标准平衡常数定义。掌握用等温方程判断化学反应方向和程度方法。v会用热力学数据计算标准平衡常数。了解温度对了解温度对标准平衡常数影响标准平衡常数影响。会用 vant Hoff公式计算不一样温度下标准平衡常数。v明了压力和惰性气体对化学反应平衡组成影响。压力和惰性气体对化学反应平衡组成影响。第4页化学动力学化学动力学1.掌握含有简单级数反应（如一级、二级和零级）掌握含有简单级数反应（如一级、二级和零级）特点，熟练地计算速率常数、半衰期等。特点，熟练地计算速率常数、半衰期等。2.对三种经典复杂反应（对峙反应、平行反应和连续反应）要掌握它们特点。3.掌握掌握ArrheniusArrhenius经验式各种表示形式，知道活化经验式各种表示形式，知道活化能含义、它对反应速率影响和掌握活化能求算方能含义、它对反应速率影响和掌握活化能求算方法。法。4.了解确定反应速率方程方法 5.了解碰撞理论和过渡态理论6.了解光化学反应、催化反应特点第5页电电 化化 学学了解离子迁移数。了解表征电解质溶液导电能力物理量了解表征电解质溶液导电能力物理量(电导率、电导率、摩尔电导率摩尔电导率)。了解电解质活度和离子平均活度系数概念。了解离子氛概念和Debye-Huckel极限公式极限公式。了解原电池与热力学函数关系。掌握了解原电池与热力学函数关系。掌握Nernst方方程及其计算。程及其计算。掌握各种类型电极特征和电动势测定主要应用。第6页界面现象界面现象了解表面张力和表面Gibbs函数概念。了解弯曲液面附加压力概念和Laplace公式。了解了解Kelvin公式及其应用。公式及其应用。掌握润湿、接触角和掌握润湿、接触角和Young方程。方程。了解溶液界面吸附及表面活性物质作用。了解Gibbs吸附等温式。了解物理吸附与化学吸附含义和区分。掌握Langmuir单分子层吸附模型和吸附等温式。第7页胶体化学胶体化学了解胶体若干主要性质了解胶体若干主要性质(Tyndall效应、效应、Brown运动、沉降平衡、电泳和电渗运动、沉降平衡、电泳和电渗)。明了胶团结构和扩散双电层概念明了胶团结构和扩散双电层概念。了解憎液溶胶DLVO理论。了解电解质对了解电解质对溶胶稳定性作用。溶胶稳定性作用。第8页1 1 气体气体1.1.理想气体状态方程式理想气体状态方程式 pVnRTR R=8.314 J mol=8.314 J mol-1-1 K K-1-1，摩尔气体常数。，摩尔气体常数。2.2.道尔顿分压定律道尔顿分压定律 pB=xBp 适合用于任意气体。适合用于任意气体。3.3.真实气体液化真实气体液化 液体饱和蒸汽压、临界状态。液体饱和蒸汽压、临界状态。第9页 1.热力学第一定律表示式2 2 热力学第一定律热力学第一定律第10页2.2.热力学能热力学能(又称内能又称内能)变变 对于无相变、无化学改变、不做非膨胀功封闭系统，理想气体温度改变时热力学能变计算。第11页3.焓变 (2)(2)(1(1)适合用于理想气体单纯适合用于理想气体单纯pVTpVT改变一切过程，改变一切过程，真实气体恒压变温过程，真实气体恒压变温过程，纯液体、固体物质压力改变不大变温过程。纯液体、固体物质压力改变不大变温过程。第12页（2 2）此式只适合用于理想气体。此式只适合用于理想气体。4.热容（1 1）摩尔热容）摩尔热容适合用于无相变、无化学改变、非体积功为零恒压和恒容过程。适合用于无相变、无化学改变、非体积功为零恒压和恒容过程。第13页5.体积功计算（1 1）定义式）定义式 （2 2）适合用于理想气体适合用于理想气体恒压恒压过程。过程。适合用于恒外压过程。适合用于恒外压过程。（3 3）第14页（5 5）（4 4）适合用于理想气体恒温可逆过程。适合用于理想气体恒温可逆过程。