物理化学 教学大纲

物理化学课程教学大纲一、说明（一）课程性质物理化学是化学学科的一门基础理论课。本课程的目的在于运用物理和数学的有关理论和方法进一步研究化学运动形式的普遍规律。（二）教学目的通过物理化学的教学，使学生了解和掌握化学学科的基本理论，培养学生理论思维的能力，为从事化学教学和科研打下扎实的理论基础。（三）教学内容本课程主要包括化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、表面化学和胶体化学等几个部分。通过教学的各个环节使学生达到各章中所提的基本要求。习题课是重要的教学环节，教师必须予以重视。讲授时要注意国家颁布的法定计量单位和符号系统规定。（四）教学时数本课程教学时数为108学时。（五）教学方式以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。二、讲授大纲与各章的基本要求绪论教学要点：着重阐明物理化学基本内容及物理化学学科发展，介绍物理化学的学习方法。教学时数：2学时教学内容：1．物理化学的基本内容2．物理化学发展简史3．学习物理化学的意义4．怎样学习物理化学考核要求：了解物理化学的基本内容。第一章热力学第一定律教学要点：通过本章的教学使学生初步了解热力学方法及其基本特点，掌握状态、状态函数、可逆过程等基本概念，理解状态函数的性质，理解热力学第一定律并能对物理化学过程(状态变化、相变化、化学反应等)进行有关计算。1．使学生准确掌握热力学的基本概念。2．使学生知道热、功、热力学能之间的区别与联系。3．使学生充分理解状态函数的意义及其数学特性。4．明确焓的定义和意义。5．明确可逆过程及其意义。6．熟练地应用热力学第一定律计算物理化学过程的△U、△H、Q和W。7．熟练地应用△fHm(B)、△cHm(B)计算反应热效应。掌握盖斯定律和基尔霍夫定律应用。8．了解卡诺循环的意义及理想气体在诸过程的热和功的计算。教学时数：10学时教学内容：一、热力学概论和热力学的基本概念1．热力学的目的、内容、方法与局限性2．体系与环境3．体系的状态和性质(状态、状态性质、容量性质、强度性质)4．过程与途径(等温过程、等压过程、等容过程、相变过程、化学过程、循环过程)5．状态方程和过程方程6．状态函数的全微分性质二、热和功1．热2．功(体积功与非体积功，功的一般计算公式，体积功的计算)三、热力学第一定律1．热力学能2．热力学第一定律文字表述和数学表达式四、焓(等压热容、等容热容、焓的定义)五、热容(Cp与Cv及其相互关系，Cp与温度的关系)，热量的计算六、准静态过程与可逆过程七、热力学第一定律对理想气体的应用1．理想气体的内能和焓2．理想气体△U和△H的计算3．理想气体Cp与Cv的关系4．理想气体的等温可逆过程5．理想气体的绝热过程6．理想气体的卡诺循环八、热力学第一定律对相变化的应用九、热力学第一定律对实际气体的应用1．焦耳—汤姆逊实验2．焦—汤系数及倒转温度3．实际气体的热力学能和焓十、热力学第一定律对化学反应过程的应用1．化学反应的热效应(等压热效应、等容热效应、反应进度和热化学方程式、化学反应热效应的表示)2．盖斯定律3．化学反应热效应的计算(生成焓与标准生成焓，燃烧焓，离子生成焓，键焓)4．反应热效应与温度的关系(基尔霍夫定律，非等温反应和绝热反应热效应的计算)考核要求：1．热力学概论1.1热力学的目的、内容和方法（识记）1.2热力学的一些基本概念1.2.1体系与环境，体系的性质（识记）1.2.2热力学平衡态和状态函数（识记）2．热力学第一定律2.1热和功（领会）2.2热力学能（领会）2.3热力学第一定律的表述与数学表达式（应用）3．