物理化学年省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

物理化学物理化学Physical ChemistryPhysical Chemistryhttp:/ 1页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼Physical Chemistry IntroductionIntroductionChapter 1 The properties of gases Chapter 1 The properties of gases Chapter 2 The first law of thermodynamicsChapter 2 The first law of thermodynamicsChapter 3 The second law of thermodynamics Chapter 3 The second law of thermodynamics Chapter 4 TheChapter 4 The thermodynamics of mixturesthermodynamics of mixturesChapter 5Chapter 5 Chemical equilibrium Chemical equilibrium Chapter 6 Phase equilibrium Chapter 6 Phase equilibrium 第第2 2页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼 绪论绪论 Introduction Introduction0.1 什么是物理化学0.2 物理化学内容0.3 物理化学研究方法0.4 学习物理化学意义0.5 怎样学好物理化学0.6 物理量表示及运算 0.7 教材与参考书总目录第第3 3页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.1 0.1 什么是物理化学什么是物理化学l物理化学又称理论化学，是化学类基础学科也物理化学又称理论化学，是化学类基础学科也是一门边缘学科。是一门边缘学科。l定义：应用物理学原理和方法研究相关化学现定义：应用物理学原理和方法研究相关化学现象和化学过程一门科学。象和化学过程一门科学。l它是从物质化学现象与物理现象联络入手来研它是从物质化学现象与物理现象联络入手来研究化学改变基本规律一门科学。究化学改变基本规律一门科学。物理化学定义物理化学定义物理化学定义物理化学定义第第4 4页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.1 0.1 什么是物理化学什么是物理化学l化学反应中常伴有能量吸收或放出，化学反应中常伴有能量吸收或放出，有压力、有压力、温度、密度、形态等改变，有光发射或吸收，有温度、密度、形态等改变，有光发射或吸收，有声响，有电动势、电流等声响，有电动势、电流等l放烟火：火药燃烧化学改变过程中，伴随有彩放烟火：火药燃烧化学改变过程中，伴随有彩色光、声响等物理现象色光、声响等物理现象lNaOH+HCl：中和反应，伴随放热物理现象：中和反应，伴随放热物理现象l电池：电池反应，伴随电流物理现象电池：电池反应，伴随电流物理现象化学改变总伴伴随物理改变化学改变总伴伴随物理改变化学改变总伴伴随物理改变化学改变总伴伴随物理改变 第第5 5页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.1 0.1 什么是物理化学什么是物理化学l物理条件改变也影响着化学改变，如：压力、物理条件改变也影响着化学改变，如：压力、温度、浓度等改变影响。温度、浓度等改变影响。l加热能够使加热能够使NaHCO3发生分解反应。发生分解反应。2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2l加压能够提升合成氨产率加压能够提升合成氨产率 N2+3H2 2NH3化学改变化学改变化学改变化学改变能够经过改变能够经过改变能够经过改变能够经过改变物理物理物理物理改变进行控制改变进行控制改变进行控制改变进行控制第第6 6页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.1 0.1 什么是物理化学什么是物理化学l化学现象与物理现象之间存在着亲密联络化学现象与物理现象之间存在着亲密联络l物理化学研究正是这种联络物理化学研究正是这种联络l从这种联络中找出化学反应含有普遍性规律从这种联络中找出化学反应含有普遍性规律l物理化学是研究普遍性规律科学，而不是研究物理化学是研究普遍性规律科学，而不是研究详细某个反应。详细某个反应。