RESUME General Information: Name: 潘湛昌，Pan Zhanchang Telephone Number: 13610193932，653932 E-mail: panzhanchang@163.com Professional Title: Professor Specialty: Physical Chemistry, Applied Chemistry Research Field: Electrochemistry, Surface chemistry，Applied Chemistry

潘湛昌，男,博士，教授；电子邮件：panzhanchang@163.com，联系电话：13610193932。 参加工作以来一直从事物理化学和应用化学的科研与教学，1979-1983年，华南师范大学化学系本科学习，1983年-1986年，华南师范大学化学系物理化学教研室任教；1986年-1989年，华南师范大学物理化学专业（电化学方向）硕士研究生；1998年-2003年，中南大学应用化学专业博士研究生；1989年起一直在广东工业大学任教，1991年获讲师资格，1996年获副教授资格，2004年获教授资格；主讲博士研究生课程：应用电化学；硕士研究生课程：理论电化学及工业电化学，电化学研究方法，化工热力学与动力学；本科课程：物理化学。物理化学实验，应用电化学；广东省资源共享课《物理化学与胶体化学》、校级精品课程《物理化学》负责人；轻工化工学院应用物理化学科研团队负责人；中国有色金属学会冶金物理化学学术委员会第四、五、六、七届委员会委员,广东省表面工程标准化技术委员会委员。广东省、广州市科技专家库成员，企业省部科技特派员。

2000年以来参加国家自然科学基金项目和广东省自然科学基金各3项，主持广东省科技计划项目6项；申请和授权发明专利和实用新型专利多件，发表论文多篇，其中SCI收录16篇、EI收录16篇。奖励情况：2001年获“熵增加原理与可持续发展”广东工业大学高等教育研究优秀成果三等奖；2005年获广东省“大学生挑战杯”二等奖。（指导老师）；2009年获广东省“大学生挑战杯”一等奖，全国“大学生挑战杯”三等奖（指导老师）；2011年获广东省“大学生挑战杯”二等奖。（指导老师）。2014年第二届广东省大学生化学实验竞赛三等奖（指导老师）,2015广东省大学生挑战杯三等奖（指导老师）；2015广东省优秀学生（指导老师）2010年广东省科技进步二等奖：硬脆材料切削、磨削与抛光加工理论及工艺（排名6）

物理化学 Physical Chemistry

从化学现象与物理现象的联系去寻找化学变化的规律性,即用物理的理论和实验方法来研究化学的一般理论问题 绪 论 0.1 物理化学研究内容及对象 1.什么叫物理化学? 从化学现象与物理现象的联系去寻找化学变化的规律性,即用物理的理论和实验方法来研究化学的一般理论问题

0.1 物理化学课程的内容 热 电 化学 温度变化 密不可分 化学反应 压力变化 原子、分子间的分离与组合 物理学 体积变化 磁 光

0.1 物理化学课程的内容 物理现象 化学现象 物理化学 用物理的理论和实验方法 研究化学变化的本质与规律

0.1 物理化学课程的内容 物理化学  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。 物理化学 0.1 物理化学课程的内容 物理化学  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。 物理化学 理论性较强 在实验方法上主要采用物理学中的方法。

0.1 物理化学课程的内容 无机化学 分析化学 化学 有机化学 物理化学 高分子化学 化学生物学 物理化学是化学学科的一个分支

 化学热力学：研究物理和化学变化的能量转化、变化方向和限度  化学动力学：化学反应的速率和机理 2.物理化学的研究内容 科学体系  化学热力学：研究物理和化学变化的能量转化、变化方向和限度  化学动力学：化学反应的速率和机理  物质结构：研究物质结构与化学性能的关系，称结构化学 研究对象 电化学反应性质——电化学 溶液性质——溶液化学 表面性质——表面化学 胶体性质——胶体化学

0.2 物理化学研究与学习方法 物理化学的建立与发展 十八世纪开始萌芽： 从燃素说到能量守恒与转化定律。 0.2 物理化学研究与学习方法 物理化学的建立与发展 十八世纪开始萌芽： 从燃素说到能量守恒与转化定律。 俄国科学家罗蒙诺索夫(1711-1765)最早使用“物理化学”这一术语。 М В Ломоносов

