物理化學(xué)教案

1、【教學(xué)重點】1、介紹物理化學(xué)的定義、目的和內(nèi)容2、掌握物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法【教學(xué)難點】物理化學(xué)定義及內(nèi)容的理解 緒 論【引 言】化學(xué)是研究物質(zhì)性質(zhì)與變化的科學(xué)。自然界的物質(zhì)是由大量的分子、原子等構(gòu)成的，所以從微觀上看，化學(xué)所研究的物質(zhì)變化，實質(zhì)上就是分子、原子之間相互作用、相互結(jié)合方式及運動方式的變化。這些分子、原子相互作用及相對運動均具有一定的能量。故相互作用及運動方式的變化亦引起能量形式的變化，因而物質(zhì)變化的化學(xué)現(xiàn)象常伴隨著熱、光、電、聲等物理現(xiàn)象。例如：光照射照相底片所引起的化學(xué)反應(yīng)可使圖像顯示出來；蓄電池中電極和溶液之間進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是電流產(chǎn)生的原因等。許多的現(xiàn)象都說明物理現(xiàn)象與化學(xué)現(xiàn)象

2、之間總是緊密聯(lián)系著的?！咎?問】那么什么是物理化學(xué)呢？【板 書】一、物理化學(xué)的定義：從化學(xué)現(xiàn)象與物理現(xiàn)象的聯(lián)系去尋找化學(xué)變化規(guī)律的學(xué)科，也稱為理論化學(xué)。 二、物理化學(xué)的目的：解決生產(chǎn)實際和科學(xué)實驗向化學(xué)提出的理論問題，從而使化學(xué)更好地為生產(chǎn)實際服務(wù)。【引 言】物理化學(xué)要解決哪些問題？或者說其內(nèi)容是什么？【板 書】三、物理化學(xué)的內(nèi)容（解決三個方面的問題）1、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度問題化學(xué)熱力學(xué)；2、化學(xué)反應(yīng)的速率和機理問題化學(xué)動力學(xué)；3、物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系問題物質(zhì)結(jié)構(gòu)。四、物理化學(xué)的形成、發(fā)展和前景【講 解】 1、形成：19世紀(jì)前期，歐洲發(fā)生產(chǎn)生革命，手工業(yè)向機械工業(yè)過渡，化學(xué)向現(xiàn)代科學(xué)

3、轉(zhuǎn)化。1804年道爾頓（Dalton）的原子論原子分子學(xué)說；1811年阿伏加德羅(Avogadro)的分子論定比定律；至19世紀(jì)中葉，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，化學(xué)已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗，在這種情況下，物理化學(xué)逐漸建立起來。2、發(fā)展：1840年蓋斯(Hess)的熱化學(xué)定律；1869年門捷列夫(Mendeleyev)的元素周期律； 1876年吉布斯(Gibbs)奠定了多相體系的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)；1884年范特霍夫(Vant Hoff)創(chuàng)立了稀溶液理論；1886年阿累尼烏斯(Arrhenius)的電離學(xué)說，揭示了電解質(zhì)水溶液本性；1906年能斯特(Nernst)發(fā)現(xiàn)了熱定理，進(jìn)而建立了熱力學(xué)第三定律；189519

4、10年，倫琴(Roentgen)、湯姆遜(Thomson)、密里肯(Millikan)、居里夫人(MarieCurie)、盧瑟福(Ruthrford)、玻爾(Bohr)及愛因斯坦(Einstein)等人相繼發(fā)現(xiàn)X-射線、電子的質(zhì)量和電荷、三種射線、光電效應(yīng)、原子核組成等，產(chǎn)生了舊量子學(xué)說的原子結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)一步的研究創(chuàng)立了量子化學(xué)，使物理化學(xué)進(jìn)入微觀領(lǐng)域。二十世紀(jì)40年代，由于原子能的發(fā)現(xiàn)，大大促進(jìn)了物理化學(xué)的飛速發(fā)展。3、前景：對研究無機、有機、高分子和生化反應(yīng)的機理，有著重要的啟發(fā)性，如今由于計算機的應(yīng)用，使物理化學(xué)有了更加廣闊的前景?！疽?言】怎樣能夠?qū)W好物理化學(xué)這門課程呢？【板 書】五、

5、物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法1、 注意邏輯推理的思維方法； 2、注意自己動手推導(dǎo)公式；3、重視多做習(xí)題； 4、勤于思考。【教學(xué)重點】1、理想氣體及其狀態(tài)方程的理解；2、掌握理想氣體混合物的P、V、T關(guān)系；3、真實氣體狀態(tài)方程的領(lǐng)會?！疽?言】由于氣體是氣、液、固三態(tài)中最簡單的一種聚集狀態(tài)，氣態(tài)物質(zhì)的變化在物質(zhì)變化中最有典型意義，所以物理化學(xué)課程一般都由氣態(tài)的學(xué)習(xí)開始。為什么以氣體為研究對象呢？第一章 氣體的PVT關(guān)系11 理想氣體狀態(tài)方程【板 書】一、為什么以氣體為研究對象？1、對T和P影響敏感； 2、P、V、T定量關(guān)系易發(fā)現(xiàn)； 3、熱力學(xué)主要研究對象（理想氣體）?！疽?言】從17世紀(jì)中期，人們開始研究