物理化学研究物理化学研究物理化学研究物理化学研究切入点切入点切入点切入点第第7 7页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.2 0.2 物理化学内容物理化学内容化学热力学化学热力学化学动力学化学动力学结构化学结构化学l化学改变能量效应 热力学第一定律l化学改变方向和程度 热力学第二定律l化学反应进行速度l化学反应进行详细步骤l 化学性质与微观结构之间关系本课程不包括结构化学内容本课程不包括结构化学内容第第8 8页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.3 0.3 物理化学研究方法物理化学研究方法l理论与试验相结合，理论与试验并重理论与试验相结合，理论与试验并重l理论上、试验上均采取与物理学近似方法理论上、试验上均采取与物理学近似方法l如试验常采取：测温度、压力、浓度，观颜如试验常采取：测温度、压力、浓度，观颜色、声现象，测电流、磁场等色、声现象，测电流、磁场等 物理化学物理化学物理化学物理化学研究研究研究研究特点特点特点特点第第9 9页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.3 0.3 物理化学研究方法物理化学研究方法研究物质宏观性质，经验研究物质微观与宏观联络，用统计平均，半经验半理论研究物质微观性质，纯理论经典热力学经典热力学统计热力学统计热力学量子力学量子力学物理化学物理化学物理化学物理化学研究研究研究研究主要理论主要理论本课程不包括量子力学内容本课程不包括量子力学内容第第1010页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.4 0.4 学习物理化学意义学习物理化学意义直接直接:直接应用于实际过程n化学反应：怎样提升产率、怎样提升速率n下雪天马路上撒盐，能够使雪融化间接间接:学会物理化学思维方法n a 实践归纳总结理论实践n b 模型演绎推理理论实践n c 理想化修正实际过程对实际应用意义对实际应用意义第第1111页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.4 0.4 学习物理化学意义学习物理化学意义对先行课：对先行课：巩固加深已学课程印象n处理怎样应用高等数学、大学物理理论n处理怎样从理论上解释无机化学、有机化学和分析化学一些结论对后序课：对后序课：是化工、轻工、材料、生物、制药等类专业专业课程理论基础n处理化工原理、化工热力学主要理论基础对学习其它课程意义对学习其它课程意义第第1212页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.4 0.4 学习物理化学意义学习物理化学意义及格水平：及格水平：n掌握了物理化学课程内容、会作物理化学题掌握了物理化学课程内容、会作物理化学题中等水平：中等水平：n掌握物理化学原理，并会应用物理化学原理掌握物理化学原理，并会应用物理化学原理 （会应用到其它课程）（会应用到其它课程）优良水平：优良水平：n学会物理化学科学思维方法，并能灵活应用学会物理化学科学思维方法，并能灵活应用什么是学好了物理化学什么是学好了物理化学第第1313页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.5 0.5 怎样学好物理化学 首先要了解物理化学课程特点：n 1 1 理论性强、有概念相当抽象。理论性强、有概念相当抽象。n 2 2 各章节相互联络亲密。各章节相互联络亲密。n 3 3 理论与计算并重。理论与计算并重。n 4 4 大部分公式都有使用条件和适用范围。大部分公式都有使用条件和适用范围。物理化学物理化学课特点课特点第第1414页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.5 0.5 怎样学好物理化学 要学物理化学课程就要做到：n1 1 认真听讲、及时复习，做好习题、思索题。认真听讲、及时复习，做好习题、思索题。n2 2 了解各章节重点、难点，注意概念之间联络，了解各章节重点、难点，注意概念之间联络，有问题不能积累到下一章。有问题不能积累到下一章。n3 3 注意每个公式应用条件，切忌死记硬背。注意每个公式应用条件，切忌死记硬背。n4 4 要有一定数学、物理基础。要有一定数学、物理基础。学好学好物理化学物理化学课课要求要求第第1515页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.6 0.6 物理量表示及运算物理量表示及运算物理量=数值单位 如:压力 P=101.325kPa注意事项：n1物理量不是纯数，是有量纲。n2 用物理量表示方程式中，有加、减、比较时，要求量纲、单位相同。如：CP,M=58+75.5x10-3(T/K)-17.9x10-6(T/K)2J/mol/K物理量物理量=数值数值单位单位第第1616页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.6 0.6 物理量表示及运算物理量表示及运算注意事项：n3对数、指数中变量应该是纯数而不是物理量 ln（X/X）、x/x，有时侯X/X也用X代替但仍是纯数。n4作图、列表应该用纯数，不能用物理量。物理量物理量=数值数值单位单位第第1717页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼注意事项：n5采取国际单位制，可用词头。如：J、kJn6“物质量”n，不能叫摩尔数。