第一篇：物理化學(xué)課程教案 (500字)

第一章 熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用

§2.1熱力學(xué)概論

熱力學(xué)的基本內(nèi)容

熱力學(xué)是研究熱功轉(zhuǎn)換過程所遵循的規(guī)律的科學(xué)。它包含系統(tǒng)變化所引起的物理量的變化或當(dāng)物理量變化時(shí)系統(tǒng)的變化。

熱力學(xué)研究問題的基礎(chǔ)是四個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律（熱力學(xué)第一定律，第二定律和第三定律，還有熱力學(xué)第零定律），其中熱力學(xué)第三定律是實(shí)驗(yàn)事實(shí)的推論。這些定律是人們經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)歸納和總結(jié)出來的，具有不可爭(zhēng)辯的事實(shí)根據(jù)，在一定程度上是絕對(duì)可靠的。

熱力學(xué)的研究在解決化學(xué)研究中所遇到的實(shí)際問題時(shí)是非常重要的，在生產(chǎn)和科研中發(fā)揮著重要的作用。如一個(gè)系統(tǒng)的變化的方向和變化所能達(dá)的限度等。熱力學(xué)研究方法和局限性

研究方法：

熱力學(xué)的研究方法是一種演繹推理的方法，它通過對(duì)研究的系統(tǒng)（所研究的對(duì)象）在轉(zhuǎn)化過程中熱和功的關(guān)系的分析，用熱力學(xué)定律來判斷該轉(zhuǎn)變是否進(jìn)行以及進(jìn)行的程度。

特點(diǎn)：

首先，熱力學(xué)研究的結(jié)論是絕對(duì)可靠的，它所進(jìn)行推理的依據(jù)是實(shí)驗(yàn)總結(jié)的熱力學(xué)定律，沒有任何假想的成分。另外，熱力學(xué)在研究問題的時(shí)，只是從系統(tǒng)變化過程的熱功關(guān)系入手，以熱力學(xué)定律作為標(biāo)準(zhǔn)，從而對(duì)系統(tǒng)變化過程的方向和限度做出判斷。不考慮系統(tǒng)在轉(zhuǎn)化過程中，物質(zhì)微粒是什么和到底發(fā)生了什么變化。

局限性：

不能回答系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化和物質(zhì)微粒的特性之間的關(guān)系，即不能對(duì)系統(tǒng)變化的具體過程和細(xì)節(jié)做出判斷。只能預(yù)示過程進(jìn)行的可能性，但不能解決過程的現(xiàn)實(shí)性，即不能預(yù)言過程的時(shí)間性問題。

§2.2熱平衡和熱力學(xué)第零定律－溫度的概念 為了給熱力學(xué)所研究的對(duì)象－系統(tǒng)的熱冷程度確定一個(gè)嚴(yán)格概念，需要定義溫度。

溫度概念的建立以及溫度的測(cè)定都是以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)。一個(gè)不受外界影

響的系統(tǒng)，最終會(huì)達(dá)到熱平衡，宏觀上不再變化，可以用一個(gè)狀態(tài)參量來描述它。當(dāng)把兩個(gè)系統(tǒng)已達(dá)平衡的系統(tǒng)接觸，并使它們用可以導(dǎo)熱的壁接觸，則這兩個(gè)系統(tǒng)之間在達(dá)到熱平衡時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)的這一狀態(tài)參量也應(yīng)該相等。這個(gè)狀態(tài)參量就稱為溫度。

那么如何確定一個(gè)系統(tǒng)的溫度呢？熱力學(xué)第零定律指出：如果兩個(gè)系統(tǒng)分別和處于平衡的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)成熱平衡，則這兩個(gè)系統(tǒng)也彼此也處于熱平衡。熱力學(xué)第零定律是是確定系統(tǒng)溫度和測(cè)定系統(tǒng)溫度的基礎(chǔ)，雖然它發(fā)現(xiàn)遲于熱力學(xué)第一、二定律，但由于邏輯的關(guān)系，應(yīng)排在它們的前邊，所以稱為熱力學(xué)第零定律。

溫度的科學(xué)定義是由熱力學(xué)第零定律導(dǎo)出的，當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)接觸時(shí)，描寫系統(tǒng)的性質(zhì)的狀態(tài)函數(shù)將自動(dòng)調(diào)節(jié)變化，直到兩個(gè)系統(tǒng)都達(dá)到平衡，這就意味著兩個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)共同的物理性質(zhì)，這個(gè)性質(zhì)就是“溫度”。

熱力學(xué)第零定律的實(shí)質(zhì)是指出了溫度這個(gè)狀態(tài)函數(shù)的存在，它非但給出了溫度的概念，而且還為系統(tǒng)的溫度的測(cè)定提供了依據(jù)。

§2.3熱力學(xué)的一些基本概念

系統(tǒng)與環(huán)境

系統(tǒng)：物理化學(xué)中把所研究的對(duì)象稱為系統(tǒng)

環(huán)境：和系統(tǒng)有關(guān)的以外的部分稱為環(huán)境。

根據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系，可以將系統(tǒng)分為三類：

（1）孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)和環(huán)境之間無物質(zhì)和能量交換者。

（2）封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)和環(huán)境之間無物質(zhì)交換，但有能量交換者。

（3）敞開系統(tǒng)：系統(tǒng)和環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換 系統(tǒng)的性質(zhì)

系統(tǒng)的狀態(tài)可以用它的可觀測(cè)的宏觀性質(zhì)來描述。這些性質(zhì)稱為系統(tǒng)的性質(zhì)，系統(tǒng)的性質(zhì)可以分為兩類：

（1）廣度性質(zhì)（或容量性質(zhì)）其數(shù)值與系統(tǒng)的量成正比，具有加和

性，整個(gè)體系的廣度性質(zhì)是系統(tǒng)中各部分這種性質(zhì)的總和。如體積，質(zhì)量，熱力學(xué)能等。

（2）強(qiáng)度性質(zhì) 其數(shù)值決定于體系自身的特性，不具有加和性。如溫

度，壓力，密度等。

通常系統(tǒng)的一個(gè)廣度性質(zhì)除以系統(tǒng)中總的物質(zhì)的量或質(zhì)量之后得到一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)。

熱力學(xué)平衡態(tài)

當(dāng)系統(tǒng)的各種性質(zhì)不隨時(shí)間變化時(shí)，則系統(tǒng)就處于熱力學(xué)的平衡態(tài)，所謂熱力學(xué)的平衡，應(yīng)包括如下的平衡。

衡，在

成不隨

（1）熱平衡：系統(tǒng)的各部分的溫度相等。（2）力學(xué)平衡：系統(tǒng)的各部分壓力相等。（3）相平衡：當(dāng)系統(tǒng)不上一個(gè)相時(shí)，物質(zhì)在各相之間的分配達(dá)到平相的之間沒有凈的物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。（4）化學(xué)平衡：當(dāng)系統(tǒng)中存在化學(xué)反應(yīng)時(shí)，達(dá)到平衡后，系統(tǒng)的組時(shí)間變化。狀態(tài)函數(shù)

當(dāng)系統(tǒng)處于一定的狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中的各種性質(zhì)都有確定的數(shù)值，但系統(tǒng)的這些性質(zhì)并不都是獨(dú)立的，它們之間存在著某種數(shù)學(xué)關(guān)系（狀態(tài)方程）。通常，只要確定系統(tǒng)的少數(shù)幾個(gè)性質(zhì)，其它的性質(zhì)就隨之而這定。這樣，系統(tǒng)體系的性質(zhì)就可以表示成系統(tǒng)的其它的性質(zhì)的函數(shù)，即系統(tǒng)的性質(zhì)由其狀態(tài)而定，所以系統(tǒng)的性也稱為狀態(tài)函數(shù)。如

系統(tǒng)的性質(zhì)?f?系統(tǒng)的狀態(tài)?