6、低壓下（P1MPa）氣體的PVT關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了三個對各種氣體均適用的經(jīng)驗定律。【板 書】二、理想氣體狀態(tài)方程式【幻 燈 片】1、波義爾定律2、 蓋呂薩克定律 3、阿伏加德羅定律 V/N=K（T、P恒定） 即VN理想氣體狀態(tài)方程式：P1V1/T1=P2V2/T2=PnVn/Tn=K=PV/T【板 書】1Pa1N/m2=105dyn/(102cm)2=10dyn/cm21N=1Kgm/s2=1000g100cm/s2=105dyn由mmHg的定義出發(fā)： P=mg/s=vg/s=shg/s=gh（其中汞的密度汞13.595g/cm3）代入:1mmHg=13.595980.66510.1=1333.22

7、dym/cm2=133.322N/m2又1atm=760mmHg=101325Pa1atm=760133.322=1.01325dyn/cm2=1.01325105N/m2R=PV/T=0.08206atmlK-1mol-1 =(1.01325106dyn/cm222.414103cm3)/273.15Kmol =8.314107ergsK-1mol-1所以 R=8.314JK-1mol-1R=1.987calK-1mol-1注意：1atml8.314/0.08206=101.3J 1J=0.24cal, 1cal=4.18J, 1J=107ergs（爾格）【板 書】三、理想氣體的特征：1、分

8、子之間無相互作用力；2、分子本身不占有體積。 通常把在任何溫度，任何壓力下均服從理想氣體狀態(tài)方程的氣體稱為理想氣體。12 理想氣體混合物【板 書】一、混合物的組成1、摩爾分?jǐn)?shù)（xB） 2、質(zhì)量分?jǐn)?shù)（B） 3、體積分?jǐn)?shù)（B） 二、理想氣體狀態(tài)方程對理想氣體混合物的應(yīng)用【副 板 書】 道爾頓分壓定律：混合理想氣體的總壓等于各組分的分壓加和?！咎?問】何謂分壓？【板 書】1、分壓：各組分在相同溫度下，單獨存在時所占據(jù)混合氣體總體積的壓力叫分壓，即P總P1 + P 2 + P 3+ Pi =Pi 由分壓定律：P1n1RT/V，P2n2RT/V，PiniRT/V故P總(n1+ n2+ni) RT/V因為

9、n1+ n2+nin總 ，所以 P1/P總n1/n總x1同理可得： Pi/P總xi摩爾分?jǐn)?shù)因此分壓定律數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Pixi P總又因為 PV=nRT所以V=nRT/P= n1RT/P + n2RT/P + niRT/P = V1+V2+Vi即 V總V1 + V 2 + V 3+ Vi 【講 解】進(jìn)而得出分體積的定義【板 書】2、分體積：各組分在相同溫度、相同壓力下，單獨存在時所占據(jù)的體積，即 Vi/V總 = Xi【板 書】例題1 計算0、1atm下甲烷氣體的密度。例題2 用細(xì)管連接體積V相等的兩個玻璃球中放入0、1atm的空氣加以密封，若將其中一個球加熱至100，另一個球仍保持0，求容器中氣

10、體的壓力（細(xì)管的體積可忽略不計）例題3 物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)及壓縮系數(shù)的定義如下：1/V(V/T)P ；=-1/V(V/P)T，試求理想氣體的、和溫度、壓力的關(guān)系。13 氣體的液化及臨界參數(shù)【板 書】一、液體的飽和蒸氣壓【引 言】在一個密閉容器中，當(dāng)溫度一定時，某一物質(zhì)的氣體和液體可達(dá)成一種動態(tài)平衡，即單位時間內(nèi)由氣體分子變?yōu)橐后w分子的數(shù)目與由液體分子變?yōu)闅怏w分子的數(shù)目相同，宏觀上說即氣體的凝結(jié)速度與液體的蒸發(fā)速度相同。把這種狀態(tài)稱為氣液平衡?！景?書】1、飽和蒸氣壓：在一定溫度下，與液體成平衡的飽和蒸氣所具有的壓力稱為飽和蒸氣壓。 2、飽和蒸氣壓的特點： （1）由物質(zhì)的本性所決定的； （2）隨著