如：n=4mol 称为物质量等于4摩尔物理量物理量=数值数值单位单位0.6 0.6 物理量表示及运算物理量表示及运算第第1818页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.7 0.7 教材与参考书教材与参考书教材：教材：物理化学上、下册，天津大学物理化学教物理化学上、下册，天津大学物理化学教研室编，高教出版社，第五版研室编，高教出版社，第五版辅助教材：辅助教材：物理化学例题与习题北京化工大学编，化物理化学例题与习题北京化工大学编，化学工业出版社学工业出版社使用教材使用教材第第1919页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼0.7 0.7 教材与参考书教材与参考书主要参考书：主要参考书：物理化学上、下册，南京大学物付献彩主编，高教物理化学上、下册，南京大学物付献彩主编，高教出版社，第四版出版社，第四版物理化学上、中、下册，华东理工大学胡英主编，物理化学上、中、下册，华东理工大学胡英主编，高教出版社高教出版社物理化学简明教程上，印永嘉，人民教育出版社物理化学简明教程上，印永嘉，人民教育出版社 Physical ChemistryPhysical ChemistrySixth Edition Robert A.Sixth Edition Robert A.AlbertyAlbertyPhysical ChemistryPhysical Chemistry P.W.AtkinsP.W.Atkins参考书参考书第第2020页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼物理化学物理化学绪论就讲到这里下节课再见！第第2121页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼第一章第一章 气气 体体The properties of gasesThe properties of gases1-1-!本章基本要求本章基本要求1-11-1理想气体状态方程及微观模型理想气体状态方程及微观模型1-21-2道尔顿定律和阿马格定律道尔顿定律和阿马格定律1-31-3实际气体实际气体P P、V V、T T性质性质1-41-4真实气体状态方程真实气体状态方程1-51-5实际气体液化与临界性质实际气体液化与临界性质1-61-6对比状态原理与压缩因子图对比状态原理与压缩因子图1-$1-$本章小结本章小结 作业作业总目录第第2222页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1-！本章基本要求！本章基本要求l掌握理想气体状态方程掌握理想气体状态方程l掌握掌握理想气体宏观定义及微观模型理想气体宏观定义及微观模型l掌握分压、分体积定律及计算掌握分压、分体积定律及计算l了解真实气体与理想气体偏差、临界现象了解真实气体与理想气体偏差、临界现象l掌握饱和蒸气压概念掌握饱和蒸气压概念l了了解解范范德德华华状状态态方方程程、对对应应状状态态原原理理和和压压缩缩因子图因子图l了解对比状态方程及其它真实气体方程了解对比状态方程及其它真实气体方程第一章第第2323页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1-11-1理想气体状态方程理想气体状态方程 及微观模型及微观模型一、理想气体状态方程二、气体常数 R三、理想气体定义及微观模型四、理想气体P、V、T性质计算第一章第第2424页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1.三个低压定律n波义尔定律：、V1/P PV=常数n盖吕萨克定律：n、P VT V/T=常数n阿费加德罗定律：T 、P Vn V/n=常数 且T=273.15K P=101.325kPa 时 1mol气体 Vm=22.410-3m3 说明：把某个物理量用说明：把某个物理量用 圈上，表示恒定圈上，表示恒定一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程1-11-1理想气体状态方程理想气体状态方程 及微观模型及微观模型第第2525页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼2.理想气体状态方程由三个低压定律可导出理想气体状态方程lpV=nRT 或 pVm=RTl单位：pPa Vm3 TK nmol 理想气体状态方程由三个低压定律导出，所以只适合用于低压气体。一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程1-11-1理想气体状态方程理想气体状态方程 及微观模型及微观模型第第2626页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼对实际气体p0时，符合理想气体方程T一定时 R=8.315 Jmol-1K-1 在 pVmp 图上 画线 T 时pVmp 关系曲线 外推至p0 pVm为常数 pVmp二、气体常数二、气体常数 R R1-11-1理想气体状态方程理想气体状态方程 及微观模型及微观模型第第2727页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼宏宏观观定定义义：在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程（pV=nRT）气体，称为理想气体。微观模型：微观模型：分子本身不占体积，分子间无相互作用力。对实际气体对实际气体讨论：讨论：p0时符合理想气体行为 普通情况低压下可近似认为是理想气体 温度越高、压力越低，越符合理想气体三、理想气体定义及微观模型三、理想气体定义及微观模型1-11-1理想气体状态方程理想气体状态方程 及微观模型及微观模型第第2828页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼lp、知三求一l理想气体方程变形，计算质量、密度、体积流量、质量流量等。如：/M/p/()l两个状态间计算。