适合用于适合用于CV,m为常数理想气体绝热过程。为常数理想气体绝热过程。第15页6.几个热效应 相变热 蒸发烧熔化热升华热相变时热力学能在无气相参加时 在有气相参加时 纯物质相变是在等温、等压下进行，所以相变热就是相变焓第16页标准摩尔反应焓 化学反应热与之间关系1.对凝聚相反应2.对有气相参加反应Kirchhoff定律 从一个温度下反应焓变，去计算另一温度下反应焓变第17页Clausius 说法 不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引发其它改变。Kelvin 说法 不可能从单一热源取出热使之完全变为功,而不引发其它改变。第二类永动机是造不成3 3 热力学第二定律热力学第二定律1.热力学第二定律第18页2.Carnot 循环 热机效率 可逆热机对环境所做功与从高温热源所吸热之比Carnot定理 工作于同温热源和同温冷源之间,可逆热机效率最大。第19页适合用于封闭系统、理气、适合用于封闭系统、理气、CV,m为常数，只为常数，只pVT改变过程改变过程（1 1）（2 2）（3 3）适合用于适合用于n n一定、理想气体、恒温过程或始末态温度相等过程。一定、理想气体、恒温过程或始末态温度相等过程。适合用于适合用于n n一定、一定、Cp,m为常数、任意物质恒压过程。为常数、任意物质恒压过程。3.3.熵变计算熵变计算第20页相变过程熵变相变过程熵变 恒恒T，p下可逆相改变。下可逆相改变。不可逆相变，要设计过程。不可逆相变，要设计过程。标准摩反应熵标准摩反应熵 第21页4.4.亥姆霍兹函数定义亥姆霍兹函数定义 5.5.吉布斯函数定义吉布斯函数定义 即：在等温过程中，系统Helmholtz自由能降低值,等于或大于系统对外所做功。即：在等温、等压过程中，系统Gibbs自由能降低值,等于或大于系统对外所做非膨胀功。第22页6.热力学判据(1).熵判据依据 Clausius不等式则 用熵判据判断过程是否为自发过程，一定要用隔离系统。对于隔离系统对绝热系统不可逆可逆不可逆，自发过程可逆，到达平衡第23页(2).Helmholts自由能判据自发改变向着Helmholts自由能减小方向进行不可逆，自发过程可逆，到达平衡(3).Gibbs自由能判据自发改变向着Gibbs自由能减小方向进行不可逆，自发过程可逆，到达平衡第24页7.7.热力学基本方程式热力学基本方程式 热力学基本方程适合用于封闭热力学平衡系统所进热力学基本方程适合用于封闭热力学平衡系统所进行一切可逆过程。行一切可逆过程。说更详细些，它们不但适合用于一定量单相纯物质，说更详细些，它们不但适合用于一定量单相纯物质，或组成恒定多组分系统发生单纯或组成恒定多组分系统发生单纯p p,V,TV,T改变过程。改变过程。也可适合用于相平衡或化学平衡系统，由一平衡状态也可适合用于相平衡或化学平衡系统，由一平衡状态变为另一平衡态过程。变为另一平衡态过程。第25页热力学计算热力学计算Q、W、U、H、S、A、G 明确所研究系统和对应环境。明确所研究系统和对应环境。问题类型：问题类型：I.I.理想气体理想气体pVTpVT改变；改变；.实际气体、实际气体、液体或固体液体或固体pVTpVT改变；改变；.相改变；相改变；.化学改变；化学改变；.上述各种类型综合。上述各种类型综合。过程特征：过程特征：a.a.恒温可逆过程；恒温可逆过程；b.b.恒温过程；恒温过程；c.c.绝热可逆过程；绝热可逆过程；d.d.绝热过程；绝热过程；e.e.恒压过程；恒压过程；f.f.恒恒容过程；容过程；g.g.上述各种过程综合；上述各种过程综合；h.h.循环过程循环过程 确定初终态。确定初终态。