當(dāng)系統(tǒng)處于一定的狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的性質(zhì)只決定于所處的狀態(tài)，而于過去的歷史無關(guān)，若外界的條件變化時(shí)，它的一系列性質(zhì)也隨之發(fā)生變化，系統(tǒng)的性質(zhì)的改變時(shí)只決定于始態(tài)與終態(tài)，而與變化所經(jīng)歷的途徑無關(guān)。這種狀態(tài)函數(shù)的特性在數(shù)學(xué)上具有全微分的特性，可以按照全微分的關(guān)系來處理。

狀態(tài)方程

描述系統(tǒng)性質(zhì)關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式稱為狀態(tài)方程式。

狀態(tài)方程式的獲得：系統(tǒng)的狀態(tài)方程不以由熱力學(xué)理論導(dǎo)出，必須通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定。在統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)中，可以通過對(duì)系統(tǒng)中粒子之間相互作用的情況進(jìn)行某種假設(shè)，推導(dǎo)出狀態(tài)方程。

描述一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)所需要的獨(dú)立變數(shù)的數(shù)目隨系統(tǒng)的特點(diǎn)而定，又隨著考慮問題目的復(fù)雜程度的不同而不同。一般情況下，對(duì)于一個(gè)組成不變的均相封閉系統(tǒng)，需要兩個(gè)獨(dú)立變數(shù)可以確定系統(tǒng)的狀態(tài)，如理想氣體的狀態(tài)方程可以寫成 t?f?p,v?

（1）

對(duì)于由于化學(xué)變化、相變化等會(huì)引起系統(tǒng)或各相的組成發(fā)生變化的系統(tǒng)，還必須指明各相的組成或整個(gè)系統(tǒng)的組成，決定系統(tǒng)的狀態(tài)所需的性質(zhì)的數(shù)目就會(huì)相應(yīng)增加。如對(duì)于敞開系統(tǒng)，系統(tǒng)的狀態(tài)可以寫成p,v,n1,n2,?的函數(shù)。

t?f?p,v,n1,n2,??

2）（過程與途徑

過程：在一定的環(huán)境條件下，系統(tǒng)發(fā)生了一個(gè)狀態(tài)變化，從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)，我們稱系統(tǒng)發(fā)生了一個(gè)熱力學(xué)過程，簡(jiǎn)稱過程。

途徑：系統(tǒng)變化所經(jīng)歷的具體路徑稱為途徑。

常見的變化過程有：

（1）等溫過程 系統(tǒng)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，在變化過程中溫度保持不變，始態(tài)溫度等于終態(tài)溫度，且等于環(huán)境溫度。

（2）等壓過程 系統(tǒng)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，在變化過程中壓力保持不變，始態(tài)壓力等于終態(tài)壓力，且等于環(huán)境壓力。

（3）等容過程 系統(tǒng)從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，在變化過程中體積保持不變。

（4）絕熱過程 系統(tǒng)在變化過程中，與環(huán)境不交換熱量，這個(gè)過程稱為絕

熱過程。如系統(tǒng)和環(huán)境之間有用絕熱壁隔開，或變化過程太快，來不及和環(huán)境交換熱量的過程，可近似看作絕熱過程。

（5）環(huán)狀過程 系統(tǒng)從始態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列的變化過程，回到原來的狀

態(tài)稱為環(huán)狀過程。系統(tǒng)經(jīng)歷此過程，所有性質(zhì)的改變量都等于零。

熱和功

熱：熱力學(xué)中，把由于系統(tǒng)和環(huán)境間溫度的不同而在它們之間傳遞的能量稱為熱（q）。（符號(hào)的約定：系統(tǒng)吸熱為正）

熱（量）與系統(tǒng)的熱冷的概念不同。

在熱力學(xué)中，除熱以外，系統(tǒng)與環(huán)境間以其它的形式傳遞的能量稱為功（w）（符號(hào)的規(guī)定：給系統(tǒng)做功為正）。

熱和功不是狀態(tài)函數(shù)，它的大小和過程有關(guān)，其微小量用符號(hào)“δ”表示。有各種形式的功：體積功，電功，表面功，輻射功等。功可以分為體積功和非體積功。

各種功的微小量可以表示為環(huán)境對(duì)系統(tǒng)施加影響的一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)與其共軛的廣度性質(zhì)的微變量的乘積。如功的計(jì)算式可以表示為：

3）?w?p外dv??xdx?ydy?zdz?we??wf（上式中p外,x,y,z,?表示環(huán)境對(duì)系統(tǒng)施加的影響的強(qiáng)度性質(zhì)，而dv,dx,dy,dz?則表示其共軛的廣度性質(zhì)的微變。

熱和功的單位：焦（j）

§2.4 熱力學(xué)第一定律

經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)證明：確立了能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。熱力學(xué)第一定律就是包括熱量在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律：

熱力學(xué)第一定律可以表述為：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種形式，并且可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化過程中，能量的總量不變。能常體系的總能量由下列三部分組成：

（1）系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)的能量（t）。（2）系統(tǒng)在外力場(chǎng)中的位能（v）。（3）熱力學(xué)能（u）。

在研究靜止的系統(tǒng)時(shí)（t = 0），如不考慮外力場(chǎng)的作用（v = 0），此時(shí)系統(tǒng)的總能量為熱力學(xué)能。系統(tǒng)的熱力學(xué)能包括了系統(tǒng)中各種運(yùn)動(dòng)形式所具有的能量（粒子的平動(dòng)能，轉(zhuǎn)動(dòng)能，振動(dòng)能，電子能，核能??，以及分子之間的位能等）。當(dāng)系統(tǒng)和環(huán)境交換能量時(shí)，系統(tǒng)的熱力學(xué)能就要發(fā)生變化 ?u?u2?u1?q?w）

如果系統(tǒng)發(fā)生了一個(gè)微小的變化，則有

du??q??w）

上邊兩個(gè)式子稱為熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。也可以用另一種文字方式表達(dá)熱力學(xué)第一定律：

熱力學(xué)第一定律的文字表述：要想制造一種永動(dòng)機(jī)，它既不依靠外界供給能量，本身的能量也不減少，卻不斷地對(duì)外做功，這是不可能的。熱力學(xué)第一定律也可以表述為：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。

關(guān)于熱力學(xué)能的說明： 系統(tǒng)的熱力學(xué)能包括了系統(tǒng)中的各種粒子運(yùn)動(dòng)形式的能量，由于系統(tǒng)中的粒子無限可分，運(yùn)動(dòng)形式無窮無盡，所以系統(tǒng)的熱力學(xué)能的數(shù)值也無法知道。

系統(tǒng)中熱力學(xué)能的變化量可以通過變化過程中的q和w來確定。系統(tǒng)的熱力學(xué)能是狀態(tài)函數(shù)（證明）：

設(shè)：系統(tǒng)經(jīng)途徑ⅰ從a?b，熱力學(xué)能變化為?uⅰ，經(jīng)途徑ⅱ從a?b，熱

力學(xué)能的變化為?uⅱ，假設(shè)熱力學(xué)能不是狀態(tài)函數(shù)，?uⅰ??uⅱ

（4

（5

a?。如果使途徑ⅱ改變方向，從b?a，則該過程的 熱力學(xué)能的變化為??uⅱ。?、??b???a，則經(jīng)過這個(gè)循環(huán)如系統(tǒng)兩個(gè)變化過程組合成一個(gè)循環(huán)，回到原來的狀態(tài)，系統(tǒng)的熱力學(xué)能將發(fā)生變化?uⅰ??uⅱ，環(huán)境同樣獲得能量

?(?uⅰ??uⅱ)

，即能量可以生成，第一類永動(dòng)相可以制成。

這個(gè)結(jié)論不符合熱力學(xué)第一定律，所以只有?uⅰ??uⅱ。

∴系統(tǒng)的熱力學(xué)能的改變量只與始終態(tài)有關(guān)，而和路徑無關(guān)，所以系統(tǒng)的熱力學(xué)能為一狀態(tài)函數(shù)。

系統(tǒng)的熱力學(xué)能可以表示為 u?f(t,p,n)

??u??u?

du???dt???

?t?p???p

?

??dp?t

（6）

如果把熱力學(xué)能看作是t，v的函數(shù) u?f(t,v,n)

??u???u?

du???dt???dp

?t?v??v??t

??u???u???t?t?p??v 顯然 ?