当 n 时：四、理想气体四、理想气体p p、V V、T T性质计算性质计算1-11-1理想气体状态方程理想气体状态方程 及微观模型及微观模型第第2929页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼l理想气体方程变形理想气体方程变形例子例子 计算计算25，101325Pa时空气密度。（空气分子量为时空气密度。（空气分子量为29）解：解：四、理想气体四、理想气体p p、V V、T T性质计算性质计算1-11-1理想气体状态方程理想气体状态方程 及微观模型及微观模型第第3030页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼l两个状态间计算两个状态间计算例子例子 两个容积均为玻璃球泡之间用细管连接（细管体两个容积均为玻璃球泡之间用细管连接（细管体积可忽略），泡内密封标准情况下空气，若一球加热至积可忽略），泡内密封标准情况下空气，若一球加热至100,100,另另一球维持一球维持00。求该容器内压力。求该容器内压力。解：改变前（标准情况）下解：改变前（标准情况）下 n=2Pn=2P1 1V/RTV/RT1 1改变后不变改变后不变P PV/RTV/RT2 2 P PV/RTV/RT1 1四、理想气体四、理想气体p p、V V、T T性质计算性质计算1-11-1理想气体状态方程理想气体状态方程 及微观模型及微观模型第第3131页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1-2 1-2 道尔顿定律和阿马格定律道尔顿定律和阿马格定律一、气体混合物组成表示二、道尔顿分压定律三、阿马格分体积定律四、二者关系第一章第第3232页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1 1用物质量分数表示用物质量分数表示:2 2用体积分数表示用体积分数表示3 3对理想气体混合物对理想气体混合物1-2 1-2 道尔顿定律和阿马格定律道尔顿定律和阿马格定律一、一、气体混合物组成表示气体混合物组成表示第第3333页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1 1分压定义分压定义 混合气体中某组份混合气体中某组份B B单独存在，且含有与单独存在，且含有与混合气体相同温度、体积时所产生压力称为混合气体相同温度、体积时所产生压力称为组份组份B B分压。用分压。用P PB B表示。表示。2 2道尔顿分压定律道尔顿分压定律分压定律分压定律(适合用于低压气体适合用于低压气体)：推论：推论：1-2 1-2 道尔顿定律和阿马格定律道尔顿定律和阿马格定律二二、道尔顿分压定律、道尔顿分压定律道尔顿分压定律只适合用于低压气体或理想气体道尔顿分压定律只适合用于低压气体或理想气体第第3434页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1 1分体积定义分体积定义 混合气体中某组份混合气体中某组份B B单独存在，且含有与混合单独存在，且含有与混合气体相同温度、压力时所体积称为组份气体相同温度、压力时所体积称为组份B B分体积。分体积。用用B B表示。表示。2 2阿马格分体积定律阿马格分体积定律分体积定律分体积定律(适合用于低压气体适合用于低压气体)：推论：推论：1-2 1-2 道尔顿定律和阿马格定律道尔顿定律和阿马格定律三三、阿马格分体积定律阿马格分体积定律阿马格分体积定律只适合用于低压气体或理想气体阿马格分体积定律只适合用于低压气体或理想气体第第3535页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1-2 1-2 道尔顿定律和阿马格定律道尔顿定律和阿马格定律四四、二者关系、二者关系第第3636页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1-2 1-2 道尔顿定律和阿马格定律道尔顿定律和阿马格定律 例例：已已知知混混合合气气体体中中各各组组分分物物质质量量分分数数分分别别为为：氯氯乙乙烯烯 0.72、氯氯 化化 氢氢 0.10和和 乙乙 烯烯 0.18。在在 保保 持持 压压 力力101.325kPa不变条件下，用水洗去氯化氢干燥，不变条件下，用水洗去氯化氢干燥，求剩下干气体中各组分分压力。求剩下干气体中各组分分压力。氯乙烯物质量分数：氯乙烯物质量分数：氯乙烯分压：氯乙烯分压：乙烯分压：乙烯分压：解：解：剩下干气体为氯乙烯和乙烯剩下干气体为氯乙烯和乙烯第第3737页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1-31-3实际气体实际气体P P、V V、T T性质性质一、实际气体与理想气体差异二、压缩因子第一章第第3838页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1-31-3实际气体实际气体P P、V V、T T性质性质一、实际气体与理想气体差异1 1实际气体实际气体分子本身有体积比分子本身有体积比理想气体难压缩理想气体难压缩2 2实际气体实际气体分子间有相互作用力分子间有相互作用力(以引力为主以引力为主)比比理想气体易压缩理想气体易压缩总结果：有时总结果：有时PVnRTPVnRT、有时有时PVnRTPV1 Z1 比比理气难压缩理气难压缩 当当Z1 Ztc气体不可液化一段光滑曲线 2.T=tc气体可液化最高温度两段光滑曲线中间有拐点,C点 3 T0，对反应物B0可能进行,B(隔)0)0，S(S(环环)0)0系统经过一个循环，环境并没有经过一个循环系统经过一个循环，环境并没有经过一个循环l-10-10、101.325kPa101.325kPa过冷水结成同温度下冰，则该过冷水结成同温度下冰，则该过程中过程中 S S是大于是大于0 0、小于、小于0 0还还是等于是等于0 0。