11、溫度的升高而增大。 3、正常沸點：外壓為101.325kPa時液體的沸騰溫度。4、臨界參數(shù)：（1）臨界溫度 （2）臨界壓力 （3）臨界摩爾體積 14 真實氣體狀態(tài)方程【板 書】一、范德華方程 (P + a / Vm2) (Vmb) = RT 二、壓縮因子（Z） PV=ZnRT 或 PVm=ZRT 故Z=PV/nRT=PVm/RT Z1時，為理想氣體； Z1時，氣體難于壓縮?！净?燈 片】章末總結(jié)與習(xí)題（見習(xí)題冊）第二章 熱力學(xué)第一定律【本章重點】1、掌握熱力學(xué)基本概念以及熱力學(xué)能、焓的定義； 2、熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用； 3、系統(tǒng)的熱力學(xué)能變、焓變以及過程的熱和體積功的計算?！颈菊码y點】熱力學(xué)

12、基本概念的理解以及熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用【引 言】熱力學(xué)時研究能量相互轉(zhuǎn)換過程中所應(yīng)遵循的規(guī)律的科學(xué)。它研究在各種物理變化和化學(xué)變化中所發(fā)生的能量效應(yīng)；研究在一定條件下，某過程能否自發(fā)進(jìn)行，如能自發(fā)進(jìn)行，進(jìn)行到什么程度為止，這就是變化的方向和限度的問題。 熱力學(xué)主要包括熱力學(xué)第一定律（化學(xué)過程中能量轉(zhuǎn)化的衡算）、熱力學(xué)第二定律（判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向和限度）和熱力學(xué)第三定律，還有一個熱力學(xué)第零定律。本章只介紹熱力學(xué)第一定律，其他的定律以后再作介紹。21 熱力學(xué)基本概念【板 書】一、系統(tǒng)和環(huán)境 1、系統(tǒng)：是所研究的那部分物質(zhì)或空間，即研究的對象； 或?qū)⑺芯康倪@部分物質(zhì)或空間，從其它周圍的物質(zhì)或空

13、間中劃分出來，也稱為體系。 2、環(huán)境：即系統(tǒng)的環(huán)境，是系統(tǒng)以外與之相聯(lián)系的那部分物質(zhì)，又稱為外界。 根據(jù)系統(tǒng)和環(huán)境之間物質(zhì)和能量交換方式的不同，將系統(tǒng)分為： （1）封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)和環(huán)境之間無物質(zhì)交換而有能量交換； （2）隔離系統(tǒng)：系統(tǒng)和環(huán)境之間無物質(zhì)交換也無能量交換； （3）敞開系統(tǒng)：系統(tǒng)和環(huán)境之間有物質(zhì)交換也有能量交換。【講 解】封閉系統(tǒng)是我們最常遇到的系統(tǒng)，是研究的重點。【引 言】下面介紹另外兩個概念【板 書】二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)1、狀態(tài)：是指系統(tǒng)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。2、狀態(tài)性質(zhì)：是指系統(tǒng)狀態(tài)的性質(zhì)，也叫狀態(tài)函數(shù)?！局v 解】如質(zhì)量、體積、溫度、壓力、濃度等以及內(nèi)能、焓、熵等，以后

14、還會學(xué)到熱力學(xué)能、焓、熵、自由能等。當(dāng)所有的狀態(tài)性質(zhì)都不隨時間而發(fā)生變化時，則稱系統(tǒng)處于一定的狀態(tài)。這些性質(zhì)中只要有任意一個發(fā)生了變化，就說系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)發(fā)生了變化?！景?書】按性質(zhì)的數(shù)值是否與物質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，可將其分為兩類： （1）廣度量（容量性質(zhì)）：性質(zhì)與物質(zhì)的數(shù)量稱正比的，有加和性；如質(zhì)量、體積、熱力學(xué)能等； （2）強度量（強度性質(zhì)）：性質(zhì)與物質(zhì)的數(shù)量無關(guān)的，無加和性；如溫度、壓力、密度等。 注意：廣度量與廣度量之比為強度量，廣度量與強度量之積為廣度量?！疽?言】上面所討論的狀態(tài)，指的是平衡狀態(tài)，簡稱平衡態(tài)。所謂平衡態(tài)是指在一定條件下，系統(tǒng)中各個相的宏觀性質(zhì)不隨時間變化，且將系統(tǒng)與環(huán)境

15、隔離，系統(tǒng)的性質(zhì)仍不改變的狀態(tài)。只有當(dāng)系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，每個相的各種性質(zhì)才有確定不變的值。 那么，系統(tǒng)處于平衡態(tài)應(yīng)滿足哪些條件呢？【板 書】3、系統(tǒng)處于平衡態(tài)應(yīng)滿足的條件： （1）系統(tǒng)內(nèi)部處于熱平衡，即系統(tǒng)有單一的溫度； （2）系統(tǒng)內(nèi)部處于力平衡，即系統(tǒng)有單一的壓力； （3）系統(tǒng)內(nèi)部處于相平衡，即系統(tǒng)內(nèi)宏觀上沒有任何一種物質(zhì)從一個相轉(zhuǎn)移到另一個相； （4）系統(tǒng)內(nèi)部處于化學(xué)平衡，即宏觀上系統(tǒng)內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)停止。 總之，當(dāng)系統(tǒng)的溫度、壓力及各個相中各個組分的物質(zhì)的量均不隨時間變化時的狀態(tài)，即為平衡態(tài)。【講 解】幾點說明：系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)只說明系統(tǒng)當(dāng)時所處的狀態(tài)，而不能說明系統(tǒng)以前或以后的狀態(tài)；