§2.5 準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程

功與過程

和熱力學(xué)能不同，環(huán)境對(duì)系統(tǒng)所做功的量和系統(tǒng)變化所經(jīng)歷的途經(jīng)有關(guān)。

以圖2．2為例來說明做功的過程

?w??f

相同。

we,4???pedv??nrtln

v2v1

外dl??peadl??pedv（為外壓）系統(tǒng)中的氣體可以由不同的過程從v1?v2，過程不同，環(huán)境做功也不．自由膨脹 pe?0,we,1?0 ．外壓始終維持恒定 we,2??pe?v2?v1? ．多次等外壓膨脹 we,3??pe?v1?pe?v2?v2?v1? ．無限多次的等外壓膨脹 以上的例子說明，功和途徑有關(guān)

由于?u?q?w，所以q也和途徑有關(guān)。

準(zhǔn)靜態(tài)過程

過程4的特點(diǎn)：無限多次的等壓膨脹，如果每次所需要的時(shí)間為無限長(zhǎng)，系統(tǒng)在膨脹的每一時(shí)刻都無限地接近于平衡，這們的過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程，在準(zhǔn)靜態(tài)過程中，pe?p。

如果系統(tǒng)再經(jīng)過壓縮回到原來的狀態(tài)

1．一次壓縮

2．多次壓縮 3．無限多次壓縮

顯然

|we,1|?|w

e,2

|?|w

e,3

|

從上邊可以看出，無限多次的膨脹和壓縮過程，如果系統(tǒng)在過程中沒有由于摩擦引起的能量耗散的話，當(dāng)整個(gè)過程結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)到原狀，同時(shí)不會(huì)給環(huán)境留下任何痕跡。

可逆過程（與不可逆過程）

當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)變化過程，從狀態(tài)（1）變化到狀態(tài)（2），如果能采取任何一種方式，使系統(tǒng)恢復(fù)原狀的同時(shí)，環(huán)境也能恢復(fù)原狀，則原來的過程[（1）→（2）]就稱為可逆過程，否則為不可逆過程。

上邊的例子中發(fā)生的準(zhǔn)靜態(tài)過程在不考慮由于摩擦引起的能耗散的話，可稱為可逆過程。

可逆過程做的功最大。

1下，處理。

2不能

實(shí)際發(fā)生的接近可逆過程的例子 ．恒壓下的相變過程 ．可逆電池在可逆情況下的放電過程式 3．適當(dāng)安排的化學(xué)反應(yīng)過程 如 注： ．實(shí)際發(fā)生的過程都為不可逆過程，上邊的例子只是說在一定的條件體系發(fā)生特定的變化過程，只要進(jìn)行得無限緩慢，可以當(dāng)作可逆過程．不可逆過程并不是說體系根本無法恢復(fù)原狀，而只是說體系和環(huán)境 同時(shí)恢復(fù)原狀。可逆過程的特點(diǎn)： 1．

可逆過程是以無限小的變化級(jí)進(jìn)行的，整個(gè)過程是由一連串非常接近于平衡態(tài)的狀態(tài)所組成。

2． 在反向的過程中，用同樣的手續(xù)，循著原來過程的逆過程，可以使系統(tǒng)

和環(huán)境都恢復(fù)到原來的狀態(tài)而無任何耗散效應(yīng)。

3． 在任何特定條件限定的情況下，只有可逆過程中環(huán)境做功最小，可逆過程的特殊的重要作用：

1．可逆過程為人們求體系最大的做功能力提供了條件。2．熱力學(xué)函數(shù)的求算要通過可逆過程來完成。

2ag2o?s??4ag

?s?

?o2?s?

p?137.8kpa

1但變化量可以確定。

?h?qp

§1.4 焓 定義： h?u?pv 焓的特點(diǎn)： ．焓是系統(tǒng)的性質(zhì)，具有能量的量綱（j）。2．焓的絕對(duì)值無法確定，．在不做非體積功及等壓的條件下，系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)，（7）

qp??u?w(w?we?wf)

證明：當(dāng)系統(tǒng)在p不變的情況下，從狀態(tài)（1）→狀態(tài)（2）由熱力學(xué)第一定律

qp??u?w(w?we)

qp??u?we?(u2?u1)?p(v2?v1)

?(u2?p2v2)?(u1?p1v1)??h

在不做非體積功時(shí) 在不做非體積功及等壓的條件下 ?u?qv?wr（8）

在不做非體積功及等壓容的條件下 ??u?qv

§2.7 熱容

對(duì)封閉系統(tǒng)（均相且組成不變）加熱時(shí)，設(shè)從環(huán)境吸進(jìn)熱量q，系統(tǒng)的溫度從t1升高到t2，則定義平均熱容為

當(dāng)溫度的變化很小時(shí)，則有

c?

drf

qt2?t1

（9）

?1?qndt

c?t??

?q

dt

drf

定義系統(tǒng)的摩爾熱容

熱容的單位:

j· k-1

比熱容 j·k-1·kg-1 摩爾熱容 j· k-1·mol-1

cm?t??

c?t?n

對(duì)于純物質(zhì)，加“*”。如1mol純物質(zhì)的摩爾熱容可表示為cm(b)，熱容隨過程的不同而不同。

對(duì)于組成不變的均相系統(tǒng)，常有兩種重要的熱容

cp?

*

?qpdt

（10）

?qv

??h?

???

?t??v

??h?

???

?t??p

?h

p

?

?c

p

dt

cv??hv??cvdt

dt

則相應(yīng)的定壓摩爾熱容與定容摩爾熱容

ndtndt

熱容是溫度的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系因物質(zhì)，物態(tài)，溫度的不同而異，根據(jù)實(shí)

cm,p?t??

1?qp

，cm,v?t??

1?qv

cp，m?t??a?bt?ctcp，m?t??a?bt

?1 驗(yàn)常將氣體的定壓摩爾熱容寫成如下的經(jīng)驗(yàn)式：

??

?2

式中a,b,c,?是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，由各物質(zhì)的自身的性質(zhì)決定。

§2.8 熱力學(xué)第一定律對(duì)于理想氣體的應(yīng)用

?ct??

理想氣體的熱力學(xué)能和焓—gay-lussac-joule實(shí)驗(yàn)

gay-lussac-joule實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，理想氣體在自由膨脹的過程中，溫度不變，熱力學(xué)能不變。設(shè)： u?f(t,v)

??u???u?du???dt???dv

??t?v??v?t

??u?

???0

由gay-lussac-joule實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論 ??v?t

（11）

∴ 理想氣體的內(nèi)能和體積無關(guān)，只是溫度的函數(shù)，即 u?f?t?(對(duì)理想氣體而言)

??u?cv???

?t??v

又由

??u?

?c

v

dt

??h???h?dh???dt???dp

?t?p??p??t

設(shè): h?f?t,p? ??h???u???(pv

p?p?p?tt)???u???v???(rt

?v?p?t??t??t??p)?

?t?0?

?

（12）

∴ 理想氣體的焓只是溫度的函數(shù)

又由（13）

cv,cp

h?f(t)?h?

cpdt

??h?

cp???

??t?p??u?cv???

??t?v

由此可知，理想氣體的 cv,cp

只是溫度的函數(shù)

理想氣體的之差

cv?c

p

p

對(duì)于理想氣體來說 任意系統(tǒng)的

（原因）

cv,cp

之差

??h???u?

cp?cv??

?t?t??p??v

??u???v???u?p?

?t?t?t??p??p??v

設(shè): u?f(t,v)

又

v?f(t,p)

?u?f[t,v(t,p)]

??u???u???u???vt?t?v?t?p??v??t??p ?

???uv?

cp?cv?p???

?v?t?t?p(適用于任何系統(tǒng))代入上式

cp?cv

將此種關(guān)系用于理想氣體

??u?

???0

對(duì)于理想氣體 ??v?t

???uv?

?p???

?v?t?t?p

cp?cv?p（?nrt?t

p)p?nr

（14）

cp,m?cv,m?r

或

（15）

絕熱過程的功和絕熱過程方程

在絕熱過程中，系統(tǒng)和環(huán)境之間沒有熱量交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，體系做的功必然以內(nèi)能的降低為代價(jià)

?du???w ??q?0

如果功僅為體積功 ?w?pdv

即 du?pdv?0 對(duì)理想氣體而言 du?cvdt 如果cv為常數(shù) w?cv(t1?t2)

cvdt?pdv?0

，理想氣體的絕熱可逆過程方程

由

?du?pedv

在可逆過程中 pe?p?nrt/v 由

cvdt?cp?cv

nrtv?nr

dv?0

p

?

?

cvdt?

dtt

?

?c

?cv?tv

v

dv?0

cp?cvdvcv

令:

??cp/cv

?

, 且其比值假想為常數(shù)

1??

dvv

?

dtt

?nt?1??nv?常數(shù)

??1

?tv?

常數(shù)

將

（16）

t?

pvnrnrtp

代入上式

pv

?

?

常數(shù)

（17）

v?

將代入上式（18）

以上三個(gè)方程是理想氣體在絕熱可逆過程中所遵循的方程式

p

1??

t

?