解：解：S0S0，冰比水无序度小，这不是绝热。冰比水无序度小，这不是绝热。3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第270270页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数定义：A=U-TS 称为亥姆霍兹函数(自由能)单位：J 或 kJ特点：状态函数，广延性质。亥姆霍兹函数是人为定义函数本身没有明确物理意义。亥姆霍兹函数无法得到绝对值，只能计算改变过程改变量。四四、亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第271271页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼2 2亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数判据判据由由热力学第二定律数学表示式（克劳修斯不等式）热力学第二定律数学表示式（克劳修斯不等式）不可逆不可逆 不可逆不可逆由由dSdS Q/T(Q/T(环环)可逆可逆 得：得：T(T(环环)dSdS Q Q 可逆可逆dU=dU=Q+Q+W W Q Q=dU-dU-W W=dUdU+P+P(环环)dV-dV-W W T(T(环环)dSdSdU+dU+P P(环环)dV-dV-W W 即：即：不可逆不可逆 dU+dU+P P(环环)dV-T(dV-T(环环)dSdS W W 可逆可逆四四、亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第272272页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼2 2亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数判据判据 不可逆不可逆dU+dU+P P(环环)dV-T(dV-T(环环)dSdS W W 可逆可逆对恒温、恒容过程对恒温、恒容过程:P P(环环)dV=0,T(dV=0,T(环环)dS=d(TS)dS=d(TS)不可逆不可逆 不可逆不可逆dU-d(TS)dU-d(TS)W W 可逆可逆 dA=d(U-TS)dA=d(U-TS)W W 可逆可逆四四、亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第273273页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼2 2亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数判据判据对恒温、恒容过程对恒温、恒容过程:不可逆不可逆 d dT,VT,VA A W W 可逆可逆 不可逆不可逆 T,VT,VA AW W 可逆可逆（此判据适用条件恒温、恒容过程）四四、亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第274274页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼2 2亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数判据判据对恒温、恒容对恒温、恒容且且W W=0=0过程过程:不可逆不可逆 d dT,VT,VA A0 0 可逆可逆 不可逆不可逆 T,VT,VA A0 0 可逆可逆（此判据适用条件恒温、恒容过程且W=0）四四、亥姆霍兹函数亥姆霍兹函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第275275页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼吉布斯函数吉布斯函数定义：G=H-TS=U+PV-TS 称为吉布斯函数(自由焓)单位：J 或 kJ特点：状态函数，广延性质。吉布斯函数是人为定义函数本身没有明确物理意义。吉布斯函数无法得到绝对值，只能计算改变过程改变量。五五、吉布斯函数吉布斯函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第276276页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼吉布斯函数判据 不可逆dU+P(环)dV-T(环)dSW 可逆对恒温、恒压过程:P(环)dV=d(PV),T(环)dS=d(TS)dU+d(PV)-d(TS)W 不可逆dG=d(U+PV-TS)W 可逆五五、吉布斯函数吉布斯函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第277277页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼吉布斯函数判据 对恒温、恒压过程:不可逆 