16、系統(tǒng)的狀態(tài)性質(zhì)之間不是互相獨立的，而是互相關(guān)聯(lián)的； 定量定組成的封閉系統(tǒng)，兩個狀態(tài)函數(shù)就可以確定體系的狀態(tài)。【引 言】系統(tǒng)的性質(zhì)決定于系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，其一系列性質(zhì)也隨之變化。各性質(zhì)的改變值只取決于系統(tǒng)的變化前、變化后的狀態(tài)（即始態(tài)、終態(tài)），與變化時系統(tǒng)所經(jīng)歷的途徑無關(guān)。那么什么是途徑呢？它與過程有何區(qū)別呢？下面就來介紹一下途徑和過程這兩個概念。【板 書】三、過程和途徑 過程：是系統(tǒng)狀態(tài)所發(fā)生的一切變化。 途徑：是系統(tǒng)由同一始態(tài)到同一終態(tài)的不同方式，或完成某一過程的具體步驟，也稱為途徑，或?qū)崿F(xiàn)某一過程的具體步驟?！局v 解】 如果系統(tǒng)的狀態(tài)是在溫度一定的條件下發(fā)生了變化，可稱為定

17、溫過程；同理還有定壓過程、定容過程以及循環(huán)過程等?！景?書】根據(jù)過程發(fā)生時的條件，可將過程分為： 等溫過程：T1=T2 =Te 且PVK，注意：不要理解為過程中溫度保持不變，而是始態(tài)和終態(tài)的溫度相同。 等壓過程：P1=P2=Pe 且V/TK，若PeK稱為恒外壓過程（注意區(qū)別于恒壓過程）。 等容過程：V1=V2 且P/V=K 即始態(tài)和終態(tài)體積相同。 絕熱過程：系統(tǒng)和環(huán)境之間不存在熱量傳遞即Q=0；若過程進(jìn)行極迅速或瞬間完成均可視為絕熱過程。 循環(huán)過程：系統(tǒng)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列的變化又回到原來的狀態(tài)，其狀態(tài)函數(shù)的改變值為0?！疽?言】下面介紹狀態(tài)函數(shù)和全微分性質(zhì)?！景?書】5、狀態(tài)函數(shù)和全微

18、分性質(zhì) 設(shè)Z=f(T,P)是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，則Z的值只決定于體系的狀態(tài)，體系由A 態(tài)改變到B態(tài)，Z值的改變?yōu)閆ZB-ZA=dZ,若在循環(huán)過程中的變化為dZ0。 Z的全微分形式：dZ（Z/T）PdT+(Z/P)TdP； 狀態(tài)函數(shù)的二階偏導(dǎo)數(shù)與求導(dǎo)的次序無關(guān)，即/P（Z/T）PT =/T（Z/P）TP； 狀態(tài)函數(shù)偏導(dǎo)數(shù)的倒數(shù)關(guān)系：（P/T）V=1/（T/P）V； 狀態(tài)函數(shù)偏導(dǎo)數(shù)的循環(huán)關(guān)系：（P/T）V（T/V）P（V/P）T-1； 已知dZ（Z/T）PdT+(Z/P)TdP，兩端除以dT，V不變的條件下，得：（Z/T）V =（Z/T）P +（Z/P）T（P/T）V 。22 熱力學(xué)第一定律【本節(jié)重點

19、】熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)的理解【本節(jié)難點】熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式及其應(yīng)用【引 言】熱力學(xué)第一定律的本質(zhì)是能量守恒定律。能量不能無中生有，也不能無形消滅。它只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，而且不同形式的能量在相互轉(zhuǎn)化時有著嚴(yán)格的當(dāng)量關(guān)系，這就是著名的熱功當(dāng)量。【板 書】一、功（W） 系統(tǒng)與環(huán)境之間交換的能量有兩種形式：功和熱。 1、功的符號為W，單位為J或kJ； 2、W0時，是環(huán)境對系統(tǒng)作功；W0時，表示系統(tǒng)吸熱；Q0，所以(U/V)T0?！局v 解】上式說明，氣體在定溫條件下，改變體積時，系統(tǒng)的內(nèi)能不變，即內(nèi)能只是溫度的函數(shù)而與體積無關(guān)，即U=f（T）。【板 書】理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，與體

