《物理化学》(I)教学大纲

1、物理化学（I）教学大纲课程编号： 070113,070115 课程性质： 必修 总学时： 96学时 总学分： 6 开课学期： 第五、六学期 适用专业： 化学 先修课程：无机化学、有机化学等 后续课程：结构化学等 大纲执笔人：DF 参加人：FFDF 大纲审核人： FGF 编写时间： 2010年9月 编写依据： 化学专业人才培养方案（2010 ）年版（10修订）授课年级：10级化学一、课程简介物理化学（Physical chemistry）是一门以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系的特殊规律的学科。公认的物理化学的研究内容，大致可概括为两个方面, 一是化学体系

2、的宏观平衡性质。以热力学的三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的物理化学分支的有：化学热力学，溶液、胶体和表面化学。二是化学体系的动态性质。研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生化学变化过程的速率、变化的机理。在这种情况下，时间是重要的变量。属于这方面的物理化学分支有：化学动力学、催化、光化学、电化学等。二、本课程教学在专业人才培养中的地位和作用物理化学主要研究物质变化及与化学变化相关的物理变化中所遵循的规律和基本原理。物理化学作为化学学科中的一个重要分支学科、化学专业的一

3、门重要的理论基础课，在化学人才培养过程中负有极重要的作用，进行必要的物理化学教学与训练，是培养具有较好的理论素养的化学人才的保证。 三、本课程教学所要达到的基本目标本课程的具体学习要求1、理解物理化学课程中的基本概念与基本原理，掌握其应用。2、掌握物理化学课程中的基本公式、适用条件及其应用。3、学习课程中研究问题、解决问题的一般科学方法以及四个重要分支的研究方法：热力学方法、动力学方法、量子力学方法和统计热力学方法。四、学生学习本课程应掌握的方法与技能通过本课程的学习学会物理化学研究问题的一些特殊方法（热力学方法、动力学方法、量子力学方法和统计热力学方法等）及其中包括的一般科学方法，使学生具备

4、和掌握针对问题建立假设和模型上升到理论，并结合具体问题分析、解决的能力。为化学类等专业的后续课程学习和进一步掌握新的科技成果打下必要的基础。五、本课程与其它课程的联系与分工本课程是在学生已掌握“高等数学”、“大学物理”、“无机化学”、“分析化学”、“有机化学”等前置课程的基本理论和实验技能的基础上开出，通过本课程学习，学生将系统学习物理化学的基本概念、基本原理和发展规律，并能在今后的科研及生产实践中，运用这些规律去分析问题和解决问题。六、本课程的教学内容与目的要求绪 论( 共2学时 )1、教学目的和要求（1）了解物理化学的内容、方法。（2）了解物理化学在化学科学理论的地位和在工农业生产中的作用

5、。（3）知道如何学习物理化学课程。2、教学内容（1）物理化学的目的和内容（2）物理化学的研究方法（3）物理化学的建立与发展（4）物理化学课程的学习方法【第一章】 气体( 共2学时 )1、教学目的和要求（1）掌握气体的基本定律、气体的压力公式、气体分子动能的表达公式；（2）了解麦克斯韦速度分布分式的含义；（3）掌握分子的数学平均速率，最概然速率与均方根速率计算公式，分子的动能分布公式。2、教学内容（1）气体分子动理论；（2）摩尔气体常数；（3）理想气体的状态图；（4）分子运动的速率分布（5）分子平动能的分布（6）实际气体（7）分子间的相互作用力3、教学重点和难点重点：气体的宏观性质与分子的微观特

6、性的关系，各个统计公式的物理意义。 难点：各个统计公式的导出过程。 4、本章思考题教材（上册）P59【第二章】 热力学第一定律（共8学时）1、教学目的和要求（1）掌握热力学的一些基本概念，如体系、环境、状态、过程、途径、功、热量等；（2）理解热力学第一定律和内能的概念，熟悉功与热的取号惯例；（3）明确准静态过程和可逆过程的意义；（4）明确内能和焓都是状态函数及状态函数的特性；（5）熟练地应用热力学第一定律来计算理想气体在定温、定容、定压、绝热及多方等过程中的Q、W、U、H；（6）熟练地应用生成焓、燃烧焓计算反应热。会应用盖斯定律和基尔霍夫定律解决实际问题。2、教学内容（1）热力学概论；（2）热