理想氣體的絕熱過程方程和狀態(tài)方程的比較

理想氣體在絕熱過程中做的功

1.根據(jù)能量關(guān)系求功 w?cv?t1?t2?

w?

v2

v2

2.由功的定義式

?

?

v1

pdv?

?

kv

?

v1

?[?

1k

???1?v

??1v1

]

v2

理想氣體的絕熱可逆過程和等溫可逆過程和膨脹曲線的比較

在等溫過程中，pv?c

p?

cv

?kk?p1v1?p2v2

1??1?

???1??v2???1?v1 1

c??p??p?

v?v? ??v?t

?pv?k 在絕熱過程中

k??p??p?

???1?

v?v? ??v?s

可見絕熱過程中曲線下降得更快

多方過程: 在等溫過程中

pv

?

pv?常數(shù)

在

絕熱過程中

?常數(shù)

pv

n

在多方過程中

?常數(shù)

＜n＜?? ?1

多方過程中做的功

絕熱不可逆過程及其功的計(jì)算

w?

p1v1?p2v2

n?1

?cv?t1?t2?

理想氣體的卡諾循環(huán)

卡諾循環(huán)的過程的說明:

卡諾熱機(jī)的效率的求算: 1． a→b

q2?w2?

?

v2

v1

pdv?nrt2?n

v2v1

2． b→c q?03

q1?w1?

w?cv?t2?t1?

． c→d

v4v3

?

v4

v3

pdv?nrt1?n

4． d→a q?0

w?cv?t1?t2?

v2v1

v4v3

卡諾熱機(jī)在循環(huán)過程中所做的功 w?w1?w2?w3?w3

?nrt2?n

??1

?nrt1?n

t2v1

v

?t1v3

由理想氣體的絕熱過程方程

t2v2

??1

??1

?t1v4

??1

兩式相除

?

w?nrt2?n

v2v1

?nrt1?n

v2v1

v1

第二篇：物理化學(xué)課程教案

第十二章

化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

（二）教學(xué)目的與要求: 使學(xué)生了解和掌握化學(xué)反應(yīng)速率理論發(fā)展的動(dòng)態(tài)，兩種速率理論的具體的內(nèi)容，基本思路及其成功和不足之處。

上一章介紹了化學(xué)動(dòng)力學(xué)的基本概念，簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律和等征，復(fù)雜反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響以及鏈反應(yīng)等，同時(shí)還介紹了反應(yīng)機(jī)理的一般確定的方法，在這一章中，主要介紹各種反應(yīng)的速率理論。

重點(diǎn)與難點(diǎn): 反應(yīng)速率理論的基本假定和一些基本概念，基本結(jié)論：閾能，勢(shì)能面，反應(yīng)坐標(biāo)，能壘高度，以及閾能，能壘高度等與活化能的關(guān)系等。

§12．1 碰撞理論

碰撞理論的基本假定

碰撞理論認(rèn)為：（1）發(fā)生反應(yīng)的首要條件是碰撞，可以把這種碰撞看成是兩個(gè)硬球的碰撞；（2）只有碰撞時(shí)相互作用能超過某一臨界值時(shí)才能發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)的速率就是有效碰撞的次數(shù)。

雙分子的互碰頻率

設(shè)：要發(fā)生碰撞的兩個(gè)分子是球體，單位體積內(nèi)Ａ分子的數(shù)目為NA，B分子數(shù)為NB，分子的直徑為dD和dB，則碰撞時(shí)兩個(gè)分子可以接觸的最小距離為dAB??dA?dB?/2。

當(dāng)A、B兩個(gè)分子在空間以速度vA,vB運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了研究?jī)蓚€(gè)分了的碰撞，通過坐標(biāo)變換，可以把兩個(gè)分子的各自的運(yùn)動(dòng)變換為兩個(gè)分子重心的運(yùn)動(dòng)（質(zhì)量為M?mA?mB）和 質(zhì)量為??(m1m2)/?m1?m2?的假想粒子以相對(duì)速度vr的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)兩個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)的能量可以表示為：

11112222E?m1v1?m2v2?(m1?m2)vM??vr2222

式中vM為分子的質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)速度。由于分子的質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)和分子碰撞無關(guān)，可以不予考慮。而兩個(gè)分子的平均相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為

vr? 碰撞頻率為

8RT??

由此可以得到A，B分子的，相同分子之間的碰撞頻率為

2ZAA??dA2ZAB??dAB8RT??NANB8RT??22NA?2?dA A、B兩個(gè)分子相互碰撞過程的微觀模型

幾個(gè)基本概念：

碰撞參數(shù)：通過Ａ，Ｂ兩分子的質(zhì)心，而與相對(duì)速率平行的兩條直線的距離

RT2NA?MA

b稱為碰撞參數(shù)。

碰撞參數(shù)描述了兩個(gè)分子可以接近的程度，兩個(gè)分子要發(fā)生碰撞的條件

dA?dB?dAB2

0≤ b ≤

2碰撞截面： ?C??dAB，凡是兩個(gè)分子落在碰撞截面內(nèi)才能發(fā)生碰撞。

1?ur2碰撞時(shí)兩個(gè)分子相互作用能：分子的相互移動(dòng)能2在碰撞時(shí)兩個(gè)分子的質(zhì)心連線的分量是兩個(gè)分子的相互作用能。

在反應(yīng)過程中，只有超ε δ過某一規(guī)定值ε

c時(shí)，碰撞才是有效的，εc稱為反應(yīng)的閾能或臨界能（對(duì)不同的反應(yīng)，ε，故發(fā)生反應(yīng)的條件為 c不同）

?1?2??vrcos????c??? εr‘≥εc

?22ur2?dAB?b2cos??()???d2dABAB?因?yàn)?2??br???1?2??dAB??????

b2或ε‘（1－r（dAB2)≥εc

從上式可以看出，要滿足碰撞時(shí)的相互作用能不小于εc，對(duì)相對(duì)移動(dòng)能和碰撞參數(shù)都有限限制的條件。對(duì)某一εr，要使上式滿足的碰撞參數(shù)為br，則有

b?r(1?r2)??cdAB ?br2?dAB2(1?c)?r 或

當(dāng)ευ 一定時(shí)，凡是b ≤ br 的所有碰撞都是有效的。據(jù)此，定義反應(yīng)截面

??r??br2??dAB2(1?c)?r

對(duì)一定的反應(yīng)來說，ε變，所以σδ是ε

δ

υ一定，br隨ε

δ

而的函數(shù)，（也是ur的函數(shù)）可

以用左圖表示反應(yīng)截面與相對(duì)動(dòng)能的關(guān)系。

微觀反應(yīng)與宏觀反應(yīng)之間的關(guān)系（有效碰撞分?jǐn)?shù)的求算）

如果研究一個(gè)分子和其它為數(shù)眾多的分子的相對(duì)速度，會(huì)有無數(shù)個(gè)相對(duì)速度，并呈現(xiàn)一定的分布，這種分布也可以用麥克斯韋速率分布公式表示，即

dN(ur)?322?u?4?N()urexp(?r)dur2?kT2kT

將εδ=(1/2)μur2代入上式，可以得到相對(duì)動(dòng)能的分布公式

1dN(?r)213212??()??exp(??)Nd??kT ?kT上式的意義是，在單位體積中的N個(gè)分子中，一個(gè)分子和其它N?1?N個(gè)分子的相對(duì)速率在ur?ur?dur（或相對(duì)移動(dòng)能在?r??r?d?r）之間的機(jī)率。

在該速率間隔中（或能量間隔中）和其它粒子的碰撞的次數(shù)

213212?kT2N?dABur()?red?r?kT

在上述碰撞中，滿足εr≥εr，又在反應(yīng)截面內(nèi)的碰撞次數(shù)為

r?r213212?kT2N?dAB(1?)ur()?red?r???kT?rc

上式是一個(gè)分子的有效碰撞頻率，如果是N個(gè)分子的有效碰撞，則有

2?r??ZAA1?N2???rN?dAA2??r213212?kT(1?)ur()?red?r?ckT?

r??c/kT2?RT???2N2dA??e??M?A??

??c/kT?e?Ec/kT所以，有效碰撞的分?jǐn)?shù)為

q?e1/2

??c/kT可以證明，兩種不同分子的有效碰撞在總的碰撞中占的分?jǐn)?shù)亦為e 所以反應(yīng)的速率

?dNA???2ZAA(ZAB)dt

（一次碰撞消耗２個(gè)分子）

22?RT??Ec/RT??4NA?dA??M??eA??