0.2 物理化学研究与学习方法 俄国科学家 W Ostwald 荷兰科学家 J H van’t Hoff 0.2 物理化学研究与学习方法 物理化学的建立与发展 J H van’t Hoff (1852～1911) W Ostwald (1853～1932) 十九世纪中叶形成： 俄国科学家 W Ostwald 荷兰科学家 J H van’t Hoff 1887年，合办了第一本“物理化学杂志”(德文)

物理化学的建立与发展 20世纪迅速发展： 形成了许多新的分支学科 胶体化学 化学动力学 量子化学 化学热力学 热化学 物理化学 电化学 表面化学 结构化学 催化作用 溶液化学

目的  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。 (1)演绎法；归纳法。 (2)抓重点，推导公式。 (3)学会解题方法。 (4)自学，复习，思考，解题。

0. 2 物理化学的研究方法 物理化学的研究方法除一般的科学方法，如辩证唯物主义方法；认识论的方法；逻辑推理的方法外，物理化学还有自己特有的研究方法，这就是热力学方法、量子力学方法、统计热力学方法。可把它们归纳成： 1.宏观方法 热力学方法属于宏观方法。热力学是以由大量粒子组成的宏观系统作为研究对象。这一方法的特点是不涉及物质系统内部粒子的微观结构，只涉及物质系统变化前后状态的宏观性质。 2.微观方法 量子力学方法属于微观方法。量子力学是以个别的电子、原子核组成的微观系统作为研究对象，考察的是个别微观粒子的运动状态。将量子力学方法应用于化学领域，得到了物质的宏观性质与其微观结构关系的清析图象。

3.微观方法与宏观方法间的桥梁 统计热力学方法属于从微观到宏观的方法。统计热力学方法是在量子力学方法与热力学方法即微观方法与宏观方法之间架起的一座金桥，把二者有效地联系在一起。

物理化学的研究方法 （1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程，分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一般， 再从一般推理到个别的思维过程。 （2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有：热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。

物理化学是专业基础课,是联系其他专业课的桥梁. 如何学好物理化学 1.兴趣 2.基本概念: 状态函数,强度性质,容量性质，热力学能，焓，熵，Gibbs自由能，Helmholtz自由能 3.理想模型：理想气体，理想混合物，卡诺循环 4.了解推理过程,记住结论和公式应用条件 5. 多做习题，学会解题方法。很多东西只有通过解题才能学到，不会解题，就不可能掌握物理化学。 6. 注意与无机化学(大学化学)讲述的内容相联系

近代化学的发展趋势和特点 (1)从宏观到微观 (2)从体相到表相 (3)从定性到定量 (4)从单一学科到交叉学科 (5)从研究平衡态到研究非平衡态

化学学科的发展趋势 只有深入到微观，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。 (1) 从宏观到微观

化学学科的发展趋势 多相化学反应在表相上进行，了解 表相性质，推动表面化学和多相催化的发展。 (2) 从体相到表相

化学学科的发展趋势 计算机技术可进行人工模拟和自动记录，以前只能做定性研究的课题现在可进行定量监测。 (3) 从定性到定量

化学学科的发展趋势 (4) 从单一学科到交叉学科 各学科相互渗透、相互结合，形成交叉科学，如生物物理化学、高分子物理化学、界面与胶体化学、硅酸盐物理化学等。

化学学科的发展趋势 自1960年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学科分支。 (5)从平衡态到非平衡态

近代化学的发展趋势 (1)介观化学发展迅速 (2)表面化学越来越引起人们的重视 (3)学科交叉与渗透更加普遍

近代化学的发展趋势 (1)介观化学发展迅速 介观 (纳米材料) 宏观 (看得见的物体) 微观 (原子、分子) 粒子 膜 丝 管 纳米

近代化学的发展趋势 (2)表面化学越来越引起人们的重视 多相化学反应总是在表面上进行，了解表面反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。

近代化学的发展趋势 (3)学科交叉与渗透更普遍 材料 农学 生物 药学 化学 地学 医学 农业 化学 材料 化学 药物 化学 生物 化学 地球 化学 医用 化学 地学 医学

与药学的关系 化学起源于古代的炼金术和早期的制药工业Chemist----? 药物的设计与合成---？ 植物中有效成分的提取---？ 药剂学中制剂的配制---？ 药物的吸收、代谢、稳定性---？

