1、物理化學(xué) Physical Chemistry太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院基礎(chǔ)化學(xué)部二八年三月2物理化學(xué)Physical Chemistry3 物理化學(xué)緒論教學(xué)內(nèi)容：0.1 物理化學(xué)及其研究?jī)?nèi)容0.2 學(xué)習(xí)物理化學(xué)的要求及方法0.3 物理量的表示方法目的：（1）了解物理化學(xué)課程的內(nèi)容及學(xué)習(xí)物理化學(xué)的要求和方法；（2）學(xué)習(xí)在物化中物理量的表示和運(yùn)算方法。40.1 物理化學(xué)及其研究?jī)?nèi)容1. 什么是物理化學(xué)？物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手來探求化學(xué)變化及相關(guān)的物理變化基本規(guī)律的一門科學(xué)。物理化學(xué)是研究化學(xué)學(xué)科中的原理和方法，研究化學(xué)體系行為最一般規(guī)律和理論的學(xué)科，是化學(xué)的理論基礎(chǔ)。 自然

2、科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告物理化學(xué)是以物理的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系的特殊規(guī)律的學(xué)科。 中國大百科全書（唐有祺）5（1）化學(xué)熱力學(xué)（chemical thermodynamics）是研究物質(zhì)變化（物理變化和化學(xué)變化）引起的能量轉(zhuǎn)化及變化的方向和限度，即變化的可能性問題；也就是平衡問題。（2）化學(xué)動(dòng)力學(xué)（chemical kinetics）是研究化學(xué)反應(yīng)速率及反應(yīng)機(jī)理的科學(xué)，討論現(xiàn)實(shí)性問題。（3）物質(zhì)結(jié)構(gòu)（substantial structure）研究結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，揭示物質(zhì)變化的內(nèi)在原因。物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究又分出了結(jié)構(gòu)化學(xué)和量子化學(xué)兩門學(xué)科。2. 物理化

3、學(xué)的研究?jī)?nèi)容63. 物理化學(xué)的研究方法除一般的科學(xué)方法，如辯證唯物主義方法、認(rèn)識(shí)論的方法、邏輯推理的方法外，物理化學(xué)還有自己特有的研究方法：熱力學(xué)方法、量子力學(xué)方法及統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法，可將其歸屬于宏觀方法、 微觀方法，從微觀到宏觀的方法。（1）熱力學(xué)方法屬于宏觀方法。熱力學(xué)是以大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)作為研究對(duì)象，以兩個(gè)經(jīng)典熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)，用一系列熱力學(xué)函數(shù)及其變量，描述系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)的宏觀變化。其特點(diǎn)是不涉及系統(tǒng)內(nèi)部粒子的微觀結(jié)構(gòu)，只涉及系統(tǒng)變化前后狀態(tài)的宏觀性質(zhì)。7（2）量子力學(xué)方法屬于微觀方法。量子力學(xué)是以個(gè)別的電子、原子核組成的微觀系統(tǒng)作為研究對(duì)象，考察的是個(gè)別微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。將量

4、子力學(xué)方法應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域，得到了物質(zhì)的宏觀性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系的清析圖象。（3）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法 屬于從微觀到宏觀的方法。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法是在量子力學(xué)方法與熱力學(xué)方法即微觀方法與宏觀方法之間架起的一座金橋，把二者有效地聯(lián)系在一起。用概率規(guī)律計(jì)算出體系內(nèi)部大量質(zhì)點(diǎn)微觀運(yùn)動(dòng)的平均結(jié)果，從而解釋宏觀現(xiàn)象并能計(jì)算一些熱力學(xué)的宏觀性質(zhì)。3. 物理化學(xué)的研究方法84. 物理化學(xué)的建立與發(fā)展第一階段：1887 1920 化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的唯象規(guī)律的建立；第二階段：1920 1960 結(jié)構(gòu)化學(xué)和量子化學(xué)的蓬勃發(fā)展和化學(xué)變化規(guī)律的微觀探索；第三階段：1960 由于激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，物理化學(xué)各領(lǐng)域向更