兩邊除以L，使NA成為CA

dCA22?RT??Ec/RT????4LCA?dA???edt?MA??

dCA2??k?T?CAdt和二級(jí)反應(yīng)的速率公式相比

2?RT?k?4L?dA??MA?反應(yīng)閾能與實(shí)驗(yàn)活化能和的關(guān)系

Ea?RT2??Ec/RT??e?

dlnk(T)dT根椐實(shí)驗(yàn)的活化能定義

將上邊得到的反應(yīng)速率常數(shù)代入，可以得到

E?1?1Ea?RT2??c2??Ec?RT2?2TRT?

1Ec??RT2對(duì)于一般的反應(yīng)，則可以認(rèn)為Ea?Ec，但兩者的含義是不同的，Ec才是與溫度無關(guān)的常數(shù)。若用代替，則上式可改寫成

2?8kT??Ea/RTk?T??L?dAB??????e??

或以求出阿侖尼烏斯公式指前因子所代表的實(shí)際意義是

2?8kT?A?L?dAB????????

概率因子

§11．２ 過渡狀態(tài)理論

過渡狀態(tài)理論又稱活化絡(luò)合物理論，是在量子力學(xué)及統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在理論有形成過程中又引入了一些模型假設(shè)。

在由反應(yīng)物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化過程中，要經(jīng)過（由兩個(gè)反應(yīng)物分子構(gòu)成的體系的）勢(shì)能較高的過渡狀態(tài)，形成不穩(wěn)定的活化絡(luò)合物，它可以和反應(yīng)物達(dá)成平衡，而活化絡(luò)合物分解轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率就是該反應(yīng)的速率。

勢(shì)能面

（1）原子之間的勢(shì)能

原子之間的相互作用力（來自于不同的原子和電子之間的相互作用）可以用勢(shì)能來表示，對(duì)雙原子分子來說，它是原子之間的勢(shì)能的函數(shù)。

Ep?Ep?R?

原則上，可以由量子力學(xué)的計(jì)算得到，但計(jì)算過程頗難。另一種方法是采用經(jīng)驗(yàn)公式的進(jìn)行計(jì)算，莫爾斯（Morse）公式就是對(duì)雙原子的經(jīng)驗(yàn)公式

Ep?r??De?exp??2a?r?r0????2exp??a?r?r0??)］

0

E(r)與r的關(guān)系可以用下圖來定性的表示

在圖中，De為阱深，r0為兩原子的平衡核間距，r＞r0，兩核之間有吸引力，r＜r0時(shí)，兩核之間有斥力，這樣兩個(gè)原子如同一個(gè)振子在平衡位

置振動(dòng)，這種振動(dòng)是量子化的，振子的能量為

1Ev?(v?)h?2

式中v是振動(dòng)量子數(shù)（v =1，2，…v），ν是系統(tǒng)的振動(dòng)特征頻率，當(dāng)v =0時(shí)，11h?22Ev = E0 =hν，E0稱為零點(diǎn)振動(dòng)能，而De和E0的差值為D0 =De－（E0），v = 0的狀態(tài)為基態(tài)，（完美晶體在OK時(shí)，各原子均處于振動(dòng)基態(tài)，具有零點(diǎn)振1h??E02動(dòng)能）。

當(dāng)光照或分子之間運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞時(shí)，振動(dòng)狀態(tài)會(huì)從較低的狀態(tài)躍遷到較高的狀態(tài)。

D0的數(shù)值可以從光譜的數(shù)據(jù)中獲得

當(dāng)然，這樣的勢(shì)能和r的關(guān)系僅是分子中電子處于基態(tài)的情況，當(dāng)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，勢(shì)能的關(guān)系也會(huì)發(fā)生變化。

１．分子間的勢(shì)能與勢(shì)能面

設(shè)：原子A和雙原子B－C發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)A靠近B－C時(shí)，由三個(gè)原子構(gòu)成的體系的勢(shì)能也會(huì)發(fā)生變化，要描述三個(gè)原子之間的距離，需要三個(gè)坐標(biāo)（rAB, rBC, rAC）,而描述三個(gè)坐標(biāo)與勢(shì)能的關(guān)系需要四維空間, 這是無法用平面圖型來表示的, 為了說明過渡狀態(tài)的基本思路, 可以設(shè)想三個(gè)原子在同一條直線上, 這樣, 只需要兩個(gè)原子間距的標(biāo), 同時(shí)可以在平面圖上表示。

按照該理論的基本假設(shè)，在反應(yīng)進(jìn)行的過程中

AB+ CABCC

A + B

A靠近B－C時(shí), B－C之間的化學(xué)鍵松馳, 同時(shí)三個(gè)原子構(gòu)成的反應(yīng)體系的勢(shì)能會(huì)發(fā)生變化, 形成過渡的活化絡(luò)合物, 最后活化絡(luò)物分解, 生成產(chǎn)物分子, 在這個(gè)過程中, 體系的勢(shì)能是核間距和的函數(shù), 這種函數(shù)關(guān)系可以用下圖定性的進(jìn)行說明.1.立體圖的說明 2.平面圖的說明

1．反應(yīng)坐標(biāo)

反應(yīng)體系(三個(gè)原子)從反應(yīng)物轉(zhuǎn)化到產(chǎn)物所經(jīng)過的能量要求最低的途徑.2．E0與Eb的關(guān)系及定義

Eb是活化絡(luò)合物的最低勢(shì)能與反應(yīng)物的最低勢(shì)能之間的差值。

E0是活化絡(luò)合物的零點(diǎn)能與反應(yīng)物的零點(diǎn)能之間的差值。

由過渡狀態(tài)理論計(jì)算反應(yīng)速率

按照基本假定: 反應(yīng)物和活化絡(luò)合物可以達(dá)成化學(xué)平衡, 并且活化絡(luò)合物一旦生成, 它將一無反顧地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物, 而轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率就是該反應(yīng)的速率。同時(shí)假定：導(dǎo)致生成產(chǎn)物那種不對(duì)稱的振動(dòng)很弱，一次振動(dòng)就可以使活化絡(luò)合物分解而生成產(chǎn)物。

d[A－－B－]??r??(分解)??[ABC]?dt

C][AB由于反應(yīng)物和活化絡(luò)合物可以達(dá)成平衡。

A + B

[AC]BKc=

[A][BC]

=K[A][BC][ABC]c d[ABC](分)代入上式 [A][BC]K=νcr= dt和二級(jí)反應(yīng)的速率公式相比較, k = νKc＃，所以只要知道KC＃, 便可以求出速率常數(shù)。有兩種方法可以求出Kc＃ １． 速率常數(shù)的統(tǒng)計(jì)力學(xué)處理

由統(tǒng)計(jì)力學(xué)的知識(shí)，可以求出反應(yīng)的速率常數(shù)為

kBTf3tfrfvABvE0k?exp(?)333NA?633NB?63h/2?(ftfrfvkBT)(ftfrfv)3[3N?3N?7]式中活化絡(luò)合物的振動(dòng)自由度為3(NB+NB)－7, 是因?yàn)橐粋€(gè)引起活化絡(luò)合物分解的那個(gè)振動(dòng)自由度已經(jīng)分離出去了。

原則上只要知道分子的質(zhì)量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，振動(dòng)頻率等微觀物理數(shù)據(jù)，就可以由此式求出反應(yīng)的速率常數(shù)。所以這個(gè)理論也稱為絕對(duì)反應(yīng)速率理論。

２． 過渡狀態(tài)理論的熱力學(xué)方法處理

過渡狀態(tài)理論的熱力學(xué)處理就是用反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨j(luò)合物過程中的熱力????????rGm??rHm?T?rSm學(xué)函數(shù)的變化值來計(jì)算Kc，并進(jìn)一步計(jì)算速率常數(shù)值k。（對(duì)于n 分子的反應(yīng)）

kBT?1?n?rS?m??rH?mk?(c)exp()exp(?)hRRT

對(duì)于氣相的反應(yīng)，也可以用壓力表示濃度，則有

kBTp?1?n?rS?m(p?)??rH?m(p?)k?()exp[]exp[?]hRTRRT

Ec,Eb，E0，Δ≠r Hm⊙，Δr≠Sm⊙，Ea和指前因子之間的關(guān)系

??（1）幾個(gè)與能量有關(guān)的物理量的含義及相互關(guān)系

Ec是發(fā)生有效碰撞時(shí)，分子的相互移動(dòng)能在碰撞時(shí)的質(zhì)心連線上分量的閾值

Ea = Ec + RT E0是活化絡(luò)合物的零點(diǎn)能與反應(yīng)物的零點(diǎn)能的差值，Eb是反應(yīng)物形成活化絡(luò)物時(shí)所必須翻越的能壘的高度。

