《物理化学》电子教案Word格式文档下载.doc

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3物理化学的建立与发展

4近代物理化学的发展趋势

5、物理化学课程的学习方法

过

程

教师授课思路、设问及讲解要点

1、物理化学¾

从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。

在实验方法上主要采用物理学中的方法。

2、目的¾

物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。

3、研究内容：

（1）化学变化的方向和限度问题

（2）化学反应的速率和机理问题

（3）物质的性质与其结构之间的关系问题

4、物理化学的研究方法，5、物理化学的研究方法

6、物理化学的建立与发展，7、近代物理化学的发展趋势和特点

8、物理化学课程的学习方法

后

记

在本节的学习中，通过大量的事例，使得同学们了解物理化学在理论和实践中的重要地位；

从宏观上了解了物理化学的基本内容，及其发展趋势。

第一章热力学第一定律及其应用

1.1第一节热力学概论

1、了解热力学的研究对象

2、热力学方法的特征和其局限性

3、掌握一些基本概念，比如说体系和环境、体系的分类、状态函数等等

1、热力学的研究对象2、热力学方法的特征和局限性

3、掌握物理化学中常见的基本概念

主要采用多媒体教学和板书相结合的教学方法

1、状态函数和过程量的区别

2、体积功的计算

通过具体实例、辅导答疑以及课堂讨论使同学们突破难点

热力学的研究对象2、热力学的方法和局限性3、几个基本概念

热力学的研究对象

（1）研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律

（2）研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应

（3）研究化学变化的方向和限度

热力学的方法和局限性

特征：

（1）研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。

（2）只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理

（3）能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。

局限性：

不知道反应的机理、速率和微观性质，只讲可能性，不讲现实性。

几个基本概念：

（1）体系与环境

（2）体系的分类（3）体系的性质（4）热力学平衡态

（5）状态函数（6）状态方程（7）热和功

通过1个课时的讲解，同学们能够熟练掌握以下内容：

1、热力学的研究对象

2、热力学方法的特征和局限性

1.2热力学第一定律

1.3准静态过程和可逆过程

2

1、明确热力学第一定律的文字表述和数学表达式

2、掌握不同过程体积功的计算

3、明确准静态过程和可逆过程的含义

1、热力学第一定律的文字表述和数学表达式

2、不同过程体积功的计算

3、掌握可逆过程的具体含义

1、不同过程功的计算

2、可逆过程的含义

1、热功当量2、能量守恒定律3、热力学能

4、第一定律的文字表述5、第一定律的数学表达式

6、功与过程7、准静态过程8、可逆过程

1、热功当量2、能量守恒定律

3、热力学能4、第一定律的文字表述

是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。

也可以表述为：

第一类永动机是不可能制成的。

5、第一定律的数学表达式DU=Q–W对微小变化：

dU=dQ-dW

适用范围：

适用于宏观静止且无外力场作用的封闭体系的任意过程

6、功与过程（以理想气体的等温膨胀为例）

1）自由膨胀（freeexpansion）

2）等外压膨胀（pe保持不变）

3）多次等外压膨胀

4）外压比内压小一个无穷小的值

7、准静态过程

8可逆过程

体系经过某一过程从状态

（1）变到状态

（2）之后，如果能使体系和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程。

否则为不可逆过程。

通过2个课时的讲解的，同学们能够熟练掌握以下内容：

1、热力学第一定律的文字表述和数学表达式

2、不同过程体积功的计算

3、准静态过程和可逆过程的含义

1.4焓1.5热容

1、掌握焓的定义及在特殊条件下的物理含义

2、掌握等压热容、等容热容、等压摩尔热容、等容摩尔热容等基本概念

1、焓的定义及在特殊条件下的物理含义（即用什么宏观可测量来衡量含的变化值以及适用的条件是什么）

焓的物理含义

公式的适用范围？

1、焓的引入2、焓的定义式3、为什么要定义焓？