体积功与可逆过程3.1等温过程的体积功（应用）3.2可逆过程与最大功（领会）4．焓与热容4.1焓的定义（识记）4.2焓变与等压热的关系（应用）4.3等压热容和等容热容（识记）5．热力学第一定律对理想气体的应用5.1理想气体的热力学能和焓（领会）5.2理想气体的Cp与Cv之差（识记）5.3理想气体的绝热过程（领会）6．热力学第一定律对实际气体的应用6.1节流膨胀与焦耳-汤姆逊效应（识记）7．热力学第一定律对相变过程的应用（领会）8．化学热力学8.1化学反应热效应8.1.18.1.28.2赫斯定律与常温下反应热效应的计算8.2.18.2.28.3标准反应焓变与温度的关系—基尔霍夫定律（应用）第二章热力学第二定律教学要点：本章主要讨论体系的过程方向与限度。熵与熵增加原理是本章的重点和难点。熵的统计意义能使学生初步理解熵与第二定律的微观含义。热力学第三定律为以后计算物质的熵值与其它热力学函数提供根据。由于化学反应一般可控制在恒温恒压下进行，所以，自由能的使用也是本章的重要内容之一。1．了解一切自发过程的共同特征，明确热力学第二定律的意义。2．明确从卡诺原理到熵函数引出的逻辑性，从而理解克劳修斯不等式的重要性。3．熟记并理解热力学函数S、F、G的定义与各热力学函数间的关系。4．明确每一热力学函数只是在各自的特定条件下才能作为过程进行方向与限度的判据，熟练△S与△G的计算与应用。5．熵的统计意义和热力学第三定律只作一般性了解。教学时数：10学时教学内容：一、一切自发过程的共同特征二、热力学第二定律的表达法：克劳修斯的说法与开尔文的说法三、卡诺原理四、过程的热温商与熵函数1．可逆过程的热温商和熵的概念2．不可逆过程的热温商与熵变五、热力学第二定律的数学表达式与熵判据1．热力学第二定律的数学表达式2．熵增加原理六、熵的统计意义1．过程自发进行的微观本质2．微观状态数与最可几分布3．熵与微观状态数的关系七、熵变的计算与熵判据的应用1．各种简单状态变化过程2．相变过程3．等温下的化学反应过程八、热力学第三定律、规定熵1．热力学第三定律2．规定熵3．化学反应熵变的计算九、自由能1．自由能(F、G)2．自由能判据3．自由能变化的焓效应与熵效应(△G=△H–T△S)十、等温过程△G的计算与应用1．无化学变化与无相变化的等温过程△G2．纯物质相变过程的△G3．化学反应的△G十一、热力学函数间的基本关系式1．热力学函数间的关系2．特征微分方程、特征函数3．对应系数关系、麦克斯韦关系4．吉布斯—赫姆霍兹方程十二、克拉贝龙—克劳修斯方程1．克拉贝龙方程2．克拉贝龙—克劳修斯方程考核要求：1．实际过程的共同特征（识记）2．热力学第二定律（领会）3．卡诺定理3.1卡诺循环（识记）3.2卡诺定理（领会）4．过程的热温商与熵函数4.1可逆过程的热温商与熵函数的概念（领会）4.2不可逆过程的热温商与体系的熵变（领会）5．过程方向和限度的判据5.1克劳修斯不等式（应用）5.2熵增加原理（应用）6．△S的计算6.1简单状态变化过程△S的计算（应用）6.2相变过程△S的的计算（应用）7．热力学第二定律的本质与熵的统计意义7.1热力学第二定律的本质（识记）7.2熵和热力学概率—玻兹曼公式（识记）8．热力学第三定律与规定熵8.1热力学第三定律（领会）8.2规定熵（识记）8.3化学反应过程熵变的计算（领会）9．亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能9.1亥姆霍兹自由能及△F判据（领会）9.2吉布斯自由能及△G判据（领会）10．过程△G的计算与应用10.1理想气体等温过程△G的计算（应用）10.2纯物质相变过程△G的计算（应用）11．