11Ea?Eb?[h??0?h?0(反應(yīng)物)]L22

E0與實(shí)驗(yàn)活化能的關(guān)系為Ea = E0 + mRT（m包括了普適常數(shù)及配分函數(shù)中所有與T有關(guān)的因子，對(duì)一定的反應(yīng)體系，有定值。

對(duì)于理想氣體的反應(yīng)，Ea≈Δ當(dāng)溫度不太高時(shí)，Ea≈Δ

r

≠

≠

r

Hm+ nRT（n為氣態(tài)反應(yīng)物的系數(shù)之和）

⊙

Hm⊙

兩種速率理論的比較

分子碰撞理論把分子看作是沒有結(jié)構(gòu)的球體，分子之間的反應(yīng)看作是硬球之間作用能大于某一特定的閾能的有效碰撞，對(duì)很簡(jiǎn)單的反應(yīng)可以計(jì)算出反應(yīng)的速率常數(shù)。但由于模型的粗糙，對(duì)稍微復(fù)雜的反應(yīng)的計(jì)算也不能和實(shí)驗(yàn)相符，為了迎合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了幾率因子，但它又不能由碰撞理論本身得到。另外，該理論本身也不能解決反應(yīng)閾能的計(jì)算問題。但分子碰撞理論必定給人們描繪了反應(yīng)過程中分子相互作用的清晰圖象，成為反應(yīng)速率理論進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。

活化絡(luò)合物理論在現(xiàn)代量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程提出子新的物理模型，和碰撞理論相比，它解決了反就應(yīng)的活化能的求算問題，通過對(duì)反應(yīng)的勢(shì)能面的計(jì)算，可以預(yù)言化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的途徑，可以揭示阿累尼烏斯公式的指前因子的物理意義，可以解釋并計(jì)算碰撞理論的幾率因子，這個(gè)理論對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)的計(jì)算在原則上可以不借助認(rèn)何反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅憑對(duì)有關(guān)物質(zhì)的微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)的了解和量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的計(jì)算，就可以解決反應(yīng)的速率常數(shù)和求算問題，所以這個(gè)理論又稱為絕對(duì)反應(yīng)速率理論。

第三篇：物理化學(xué)課程論文

摘要：近年來,新能源在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展。作為當(dāng)代大學(xué)生，關(guān)心環(huán)境和未來是我們的責(zé)任。因此，筆者查證文獻(xiàn)，分析了國(guó)內(nèi)新能源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、前景，希望能對(duì)關(guān)心新能源開發(fā)利用的朋友有所幫助。

英文摘要：In recent years, new energy have been developed rapidly around the world.As a contemporary college student, being concerned about the environment and the future is our responsibility.Therefore, I verify documents, analyze the domestic development and prospects of the new energy technologies, with the hope that friends who concern for new energy development and utilization can gain some help from this text.中文關(guān)鍵字：新能源 發(fā)展 現(xiàn)狀 開發(fā)利用 可持續(xù)發(fā)展

英文關(guān)鍵字：new energy；development；the present situation ；development and utilization；sustainable development；

引言：能源問題已經(jīng)刻不容緩,減少碳排放讓世界目光聚焦新能源。雖然傳統(tǒng)能源在國(guó)際能源消費(fèi)中的比例仍然居多,但許多國(guó)家都把發(fā)展新能源作為緩解高油價(jià)壓力、應(yīng)對(duì)氣候變曖以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑和長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略。而在我國(guó),支持新能源發(fā)展的方針被明確寫進(jìn)了今年的政府工作報(bào)告,這意味著發(fā)展新能源的春天已經(jīng)到來。

一 研究背景

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，能源越來越凸顯出其重要性。能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速健康發(fā)展和人民生活的改善發(fā)揮著十分重要的促進(jìn)與保障作用。而對(duì)于中國(guó)來說，我們加入WTO之后，意味著我們處在一個(gè)更加開放的環(huán)境中，我們的著眼點(diǎn)不應(yīng)該局限于中國(guó)。應(yīng)該放到更大的背景下去看。而更加重要的是，我們正處于工業(yè)化階段，而且大部分的研究表明我們正處于重工業(yè)化的階段，我們面臨能源緊張的危機(jī)，所以我們對(duì)新能源的開發(fā)和利用顯得尤為重要。

為了保證人類所需的能源得到穩(wěn)定而持久的供應(yīng)，減輕和防止環(huán)境污染對(duì)人類的危害，世界各國(guó)特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家都高度重視新能源的開發(fā)利用和新能源技術(shù)的發(fā)展，把新能源技術(shù)擺在新技術(shù)革命支柱技術(shù)的重要位置，制定規(guī)劃，采取措施，加大投人，積極發(fā)展。

地球上的各種能源，有的已被大規(guī)模開發(fā)和廣泛利用，如煤炭、石油、天然氣、水力等，稱常規(guī)能源;還有一些能源，如氫能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、核能、生物質(zhì)能源等，是正在以新技術(shù)為基礎(chǔ),系統(tǒng)開發(fā)和利用的能源，被通俗地稱為新能源。它們的共同特點(diǎn)是資源豐富、可再生、沒有污染或很少污染。研究和開發(fā)清潔而又用之不竭的新能源,是21 世紀(jì)發(fā)展的首要任務(wù),將為人類可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

氫能具有清潔、無污染、效率高、重量輕、儲(chǔ)存和輸送性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，其開發(fā)利用首先必須解決氫源問題，大量廉價(jià)氫的生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)氫能利用的根本。目前,世界上氫的年產(chǎn)量是3600 萬噸,但絕大多數(shù)是從石油、煤炭和天然氣中制取。由水電解制氫技術(shù)上是成熟的,但因消耗電能太多,經(jīng)濟(jì)上不合算。因此，必須尋找一種低能耗、高效率的制氫方法。如利用太陽能光解水制氫將是一種非常有前途的制氫方法。同時(shí)，安全、高效、高密度、低成本的儲(chǔ)氫技術(shù)，是將氫能利用推向?qū)嵱没?、?guī)?；年P(guān)鍵。目前,研究新的經(jīng)濟(jì)上合理的制氫儲(chǔ)氫方法是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略性的研究課題。

太陽能資源是指到達(dá)地面的太陽輻射總量，包括太陽的直接輻射和天空散射輻射的總和。它受地理位置和地面反射等因素的影響，各地差異較大。太陽每年輻射到地球表面的能量為50 ×1018 千焦,相當(dāng)于目前全世界能量消費(fèi)的113 萬倍,因此利用太陽能的前景非常誘人。陽光普照大地,單位面積上的輻射并不大,如何把分散的熱量聚集在一起成為有用的能源是有效利用太陽能的關(guān)鍵。

風(fēng)能利用的主要方式有風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水和風(fēng)帆助航等。按人均風(fēng)電裝機(jī)容量算,丹麥遙遙領(lǐng)先,已經(jīng)從風(fēng)能中獲得其電力的將近15 % ,其次是美國(guó)和荷蘭。龐大的1615 億千瓦渦輪機(jī)的問世及其它進(jìn)展,使風(fēng)能的成本從1980 年以來已經(jīng)下降了90 %。在一些地方,風(fēng)力發(fā)電比石油或天然氣火力發(fā)電所產(chǎn)生的電力要便宜。據(jù)設(shè)在華盛頓的思想庫(kù)世界觀察研究所說,10 年來,全世界的風(fēng)力發(fā)電量一直以每年25 %的平均速度遞增,超過了任何其它的能源。

地?zé)嶂饕傻蒯５膸r漿作用或火山的運(yùn)動(dòng)而形成。地?zé)岬睦弥饕譃榈責(zé)岚l(fā)電和直接利用兩類。全球地質(zhì)資料表明,世界上存在兩大地?zé)釒АＲ皇堑刂泻！铂斃诺責(zé)釒?包括意大利、我國(guó)青藏高原、菲律賓、印度尼西亞,直到南太平洋的新西蘭；另一個(gè)是環(huán)太平洋地?zé)釒?包括美國(guó)西海岸、冰島、日本等地。目前，人類利用地?zé)岚l(fā)電已達(dá)43756 GW·h/a,地?zé)岬闹苯永?6910 GW·h/a。但據(jù)估計(jì)人類利用地?zé)岚l(fā)電的潛力可達(dá)12000 T W·h/a。