20、積或壓力無關(guān)：U=f（T），實際氣體的內(nèi)能(U/V)T0。【引 言】根據(jù)焓的定義H = U + PV，恒溫下對體積V求偏導(dǎo)數(shù)，可得： （H/V）T =(U/V)T +(PV)/VT對理想氣體來說，由于(U/V)T0，又因為恒溫下PV常數(shù)，故(PV)/VT0，故(H/V)T0。【板 書】二、理想氣體的焓 (H/V)T0，理想氣體的焓也是溫度的函數(shù)，與體積或壓力無關(guān)，即H=f（T）。結(jié)論：理想氣體的定溫過程中，U0，H0?！景?書】三、熱容 系統(tǒng)每升高單位溫度所需要吸收的熱叫熱容，即CQ/dT。(1) 定容熱容(Cv) 定容條件下的熱容稱為定容熱容Cv，即CvQv/dT。若系統(tǒng)只做體積功不做其他功

21、時，定容下系統(tǒng)所吸收的熱等于內(nèi)能的增加，即 QvdU，故 Cv(U/T)V，則 （dU）VCvdT。 (2) 定壓熱容(CP) 定壓條件下的熱容稱為定壓熱容CP，即CPQP/dT。同定容熱容相同，有 QPdH，故 CP(H/T)P，則 （dH）PCPdT?！疽?言】理想氣體的定容熱容與定壓熱容有什么關(guān)系呢?【板 書】(3)定壓熱容與定容熱容的關(guān)系 對理想氣體來說，在定容或定壓過程中，而且在無化學(xué)變化，只做體積功的任意過程中，均有：dUCvdT，dHCPdT。根據(jù)焓的定義 H U + PV,微分可得：dHdU +d（PV）故 CPdTCvdT+nRdT 即 CP Cv+nR CPCvnR若對1摩

22、爾理想氣體，則有CP，mCv,mR其中CP，m稱為摩爾定壓熱容；Cv,m稱為摩爾定容熱容。26 理想氣體的絕熱過程方程式【本節(jié)重點】理解理想氣體的絕熱過程并掌握絕熱過程方程式【本節(jié)難點】絕熱過程方程式的應(yīng)用【導(dǎo) 言】過程的進(jìn)行需要有推動力。傳熱過程的推動力是環(huán)境與系統(tǒng)間的溫差，氣體膨脹壓縮過程的推動力是環(huán)境與系統(tǒng)間的壓力差。若過程的推動力無限小，系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與環(huán)境之間無限接近于平衡狀態(tài)，因而過程進(jìn)行得無限緩慢，當(dāng)系統(tǒng)沿原途徑逆向回到原狀態(tài)時，環(huán)境也恢復(fù)到原狀態(tài)?！景?書】一、可逆過程與不可逆過程1、 可逆過程：系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)與環(huán)境間在一系列無限接近平衡條件下進(jìn)行的過程稱為可逆過程?；颍涸谀尺^

23、程進(jìn)行之后，若系統(tǒng)恢復(fù)原狀的同時，環(huán)境也能恢復(fù)原狀而未留下任何永久性的變化，則該過程稱為可逆過程。2、 不可逆過程：若過程的推動力不是無限小，系統(tǒng)與環(huán)境之間并 非處于平衡狀態(tài)，則該過程為不可逆過程。3、 可逆過程的特征 可逆過程的推動力無限小，其間經(jīng)過一系列平衡態(tài)，過程進(jìn)行得無限緩慢。 可逆過程結(jié)束后，系統(tǒng)若沿原途徑逆向進(jìn)行回復(fù)到原狀態(tài)，則環(huán)境也同時回復(fù)到原狀態(tài)。 可逆過程系統(tǒng)對環(huán)境作最大功，環(huán)境對系統(tǒng)作最小功?！疽?言】為了推導(dǎo)理想氣體的絕熱可逆過程方程式，首先介紹一下什么是絕熱過程。 【板 書】二、絕熱過程 系統(tǒng)既沒有從環(huán)境中吸收熱量也沒有放熱到環(huán)境中去的過程，絕熱過程可以可逆地進(jìn)行，也可

24、以不可逆地進(jìn)行。【副 板 書】定溫過程與絕熱過程的區(qū)別定溫過程:系統(tǒng)溫度恒定，系統(tǒng)與環(huán)境之間有熱量的交換；絕熱過程：系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有熱量交換，所以系統(tǒng)溫度會有變化。【板 書】二、絕熱過程方程式 由于絕熱過程有Q0 故dU =-W，因為任意過程中理想氣體的dU=nCv,mdT 而 WPdV 所以nCv,mdTPdV 又因為 P=nRT/V 于是 nCv,mdT/TnRdV/V 或 Cv,mdT/TRdV/V積分上式得： Cv,mlnT2/T1RlnV2/V1又因為理想氣體的 T2/T1P2V2/P1V1， CP，mCv,mR代入上式得：Cv,mlnP2/P1CP，mln V1/V2 或 P2/

