1、俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。
2、1887年德国科学家W.Ostwald(奥斯特瓦尔德)(1853~1932)开设物理化学讲座,并和荷兰科学家J.H.van’t Hoff (范特霍夫)(1852~1911)合办了第一本“物理化学杂志”(德文)。标志着物理化学学科的正式建立。
3、物理化学三剑客:范特霍夫 (1901年获诺贝尔奖)奥斯特瓦尔德 (1903)阿累尼乌斯 (1909)
4、根据系统与环境之间的物质和能量交换的不同,可将体系分为下面三种:(1)敝开系统:既有物质的交换又有能量的传递。(2)密闭系统:又称封闭系统,只有能量传递,没有物质交换。(3 )隔绝系统:又称孤立体系。既无物质交换又无能量交换。
5、状态函数共同性质:(1)体系的状态一定,状态函数有确定值。(2)状态函数的改变量只取决于体系的始态和终态,而与变化过程无关。若Z代表体系的状态函数,体系由A态,改变到B态。则△Z = Zb –Za (3)对于循环过程,状态函数的改变量为零。
6、系统的性质:系统的温度、压力、体积、密度…都是系统的热力学性质,简称性质,它们都是宏观量,并且可以改变。分类:(1) 广度性质(或容量性质):其数值大小与体系中所含物质的量成正比的性质,它们具有加和性,如V、m、u、s等。(2) 强度性质:其数值大小与体系中物质的量无关,不具有加和性 。例如:T、P、ρ、η等。 7、热力学平衡:当体系的性质不随时间而改变,此时体系就处于热力学的平衡态。
8、真正的热力学平衡态应当同时包括以下四个平衡关系:(1)热平衡:体系各部分的温度应相等。(等于T环)(2)机械平衡:体系各部分之间在没有刚性壁存在的情况下,体系各部分的压力相等。 (P)(3 )化学平衡:当体系各物质之间发生化学反应时,达到平衡后,体系的组成不随时间而改变(4)相平衡:体系各相的组成和数量不随时间而改变。
9、热:体系与环境间因温度不同而传递的能量。是一种能量传递形式。体系吸热Q > 0,体系放热Q < 0 。热量总是从高温物体传至低温物体,当体系与环境温度相等时,达热平衡,没有热量的传递。热量传递的途径有三条:热传导、对流换热、热辐射
10、 功:除热以外,体系与环境间所传递的能量。体系对环境作功为W>0,环境对体系作功 W <0 。注意:功和热都不是体系的性质,它们只是在体系发生变化过程中与环境交换能量时才出现,所以功和热都不是状态函数,其微小变量用δW、δQ表示。热和功的数值大小与状态变化所经历的途径有关,过程不同,功和热的数值也不同。 11、热力学第一定律:是人类长期实践经验的总结,虽然说法很多,本质都是能量守恒。即:能量可从一种形式转变为另一种形式,它既不能凭空产生,也不能自行消失。热力学第一定律的几种说法:(1) 第一类永动机不可能造成。(2) 孤立体系中,能量可以转化,但总值不变。(3) 内能是状态的单值函数。热力学第一定律的数学表达式:ΔU = Q + W ΔU:体系内能变化;Q:热;W:功。 12、设系统为理想气体,完成下列过程有多种不同途径:(n , p1 , V1 , T ) (n , p2 ,V2 , T ) (1)自由膨胀,即气体向真空膨胀 。P外=0,则W=0。(2)恒外压膨胀(P外保持不变)W=-P(V2-V1) (3)可逆过程,所作的功最大 w=nRTln(V1/V2)=nRTln(P2/P1)
13、理想气体的热力学能和焓只是温度的函数,与体积和压力无关。对理想气体的定温过程来讲:△U=0; △H=0 14、理想气体的热容:(1)理想气体: Cp-CV = nR ;Cp, m-CV, m=R (2)单原子理想气体: CV , m=3/2R ; Cp , m=5/2R (3)双原子理想气体: CV , m=5/2R ;Cp , (5)凝聚态: Cp , m≈CV ,
15、Qp,m 与 QV,m的关系: Qp,m = QV,m + P △V = QV,m + ∑υB(g) RT 或 △ Hm= △Um+ ∑υB(g) RT 。∑υB(g) 表示产物与反应物中气态物质的化学计量系数之和 16、盖斯定律: 化学反应不管是一步完成,还是分几步完成,该反应的热效应相同。也就是反应热效应只与起始状态和终了状态有关,而与变化途径无关。