海洋能是指海洋本身所蘊(yùn)藏的能量，它包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能、鹽差能和化學(xué)能。另外,科學(xué)家已經(jīng)探明,海底埋藏著大量的甲烷,總儲(chǔ)量估計(jì)是諸如石油和煤炭等其他礦物燃料總儲(chǔ)量的2倍以上。作為有價(jià)值的氣體能源,它既能直接燃燒提供熱能,又能作為燃料電池的動(dòng)力。如何安全經(jīng)濟(jì)的加以開發(fā)和利用海底甲烷將是又一新的研究課題。

20世紀(jì)30年代，隨著對(duì)原子核研究的深入，人類發(fā)現(xiàn)了原子核內(nèi)蘊(yùn)藏著巨大的可開發(fā)能量，并致力于和平利用原子能的研究。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的努力，迄今世界上已有30多個(gè)國(guó)家建成440多座核電站，其發(fā)電量占全球發(fā)電量的18%。與火電相比，核電是廉價(jià)、潔凈、安全的能源。隨著將來受控?zé)岷司圩兊某晒Γ四鼙厝怀蔀槲磥淼哪茉粗е?/p>

生物質(zhì)能指的是利用自然界的植物以及城鄉(xiāng)有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化成的能源。它們主要由碳?xì)浠衔锝M成,也是一種可供人們利用的能源。

二 我國(guó)新能源開發(fā)利用的現(xiàn)狀

我國(guó)自然資源總量排世界第七位，能源資源總量約4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第三位。

我國(guó)在能源領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)是：

(1)人均能源資源占有量不足，且分布不均。(2)人均能源消費(fèi)量低，單位產(chǎn)值的能耗高。(3)能源構(gòu)成以煤為主。

(4)工業(yè)部門消耗能源占有很大的比重。

(5)農(nóng)村能源短缺，以生物質(zhì)能為主。

(6)從能源安全角度考慮，我國(guó)能源面臨挑戰(zhàn)。

(7)能源品種結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)不足。

(8)能源工業(yè)技術(shù)水平有待進(jìn)一步提高。

(9)節(jié)能提效工作亟待加強(qiáng)。中國(guó)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中，關(guān)于優(yōu)先展新能源部分指出:“要重點(diǎn)研究開發(fā)大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，沿海與陸地風(fēng)電場(chǎng)和西部風(fēng)能資源密集區(qū)建設(shè)技術(shù)與裝備，高性價(jià)比太陽光伏電池及利用技術(shù)，太陽能熱發(fā)電技術(shù)，太陽能建筑一體化技術(shù)，生物質(zhì)能和地?zé)崮艿乳_發(fā)利用技術(shù)。

中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富，儲(chǔ)量約為32億千瓦，可開發(fā)利用的風(fēng)能約10億千瓦，可開發(fā)的裝機(jī)容量約2.53億千瓦,風(fēng)能資源居世界首位。.風(fēng)力發(fā)電是中國(guó)增長(zhǎng)最快的發(fā)電技術(shù)，僅2006年就使現(xiàn)有能力翻了一番。2007年，中國(guó)擁有4家主要的風(fēng)力渦輪制造商，另有6家國(guó)外的子公司制造商，以及超過40公司開發(fā)和商業(yè)化生產(chǎn)風(fēng)力渦輪。按照規(guī)劃，到2020年中國(guó)將建MW級(jí)的風(fēng)電機(jī)組2--3萬臺(tái)。

中國(guó)同樣有著良好的太陽能利用條件，每年陸地接受的太陽輻射能相當(dāng)于2.4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。中國(guó)對(duì)太陽能的開發(fā)利用已頗具規(guī)模：中國(guó)太陽能光伏生產(chǎn)能力已從2005年350兆瓦增加到2006年超過1000兆瓦，2007年約為1500兆瓦，幾家中國(guó)公司擁有高效益的上市股票，有些價(jià)值數(shù)十億美元，使全球?qū)χ袊?guó)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)刮目相看；太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)置能力已從2000年3500萬平方米提高到2006年底1億平方米，僅2006年就增加了2000萬平方米，太陽能熱水器使用量穩(wěn)居世界第一，中國(guó)一些公司現(xiàn)生產(chǎn)太陽能熱水器成本為美國(guó)和歐洲的1/5~1/8。

生物質(zhì)能資源，包括農(nóng)作物秸稈、薪柴和各種有機(jī)廢物，利用量約為2．6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占農(nóng)村生活能源消費(fèi)的70％，整個(gè)用能的50％。中國(guó)從農(nóng)業(yè)途徑產(chǎn)生的廢棄物可望一年產(chǎn)生800億立方米生物氣體，高于政府到2020年年產(chǎn)生440億立方米的目標(biāo)。2006年，中國(guó)生物質(zhì)發(fā)電能力約為2GW，大多數(shù)來自采用甘蔗廢棄物為主要原料的熱電組合（CHP）裝置

我國(guó)新能源發(fā)電取得良好成績(jī)。根據(jù)中電聯(lián)公布的數(shù)據(jù)，我國(guó)2006年運(yùn)行核電機(jī)組的裝機(jī)容量685萬千瓦，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量187萬千瓦，同比增加76.7%。另據(jù)國(guó)家發(fā)改委統(tǒng)計(jì)，2006年全國(guó)在建秸稈發(fā)電項(xiàng)目總裝機(jī)約120萬千瓦，有三座總裝機(jī)8萬千瓦的秸稈發(fā)電站已投產(chǎn)。據(jù)此測(cè)算，包括核電、風(fēng)電和生物質(zhì)能發(fā)電在內(nèi)的新能源占全部裝機(jī)容量的1%。新能源發(fā)電裝機(jī)容量上升，主要是受資源和環(huán)保的壓力增加驅(qū)使。

但有統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)可再生能源資源量是每年73億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，開發(fā)量尚不足。目前除了小水電外，中國(guó)可再生能源發(fā)電成本遠(yuǎn)高于常規(guī)能源發(fā)電成本，如小水電發(fā)電成本約為煤的1.2倍，生物質(zhì)發(fā)電成本為煤電的1.7倍，風(fēng)力發(fā)電為煤電的1.7倍，光伏發(fā)電為煤電的11倍至18倍。成本偏高抑制了可再生能源市場(chǎng)，市場(chǎng)狹小又會(huì)給可再生能源的成本降低造成障礙。這種惡性循環(huán)，桎梏了可再生能源的產(chǎn)業(yè)化

近年來，我國(guó)可再生能源開發(fā)利用技術(shù)取得明顯進(jìn)展，已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，再加上國(guó)內(nèi)法規(guī)體系日臻完善，特別是2005年《可再生能源法》的頒布和施行，極大地調(diào)動(dòng)了各方面發(fā)展可再生能源的積極性，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源的時(shí)機(jī)基本成熟。

在政策傾斜下，新能源產(chǎn)業(yè)化規(guī)模將不斷擴(kuò)大，具有規(guī)模優(yōu)勢(shì)及資源優(yōu)勢(shì)的新能源企業(yè)將有更大的發(fā)展空間。國(guó)家經(jīng)貿(mào)委組織制定的《2000-2015年新能源與可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃要點(diǎn)》指出：中國(guó)今后將大力發(fā)展新能源和可再生能源，到2015年新能源和可再生能源年開發(fā)量將達(dá)到4,300萬噸標(biāo)煤。2015年新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)將成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)新興行業(yè)，潛在市場(chǎng)價(jià)值約1,000億元。

三 新能源開發(fā)利用的前景 石油等傳統(tǒng)能源的枯竭預(yù)期以及環(huán)保的壓力使得新能源業(yè)務(wù)的比較優(yōu)勢(shì)日益突出。從而也加大了市場(chǎng)參與主體對(duì)新能源業(yè)務(wù)的研究激情，這有利于發(fā)電成本的大幅下降，如此就有利于提振產(chǎn)業(yè)資本新能源投資的底氣。

開發(fā)利用新能源是應(yīng)對(duì)能源、環(huán)境挑戰(zhàn)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。根據(jù)新能源發(fā)展戰(zhàn)略研究專家預(yù)測(cè)，隨著石油的世界性大量消耗，不久后全球?qū)⒚媾R資源短缺的現(xiàn)實(shí)問題。從世界范圍來看，新能源的綜合利用今后會(huì)有更大的發(fā)展空間