7、平衡和热力学第零定律温度的概念；（3）热力学的一些基本概念；（4）热力学第一定律（5）准静态过程与可逆过程（6）焓（7）热容（8）热力学第一定律对理想气体的应用（9）Canot循环（10）Joule-Thomson效应实际气体的U和H（11）热化学（12）Hess定律（13）几种热效应（14）反应焓变与温度的关系Kirchhoff定律（15）绝热反应非等温反应（16）由热力学第零定律导出温度的概念3、教学重点和难点重点：化学热力学的研究对象、方法和局限性，体系和环境、状态与状态函数，过程和途径，热力学平衡，热和功，热力学第一定律，热容，准静态过程，可逆过程与不可逆过程，焓，理想气体绝热过程，实

8、际气体节流过程，化学反应热效应，赫斯定律，基尔霍夫定律。溶解焓和稀释焓。 难点：可逆过程的热力学含义，焓，理想气体绝热过程，卡诺循环，实际气体节流过程，化学反应热效应，赫斯定律，基尔霍夫定律。1、 本章思考题教材（上册）P126【第三章】 热力学第二定律（共8学时）1、教学目的和要求（1）了解自发变化的共同特征及第二定律与卡诺定理的联系；（2）理解克劳修斯不等式的重要意义；（3）掌握热力学函数U、H、S、F、G的定义及热力学函数的基本关系式；（4）熟练地计算一些简单过程中的S、F、G；（5）明确S、F、G在特殊条件下的物理意义及如何利用它们来判断变化的方向和平衡条件；（6）会应用吉布斯赫姆霍兹

9、方程、克拉贝龙方程和克拉贝龙克劳修斯方程。2、教学内容（1）自发变化的共同特征；（2）热力学第二定律；（3）Canot定理；（4）熵的概念（5）Clauxius不等式与熵增加原理（6）热力学基本方程与T-S图（7）熵变的计算（8）热力学第二定律的本质和熵的统计意义（9）Helmholtz自由能和Gibbs自由能（10）变化的方向和平衡条件（11）G的计算（12）几个热力学函数间的关系（13）热力学第三定律与规定熵（14）绝对零度不能达到原理热力学第三定律的另一种表述法3、教学重点和难点重点：自发变化的共同特征，第二定律与卡诺定理的联系。理解克劳修斯不等式的重要意义。掌握热力学函数U、H、S、F

10、、G的定义及热力学函数的基本关系式。难点：熵的导出过程，自发过程的共同特征，力学第二定律及其数学表达式，熵的统计意义，熵及熵增加原理，赫姆霍夫兹自由能（功函）和吉布斯自由能，变化的方向和平衡的判据，热力学函数的基本关系式麦克斯韦关系式，吉布斯赫姆霍兹方程，热力学第三定律及其规定熵。2、 本章思考题教材（上册）P199【第四章】 多组分系统热力学及其在溶液中的应用（共8学时）1、教学目的和要求（1）掌握溶液组成的各种表示及其相互关；（2）熟悉偏摩尔量和化学势的意义及它们之间的区别；（3）熟悉拉乌尔定律和享利定律；（4）熟悉理想溶液的定义及其通性；（5）了解逸度和活度的概念及其计算方法；（6）理解

11、溶液中各组分的化学势及其各组分的标准态、参考态，熟悉稀溶液依数性的计算及了解其公式推导。2、教学内容（1）引言；（2）多组分系统的组成表示法；（3）偏摩尔量；（4）化学势（5）气体混合物中各组分的化学势（6）稀溶液中的两个经验定律（7）理想液态混合物（8）理想稀溶液中任一组分的化学势（9）稀溶液的依数性（10）Duhem-Margule公式（11）活度与活度因子3、教学重点和难点重点：溶液组成的表示法，摩尔量和化学势的意义及它们之间的区别，拉乌尔定律和享利定律，混合气体中各组分的化学势，理想溶液和稀深夜中各组分的化学势，稀溶液的依数性。非理想溶液中各组分的化学势和活度的概念。难点：非理想气体的