0.3 物理量的表示及运算 1. 物理量的表示 物理量简称量,凡是可以定量描述的物理现象都是物理量。物理化学中涉及到许多物理量。 国际标准化组织（ISO）、国际法制计量组织(OILM)等联合制定的《国际通用计量学基本名词》一书中，把量(quantity)定义为：“现象、物体或物质的可以定性区别和可以定量确定的一种属性。”

物理量有两个特征： 一是可定性区别， 二是可定量确定  定性区别是指量在物理属性的差别，按物理属性可把量分为诸如几何量、力学量、电学量、热学量等不同类的量；定量确定是指确定具体的量的大小，要定量确定，就要在同一类量中，选出某一特定的量作为一个称之为单位(unit）的参考量，则这一类中的任何其他量，都可用一个数与这个单位的乘积表示，而这个数就称为该量的数值。由数值乘单位就称为某一量的量值。

量可以是标量，也可以是矢量或张量。对量的定量表示，既可使用符号(量的符号)，也可以使用数值与单位之积，一般可表示为 A＝｛ A ｝·［A］ 式(0－2)中， A为某一物理量的符号,通常是单个拉丁字母或希腊字母,有时带有下标或其他说明性标记；［A］为物理量A的某一单位的符号,一般用小写字母,如来源于人名,第一字母用大写；而｛ A｝则是以单位［A］表示量A的数值。如体积Ｖ＝10m３。

国际单位制(Systeme International d'unites, 简称SI)是在11届国际计量大会(1960年)上通过的。国际单位制单位是我国法定计量单位的基础，凡属国际单位制的单位都是我国法定计量单位的组成部分。 我国法定计量单位包括： (i)SI基本单位(附录一表1)； (ii)包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位(附录一表 2)；

(iii)由于人类健康安全防护上的需要而确定的具有专门名称的SI导出单位(附录一表3)； (iv)SI词头(附录一表4)； 以前常用的某些单位，如Å,dyn,atm,erg,cal等为非法定单位，从1991年1月1日起已废除。

量的数值在物理化学中的表格和坐标图中是大量出现的。在列表时，在表头上说明这些数值时，一是要表明数值表示什么量，此外还要表明用的是什么单位.  例如，以纯水的饱和蒸气压p*(“*”表示纯物质）与热力学温度T的关系列表可表示成： 由表可知Ｔ＝373.15Ｋ时，p*（H２Ｏ）＝101 325Pa

再如，在坐标图中表示纯液体的饱和蒸气压p*与温度Ｔ的关系时，可表示成： p/Pa T/K {p} {T} 或 p/[p] T/[T] 这是因为从数学来看，纵、横坐标轴都是表示纯数的数轴。当用坐标轴表示物理量时，须将物理量除以其单位化为纯数才可表示在坐标轴上。

由p＝nRT/Ｖ 代入数值与单位，得 以上的运算也可简化为 例: 如应用量方程式pV＝nRT进行运算，若已知组成系统的理想气体的量n＝10mol,热力学温度Ｔ＝300Ｋ，系统所占体积Ｖ＝10m3，计算系统的压力p＝？ 即运算过程中，每一物理量均以数值乘单位代入. 由p＝nRT/Ｖ 代入数值与单位，得 以上的运算也可简化为

第一章 气体的PVT关系 联系PVT之间关系的方程------状态方程 物物质的聚集状态分为: 气体 } 统称流体 液体 } 固体 } 统称凝聚态,忽略其体积随压力和温度的变化, 物理化学中只讨论气体的状态方程,气体分为理想气体和真实气体 ,

Learning objectives: After careful study of this chapter you should be able to (1) Write the equation of state for a perfect(ideal) gas and use it to perdict changes in pressure, volume, and temperature. (2) Define partial pressure of a gas in a mixture and relate it to the mole fraction of the component.

The properties of gases Equations of state: the perfect gas The physical properties of a perfect gas are completely described by the amount of substance of which it is comprised, its temperature, its pressure and the volume which it occupies.

These four parameters (n,P,V,T) are not independent, and the relations between them are expressed in the gas laws. The three historical gas laws – Boyle’s law, Charles’ law and Avogadro’s principle – are specific cases of the perfect gas equation of state, which is usually quoted in the form PV = nRT, where R is the gas constant.

