物理化學00緒論名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎市公開課獲獎課件

物理化學緒論第1頁/10/10物理化學－緒論什么是物理化學？物理現(xiàn)象化學現(xiàn)象物理化學用物理理論和試驗方法研究化學改變本質(zhì)與規(guī)律第2頁/10/10物理化學－緒論0.1物理化學課程內(nèi)容物理化學

從研究化學現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間相互聯(lián)絡入手，從而探求化學改變中含有普遍性基本規(guī)律。在試驗方法上主要采取物理學中方法。第3頁/10/10物理化學－緒論化學理論最主要作用是提供一個思維體制以總結(jié)更新知識。-----若貝爾化學獎取得者Hofmann

第4頁/10/10物理化學－緒論國家自然科學基金委員會NATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINANSFC/.10

從單分子、分子聚集體到凝聚態(tài)，從分子間弱相互作用到化學鍵形成，從簡單體系到復雜體系；借助物理化學伎倆和理論方法，獲取從基態(tài)到激發(fā)態(tài)、從穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)分子結(jié)構(gòu)以及動態(tài)改變信息。物理化學研究展現(xiàn)出以下態(tài)勢：宏觀與微觀相結(jié)合、體相與表（界）面相結(jié)合、靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合，理論與試驗相結(jié)合、并深入深入到對化學反應和物質(zhì)結(jié)構(gòu)控制研究。物理化學研究內(nèi)容及態(tài)勢第5頁/10/10物理化學－緒論物理化學主要理論支柱是化學熱力學和動力學、統(tǒng)計力學和量子力學。熱力學和動力學適合用于宏觀系統(tǒng)量子力學適合用于微觀系統(tǒng)統(tǒng)計力學則為上述二者橋梁第6頁/10/10物理化學－緒論研究內(nèi)容：(1)改變方向和程度問題

(2)化學反應速率和機理問題

(3)物質(zhì)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間關(guān)系問題第7頁/10/10物理化學－緒論國家自然科學基金委員會NATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINANSFC/.10優(yōu)先領(lǐng)域I：基于生物技術(shù)經(jīng)濟(Bio-basedeconomy)（1）生物催化—新型和改進酶和生物催化過程，包含篩選天然生物多樣性，目標導向篩選技術(shù)，新篩選工具和新含有特殊應用生物催化劑；（2）發(fā)展下一代高效發(fā)酵過程，包含新型或改進微生物/宿體；（3）仿生加工與集成：生物煉油概念等。第8頁/10/10物理化學－緒論國家自然科學基金委員會NATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINANSFC/.10優(yōu)先領(lǐng)域II：能源(Energy)（1）可替換能源：包含愈加連續(xù)、愈加有效、愈加廉價液體燃料產(chǎn)品，生物質(zhì)裂解，生物柴油，生物燃氣，燃料電池，風能等；（2）能源轉(zhuǎn)化：包含有效照明，絕緣保溫；（3）能源儲存：包含電池，燃氣儲存，超大電容等。

第9頁/10/10物理化學－緒論國家自然科學基金委員會NATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINANSFC/.10優(yōu)先領(lǐng)域III：健康（Healthcare）

用于藥品釋放和治療材料：包含靶向藥品釋放，智能藥品釋放體系，個人化營養(yǎng)，診療技術(shù)，芯片試驗室或快速診療技術(shù)（探針），成像材料，可置入體內(nèi)生物醫(yī)用器件等。第10頁/10/10物理化學－緒論國家自然科學基金委員會NATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINANSFC/.10優(yōu)先領(lǐng)域IV：信息與通訊技術(shù)（InformationandCommunicationTechnology）（1）應用與導入：包含在器件材料中納米結(jié)構(gòu)集成，低k和高k電介質(zhì)，用于高密度制備高分子，用于信息通訊技術(shù)微型電池，連接技術(shù)，高分子導體，印刷電極等；（2）界面工程：包含對界面認識，對有機導體界面認識等；（3）自組裝和圖案化：包含直接與自組裝模板，納米材料用于能源管理，先進圖案化技術(shù)等；（4）半導體：包含碳納米管用于集成電路；（5）信息儲存：包含全息成像技術(shù)，基于DNA和蛋白質(zhì)生物開關(guān)；（6）皮秒分子開關(guān)等。第11頁/10/10物理化學－緒論國家自然科學基金委員會NATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINANSFC/.10優(yōu)先領(lǐng)域V：