4、焓是状态函数5、焓不是能量 6、平均热容

7、比热容8、等压热容9、等容热容

8、等压摩尔热容、等容摩尔热容及他们与温度的关系

1、焓的引入：

热力学第一定律在一定条件下推导得到的结果

2、焓的定义式H=U+pV

该公式适用于任意封闭系统的平衡状态。

3、为什么要定义焓？

为了使用方便，因为在等压、不作非膨胀功的条件下，焓变等于等压热效应Qp。

Qp容易测定，从而可求其它热力学函数的变化值。

4、焓是状态函数定义式中焓由状态函数组成。

5、焓不是能量 虽然具有能量的单位，但不遵守能量守恒定律。

6、平均热容

7、比热容

8、等压热容

9、等容热容

10、等压摩尔热容、等容摩尔热容及他们与温度的关系

通过1个课时的讲解的，同学们能够熟练掌握以下内容：

1.6热力学第一定律对理想气体的应用

1、明确理想气体的内能和焓仅仅是温度的函数

2、理想气体的Cp与CV之差

3、掌握绝热过程的功和过程方程式

4、理想气体的卡诺循环

1、掌握盖·

吕萨克—焦耳实验

2、理想气体的Cp与Cv之差

3、掌握绝热过程的功和过程方程式（注意其适用范围）

4、掌握热机效率（可逆机和不可逆机）的计算公式

1、理想气体的内能和焓仅仅是温度的函数

2、绝热过程过程方程式的推导和功的计算

3、可逆热机和不可逆热机效率计算

1、盖·

3、绝热过程

4、卡诺循环

注意过程中应分析盖·

吕萨克—焦耳实验的不准确之处，

尽管如此，但是实验证明，气体原来的压力越小，越正确。

因此，可以断定当P=0时，完全正确同理可证：

2、理想气体的Cp与Cv之差

（1）气体的Cp恒大于Cv，解释为什么？

（2）对于理想气体：

1）讲明热力学第一定律在绝热过程中的变化形式，推得绝热压缩，使体系温度升高，而绝热膨胀，可获得低温。

2）讲明绝热过程方程式的推导过程

3）注意讲明绝热过程体积功的计算

4）注意将理想气体的绝热可逆过程、绝热不可逆过程和等温过程进行比较

1.7实际气体

掌握节流过程、焦耳-汤姆逊系数的定义及等焓线、转化温度等基本概念

1、掌握焦耳-盖·

吕萨克实验

2、焦-汤系数的定义

3、转化温度

4、等焓线

主要采用多媒体教学

1、掌握节流过程是个不可逆的绝热的等焓过程

2、等焓线的绘制

3、从理论上探讨焦-汤系数的影响因素，

1、节流过程2、焦-汤系数的定义

3、转化温度4、等焓线5、转化曲线

6、从理论上探讨焦-汤系数的影响因素

1、节流过程

了解节流过程的操作过程，明确截流过程是一个绝热、不可逆的等焓过程。

使人们对实际气体的U和H的性质有所了解，并且在获得低温和气体液化工业中有重要应用。

讲明焦-汤系数是体系的强度性质，其取值的正、负或者零将决定气体膨胀后，温度是升高、降低还是不变。

焦-汤系数为0的那一个温度即为转化温度，每一种气体都有自己的转化温度

掌握等焓线的试验测定过程以及如何再P,T图上划出

5、转化曲线

讲明转化曲线的绘制以及如何确定制冷区（液体能够液化的区域）

6、从理论上探讨焦-汤系数的影响因素，

7、有关绘制实际气体的pV-p等温线，求解实际气体焓及内能的变化，教师可给出思路，稍稍讲解，留作学生自学。

1.8热化学

1.9赫斯定律（Hess’slaw）

1、掌握反应进度ξ的定义

2、熟悉热化学反应方程式的含义及书写

3、等压热效应与等容热效应的含义及相互关系

1、反应进度的定义及其基本含义

2、等压热效应与等容热效应之间的相互关系

主要采用多媒体和板书相结合的教学方式

等压热效应与等容热效应之间的相互关系以及由此关系推得的化学反应的焓变与内能的变化关系。

1、反应进度2、等压、等容热效应3、热化学方程式

4、标准态5、赫斯定律（Hess’slaw）

1、反应进度（extentofreaction）

主要讲述两个问题：

（1）反应进度的定义？

（2）为什么引入反应进度或者说反应进度的优势？

2、等压、等容热效应

反应热效应当体系发生反应之后，使产物的温度回到反应前始态时的温度，体系放出或吸收的热量，称为该反应的热效应。

主要分为两类：

等压、等容热效应

3、热化学方程式

表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。

4、标准态

注意：

由于对于温度没有规定，因此，每个T都存在

一个标准态。

一般298.15K时的标准态数据有表可查。

1.9赫斯定律（Hess’slaw）

内容及应用，并可以用热力学第一定律进行解释

1、反应进度ξ的定义

2、热化学反应方程式的含义及书写

1.10几种热效应

1.11 基尔霍夫定律

1.13 热力学第一定律的微观说明

1、熟练掌握生成焓、燃烧焓的概念并用之计算化学反应热

2、掌握反应热与温度的关系—基尔霍夫定律。

3、了解能量均分原理

1、生成焓、燃烧焓的概念