§1.1 理想气体的状态方程 1.理想气体的状态方程 也可以写为 pVm=RT 因为 Vm=V/n

1.理想气体的状态方程 pV=nRT {R}= 8.315

§1.1 理想气体的状态方程 例：计算25℃，101325Pa时空气的密度。（空气的分子量为29） 解：

2． 理想气体模型．   分子间力 兰纳德-琼斯势能曲线:两个分子相距较远时,之间几乎没有相互作用,随着r的减小,开始分子间表现为相互吸引作用,当r=r0时,吸引作用达到最大,分子进一步靠近时,则排斥作用上升为主导作用. 气体分子之间的距离较大，分子之间的相互作用较小 液体和固体的存在，是分子间有相互吸引作用的证明 液体和固体的难于压缩，证明分子间在近距离时表现出的排斥作用

2.理想气体的模型 真实气体微观模型：分子间有相互作用，分子本身有体积。 不可无限压缩

理想气体模型： 理想气体在微观上具有以下两个基本特征: 分子之间无相互作用力 分子本身不占体积 理想气体可以看做是真实气体在压力为零时的极限情况

理想气体微观模型：分子间无相互作用，分子本身无体积。 × 可无限压缩

理想气体的状态方程是理想气体的宏观外在表现 理想气体的微观模型反映了理想气体的微观内在本质 理想气体是真实气体在 p→ 0 情况下的极限状态。

真实气体并不严格符合理想气体状态方程，也就是说真实气体在方程 pV=nRT 中的R不为常数。 真实气体只在温度不太低、压力不太高的情况下近似符合理想气体状态方程。

用物质量的分数表示: (x表示气体，y表示液体） § 1.2 理想气体混合物 1.混合物组成表示： 用物质量的分数表示: (x表示气体，y表示液体） 对于物质B 量纲为1 显然

用质量分数表示: 量纲为1

用体积分数表示: 量纲为1 显然

2.理气状态方程对理气混合物的应用 Mmix混合物的摩尔质量

3. 道尔顿分压定律 对于混合气体，用分压力描述其中一种气体所产生的压力 PB =yBP PB=nBRT/V 即某一组分B的分压力等于该组分单独存在于混合气体的温度T及总体积V的条件下所具有的压力，混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体的温度和体积条件下产生压力的总和。

pB = yB p = (nB/n)p = (nB/n) nRT/V 3.道尔顿分压定律 pB = yB p = (nB/n)p = (nB/n) nRT/V 所以 pB=nBRT/V

理想气体混合物中某一组分的分压力等于这个组分以同混合物相同的温度和体积单独存在时的压力。

4.阿马加定律（分体积定律）

理想气体混合物的总体积等于 等于各个组分以同混合物相同的温度和压力单独存在时的分体积之和。

例. 空气中氧气的体积分数为0.29，求101.325kPa、25℃时的1m3空气中氧气的摩尔分数、分压力、分体积，并求若想得到1摩尔纯氧气，至少需多少体积的空气。（将空气近似看成理想气体）

解：

蒸气压力p*(l)称为液体的饱和蒸气压,与温度有关 T 一定 (相平衡) 图1-2 液体的饱和蒸气压 g l 液体的饱和蒸气压： 液体 蒸气 蒸气压力p*(l) 平衡 T 一定 或 固体 蒸气 蒸气压力p*(s) 平衡 T 一定 蒸气压力p*(l)称为液体的饱和蒸气压,与温度有关 沸点: 蒸气压等于外压时的温度; 液体： 正常沸点: 101.325 kPa下的沸点; 标准沸点: 100 kPa下的沸点。 如: 水 正常沸点: 标准沸点: 100℃ 99.67℃。

相对湿度=P(H2O,g)/P(H2O,饱和)X100% 大气中水蒸气的压力达到其饱和蒸气压时的情况称为相对湿度

1. 液体的饱和蒸气压 液体蒸发的速度和气体凝结的速度相等时的蒸气压力。 P＝P饱和 P＜P饱和 P＞P饱和

如氧气的临界温度为－118.57℃，氮气的临界温度为－147.0℃ 。 §1.3 真实气体的液化及临界参数 2.临界参数 能够使气体液化的最高温度称为此气体的临界温度。用TC或 tC表示。临界温度是气体的一个特性参数，不同的气体具有不同的临界温度。 如氧气的临界温度为－118.57℃，氮气的临界温度为－147.0℃ 。