納米技術(shù)（Nanotechnology）（1）納米材料：包含表面化學與技術(shù)，合成與加工，認識和調(diào)控納米結(jié)構(gòu)高分子和雜化材料以及介孔雜化材料，用于納米結(jié)構(gòu)探針材料；（2）新型生產(chǎn)技術(shù)：包含集成技術(shù)（組裝技術(shù)等）；（3）發(fā)展分析技術(shù)：包含環(huán)境、健康、安全問題，在生物組織中（4）納米材料檢測；計算材料科學：包含在計算機模擬中不一樣尺度與時間尺度橋連；（5）發(fā)展大規(guī)?？茖W應用軟件和新用戶友好計算機工具界面等。

第12頁/10/10物理化學－緒論國家自然科學基金委員會NATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINANSFC/.10優(yōu)先領(lǐng)域VI：

可連續(xù)生活質(zhì)量（Sustainablequalityoflife）（1）家居作為自給能源發(fā)動機：包含用于房屋表面光伏達電池，高級家用電池和替換能源儲存；（2）家居作為生態(tài)效應環(huán)境：包含經(jīng)過建筑材料、涂層和動態(tài)ICT策略增強絕熱性能，可再生材料生產(chǎn)高分子用于包裝、家俱、家用水凈化和循環(huán)使用，照明、洗衣、供暖和垃圾處理等家務創(chuàng)新；（3）垃圾處理，土壤和水再修復等。第13頁/10/10物理化學－緒論物理化學課程特點

要求較強推理能力和邏輯思辨能力對學生有較高數(shù)學要求和演算能力基礎(chǔ)熱力學是整個物理化學基礎(chǔ)分支化學又更多程度表達著前沿熱點第14頁/10/10物理化學－緒論物理化學研究中應該充分認識試驗主要性物理化學學習關(guān)鍵點

推理與關(guān)鍵點

演練與精要

思索與總結(jié)

預習與復習0.2學習物理化學要求及方法第15頁/10/10物理化學－緒論（1）遵照“實踐—理論—實踐”認識過程，分別采取歸納法和演繹法，即從眾多試驗事實概括到普通，再從普通推理到個別思維過程。（2）注意邏輯推理思維方法，對一些主要公式加以推導，理清理論體系主次關(guān)系。第16頁/10/10物理化學－緒論(3)多做習題，學會解題方法。在做習題過程中加深對主要概念和公式了解。(4)課前自學，課后復習，勤于思索，培養(yǎng)自學和獨立工作能力。(5)循序漸進，同一概念需要經(jīng)過屢次重復學習，才能一次比一次加深了解。第17頁/10/10物理化學－緒論對教學和教師了解“幫助學生學會解題是次要?！薄凹ぐl(fā)學生創(chuàng)造力和提升學生邏輯思維能力是一個教師基本職責?！?--北京大學教學優(yōu)異獎頒獎講話第18頁/10/10物理化學－緒論介紹學科最新結(jié)果和應用1.提升熱電廠效率—小改大2.發(fā)展清潔能源，降低使用礦石燃料

6。燃油中摻水

3.從高碳經(jīng)濟向低碳經(jīng)濟發(fā)展4.三次開采石油5。蓮花效應與免洗布第19頁/10/10物理化學－緒論1796---1832CarnotN．L．S

法國工程師卡諾循環(huán)高溫存放器低溫存放器熱機1.怎樣提升熱電廠效率第20頁/10/10物理化學－緒論化學能熱能機械能化學能

電能機械能

電能第21頁/10/10物理化學－緒論火力發(fā)電廠能量利用高煤耗、高污染（S、N氧化物、粉塵和熱污染）第22頁/10/10物理化學－緒論火力發(fā)電廠能量利用第23頁/10/10物理化學－緒論普通加壓蒸汽作功效力很差要用亞臨界、超臨界甚至超超臨界蒸汽改進鍋爐性能，增加脫硫、脫氮和除塵設備水相圖水冰水蒸氣610.62超臨界流體第24頁/10/10物理化學－緒論火力發(fā)電廠改造利用第25頁/10/10物理化學－緒論熱電廠能量利用第26頁/10/10物理化學－緒論