25、P1（V1/V2）CP，m/Cv,m令CP，m/Cv,m， 所以 P1V1P2V2 或 PV常數(shù)同理可證： TV1常數(shù) TP1常數(shù)【板 書】三、絕熱可逆過程功的計算 詳見習(xí)題冊【板 書】四、相變化過程1、 系統(tǒng)內(nèi)性質(zhì)完全相同的均勻部分。2、相變焓：恒溫恒壓下 QP H W = - PV - PV（g） - nRT U =H *(PV) H- nRT3、相變焓與溫度的關(guān)系 Hm（T2）= Hm(T1) + CP,MdT這是由一個溫度下的摩爾相變焓求另一個溫度下摩爾相變焓的公式【幻 燈 片】五、功的計算1、 定溫條件下、氣體向真空自由膨脹：不反抗外壓 即 Pamb = 0 W = 02、恒容過程：

26、 dV = 0 W = 03、恒壓過程： P1 = P2 = Pamb W = - Pamb（V2 V1）= -P2V2 + P1V1 = - nRT2 + nRT1 = nR（T1-T2） 4、恒外壓過程： W = - Pamb（V2 V1） 5、等溫可逆膨脹： W = - nRT lnV2/V1 = nRT lnP2/P1 6、絕熱可逆過程的體積功：W = - PambdV = - PdV = - P1V1r dV/Vr = - P1V1r*V(1-r)/(1- r)= - P1V1r*(1/V2r 1 /(1- r)2-7 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)【本節(jié)重點】 1、對化學(xué)計量數(shù)的理解以及標(biāo)準(zhǔn)摩爾

27、生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的掌握。2、 學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓及標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的計算。3、 節(jié)流膨脹與焦耳湯姆遜效應(yīng)的理解?！颈竟?jié)難點】 1、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓定義的理解2、 掌握節(jié)流膨脹的特點及焦湯系數(shù)。【板 書】一、化學(xué)計量數(shù)將任一化學(xué)反應(yīng)方程式 aA + bB = yY + zZ寫作 0 = - aA - bB + yY + zZ并表示成 0 = VBB 式中 B為化學(xué)反應(yīng)中的分子、原子或離子。VB稱為B的化學(xué)計量數(shù)。反應(yīng)物A，B的化學(xué)計量數(shù)為負(fù)，產(chǎn)物Y，Z的化學(xué)計量數(shù)為正。同一化學(xué)反應(yīng)，方程式寫法不同，則同一物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)不同?！景?/p>

28、 書】二、摩爾反應(yīng)焓1、 反應(yīng)焓 rH是指在一定溫度壓力下，化學(xué)反應(yīng)中生成的產(chǎn)物的焓與反應(yīng)掉的反應(yīng)物的焓之差 rH =H（產(chǎn)物）- H（反應(yīng)物）。2、 摩爾反應(yīng)焓等于參加反應(yīng)各物質(zhì)的偏摩爾焓與其化學(xué)計量數(shù)的乘積之和。注意：使用摩爾反應(yīng)焓時應(yīng)指明化學(xué)反應(yīng)方程式?！景?書】三、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓（rHm） 標(biāo)準(zhǔn)壓力P=100kPa。標(biāo)準(zhǔn)溫度為250C，稱為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)反應(yīng)任一溫度化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓就是在該溫度下各自處在純態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)壓力下的這一過程的摩爾反應(yīng)焓。即標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓為 rHm =BHm（B）【板 書】四、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓及由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓。1、 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓 （fHm）一定溫

29、度下由熱力學(xué)穩(wěn)定單質(zhì)生成化學(xué)計量數(shù) rB = 1 的物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓，稱為物質(zhì)B在該溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。穩(wěn)定態(tài)單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于零。 2、rHm =Bf Hm（B）在一定溫度下化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓，等于同樣溫度下反應(yīng)前后各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓與其化學(xué)計量數(shù)的乘積之和。【板 書】五、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓及由標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓 1、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓（CHm ） 一定溫度下化學(xué)計量數(shù)B = - 1的有機物B與氧氣進(jìn)行完全燃燒反應(yīng)生成規(guī)定的燃燒產(chǎn)物時的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓，稱為物質(zhì)B在該溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓。 2、rHm = - BC Hm（B） 在一定溫度下有機化學(xué)放映的標(biāo)準(zhǔn)摩

30、爾反應(yīng)焓等于同樣溫度下反應(yīng)前后各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓與其化學(xué)計量數(shù)的乘積之和的負(fù)值?！净?燈 片】 焦耳湯姆遜實驗【板 書】六、節(jié)流膨脹過程1、 在絕熱條件下，氣體始末態(tài)壓力分別保持恒定條件下的膨脹過程稱為節(jié)流膨脹過程。2、 熱力學(xué)特點：絕熱恒焓降壓過程。3、 焦耳湯姆遜系數(shù)（節(jié)流膨脹系數(shù)）J-T(T/P)H 單位為K/Pa因為是膨脹過程，所以dP 0當(dāng)J-T 0時，dP0，dT0 表明節(jié)流膨脹后制冷（溫度下降）。當(dāng)J-T 0時，dP0 表明節(jié)流膨脹后制熱（溫度升高）。當(dāng)J-T =0時，dP=0，dT=0 表明節(jié)流膨脹后溫度不變。第三章 熱力學(xué)第二定律【本章重點】 1、掌握熱力學(xué)第二定律，熵的