dT,PGW 可逆 不可逆 T,PGW 可逆（此判据适用条件恒温、恒压过程）五五、吉布斯函数吉布斯函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第278278页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼吉布斯函数判据 对恒温、恒压且W=0过程:不可逆 dT,PG0 可逆 不可逆 T,PG0 可逆（此判据适用条件恒温、恒压过程且W=0）五五、吉布斯函数吉布斯函数及其判据及其判据3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第279279页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1.1.A A物理意义物理意义A是人为定义函数，本身没有物理意义特定过程特定过程 A A有物理意义有物理意义恒温时：A=U-TS=U-Qr=Wr恒温、恒容时：A=Wr六、六、A A、G G、H H物理意义物理意义3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第280280页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼2.2.G G物理意义物理意义G是人为定义函数，本身没有物理意义特定过程特定过程 G G有物理意义有物理意义恒温、恒压时：G=Wr六、六、A A、G G、H H物理意义物理意义3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第281281页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼3.3.H H物理意义物理意义H也是人为定义函数，本身没有物理意义特定过程特定过程 H H有物理意义有物理意义恒压、W=0时：H=Q六、六、A A、G G、H H物理意义物理意义3-4 Entropy、Helmholz function、Gibbs function第第282282页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 一、理想气体S计算二、理想气体混合过程熵变计算三、理想气体A、G计算四、综合例题 第三章第第283283页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1 1理想气体理想气体纯纯PVTPVT改变任意过程改变任意过程对理想气体可逆纯PVT改变：dU=Qr+Wr=Qr-PdV Qr=dU+PdV=nCV,mdT+(nRT/V)dV 态1（P1V1T1）态2（P2V2T2）一、理想气体一、理想气体SS计算计算3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第284284页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1 1理想气体理想气体纯纯PVTPVT改变任意过程改变任意过程一、理想气体一、理想气体SS计算计算在公式推倒过程中加入了可逆条件，但S是状态函数改变量，与路径无关。3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第285285页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1 1理想气体理想气体纯纯PVTPVT改变任意过程改变任意过程将PV=nRT及CP,m=CV,m+R代入前面公式，则：一、理想气体一、理想气体SS计算计算3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第286286页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼1 1理想气体理想气体纯纯PVTPVT改变任意过程改变任意过程对理想气体当对理想气体当一、理想气体一、理想气体SS计算计算3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第287287页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼2 2理想气体理想气体恒温过程恒温过程用定义式推导用定义式推导,恒温可逆过程：恒温可逆过程：一、理想气体一、理想气体SS计算计算(理想气体、恒温理想气体、恒温)3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第288288页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼2 2理想气体理想气体恒温过程恒温过程对对 恒温时恒温时对对 恒温时恒温时一、理想气体一、理想气体SS计算计算3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第289289页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼3 3理想气体理想气体恒容过程恒容过程用定义式推导用定义式推导,恒容过程：恒容过程：一、理想气体一、理想气体SS计算计算(理想气体、恒理想气体、恒容容)3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第290290页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼3 