17、最稳定单质的生成焓为零。稳定燃烧产物及助燃物质氧气的标准燃烧焓为零。
18、自发过程的共同特征:不可逆性.一切实际过程都是热力学不可逆过程
19、卡诺循环:恒温可逆膨胀、绝热可逆膨胀、恒温可逆压缩、绝热可逆压缩。 卡诺原理:所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机,其效率都不能超过可逆热机,即可逆热机的效率最大。卡诺原理推论:所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机,其热机效率都相等,即卡诺热机的效率只与两热源的温度有关,与热机的工作物质无关。Carnot 可逆循环的热温商之和等于零,而不可逆循环的热温商之和小与零。
20、熵:是系统混乱度的度量。系统的混乱度越低,有序性越高,则熵值越低。对同一种物质来讲, 熵值:固态<液态<气态。随温度的降低,系统的熵值大幅度降低。 21、熵增原理:在绝热条件下,系统发生不可逆过程,其熵增加。或者说在绝热条件下,不可能发生熵减少的过程。
22、可逆相变:在定温定压下两相平衡时发生的相变过程。△S= Qr/T =△H/T= =n△Hm/T两种情况:⑴正常相变点的相变: ⑵温度T时在饱和蒸汽压下的相变。
23、热力学第三定律:在绝对零度(0K)时任何纯物质的完美晶体的熵等于零。
△AT,V ≤ 0 (< 自发,= 平衡,>非自发)亥姆霍兹函数判据。在定温定容且非体积功为零的条件下,亥姆霍兹函数减少的过程能够自动进行,亥姆霍兹函数不变时处于平衡态,不可能发生亥姆霍兹函数增大的过程。 25、吉布斯函数:定温定压及不作其他功过程:G = U+PV-TS=H –TS 。 △GT,p ≤ 0 ( < 自发,= 平衡,>非自发)吉布斯函数判据。在恒温恒压且非体积功为零的条件下,吉布斯函数减少的过程能够自动进行,吉布斯函数不变时处于平衡态,不可能发生吉布斯函数增大的过程。
26、等温过程中的△A、△G的计算:(1)简单状态变化的= nRT ln(p2 /p1) = –nRT ln(V2 /V1) 两者相等。或者用定义式:△AT = △U-T?S= -T△S;△GT = △H-T△S = -T△S(2)相变过程△G的计算,定温定压可逆相变, △G=0。两种情况:⑴正常相变点的相变; ⑵温度T时在饱和蒸汽压下的相变。(3)化学反应△G的计算△rG?m = △?rH?m – T△rS?m
27、偏摩尔量:只有广度性质才有偏摩尔量,而偏摩尔量是强度性质。任何偏摩尔量都是T,p和组成的函数。注意理解:不是任意热力学函数对nB的偏微商都称作化学势,要注意下角条件,只有用吉布斯能表示的化学势才是偏摩尔量。
28、多相平衡:自发变化的方向是物质B从化学势大的相向化学势较小的相转移,直到物质B在两相中的化学势相等为止。多组分多相系统平衡条件是除系统中各相温度、压力相等外,任意组分B在各相中的化学势必须相等。 29、化学平衡:自发地由化学势高的一方向化学势低的一方进行。
31、拉乌尔定律:一定温度时,溶液中溶剂的蒸汽压 与溶剂在溶液中的物质量分数 成正比,其比例系数为纯溶剂在该温度下的蒸汽压
32、理想溶液定义:在一定的温度和压力下,溶液中任意一种物质在任意浓度范围内都遵守拉乌尔定律,这种溶液称为理想溶液。理想液态混合物的混合性质:△V = 0、△H = 0△G<0 、 △S>0
33、亨利定律:(1803年)在一定温度和平衡状态下,稀分数成正比。溶液浓度愈稀,对亨利定律符合得愈好。 34、理想稀溶液:两种挥发性物质组成一溶液,在一定的温度和压力下,在一定的浓度范围内,溶剂遵守拉乌尔定律,溶质遵守亨利定律的溶液。
35、不挥发性溶质稀溶液的依数性:指定溶剂的类型和数量后,这些性质只取决于所含溶质粒子的数目,而与溶质
的本性无关。(1)蒸气压下降(2)凝固点降低(3)沸点升高(4)渗透压
36、 γ称为物质i的活度系数,表明实际溶液与理想溶液的偏差程度.