2.發(fā)展清潔能源第27頁/10/10物理化學－緒論燃料電池實用燃料電池越來越普遍第28頁/10/10物理化學－緒論燃料電池用燃料電池大巴第29頁/10/10物理化學－緒論燃料電池用燃料電池汽車標致第30頁/10/10物理化學－緒論燃料電池燃料電池汽車生成純水第31頁/10/10物理化學－緒論波音企業(yè)第一架氫能源飛機第32頁/10/10物理化學－緒論Li離子電池工作原理負極正極鋰原子石墨第33頁/10/10物理化學－緒論二。開發(fā)新清潔能源王中林發(fā)電纖維走路、心跳和吹過微風都能用來發(fā)電，機械能被巧妙地轉(zhuǎn)化為電能。這種新型“發(fā)電機”選取是生物安全材料，整個過程無排放、無污染，堪稱最具潛力“綠色發(fā)電”可認為隨身聽或者為一塊手機電池充電。第34頁/10/10物理化學－緒論發(fā)電地毯德國人利用摩擦生電原剪創(chuàng)造了一個能發(fā)電地毯，他將發(fā)電線圈伴隨地毯花紋進行巧妙編織。當人踏在地毯上時即能發(fā)電，可作為冰箱、洗衣機及電視機等能源，也可對蓄電池充電。一位美國工程師也設計出一個發(fā)電地毯。將這種裝置埋在大街、車站、舞廳等公共場所地毯下，所發(fā)出電能夠用來照明和驅(qū)動電風扇。第35頁/10/10物理化學－緒論高達1000米，發(fā)電容量到達200MW，足夠20萬戶家庭使用澳大利亞太陽塔熱能→機械能→電能

第36頁/10/10物理化學－緒論“煙囪效應”空氣被太陽輻射加熱后向塔底流去，并沿著“煙囪”上升，推進塔內(nèi)一組32臺、每臺發(fā)電容量為6.25MW渦輪機而發(fā)電塔底為70℃，塔頂為20℃，多出熱能積聚在存放單元中，能夠整天和整年不間斷地工作第37頁/10/10物理化學－緒論太陽能電池太陽能工廠(德國)第38頁/10/10物理化學－緒論北京太陽能綜合利用示范樓第39頁/10/10物理化學－緒論太陽能電池第40頁/10/10物理化學－緒論太陽能電池第41頁/10/10物理化學－緒論太陽能電池路燈草坪燈風扇涼帽第42頁/10/10物理化學－緒論太陽能電池染料敏感太陽能電池第43頁/10/10物理化學－緒論太陽能電池染料敏感太陽能電池第44頁/10/10物理化學－緒論太陽能電池染料敏感太陽能電池第45頁/10/10物理化學－緒論太陽能、風力協(xié)同海水淡化5元/噸左右

第46頁/10/10物理化學－緒論

3.從高碳經(jīng)濟向低碳經(jīng)濟發(fā)展第47頁/10/10物理化學－緒論CO2相圖超臨界流體2。充分利用降低環(huán)境污染第48頁/10/10物理化學－緒論超臨界流體性質(zhì)：

1.超臨界流體臨界壓力和溫度壓力溫度

H2O218×105Pa647K

CO273×105Pa304K

CO2

無毒、無味、惰性、價廉，是理想萃取劑第49頁/10/10物理化學－緒論超臨界流體性質(zhì)：

2.超臨界流體密度

(液體)=(氣體)

3.超臨界流體黏度氣體黏度

擴散系數(shù)是普通液體10倍有很強溶解能力第50頁/10/10物理化學－緒論超臨界流體萃取優(yōu)點：

1.從天然產(chǎn)物中萃取中藥、飲料和保健品等有效成份，保持純天然，無有機溶劑殘留。

2.萃取與分離兩工序合一，操作簡單，CO2

能夠循環(huán)使用。

3.萃取速率快，生產(chǎn)周期短，同時進行高壓滅菌。

4.無三廢，不污染環(huán)境，是綠色化工工藝。是分離科學中有劃時代意義科學進步.第51頁/10/10物理化學－緒論把溫室氣體作為資源利用，提供價格低廉性能優(yōu)異降解材料多重意義，其生產(chǎn)是環(huán)境友好型，能耗不高，基本無三廢利用CO2資源制備聚碳酸亞乙酯和降解型聚氨酯泡沫塑料聚碳酸亞乙酯聚氨酯泡沫PEC-PU樣品