12、逸度因子的含义及计算，理解溶液中各组分的化学势及其各组分的标准态、参考态，稀溶液依数性。3、 本章思考题教材（上册）P265【第五章】 相平衡 （共8学时）1、教学目的和要求（1）熟悉相、组分数和自由度的意义，了解相律推导过程并掌握其在相图中的应用；（2）熟悉双液系的PX和TX图，理解蒸馏、精馏和蒸汽蒸馏的基本原理及其计算，对二组分液固体系以简单低共熔混合物为重点；（3）掌握相图的绘制及应用，并能熟悉地将相图与步冷曲线互相绘制；（4）对三组分体系，了解部分互溶的三液体体系及其在萃取中的应用，熟悉水盐体系相图及其应用。2、教学内容（1）引言；（2）多组分系统平衡的一般条件；（3）相律；（4）单组

13、分系统的相平衡；（5）二组分系统的相图及其应用（6）三组分系统的相图及其应用3、教学重点和难点重点：相及其相平衡的一般概念，相律，单组分体系的相图（水、硫），二组分体系相图。难点：相及其相平衡的一般概念，相律，二组分系统的相图，三组分系统的相图。1、 本章思考题教材（上册）P334【第六章】 化学平衡 （共6学时）1、教学目的和要求（1）熟悉化学反应的平衡条件并了解由此推导的化学反应等温式及其应用；（2）掌握均相及多相反应的平衡常数及其区别与应用；（3）理解标准生成吉布斯自由能的意义及其应用；（4）熟悉平衡常数的各种表示及温度、压力、惰性气体对化学平衡的影响和有关计算；（5）了解同时平衡、反应

14、的耦合。2、教学内容（1）化学反应的平衡条件反应进度和化学反应的亲和势；（2）化学反应的平衡常数和等温方程式；（3）平衡常数的表达式；（4）复相化学平衡；（5）标准摩尔生成Gibbs自由能（6）温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响（7）同时化学平衡（8）反应的耦合3、教学重点和难点重点：化学反应平衡条件与化学反应亲和势，化学反应平衡常数及等温方程式，复相化学平衡，平衡常数的测定及平衡转化率的计算，标准生成吉布斯自由能，温度压力及惰性气体对化学平衡的影响，同时平衡。难点：化学平衡的热力学理解，平衡常数的各种表示方法及关系。2、 本章思考题教材（上册）P387【第七章】 统计热力学基础 （共6学时

15、）1、教学目的和要求（1）了解什么是最概然分布及其与体系微观状态数的关系；（2）理解配分函数及其物理意义，明确定位体系与非定位体系的热力学函数间的差别；（3）熟悉平动、转动、振动对热力学函数的贡献。2、教学内容（1）概论；（2）Boltzmann统计；（3）配分函数；（4）各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献；（5）分子的全配分函数（6）用配分函数计算rGm和反应的平衡常数3、教学重点和难点重点：统计热力学的研究方法与目的，统计体系的分类方法，统计热力学基本假定，玻兹曼统计，配分函数及与热力学函的关系，配分函数的分离，核、电子、平动、转动和振动配分函数对各热力学函数的贡献，分子的全配分函数。

16、难点：统计热力学的研究方法，玻兹曼统计，配分函数及与热力学函数的关系，配分函数的分离，配分函数对各热力学函数的贡献。3、 本章思考题教材（上册）P446【第八章】 电解质溶液 （共4学时）1、教学目的和要求（1）理解法拉第定律并熟悉其应用；（2）理解迁移数的意义并了解常用测定迁移数的方法和有关计算；（3）熟悉电导、电导率、摩尔电导率的意义及它们与浓度之间的关系和有关计算；（4）熟悉离子独立移动定律和电导测定的一些应用；（5）熟悉迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系；（6）掌握电解质溶液的平均活度、平均活度系数和离子强度的意义及计算方法（7）了解强电解质理论，会使用德拜休克尔理极限公式。2、