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)危機(jī)不會(huì)影響新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體趨勢(shì)，面對(duì)全球能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的雙重壓力，新能源在全球范圍內(nèi)的迅猛發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)。盡管經(jīng)濟(jì)危機(jī)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展速度產(chǎn)生比較嚴(yán)重的影響，但總體來講利用包括風(fēng)能和太陽能在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)解決環(huán)境問題的總體戰(zhàn)略不會(huì)改變。

結(jié)論：近年來，受石油價(jià)格上漲和全球氣候變化的影響，新能源發(fā)展日益受國(guó)際社會(huì)的重視，許多國(guó)家提出了明確的發(fā)展目標(biāo)，制定了支持新能源發(fā)展的法規(guī)和政策，使新能源技術(shù)水平不斷提高，產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，成為促進(jìn)能源多樣化和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要能源。從化石能源的資源有限性看，新能源主導(dǎo)社會(huì)發(fā)展只是遲早的事，或許石油緊缺加速了它的步伐，但決不是主要原因，因?yàn)樾履茉椿没烧媸悄茉窗l(fā)展的大勢(shì)。開發(fā)利用新能源和可再生能源是一項(xiàng)遠(yuǎn)有前景，近有實(shí)效的事業(yè)。但由于尚處在發(fā)展初期，同其它能源建設(shè)相比，需要政府給予更多的支持和相應(yīng)的扶持政策。

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第四篇：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程總結(jié)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程總結(jié)

化工11-2班 許鋒

這學(xué)期的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)用到了很多實(shí)驗(yàn)儀器。其中不乏價(jià)格昂貴的電子儀器。當(dāng)然，這是我們的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，我們都在認(rèn)真熟悉大型儀器的使用方法。每次做完實(shí)驗(yàn)后就會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。所以，我們一直在進(jìn)行物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作和數(shù)據(jù)處理工作。

我們?cè)诓僮髦袑W(xué)習(xí)各種儀器的使用方法。我們?cè)跀?shù)據(jù)處理的過程中不斷的提升自己學(xué)習(xí)的能力。物化實(shí)驗(yàn)對(duì)于我來說，就是學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)最好的課程。當(dāng)然，一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課我也不斷努力，我每次實(shí)驗(yàn)都認(rèn)真完成。我喜歡堅(jiān)持自己的作品，就

算別人都已經(jīng)做完，我也會(huì)不慌不忙，按步驟進(jìn)行自己的操作。我不知道這是對(duì)是錯(cuò)，但我愿意堅(jiān)持自己的東西，愿意得到自己最終的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本學(xué)期的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)使我掌握了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的的基本方法和技能。根據(jù)所學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，正確的選擇和使用儀器。重要的是如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)深度分析（如excel繪圖等）。這培養(yǎng)了我們正確的觀察現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)以及分析式樣的結(jié)果能力。也培養(yǎng)我們嚴(yán)肅認(rèn)真.實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。通過物理化學(xué)的實(shí)驗(yàn)加深和鞏固了對(duì)所學(xué)的知識(shí)的理解，還提高了我們團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

在數(shù)據(jù)處理上，我經(jīng)常上網(wǎng)找一些資料，比如下圖的這些。我利用網(wǎng)上文庫(kù)的資料進(jìn)行數(shù)據(jù)的深度剖析，最終的到比較正確的結(jié)果。這也鍛煉了我解決問題的能力。

除此之外，在實(shí)驗(yàn)課堂我也有不少趣事。我記得在做表面張力的時(shí)候?qū)嶒?yàn)打壞了一個(gè)大型的玻璃儀器。當(dāng)時(shí)向老師報(bào)告了情況。實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)在都沒有問我賠償。所以，在內(nèi)疚的同時(shí)，我只想在此表達(dá)我對(duì)實(shí)驗(yàn)室的遺憾。大一至今，我給實(shí)驗(yàn)室添了好幾次麻煩。都是儀器的問題。這些儀器使我不斷成長(zhǎng)，讓我不斷理解實(shí)驗(yàn)的樂趣。碎了，裂了，但是我們也成長(zhǎng)了。我會(huì)記得所有實(shí)驗(yàn)室的那些瓶瓶罐罐。

以上是我對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)報(bào)告，我們將以飽滿的熱情進(jìn)行以后的實(shí)驗(yàn)，我相信實(shí)驗(yàn)室才是化工班的基礎(chǔ)。

第五篇：物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法

物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法

物理化學(xué)是一門研究物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)變化規(guī)律的基礎(chǔ)理論課程，因此，凡是要促使物質(zhì)發(fā)生變化，以轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袃?yōu)良性質(zhì)的產(chǎn)品的眾多專業(yè)，如化工（包括制藥）、材料、輕工、冶金等都把物理化生課程的學(xué)習(xí)放在十分重要的地位。

為了學(xué)好物理化學(xué)課程，每位初學(xué)者都應(yīng)該根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)摸索出一套適合自身特點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法。下面的建議可供同學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)參考。

首先要聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行思考，并努力運(yùn)用所學(xué)理論解釋及解決實(shí)際問題。物理化學(xué)的許多概念，中學(xué)已經(jīng)學(xué)過，如熱、功、熱容、反應(yīng)速率等概念，只不過中學(xué)學(xué)習(xí)中講得粗淺一些，在物理化學(xué)中講得更深刻一些，故理解時(shí)要與中學(xué)的概念相互銜接。

另外，初學(xué)者往往會(huì)感到物理化學(xué)的概念多，理論抽象，公式繁多，難以捉摸，難以記憶。其實(shí)這些概念、理論都是從客觀實(shí)際中概括、歸納出來的，學(xué)習(xí)時(shí)如能聯(lián)系生活的客觀現(xiàn)象進(jìn)行思考、推理，則不但不會(huì)覺得難懂，而且會(huì)感到生動(dòng)有趣。物理化學(xué)是一門邏輯性很強(qiáng)的學(xué)科，必須勤于思考，認(rèn)真推理才有可能學(xué)好。在學(xué)習(xí)過程中，要仔細(xì)閱讀材料，動(dòng)筆練習(xí)公式的推導(dǎo)，理清理論體系的主次關(guān)系，在理解的基礎(chǔ)上加以記憶。另外，要多做習(xí)題，通過做習(xí)題找出自己概念模糊之處，同一概念往往需要需要經(jīng)過多次反復(fù)學(xué)習(xí)，才能逐漸加深理解，切不可忙于對(duì)答案。另外，還應(yīng)記住，數(shù)學(xué)史工具，書本應(yīng)用大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)而得出在不同條件下使用的一些結(jié)論，數(shù)學(xué)的推導(dǎo)過程是讓我們明白公式的由來，它只是獲得結(jié)果的必要手段，而不是目的，故不要將精力放在繁雜的推導(dǎo)過程，而要注意結(jié)論的使用條件以及物理意義。除重要的公式及其推導(dǎo)過程，只要求理解而一般不要求強(qiáng)記。

為了幫助你準(zhǔn)備考試，建議你要弄清楚書中黑體字所有術(shù)語的意義；記住一些基本公式；重做你過去感到困難的課后習(xí)題；為了增加訓(xùn)練，做一些未指定的習(xí)題或習(xí)題解答中的一些補(bǔ)充習(xí)題。

物理化學(xué)是理論與實(shí)驗(yàn)并重的學(xué)科，理論的發(fā)展離不開實(shí)驗(yàn)的啟示和檢驗(yàn)。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法往往是物理的方法，所用到的儀器較多，只能采用循環(huán)方式安排實(shí)驗(yàn)，課程進(jìn)程與實(shí)驗(yàn)不一致時(shí)必然的，這就要求同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)前充分預(yù)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)的目的是什么，它驗(yàn)證哪個(gè)公式或說明什么問題。做到實(shí)驗(yàn)前心中有數(shù)，試驗(yàn)后聯(lián)系理論公式做好報(bào)告的處理。實(shí)驗(yàn)中要開動(dòng)腦筋，積極是靠問題，動(dòng)手解決問題，掌握好物理化學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技能。要知道，你的學(xué)習(xí)能力和理解能力是有限的，最好承認(rèn)這個(gè)事實(shí)，即有些內(nèi)容，可能是你永遠(yuǎn)不能充分理解的，沒有人能對(duì)每樣事都充分理解。即使是這方面的專家，也有一些問題是要進(jìn)行研究和探討的，甚至等待相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間還是得不到解決。