37、△fGm?(最稳定单质) = 0令任意温度下,处于标准态时,各种最稳定单质的生成 吉布斯自由能为零。
38、Kθ称为热力学平衡常数,它仅是温度的函数,在数值上等于平衡时的压力商,是无量纲的量。因为它与标准摩尔反应吉布斯函数有关,所以又称为标准平衡常数。 39、平衡常数的应用:(1).一般情况下,可以根据Kθ值的大小,判断出反应进行的程度。(2)反应前后分子数无变化的反应(3)对于任意同时平衡的反应,其平衡常数的关系。 40、压力:若Δv> 0,压力P增大将使Kx减小,即平衡向反应物方向移动。若Δv < 0,压力P增大将使Kx增大,即平衡向产物方向移动。若Δv= 0,压力P的改变对平衡无影响。总之,增加压力,反应总是向生成气体体积减小即气体分子数减少的方向进行;减小压力,反应向气体分子数增加的方向进行。
41、惰性气体:若Δv> 0,惰性气体存在使?n 增大,使得Kn增大,即平衡向产物方向移动,提高了产品的转化率(工业上常用)。若ΔvB < 0,惰性气体存在使?n 增大,使得Kn减小,即平衡向反应物方向移动。若ΔvB = 0,Kn不反应总是向生成气体体积增大即气体分子数增加的方向移动。
42、相:系统中,物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面。系统中相的总数称为相数,用 P 表示。气体不论有多少种气体混合,只有一个气相。液体按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。固体一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀,仍是两个相(固体溶液除外,它是单相)。
43、物种数(S):系统中所含化学物质的种类数。不同聚集状态的同一种化学物质只能算一个物种。
的最少独立物种数。如果系统中各物质之间不发生化学反应时,K=S;如果系统中各物质之间发生化学反应时,K<S. 45、K=S-R-R’。R——独立的化学反应平衡数;系统中如果其中一个反应可由其他反应组合得到,则不是独立的。R’——独立的浓度限制条件数。
46、自由度(f):在不引起旧相消失和新相形成的前提下,在一定范围内可独立变动的强度性质。 这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。
47、单组分系统:水保持液态(单相)可在一定的温度、压力范围内任意变化,f=2;而气液平衡(两相)时压力一定温度必一定,仅有一个可变,f=1;当气液固(三相)平衡时,温度和压力均为一定值,不能变化,f=0。
48、双组分系统:如盐水系统,影响相态的有温度T、压力p和盐的量x。当保持一液相时,T、p、x 均可一定范围内改变,故 f=3;当保持盐水溶液+盐固体两相时,压力一定,组成(溶解度)仅是温度的关系,压力变,溶解度也变,说明可以改变的变量为2个,f=2。多组分系统:直接49、相律是在平衡系统中,联系系统内相数、组分数、自由度数及影响物质性质的外界因素(如温度、压力、重力场、磁场等)之间关系的规律。 公式:f=K-φ+n ,φ表示相数,n表示外界因素。相律仅适用于相平衡系统,不使用于非平衡体系。相律是各种相平衡体系都必须遵守的规律。相律是相图的理论基础,可利用它来分析和解释具体问题。
50、相图:体系的相、自由度随温度、压力等的变化规律在状态空间中的描述。