5、深度和廣度發(fā)展。宏觀 微觀靜態(tài) 動(dòng)態(tài)體相 表相平衡態(tài) 非平衡態(tài)當(dāng)前的前沿領(lǐng)域：分子動(dòng)態(tài)學(xué)；表面與界面物理化學(xué)；非平衡非線性化學(xué)；分子設(shè)計(jì)與分子工程學(xué)9M.B.OMOHOCOB (1711-1765) 俄國化學(xué)家,物理學(xué)家羅蒙諾索夫F.W.Ostwald 德國化學(xué)家(1853-1932) 1909年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 J.H.Vant Hoff 荷蘭化學(xué)家(1852-1911) 1901年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 S.A.Arrhenins瑞典化學(xué)家(1859-1927) 1903年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 物理化學(xué)的重要奠基人，由于他們對(duì)物理化學(xué)的卓越貢獻(xiàn)和研究工作中的親密合作關(guān)系，被稱為“物

6、理化學(xué)三劍客”4. 物理化學(xué)的建立與發(fā)展104. 教學(xué)安排上冊(cè)內(nèi)容 教學(xué)時(shí)數(shù)1.緒論，氣體 22. 熱力學(xué)第一定律 103.熱力學(xué)第二定律 104. 多組分系統(tǒng)熱力學(xué) 75. 化學(xué)平衡 46. 相平衡 9下冊(cè)內(nèi)容 教學(xué)時(shí)數(shù)7. 電化學(xué) 108. 量子力學(xué)基礎(chǔ) 9. 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)初步10. 界面現(xiàn)象 611. 化學(xué)動(dòng)力學(xué) 1012. 膠體化學(xué) 4總學(xué)時(shí) 96 h理論教學(xué) 72 h實(shí)驗(yàn)教學(xué) 24 h115. 教材與教學(xué)參考書教材：物理化學(xué) 高等教育出版社（天大編 第四版）參考書：（1）物理化學(xué) 高等教育出版社（南京大學(xué)編）（2）物理化學(xué)實(shí)驗(yàn) 中國礦業(yè)大學(xué)出版社（太原理工大學(xué)編）（3）綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn) 兵

7、器工業(yè)出版社（太原理工大學(xué)編）（4）物理化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo) 化學(xué)工業(yè)出版社（太原理工大學(xué)編）12物理化學(xué)的特點(diǎn)：（1）概念抽象 把握主線，學(xué)會(huì)推理（化繁為簡(jiǎn)）（2）公式繁多 記住結(jié)論，注意條件（嚴(yán)謹(jǐn)性）（3）內(nèi)容龐雜 重視實(shí)驗(yàn)，深刻領(lǐng)會(huì)（實(shí)踐與理論）（4）難以理解多做習(xí)題，融會(huì)貫通（把握精髓）要求:（1）課前要做必要的預(yù)習(xí)；（2）課后要及時(shí)復(fù)習(xí)，并提出疑惑；（3）作業(yè)一定要獨(dú)立完成；（4）每章要求學(xué)生總結(jié)，做成圖片或卡片。 0.2 學(xué)習(xí)物化的要求及方法130.2 學(xué)習(xí)物化的要求及方法物理化學(xué)學(xué)習(xí)方法：理論學(xué)習(xí)要在理解的基礎(chǔ)上記憶：正確的理解基本概念、理論模型、公式的物理意義及適用條件，切記不要死記硬