二氧化碳制生物降解塑料生產(chǎn)廠房

第52頁/10/10物理化學－緒論高碳經(jīng)濟是黑色經(jīng)濟3。將二氧化碳埋葬掉低碳經(jīng)濟是綠色經(jīng)濟所謂低碳經(jīng)濟指是在發(fā)展中排放最少溫室氣體，同時取得整個社會最大產(chǎn)出。要從高碳經(jīng)濟→低碳經(jīng)濟→無碳經(jīng)濟第53頁/10/10物理化學－緒論發(fā)展低碳經(jīng)濟房地產(chǎn)開發(fā)商要主動展開低成本、節(jié)能建筑研發(fā)，充分考慮采光、通風等自然資源利用，使用低成本節(jié)能建筑材料用節(jié)能燈，空調(diào)提升1度，隨手關(guān)燈，少看電視，節(jié)約用紙，少用一次性物品等等第54頁/10/10物理化學－緒論高達3200m，住100萬人，崔悅君設計第55頁/10/10物理化學－緒論美國華裔崔悅君自行設計家第56頁/10/10物理化學－緒論崔悅君靈感來自由白蟻巢穴和古代傳說第57頁/10/10物理化學－緒論迪拜太陽塔，高68層樓，利用太陽、風和水能源刀具式零能源消耗大廈，旋轉(zhuǎn)太陽盾將為綠色植物提供陽光第58頁/10/10物理化學－緒論在建迪拜高塔，高650米第59頁/10/10物理化學－緒論迪拜旋轉(zhuǎn)大廈有200個單位公寓大樓能夠旋轉(zhuǎn)，并用光伏陣列來捕捉陽光能量進行發(fā)電，一個星期將旋轉(zhuǎn)306度。第60頁/10/10物理化學－緒論亞特蘭大最環(huán)境保護寶瓶星塔，一座500英尺高公寓，采取太陽能發(fā)電板與風力進行供電，并使用風力渦輪機保持室內(nèi)空氣清新第61頁/10/10物理化學－緒論巴黎水上綠色環(huán)境保護大廈，采取太陽能光伏發(fā)電，使用風力作能源，屋頂也進行了創(chuàng)意綠化，橄欖球與圓柱設計，面積為2068平方米第62頁/10/10物理化學－緒論英國零能源辦公大樓，建成最大太陽能電池陣列，生產(chǎn)足夠電力用于照明和空調(diào)等大樓建筑面積超出7萬平方米，可容納5000多人第63頁/10/10物理化學－緒論發(fā)展低碳經(jīng)濟繼低碳之后，人們還提出了零碳經(jīng)濟，到時世界將實現(xiàn)碳零排放商店里商品標簽上，不但標有價格、原材料、產(chǎn)地，而且還會標明因生產(chǎn)這件產(chǎn)品而造成二氧化碳排放量在消費者眼里，這個指標會和價格一樣主要，甚至更主要到那時再沒有煙筒，汽車也不會排放尾氣……，低碳經(jīng)濟是人們對一個生活方式渴望和憧憬第64頁/10/10物理化學－緒論美國和歐盟已撥巨款來研究在海洋和地層中埋藏二氧化碳方法。從理論上講，海洋和地層能夠貯藏人類在幾千年間生產(chǎn)二氧化碳。英國東邊國家石油企業(yè)天然氣平臺５年來每年向咸水（海底８００米處地層）中注入１００萬噸二氧化碳。該企業(yè)將開采出混合氣體先進行分離，然后將二氧化碳注入到海底下含咸水地層中。在埋藏二氧化碳最大挑戰(zhàn)是搜集二氧化碳以及將搜集到二氧化碳運輸?shù)铰癫厮攸c。向天然氣礦井注入二氧化碳以置換出天然氣.3。將二氧化碳埋葬掉第65頁/10/10物理化學－緒論4.三次開采石油一次采油在原油開采過程中，首次采油普通依靠地底壓力讓原油自噴而出二次采油今后，因為地下壓力減小，不得不往地下注水將油驅(qū)出當前，我國多數(shù)油田處于二次采油晚期，每百噸采出液體中，含水量達９５噸我國綜合原油采收率只有３０％多一些；也就是說，有６０％多石油依然留在地下無法采出第66頁/10/10物理化學－緒論三次采油三次采油三次采油技術(shù)就是利用物理、化學和生物等方法，把水驅(qū)難于開采剩下油盡可能多地采出來，以提升原油采收率普通是指往地下注入化學物質(zhì)，到達采油目標大慶油田提出，力爭用15-時間，形成以化學驅(qū)為主導，門類較為齊全三次采油、四次采油技術(shù)系列三次采油年產(chǎn)油量1000萬噸以上，穩(wěn)產(chǎn)至第67頁/10/10物理化學－緒論活性劑分子巖石表面石油三次產(chǎn)油原理第68頁/10/10物理化學－緒論三次采油液氦界面張力最低，為0.37mN/m超低界面張力采油在苯─水界面加油酸、油醇、NaOH，NaCl等物質(zhì)能夠使界面張力低到忽略不計用石油磺酸鹽加在采油注水液中形成活性水，得到超低界面張力，提升采油量大慶依據(jù)試驗室模擬結(jié)果，使用該產(chǎn)品及其獨有技術(shù)，每噸石油磺酸鹽能夠提升原油產(chǎn)量１３０多噸；能夠?qū)⒏邼B油藏原油采收率提升２０％至３０％。第69頁/10/10物理化學－緒論該技術(shù)成熟可靠、工藝合理、易于操作，處于國際領(lǐng)先水平。利用這一技術(shù)，我國大慶、勝利、遼河、華北等多數(shù)油田采收率能夠大幅上升，將對我國原油供給和能源安全產(chǎn)生主動而深遠影響。這一技術(shù)不但能夠在國內(nèi)采取，也能夠走出國門，去搞國外大石油企業(yè)不愿搞油田深度開發(fā)。這不但對于保障國內(nèi)石油供給意義重大，也有利于提升資源利用效率第70頁/10/10物理化學－緒論肥皂分子5。蓮花效應與免洗布第71頁/10/10物理化學－緒論洗滌作用加活性劑將油污和基質(zhì)潤濕增溶、從表面置換，使油污離開基質(zhì)表面乳化、起泡、帶走油污，占領(lǐng)基質(zhì)表面第72頁/10/10物理化學－緒論表面防水與自潔作用蓮花效應第73頁/10/10物理化學－緒論表面防水與自潔作用第74頁/10/10物理化學－緒論