17、教学内容（1）电化学中的基本概念和电解定律；（2）离子的电迁移和迁移数；（3）电解质溶液的电导；（4）电解质的平均活度和平均活度系数；（5）强电解质溶液理论简介3、教学重点和难点重点：电化学的基本概念和法拉第定律，电导，电导率，摩尔电导率，离子独立移动定律，离子摩尔电导率，电导率测定的应用，离子的电迁移和迁移数，电解质的平均活度和平均活度系数，离子强度，德拜休克尔理论及其极限公式。难点：离子的电迁移和迁移数及其测定，电解质的平均活度和平均活度系数，德拜休克尔理论及其极限公式。1、 本章思考题教材（下册）P55【第九章】 可逆电池的电动势及其应用 （共4学时）1、教学目的和要求（1）掌握电动势与

18、各热力学函数间的关系及其计算；（2）熟悉可逆电池的书写方法及电极电势的符号惯例。熟悉标准电极电势及其应用；（3）熟悉标准电极电势及其应用；（4）对所给定的电池能熟练地写出电极反应、电池反应和计算电池的电动势；（5）了解电动势产生的机理及电动势测定方法和一些应用；（6）了解浓差电池及液体接界电势及有关计算。2、教学内容（1）可逆电池和可逆电极；（2）电动势的测定；（3）可逆电池的书写方法及电动势的取号；（4）可逆电池的热力学；（5）电动势产生的机理；（6）电极电势和电池的电动势（7）电动势测定的应用3、教学重点和难点重点：可逆电池和可逆电极，电动势的测定及标准电池，可逆电池的书写方法及电动势的取

19、号，可逆电池的能斯特方程及电池电动势与热力学函数的关系，电动势产生的机理，可逆电池的设计，标准氢电极和标准电极电势，参比电极，浓差电池和液接电势，电动势测定的应用。难点：电动势的测定，电池反应与电池的互译，可逆电池的能斯特方程及电池电动势与热力学函数的关系，电动势产生的机理，标准氢电极和标准电极电势，浓差电池和液接电势。2、 本章思考题教材（下册）P108【第十章】 电解与极化作用 （共4学时）1、教学目的和要求（1）理解分解电压的意义及其应用；（2）了解产生超电势的原因及掌握超电势在电解中的应用；（3）能计算一般电解分离问题；（4）熟悉金属腐蚀原因及各种防腐方法；（5）了解化学电源的类型及应

20、用。2、教学内容（1）分解电压；（2）极化作用；（3）电解时电极上的竞争反应；（4）金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化；（5）化学电源；（6）有机合成简介。3、教学重点和难点重点：分解电压，浓差极化，电化学极化，超电势及其测定，金属的析出与氢的超电势，金属离子的分离，电解还原与氧化，金属电化学氧化腐蚀，金属的钝化。难点：分解电压，浓差极化，电化学极化，金属的析出与氢的超电势，金属离子的分离。3、 本章思考题教材（下册）P150【第十一章】 化学动力学基础（一） （共6学时）1、教学目的和要求（1）掌握定容反应速率表示及基元反应、反应分子数和反应级数等概念；（2）熟练掌握简单反应级数速率公式的各

21、种特征及相关计算，并能根据实验数据确定反应级数，对四种典型的复杂反应要掌握各自的特点并能对其中简单的反应能写出反应速率表达式；（3）熟悉浓度、温度、活化能对反应速率的影响；（4）理解阿俞尼乌斯经验式中各项的含义；（5）会运用稳态近似、平衡假设等近似处理方法。2、教学内容（1）化学动力学的任务和目的；（2）化学反应速率的表示法；（3）化学反应的速率方程；（4）具有简单级数的反应；（5）几种典型的复杂反应；（6）基元反应的微观可逆性原理；（7）温度对反应速率的影响（8）关于活化能（9）链反应（10）拟定反应历程的一般方法3、教学重点和难点重点：化学反应的速率表示与速率方程，具有简单反应级数的反应，

22、反应级数与反应分子数，速率常数，阿俞尼乌斯公式，基元反应的活化能，几种典型的复杂反应（对峙反应、平行反应、连续反应、链反应），反应历程。难点：动力学的基本概念，化学反应的速率表示与速率方程，具有简单反应级数的反应，反应级数与反应分子数，速率常数，阿仑尼乌斯公式，基元反应的活化能，对峙反应、平行反应、连续反应、链反应，反应历程。1、 本章思考题教材（下册）P214【第十二章】 化学动力学基础（二） （共8学时）1、教学目的和要求（1）了解化学反应动力学的碰撞、单分子反应和过渡态三种理论的基本内容，会计算一些简单基元反应的速率常数，并弄清几个能量（活化能、阀能、零点能等）的不同的物理意义及相互关系