8、背。重視理論學(xué)習(xí)，又重視實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)，作到理論學(xué)習(xí)與實(shí) 踐環(huán)節(jié)緊密配合，相互促進(jìn)。 本課程實(shí)踐環(huán)節(jié)：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（24學(xué)時(shí)） 習(xí)題討論課（典型綜合題目的課堂討論） 課下作業(yè)（計(jì)算題、證明題及作圖題） 思考題（選擇題、填空題、是非題）在理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐中，學(xué)會(huì)物理化學(xué)的研究方法適當(dāng)復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)中碰到的有關(guān)數(shù)學(xué)與物理的內(nèi)容 數(shù)學(xué)：全微分、極值、積分、雅可比行列式等 物理學(xué)：力學(xué)、熱力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證理論，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)研究物 質(zhì)變化的方法。140.3 物理量的表示方法1. 物理量的表示量有兩個(gè)特征： 一是可定性區(qū)別， 二是可定量確定定性區(qū)別是指量在物理屬性的差別，按物理屬性可把量

9、分為諸如幾何量、力學(xué)量、電學(xué)量、熱學(xué)量等不同類的量；定量確定是指確定具體的量的大小，要定量確定，就要在同一類量中，選出某一特定的量作為一個(gè)稱之為單位(unit)的參考量，則這一類中的任何其他量，都可用一個(gè)數(shù)與這個(gè)單位的乘積表示，而這個(gè)數(shù)就稱為該量的數(shù)值。由數(shù)值乘單位就稱為某一量的量值。不要把量的單位與量綱相混淆。量的單位是用來確定量的大?。欢烤V只是表示量的屬性而不是指它的大小。150.3 物理量的表示方法如：T=298.15 K ，V=10 m3 ，n=10 mol， R=8.3145 Jmol-1K-1 所以，T K、 n mol的表述是錯(cuò)誤的。1. 物理量的表示 任何一個(gè)物理量均可表示成

10、 Q=QQQ物理量，Q物理量Q的數(shù)值，Q物理量Q的單位。在物理化學(xué)教學(xué)中，凡遇到列表、繪圖、公式表達(dá)、運(yùn)算過程等均需遵守上述關(guān)系。162. 量值計(jì)算（1）列表，做圖用純數(shù)，見書上表格和圖。 p / kPa 0.610 19.916 47.36 101.325 T / K 273.15 333.15 353.15 373.15Cp,m/（Jmol-1K-1）=12.5+7.6T/K 這是因?yàn)閺臄?shù)學(xué)來看，縱、橫坐標(biāo)軸都是表示純數(shù)的數(shù)軸。當(dāng)用坐標(biāo)軸表示物理量時(shí)，須將物理量除以其單位化為純數(shù)才可表示在坐標(biāo)軸上。0.3 物理量的表示方法17（2）指數(shù)、對(duì)數(shù)、三角函數(shù)中變量是純數(shù) 指數(shù)、對(duì)數(shù)和三角函數(shù)中的

11、變量，都是純數(shù)、數(shù)值或是量的量綱一的組合。例如物理化學(xué)中常見的exp(EaRT)，ln(ppy)，ln(ks-），sin(nxa)等等。所以在量方程表示式中及量的數(shù)學(xué)運(yùn)算過程中，當(dāng)對(duì)一物理量進(jìn)行指數(shù)、對(duì)數(shù)或三角函數(shù)運(yùn)算時(shí)，對(duì)非量綱一的量均需除以其單位化作純數(shù)才行。0.3 物理量的表示方法18（3）量方程量方程式是表示物理量之間的關(guān)系。量是與所用單位無關(guān)的，因此量的方程式也與單位無關(guān)，即無論選用何種單位來表達(dá)其中的量都不影響量之間的關(guān)系。如摩爾電導(dǎo)率m與電導(dǎo)率、物質(zhì)的量濃度c三者之間的關(guān)系為 m/c （不采用數(shù)值方程）0.3 物理量的表示方法19（4）物理量名稱和術(shù)語規(guī)定i)如果量 A 與量 B 有不同量綱，則 k 的稱呼用“系數(shù)”這一術(shù)語(coefficient)。物理化學(xué)中常見的，如亨利系數(shù)、凝固點(diǎn)下降系數(shù)、沸點(diǎn)升高系數(shù)、反應(yīng)速率系數(shù)等等。ii)如果量A和量具有