2、化学反应热的计算

3、反应热与温度的关系—基尔霍夫定律。

1、化合物的生成焓2、燃烧焓3、基尔霍夫定律

4、运动自由度5、单原子分子的平动能

6、能量均分原理

1、化合物的生成焓

（1）标准摩尔生成焓（standardmolarenthalpyofformation）

生成焓仅是个相对值，相对于稳定单质的焓值等于零。

（2）利用各物质的摩尔生成焓求化学反应焓变

2、燃烧焓

（1）标准摩尔燃烧焓（Standardmolarenthalpyofcombustion）：

在标准压力下，反应温度时，1mol物质B完全氧化成相同温度的指定产物时的焓变称为标准摩尔燃烧焓（Standardmolarenthalpyofcombustion）

（2）利用燃烧焓求化学反应的焓变

（3）利用燃烧焓求生成焓

3、基尔霍夫定律

我们从两个角度去讨论这个问题：

（1）反应始终态确定，无论经过怎样的途径，焓变值相同。

（2）从热容的定义进行讨论。

4、运动自由度

5、单原子分子的平动能

通过2个课时的讲解的，同学们能够掌握以下内容：

第二章热力学第二定律

2.1自发变化的共同特征

2.2热力学第二定律

2．3 卡诺定理

2.4熵的概念

1、掌握自发变化的共同特征

2、掌握第二定律的克劳修斯和开尔文的说法

3、掌握卡诺定理及其推论

4、掌握熵的引出及其基本含义

1、自发变化的共同特征

2、第二定律的克劳修斯和开尔文的说法并注意其前提

3、卡诺定理及其推论

4、熵的引出及其基本含义

1、第二定律的克劳修斯和开尔文的说法并注意其前提

2、卡诺定理及其推论

3、熵的引出及其基本含义

结合例题重点讲解、课堂讨论、答疑

2、热力学第二定律（TheSecondLawofThermodynamics）

3、卡诺定理4、熵的引出及其基本含义

（1）自发变化某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。

（2）自发变化的共同特征

自发变化是热力学的不可逆过程

2、热力学第二定律

克劳修斯（Clausius）的说法：

“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化。

”

开尔文（Kelvin）的说法：

“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它的变化。

”后来被奥斯特瓦德（Ostward）表述为：

“第二类永动机是不可能造成的”。

3、卡诺定理

（1）卡诺定理

（2）由卡诺定理得到的推论

4、熵的概念

（1）从卡诺循环得到的结论

（2）任意可逆循环的热温商

（3）任意可逆过程的热温商（4）熵的定义

4、掌握熵的是如何引出的及其基本含义

2.5Clausius不等式与熵增加原理

2．6熵变的计算

1、掌握Clausius不等式与熵增加原理、

2、能够判断变化的方向性问题

3、各种过程熵变的计算。

1、Clausius不等式与熵增加原理

2、熵变的计算

（1）Clausius不等式

（2）熵增加原理

（3）Clausius不等式的意义

（4）对熵函数的总结

（1）等温过程的熵变

（2）变温过程的熵变

（3）环境的熵变

（4）T～S图及其应用

2.8亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能

2.9变化的方向和平衡条件

2.10DG的计算示例

1、明确吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能的物理意义，

2、如何在一定条件下利用吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能的变化值来判断变化的方向和进度

3、熟练掌握吉布斯自由能变化值的计算

1、吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能的定义式及其含义

2、如何判断变化的方向和平衡条件

2、DG的计算

1、亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能

2、变化的方向和平衡条件

3、DG的计算示例

（1）为什么要定义新函数

（2）亥姆霍兹自由能

（3）吉布斯自由能

（1）熵判据

（2）亥姆霍兹自由能判据

（3）吉布斯自由能判据

3、DG的计算示例

（1）等温物理变化中的DG

（2）等温化学变化中的DG

2、熟练计算DG

2．11几个热力学函数间的关系

1、掌握热力学基本关系式

2、掌握吉布斯—亥姆霍兹公式及其应用

1、四个基本公式

2、Maxwell关系式

3、吉布斯-亥姆霍兹方程式

1、几个函数的定义式2、函数间关系的图示式

3