23、；（2）了解分子反应动力学的常用实验方法和该研究在理论上的意义；（3）了解溶液中反应的特点和溶剂对反应的影响；（4）熟悉快速反应常用的测试方法及驰豫时间；（5）掌握光化学反应的特点和有关计算；（6）熟悉催化反应的特点及常见催化反应的类型。2、教学内容（1）碰撞理论；（2）过渡态理论；（3）单分子反应理论；（4）分子反应动态学简介；（5）在溶液中进行的反应；（6）快速反应的集中测试手段；（7）光化学反应；（8）化学激光简介；（9）催化反应动力学3、教学重点和难点重点：简单碰撞理论，概率因子，过渡状态理论，势能面，活化熵。难点：碰撞理论的基本思想，过渡状态的势能面的概念。2、 本章思考题教材（下册

24、）P303【第十三章】 表面物理化学 （共6学时）1、教学目的和要求（1）了解表面吉布斯自由能和表面张力；（2）掌握弯曲液面下的附加压力和蒸气压，杨拉普拉斯公式，开尔文公式；（3）掌握液体的铺展，吉布斯吸附公式，粘附功、浸湿功和铺展系数，接触角和润湿作用；（4）了解表面活性剂及其重要作用；（5）掌握兰缪尔等温式、弗伦德利希吸附等温式、乔姆金吸附等温式及BET公式；（6）熟悉化学吸附和物理吸附；（7）了解气固表面催化反应。2、教学内容（1）表面张力及表面Gibbs自由能；（2）弯曲表面上的吸附压力和蒸气压；（3）溶液的表面吸附；（4）液-液界面的性质；（5）膜；（6）液-固界面润湿作用；（7）表

25、面活性剂及其作用；（8）固体表面的吸附；（9）气-固表面催化反应3、教学重点和难点重点：相的表面，表面吉布斯自由能和表面张力的概念，弯曲液面下的附加压力和蒸气压，杨拉普拉斯公式，开尔文公式，兰缪尔、弗伦德利希和乔姆金吸附等温式，BET公式，化学吸附和物理吸附，气固表面催化反应。难点：表面吉布斯自由能和表面张力的概念，弯曲液面下的附加压力和蒸气压，开尔文公式，兰缪尔、弗伦德利希和乔姆金吸附等温式，BET公式。3、 本章思考题教材（下册）P398【第十四章】 胶体分散系统和大分子溶液（共4学时）1、教学目的和要求（1）掌握胶体和胶体的基本特征；（2）了解胶体的制备和净化；（3）掌握溶胶的动力学性质

26、、光学性质以及电学性质；（4）理解双电层理论，掌握电势；（5）熟练掌握溶胶在稳定性方面的特点及电解质对溶胶稳定性的影响，电解质聚沉能力大小；（6）了解乳状液、凝胶以及大分子溶液；（7）掌握Donnan平衡。2、教学内容（1）胶体和胶体的基本特征；（2）胶体的制备和净化；（3）溶胶的动力学性质；（4）溶胶的光学性质；（5）溶胶的电学性质；（6）双电层理论和电势；（7）溶胶的稳定性和聚沉作用；（8）乳状液；（9）凝胶；（10）大分子溶液（11）Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透性3、教学重点和难点重点：胶体及胶体的基本特征，溶液的制备与净化，溶胶的动力学性质、光学性质和电学性质，胶团结构，双电层和电动电势，溶胶的稳定性和聚沉作用，乳状液，大分子溶液，Donnan平衡，凝胶。难点：胶体分散体系在动力学、光学、电学等方面的性质及特点。溶胶在稳定性方面的特点及电解质对溶胶稳定性的影响，电解质聚沉能力大小，Donnan平衡。4、本章思考题教材（下册）P479七、本课程教学时数分配表章标 题学时分配讲授习题第0章绪论2第一章气体2第二章热力学第一定律82第三章热力