在電子顯微鏡下，蓮葉表面含有大小約5-15微米細微突起表皮細胞

表皮細胞上又覆蓋著一層直徑約1nm蠟質(zhì)結(jié)晶。蠟質(zhì)結(jié)晶本身化學結(jié)構(gòu)含有疏水性，所以當水與這類表面接觸時，會形成水珠。

因為植物葉子表面不平整細微結(jié)構(gòu)，使水與葉面接觸面積更小而接觸角變大，所以加強了疏水性，同時也降低了污染顆粒對葉面附著力。表面防水與自潔作用第75頁/10/10物理化學－緒論疏水作用表面防水與自潔作用第76頁/10/10物理化學－緒論表面防水與自潔作用第77頁/10/10物理化學－緒論表面防水與自潔作用經(jīng)過化學蒸鍍法，將納米絲進行地毯狀組裝。納米絲，免洗布水在這種超級不易被水沾濕納米絲上形成球形水滴水滴快速滑落，并將討厭灰塵粒子帶走。第78頁/10/10物理化學－緒論

超雙疏性界面由下到上、由原子到分子、由分子到聚集體，外延生長形成納米尺寸和幾何形狀互補界面，使物體表面覆蓋一層氣體薄膜，起到疏水、疏油目標。表面防水與自潔作用在輸油管內(nèi)壁、各種建材