3理想气体理想气体恒容过程恒容过程对对 V V2 2=V=V1 1时时对对 V V2 2=V=V1 1时时一、理想气体一、理想气体SS计算计算3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第291291页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼4 4理想气体理想气体恒压过程恒压过程用定义式推导用定义式推导,恒压过程：恒压过程：一、理想气体一、理想气体SS计算计算(理想气体、恒理想气体、恒压压)3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第292292页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼3 3理想气体理想气体恒压过程恒压过程对对 P P2 2=P=P1 1时时对对 P P2 2=P=P1 1时时一、理想气体一、理想气体SS计算计算3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第293293页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼4 4理想气体理想气体绝热可逆过程：绝热可逆过程：S=0所以所以绝热可逆过程过程方程能够写成绝热可逆过程过程方程能够写成一、理想气体一、理想气体SS计算计算3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第294294页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼5 5理想气体理想气体绝热恒外压过程：绝热恒外压过程：S0用热力学第一定律学方法计算一直态参数用热力学第一定律学方法计算一直态参数一、理想气体一、理想气体SS计算计算P(环)(V2-V1)，()再代入再代入SS三个计算式之一三个计算式之一3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第295295页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼例：某容器，其中有N2(g)和Ar(g)混合气体，温度为298K，压力为404kPa，经绝热可逆膨胀到273K，303kPa，试确定该混合气体组成（用摩尔分数表示）。已知：混合气体可视为理想气体混合物。N2(g)Cv,m=2.5R，Ar(g)Cv,m=1.5R。容器热容可忽略不计。3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第296296页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼解：经绝热可逆过程 S S=03-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第297297页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼注意：混合理想气体中存在3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第298298页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼例例:1mol1mol、298K298K、1013.25kPa1013.25kPa理想气体，用理想气体，用348348K K恒温热源，在恒温热源，在506.625506.625kPakPa恒定外压下加热至与外恒定外压下加热至与外界平衡界平衡,判断该过程是否能够进行。判断该过程是否能够进行。求求 S S、S(S(环环)、S(S(隔隔)。(已知已知 V,mV,m=20.79J=20.79J molmol-1-1 K K-1-1)3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第299299页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼解解:T T1 1=298K P(=298K P(环环)=506.625)=506.625kPa TkPa T2 2=348K=348KP P1 1=1013.25kPa T(=1013.25kPa T(环环)=348)=348K PK P2 2=506.625kPa=506.625kPa n=1mol n=1mol n=1mol n=1mol S S=n=nC CV,mV,mln(Tln(T2 2/T/T1 1)+nRln(V)+nRln(V2 2/V/V1 1)3-5 3-5 The second law inThe second law in action:The ideal gases action:The ideal gases 第第300300页页北京化工大学理学院白守礼北京化工大学理学院白守礼 S(S(环环)=-)=-Q/T(Q/T(环环),要先求要先求Q,Q=Q,Q=U-WU-W U=nU=nC CV,mV,m(T(T2 2-T-T1 1)=103