所提供物质特征，即所提供物质特征，即pVTpVT关系和标准热性质。关系和标准热性质。寻找适当计算公式。（最费神、最主要）寻找适当计算公式。（最费神、最主要）第26页混合物混合物 系统中任一组分在热力学上可用相同方法处理，有相同标准态，相同化学势表示式。溶液溶液 系统中各组分在热力学上用不一样方法处理，其标准态不一样，化学势表示式不一样，分别服从不一样经验规律。4 4 相平衡相平衡 2.多组分系统组成表示法1.混合物 与溶液第27页3.偏摩尔量与化学势 称为物质B某种广度性质X偏摩尔量偏摩尔量加和公式化学势狭义定义：化学势狭义定义就是偏摩尔Gibbs自由能偏摩尔量第28页单种理想气体化学势理想气体混合物化学势 将气体压力用逸度代替，得非理想气体化学势表示式4.气体化学势第29页5.拉乌尔定律与亨利定律 定温下,稀溶液中,溶剂蒸汽压等于纯溶剂蒸汽压乘以溶剂摩尔分数。Raoult 定律 一定温度和平衡状态下,气体在液态溶剂中溶解度与该气体平衡分压成正比.Henry 定律第30页6.理想液态混合物 在等温、等压条件下，任一组分在全部浓度范围内，都符合Raoult定律多组分液态系统.理想液态混合物性质：总体积等于各纯组分体积之和混合前后总焓值不变，没有混合热混合是自发，有理想混合熵混合Gibbs自由能小于零，混合是自发第31页7.理想液态混合物及稀溶液化学势理想液态混合物中任一组分B化学势表示式稀溶液中溶剂A化学势稀溶液中溶质B化学势第32页8.8.稀溶液依数性稀溶液依数性 (1)(1)溶剂蒸气压下降：溶剂蒸气压下降：(2)(2)凝固点降低凝固点降低(3)(3)沸点升高：沸点升高：(4)(4)渗透压：渗透压：第33页 1.1.化学反应方向与程度化学反应方向与程度 适合用于等温、等压、不做非膨胀功封闭系统三个判据完全等效反应自发向右进行，趋向平衡反应自发向左进行，趋向平衡反应到达平衡5 5 化学平衡化学平衡第34页2.2.化学反应等温方程化学反应等温方程 理想气体混合物系统非理想气体混合物系统理想液态混合物系统 非理想液态混合物系统第35页3.3.标准平衡常数标准平衡常数标准平衡常数定义为:这些公式也适合用于任意相态化学反应，包含电解质溶液反应理想气体混合物反应系统对于非理想气体混合物反应系统代入化学反应等温式，判断反应自发进行方向第36页理想液态混合物反应系统理想稀溶液中假如溶质行为对 Henry 定律发生偏差有凝聚相参加气体反应平衡常数有凝聚相参加气体反应平衡常数第37页范特霍夫方程微分式范特霍夫方程微分式1.对吸热反应平衡常数值伴随温度升高而增大2.对放热反应平衡常数值伴随温度升高而变小 4.4.各种原因对化学平衡影响各种原因对化学平衡影响温度对化学平衡影响定积分式定积分式第38页压力对化学平衡影响 压力只影响有气体物质参加并反应前后气体分子数不等反应平衡组成增加总压对反应气体分子数增加反应不利假如要保持 值不变 变小增加总压，变大，产物摩尔分数变小第39页假如反应气体分子数增加要保持 值不变 变大 加入惰性气体，对反应气体分子数增加反应有利，相当起了稀释、降压作用。增加惰气，变小，含产物物质量变大惰性气体对化学平衡影响第40页6 6 相平衡相平衡1.1.相律相律 C=S-R-RF=C-P+2相律是表示平衡系统中相数、组分数及自由度数间相律是表示平衡系统中相数、组分数及自由度数间关系。关系。系统组分数等于系统中全部物种数 S 减去系统中独立化学平衡数R，再减去各物种间独立限制条件R。第41页2.2.克拉佩龙方程克拉佩龙方程 纯物质纯物质相和相和相两相平衡相两相平衡 vapV和和vapH为常数气为常数气-液两相平衡液两相平衡克劳修斯克劳修斯-克拉佩龙方程克拉佩龙方程 此式适合用于气此式适合用于气-液（或气液（或气-固）两相平衡；固）两相平衡；气气体体可可视视为为理理想想气气体体；Vm*(l)与与Vm*(g)相相比比可可忽忽略略不不计计，在在T1-T2温度范围内摩尔蒸发焓可视为常数。