31、概念以及熵變的計算及其應(yīng)用；2、 理解亥姆霍茲函數(shù)，吉布斯函數(shù)及其計算的掌握；3、 正確應(yīng)用判據(jù)和克勞修斯-克拉佩龍方程；4、 理解熱力學(xué)基本方程及其應(yīng)用?！颈菊码y點】 1、利用熵、亥姆霍茲、吉布斯判據(jù)判斷過程的方向 2、 熱力學(xué)基本方程及其應(yīng)用【導(dǎo) 言】 熱力學(xué)第一定律反映了過程的能量守衡問題，那么對于一個化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能向哪個方向進(jìn)行，能否自動進(jìn)行。第一定律是不能解決的。第二定律解決的就是過程的方向和限度問題。 3-1 熱力學(xué)第二定律【引 言】要想對熱力學(xué)第二定律理解得更加透徹，首先應(yīng)該明白這樣一個過程?！景?書】一、自發(fā)過程 1、自發(fā)過程：在自然條件下，能夠發(fā)生的過程。【講 解】所

32、謂自然條件，是指不需要認(rèn)為加入功的條件，即認(rèn)為地加入壓縮功或電功等非體積功。 例如（1）高溫物體向低溫物體的傳熱過程。 （2）高壓氣體向低壓氣體的擴(kuò)散過程。 （3）溶質(zhì)自高濃度向低濃度的擴(kuò)散過程。 （4）鋅與硫酸銅溶液的化學(xué)反應(yīng)。 從以上四個例子可以看出，在自然條件下，從某一狀態(tài)到另一狀態(tài)能否自發(fā)進(jìn)行是有方向的?！景?書】2、自發(fā)過程逆向進(jìn)行必須消耗功 雖然在自然條件下自發(fā)過程的逆向過程不能自發(fā)進(jìn)行，但并不能說，在其它條件下逆向過程也不能進(jìn)行。如果對系統(tǒng)作功，就可以使自發(fā)過程的逆向過程能夠進(jìn)行。【引 言】由此也可以得出自發(fā)過程的共同特征【板 書】3、自發(fā)過程的共同特征不可逆性【引 言】通過以上

33、幾個實例的分析，我們可知，要想使熱從低溫物體傳到高溫物體，環(huán)境要付出代價。如用冷凍機實現(xiàn)這一過程時，環(huán)境要對系統(tǒng)作功，而相當(dāng)于這部分功的能量必然以熱的形式傳到環(huán)境。總的結(jié)果是環(huán)境作出了功而同時得到了熱。同樣，可以從單一熱源吸熱作功，如氣體恒溫膨脹，其后果是氣體體積增大。如果使氣體恢復(fù)到原來狀態(tài)，必然要壓縮。這時環(huán)境要對系統(tǒng)作功并得到系統(tǒng)放出的熱。因此，無法既將單一熱源的熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，又不產(chǎn)生其它影響?！景?書】二、熱力學(xué)第二定律 （1）克勞修斯說：“不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其它影響?！?（2）開爾文說：“不可能從單一熱源吸取熱量使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其它影響。” （3）說明“第

34、二類永動機是不可能造成的。”【講 解】熱力學(xué)第二定律的每一種說法都是等效的，違反一種必違反另一種。有幾點說明： （1）不是說在熱力學(xué)過程中熱不可能變?yōu)楣?，也不是熱一定不能全部轉(zhuǎn)化為功，此處強調(diào)的是：不可能在熱全部轉(zhuǎn)化為功的同時，不引起任何其它變化。例如理想氣體等溫膨脹時，T=0，U=0W=Q熱全部轉(zhuǎn)化為功，但系統(tǒng)的體積變大了，壓力變小了。（2）這樣，一切自發(fā)過程的方向問題最終可歸結(jié)為“熱不能全部變?yōu)楣Χ灰鹑魏纹渌兓钡膯栴}。亦可歸結(jié)為“第二類永動機不可能造成”的問題，那么也可以根據(jù)“第二類永動機不可能造成”這一結(jié)論來判斷一指定過程的方向。3-2 卡諾循環(huán)和卡諾定理【本節(jié)重點】了解卡諾循環(huán)