51、水的相图:(1)三个单相区 : 在气、液、固三个单相区内,P=1,f=1.温度和压力独立地有限度地变化不会引起相的改变。(2)三条两相平衡线:压力与温度只能改变一个,指定了压力,则温度由体系自定。P=2、f=1。TB 是气-液两相平衡线,即水的蒸气压曲线。它不能任意延长,终止于临界点。这时气-液界面消失。高于临界温度,不能用加压的方法使气体液化。TA是气-固两相平衡线,
24、亥姆霍兹函数:定温定容及不作其他功过程:A= U –TS 变,平衡不变。总之,增加惰性气体,相当于减小压力,
定温过程 △AT = –nRT ln(V2 /V1) = nRT ln(p2 /p1);△GT 44、组分数(K):用来确定相平衡系统中各相组成所需
30、γ为逸度系数,数值与气体的特性,温度及压力有关。 分析f 比较麻烦。必须引进规律计算。
m=7/2R (4)多原子理想气体: CV , m=3R ;Cp , m=4R 溶液中挥发性溶质的平衡分压与溶质在溶液中的物质的量
即冰的升华曲线,理论上可延长至0 K附近。TC是液-固两相平衡线,当C点延长至压力大于2*108Pa时,相图变得复杂,有不同结构的冰生成。TD 是TB的延长线,是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。过冷水处于不稳定状态,一旦有凝聚中心出现,就立即全部变成冰。(3)三相点:气-液-固三相共存的点,p=3 、f=0.三相点的温度和压力皆由体系自定。
52、超临界萃取在食品方面的应用:传统的食用油提取方法是乙烷萃取法,但此法生产的食用油所含溶剂的量难以满足食品管理法的规定,美国采用超临界co2萃取法(SCFE)提取豆油获得成功,产品质量大幅度提高,且无污染问题。目前,已经可以用超临界二氧化碳从葵花籽、红花籽、花生、小麦胚芽、棕榈、可可豆中提取油脂,且提出的油脂中含中性脂质,磷含量低,着色度低,无臭味。这种方法比传统的压榨法的回收率高,而且不存在溶剂法的溶剂分离问题。专家们认为这种方法可以使油脂提取工艺发生革命性的改进。 去除咖啡中含有的咖啡因 53、完全互溶双液系统:在单相区物系点与相点合二为一;在两相共存区物系点与相点是分开的。真正代表系统状态的是两个相点。
54、蒸馏(或精馏)的基本原理:杠杆规则 n(l) OM = n(g) ON 当组成以物质的量分数表示时,两相的物质的量与物系点到两个相点的线段的长度成反比。
55、热力学:研究过程的可能性。动力学:研究过程的现实性.但热力学上不能发生的过程,在现实中肯定是不能发生的。
56、基元反应: 反应物分子经直接作用生成新产物的过程。 由反应物分子一步化合生成产物的反应。
57、反应分子数:基元反应中,直接作用所必需的反应物微观粒子数。分为:单分子反应,双分子反应,三分子反应。
58、反应机理(反应历程):组成宏观总反应的基元反应的总和及其序列。
59、简单反应:仅由1种基元反应组成的总反应。 60、复合反应:由2种或2种以上基元反应组成的总反应。
61、反应速率:化学反应进行的快慢程度。
62、反应级数:若反应的速率公式可以表达为:r = k[A]α[B]β,其中:α、β…分别为组分A、B 的级数。 63、反应分子数与分子级数的区别:(1)反应分子数只对基元反应有意义,而反应级数对基元反应和非基元反应均有意义。(2)反应分子数只能为正整数,而反应级数理论上可以是整数、分数或零,也可以是正数或负数。(3)对于基元反应,一般情况下反应分子数与反应级数相等,但也有不等的情况。??
64、质量作用定律:在一定温度下,基元反应的速率只与反应物浓度有关。基元反应的速率与反应物浓度(带有相应的指数)的乘积成正比,其中各浓度的指数就是反应式中各相应物质的计量系数。
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