温度范围内摩尔蒸发焓可视为常数。第42页3.水蒸汽蒸馏基本原理和优势 4.最低恒沸混合物相图5.最高恒沸混合物相图两组分对Raoult定律都产生正偏差相图两组分对Raoult定律都产生负偏差相图第43页1 1基元反应与质量作用定律基元反应与质量作用定律 有基元反应以下：有基元反应以下：A+2B A+2B C+D C+D 则其速率方程为则其速率方程为 要注意：非基元反应决不能用质量作用定律，所以如未指明要注意：非基元反应决不能用质量作用定律，所以如未指明某反应为基元反应时，不能随意使用质量作用定律某反应为基元反应时，不能随意使用质量作用定律 7 7 化学动力学化学动力学第44页2 2含有简单级数反应速率公式及特点含有简单级数反应速率公式及特点 级数级数 微分式微分式积分式积分式 半衰期半衰期 k单位零级 浓度时间-1 一级 时间-1 二级 浓度-1时间-1 n级(n1)浓度n-1时间-1 第45页3 3阿累尼乌斯方程阿累尼乌斯方程 式式中中，A称称为为指指前前因因子子或或表表观观频频率率因因子子，其其单单位位与与k相相同同；Ea称为阿累尼乌斯活化能称为阿累尼乌斯活化能(简称活化能简称活化能)，其单位为，其单位为kJ mol-1-1。阿阿累累尼尼乌乌斯斯方方程程只只能能用用于于基基元元反反应应或或有有明明确确级级数数而而且且k随随温温度升高而增大非基元反应。度升高而增大非基元反应。微分式微分式：指数式指数式：积分式积分式：第46页微分法积分法半衰期法改变反应物浓度百分比法等 4 4确定反应速率方程方法确定反应速率方程方法(1)(1)对峙反应对峙反应5 5经典复合反应特征经典复合反应特征 (2)(2)平行反应平行反应(2)(2)连续反应连续反应第47页(1)(1)对峙反应对峙反应 如以正、逆反应均为一级反应为例，如以正、逆反应均为一级反应为例，1.净速率等于正、逆反应速率之差2.到达平衡时净速率为零3.正、逆速率系数之比等于平衡常数 K=kf/kb4.在c-t 图上，到达平衡后，反应物和产物浓度不再随时间而改变对峙反应特点第48页(2)(2)平行反应平行反应 若以两个反应均为一级反应为例若以两个反应均为一级反应为例 ACBK2K1特点1.平行反应总速率等于各平行反应速率之和2.速率方程微分式和积分式与同级简单反 应速率方程相同，只是速率系数为各个反 应速率系数和。3.当各产物起始浓度为零时，在任一瞬间，各产物浓度之比等于速率系数之比 若各平行反应级数不一样，则无此特点。第49页4.用适当催化剂能够改变某一反应速率，提升选择性，从而提升主产物产量。5.用改变温度方法，能够改变产物相对含量活化能高反应，速率系数随温度改变率也大升高温度，对活化能高反应有利降低温度，对活化能低反应有利第50页6 6了解反应速率理论了解反应速率理论(1)(1)碰撞理论碰撞理论(2)(2)过渡状态理论过渡状态理论第51页8 8 电化学电化学2 2迁移数及电迁移率迁移数及电迁移率 1.法拉第定律法拉第定律第52页3 3电导、电导率与摩尔电导率电导、电导率与摩尔电导率 物理意义物理意义 为了预防混同，必要时在 后面要注明所取基本质点。电导率、摩尔电导率与浓度关系电导率、摩尔电导率与浓度关系第53页4 4电解质离子平均活度和平均活度系数电解质离子平均活度和平均活度系数 第54页5.5.可逆电池对环境作电功过程可逆电池对环境作电功过程 ，及及Q Qr r计算计算 第55页计算标准平衡常数已知是电池标准电动势，系统处于标准态是标准平衡常数，系统处于平衡态第56页6.6.