35、過程并掌握卡諾定理【本節(jié)難點】掌握卡諾定理【導(dǎo) 言】熱功轉(zhuǎn)換過程的方向和限度問題是隨著蒸氣機的發(fā)明和改造而提出來的。什么是熱機呢？把通過工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰幔虻蜏責(zé)嵩捶艧岵Νh(huán)境作功的循環(huán)操作的機器叫熱機。當(dāng)熱機工作時，從高溫?zé)嵩次樟藷崃?，將其中的一部分轉(zhuǎn)化為功，其余部分則傳入了低溫?zé)嵩?。隨著熱機的改進(jìn)，熱轉(zhuǎn)化為功的效率有所增加。人們要問：當(dāng)熱機改進(jìn)得十分完美，成為一個理想熱機時，熱能不能全部轉(zhuǎn)化為功呢？如果不能，在一定條件下，最多可有多大比例的熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ?824年，法國工程師卡諾設(shè)計了一種在兩個熱源間工作的理想熱機，這種熱機工作時由兩個定溫可逆過程和兩個絕熱可逆過程組成一循環(huán)過程，這種循

36、環(huán)過程稱為“卡諾循環(huán)”?！景?書】一、卡諾循環(huán) 1mol理想氣體 為工作物質(zhì) 卡諾循環(huán) 卡諾熱機過程1 保持T2定溫可逆膨脹。U0，故Q2W1RT2lnV2/V1；過程2 絕熱可逆膨脹。Q0，故W2 =UCv（T1-T2）；過程3 保持T1定溫可逆壓縮。U0，故Q1W3RT1lnV4/V3；過程4 絕熱可逆壓縮。Q0，故W4 =UCv（T2-T1）。【講 解】這四個可逆過程所構(gòu)成的循環(huán)結(jié)果是什么呢？理想氣體回復(fù)了原狀，沒有任何變化；高溫?zé)嵩碩2由于過程1損失了熱Q2，低溫?zé)嵩碩1由于過程3得到了Q1；經(jīng)過一次循環(huán)系統(tǒng)所做的總功W是四個過程功的總和，表示為四邊形ABCD的面積?！景?書】二、熱機

37、效率 從高溫?zé)嵩慈〕龅臒酫2轉(zhuǎn)化為功的比例，稱為“熱機效率”，用符號表示，即W/Q2 WW1 + W2 + W3 + W4 RT2lnV2/V1Cv（T1-T2）+ RT1lnV4/V3Cv（T2-T1） RT2lnV2/V1+ RT1lnV4/V3由于過程2和4都是理想氣體的絕熱過程，因此有T2V21T1V31，T2V11T1V41，將兩式相比得：V2/V1V3/V4故WR（T2-T1）lnV2/V1因此 W/Q2R（T2-T1）lnV2/V1/ RT2lnV2/V1（T2-T1）/ T2【講 解】由此可見，卡諾熱機的效率與兩個熱源的溫度有關(guān)，高溫?zé)嵩碩2越高，低溫?zé)嵩吹腡1越低，則熱機的效

38、率就越大?！景?書】卡諾循環(huán)所做的總功W應(yīng)等于系統(tǒng)總的熱效應(yīng)，即WQ1 + Q2故 W/Q2（Q1+Q2）/ Q2（T2-T1）/ T2所以 1+Q1/Q21+ T1/T2 即Q1/T1 + Q2/T20兩個熱源的“熱溫商”（ Q1/T1 + Q2/T2）之和等于零?！疽?言】由此，可總結(jié)出卡諾定理的內(nèi)容?！景?書】三、卡諾定理1、 在兩個不同溫度的熱源之間工作的任意熱機，以卡諾熱機的效率為最大。否則將違背熱力學(xué)第二定律。2、 卡諾熱機的效率只與兩個熱源的溫度有關(guān)，而與工作物質(zhì)無關(guān)。否則也將違背熱力學(xué)第二定律。推論：1、所有工作于同溫?zé)嵩矗c同溫冷源的可逆機，其熱機效率都相等；3、 任何熱機I

39、的效率不可能比卡諾熱機的效率高。3-3 熵和熵判據(jù)【本節(jié)重點】理解熵的概念并掌握熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式【本節(jié)難點】熵的概念的理解【板 書】一、可逆過程的熱溫商及熵函數(shù)的引出【導(dǎo) 言】前已述及，在卡諾循環(huán)中，兩個熱源的熱溫商之和等于零，即Q1/T1 + Q2/T2Qi/Ti = 0【副 板 書】任意無數(shù)等溫線和任意無數(shù)絕熱線可看成由許多小的卡諾循環(huán)組成【板 書】Q1/T1+Q2/T2+Q2/T2+Qi/Ti0因此在任意可逆循環(huán)中有 Qi/Ti0 或 Qr/T0若將任意可逆循環(huán)過程ABA看作是由兩個可逆過程和所構(gòu)成，則Qr/T （Qr/T）+（Qr/T）0即（Qr/T） = -（Qr/T） = （Qr/T）【講 解】上式表示從A到B沿途徑的積分和沿途徑的積分相等，說