临界温度时的饱和蒸气压称为临界压力，用pC表示。 临界温度和临界压力下的摩尔体积为临界摩尔体积Vm,C 。 此时的状态为临界状态。TC、pC、Vm,C统称为临界参数

3. 真实气体的的p－Vm图及气体的液化 临界点 T1 T5 T4 Tc T3 T2 p Vm

气体的液化及临界参量： 对气体采取降温加压措施使气体体积缩小，有可能最终转化为液体。但这种转化过程的p—V —T 关系遵循着一定规律。以CO2的液化为例，如图1-3所示。 图1-3 CO2 定温p-Vm,c 图 {p} {Vm,c} g b a l T1 T2 c Tc T3 图中，每条曲线称为 p-V 定温线，c点所处状态称为临界状态。

温度升高，如T2 ，p-V 线上定压水平段缩短，到温度T2缩为一点c，此几即为临界状态。临界状态是气液不可分的状态。 图1-3 CO2 定温p-Vm,c 图 {p} {Vm,c} g b a l T1 T2 c Tc T3 以温度T1为例，曲线分为三段： g(气体) a(饱和气体) 加压 体积缩小 a(饱和气体) b(饱和液体) 定压 体积显著缩小 b(饱和液体) l(液体) 体积缩小(较小) 温度升高，如T2 ，p-V 线上定压水平段缩短，到温度T2缩为一点c，此几即为临界状态。临界状态是气液不可分的状态。

图1-3 CO2 定温p-Vm,c 图 {p} {Vm,c} T3 c Tc g b a l T1 T2 温度—临界温度(Tc),Tc(CO2)=304.2K 临界状态: 压力—临界压力(pc), pc(CO2)=7.38MPa 体积—临界摩尔体积(Vm,c),Vm,c(CO2)=94×10-6m3·mol-1 Tc , pc , Vm,c 统称临界参量。一些物质的临界参量见表1.2。

表1.2 一些物质的临界参量 物 质 Tc/K pc/MPa Vm,c/10-6m3·mol-1 He 5.26 0.229 58 H2 33.3 1.30 65 N2 126.2 3.39 90 O2 154.4 5.04 74 H2O 647.4 22.12 56 CH4 190.7 4.64 99 C2H 4 283.1 5.12 124 C6H6 562.6 4.92 260 C2H5 OH 516.3 6.38 167

在Tc以上，无论加多大压力均不会使气体液化。所以Tc是在加压下使气体液化的最高温度。在Tc以下，对气体加压力均可使气体液化。 超临界流体特性 兼有气体及液体双重特性； 体积质量接近液体； 粘度接近气体； 扩散系数比液体大约10倍。 超临界流体的以上特性在提取技术上有广泛应用。

§1.4 真实气体状态方程 范德华方程的导出得到的启示。。。。。。

§1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子 1. 压缩因子 真实气体 pV=ZnRT Z—压缩因子 或 pVm=ZRT §1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子 1. 压缩因子 真实气体 pV=ZnRT Z—压缩因子 或 pVm=ZRT 对于理气， Z =pVm(理气)/RT=1 Z <1，Vm(真实)< Vm (理想)， 气体易压缩 Z >1，Vm(真实)> Vm (理想)， 难压缩 真实气体 Z 随温度、压力的种类而变化

Argon Compressibility T=273 K 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 200 400 600 800 1000 pressure (atm) Z Z = pVm/RT attractive repulsive Z = pVm/RT repulsive attractive

2. 对应状态原理 对比参数： Vr = V / VC对比体积 pr = p / pC对比压力 Tr = T / TC 对比温度 对应状态原理——各种不同的气体，只要两个对比参数相同，则第三个也相同。 不同气体的对比参数相同时，压缩因子也相同。

Gases are so simple that they provide an excellent introduction to physical chemistry. The basic quantities for the study of gases are pressure and temperature. The Zeroth Law of thermodynamics. When two systems are each in thermal equilibrium with a third system ,they are in thermal equilibrium with each other.