原电池电动势原电池电动势E E求法求法 电池反应电池反应 aA(aA)+cC(aC)=dD(aD)+f F(aF)则能斯特方程为则能斯特方程为 E=E(正正)E(负负)第57页9 9 界面现象界面现象1 1表面能及表面张力表面能及表面张力 单位为表面能表面能表面张力表面张力单位为在两相(尤其是气-液)界面上，这种力垂直与单位长度边界，指向液体方向并与表面相切。第58页2 2拉普拉斯方程与毛细现象拉普拉斯方程与毛细现象 (1)(1)拉普拉斯方程拉普拉斯方程注意：注意：附加压力方向总指向曲率半径中心附加压力方向总指向曲率半径中心(2)(2)曲液面附加压力引发毛细现象。曲液面附加压力引发毛细现象。当液体润湿毛细管管壁时，则液体沿内管上升当液体润湿毛细管管壁时，则液体沿内管上升第59页3 3开尔文公式开尔文公式 凸液面凸液面(如微小液滴如微小液滴)饱和蒸气压随球形半径改变。饱和蒸气压随球形半径改变。当当计计算算毛毛细细管管凹凹液液面面(如如过过热热液液体体中中亚亚稳稳蒸蒸气气泡泡)饱饱和和蒸蒸气气压压随随曲率半径改变时，则上式等式右边项要加负号曲率半径改变时，则上式等式右边项要加负号 。不论凸液面还是凹液面，计算时曲率半径均取正数。不论凸液面还是凹液面，计算时曲率半径均取正数。第60页4 4 Gibbs吸附等温式吸附等温式 增加溶质B浓度使表面张力下降，表面超额为正值，是正吸附。表面层中溶质浓度大于本体浓度。表面活性物质属于这种情况。CMC HLB值值第61页5 5润湿与杨氏方程润湿与杨氏方程 液体能自发占领固体表面,把固体表面掩盖起来,称之为液体能润湿固体,反之,则不能。不能润湿能润湿第62页6 6朗缪尔吸附等温式朗缪尔吸附等温式 Vm为吸满单分子层体积V为吸附体积物理吸附和化学吸附区分物理吸附和化学吸附区分力力吸附热吸附热选择性选择性温度影响温度影响第63页1 1胶体系统及其特点胶体系统及其特点 10 10 胶体化学胶体化学胶体：分散相粒子在某方向上线度在胶体：分散相粒子在某方向上线度在1 1100 nm 100 nm 范围高分散系统称为胶体。范围高分散系统称为胶体。憎液溶胶含有憎液溶胶含有高分散性高分散性、多相性不均匀多相性不均匀以及以及热力学不稳定性热力学不稳定性特点。特点。第64页2 2胶体系统动力学性质胶体系统动力学性质 （3）沉降平衡）沉降平衡3 3光学性质光学性质 丁达尔现象产生原因是胶体粒子大小，小于可见光波长，而发生光散射之结果。散射光强度I可由瑞利公式瑞利公式计算。（1）Brown运动运动（2）扩散与渗透压扩散与渗透压 第65页4 4电学性质电学性质 电电泳泳与电电渗渗是指在外电场作用下，胶体中分散相与分散介质发生相对运动；流流动动电电势势与沉沉降降电电势势则是当外力场作用于胶体上时，使得分散相与分散介质发生相对移动而产生电势差。产生上述电动现象原因是因为胶体粒子具双电层结构缘故。第66页5 5斯特恩双电层模型斯特恩双电层模型 电势（动电电势）：当分散相与分散介质发生相对移动时，滑动面与溶液本体电势差。第67页6.6.胶团结构胶团结构AgI(溶胶)过量 KI 作稳定剂 胶团结构表示式：胶核 胶粒(带负电)胶团(电中性)(AgI)m胶核胶粒胶团胶团图示式：n I (n-x)K+x xK+第68页7.7.溶胶稳定与聚沉溶胶稳定与聚沉 （1）溶胶稳定原因（2）聚聚沉沉：是指溶胶中胶粒相互聚结变成大颗粒，直到发生沉淀现象。聚聚沉沉值值是指令溶胶发生显著聚沉所需之电解质最小浓度。聚沉值倒数称为聚沉能力聚沉能力。应指出：起聚沉作用主要是与胶粒带相反电荷离子（即反离子），反离子价数越高则聚沉值越小。离子价数及个数均相同不一样反离子，其聚沉能力亦不相同，如第69页