热力学关系式11.1四个热力学基本关系式（领会）11.2对应系数关系式与麦克斯韦关系式（领会）12．克拉贝龙—克劳修斯方程12.1克拉贝龙方程（领会）12.2克拉贝龙—克劳修斯方程（应用）第三章多组分系统热力学及其在溶液中的应用教学要点：本章讨论溶液的热力学性质。使学生了解偏摩尔量和化学势概念；了解拉乌尔定律及亨利定律、稀溶液、理想溶液的意义；实际溶液与理想溶液的区别；活度的概念与意义，以及标准态的选用。掌握稀溶液与理想溶液、非理想溶液三者的区别、关系及各自性质。加深对拉乌尔定律及亨利定律的理解并熟悉其应用。活度的概念与标准态的选用及溶液中各组分化学势的表示，是本章的一个难点，必须使学生理解这些概念及其意义。教学时数：8学时教学内容：一、概述与组成表示法二、偏摩尔量和化学势概念三、溶液的基本性质和两个经验定律四、混合气体中各组分的化学势五、稀溶液1．各组分的化学势与标准态2．依数性六、理想溶液1．理想溶液的定义2．理想溶液的化学势、通性3．组成理想溶液过程中，体系各热力学函数的改变七、非理想溶液1．非理想溶液中各组分的化学势2．活度的概念考核要求：1．液组成的表示法（识记）2．偏摩尔量与化学势2.1偏摩尔量的定义和集合公式（领会）2.2化学势的定义及其与温度、压力的关系（领会）3．稀溶液中两个经验定律3.1拉乌尔定律（领会）3.2亨利定律（领会）4．混合气体中各组分的化学势4.1理想气体的化学势（识记）4.2非理想气体的化学势（识记）5．理想溶液的定义、通性及各组分的化学势5.1理想溶液的定义及各组分的化学势（领会）5.2理想溶液的通性（领会）6．稀溶液中各组分的化学势（识记）7．稀溶液的依数性7.1蒸汽压下降（应用）7.2凝固点下降和沸点上升（应用）7.3渗透压（应用）8．非理想溶液中各组分的化学势与活度的概念（识记）第四章相平衡教学要点：本章应用热力学方法讨论相平衡体系的一般规律。学习一些典型相图的绘制、分析与应用。克拉贝龙——克劳修斯方程、相律与相图的分析及应用是本章的主要内容。相图分析着重于二组分体系。对三组分体系只作一般性介绍。1．明确相、组分数和自由度的概念，了解相律的推导、物理意义与用途。2．了解绘制相图的常用方法，能根据热分析法得出的步冷曲线从而绘制出相图。3．能应用相律说明相图中区、线及点的意义，并能根据相图来说明体系在不同过程中所发生相变化的情况。教学时数：10学时教学内容：一、相律1．相、组分数与自由度2．相律的推导3．相律的应用举例二、单组分体系1．水的相图2．克拉贝龙方程的应用三、二组分凝聚体系1．具有简单低共熔点的凝聚体系2．熔融液的冷却过程—步冷曲线3．杠杆规则4．二组分盐水体系5．形成稳定固态化合物的体系6．形成不稳定固态化合物的体系7．二组分在液态与固态时均能完全互溶的体系8．二组分固态时部分互溶的体系9．具有转熔温度的固态部分互溶体系四、双液系的气液平衡1．二组分理想溶液2．二组分完全互溶的实际溶液(分馏原理)3．完全不互溶与部分互溶的双液系(水蒸气蒸馏原理)五、三组分体系1．三组分体系的组成表示法2．部分互溶三液系3．三组分盐水体系4．二盐一水体系六、分配定律与萃取考核要求：1．多相体系平衡的一般条件（识记）2．相律2.1独立组分数、自由度（领会）2.2相律（领会）3．单组分体系的相图—水的相图（领会）4．二组分体系的相图及其应用4.1双液系4.4.1.2杠杆规则与蒸馏原理（应用）4.1.3部分互溶和不互溶双液系（识记）4.2简单低共溶混合物体系（领会）4.3形成化合物体系4.3.1稳定化合物（领会）4.3.2不稳定化合物（领会）4.4完全互溶和部分互溶固溶体的相图（领会）5．三组分体系的相图及其应用5.1等边三角形坐标表示法（识记）5.2部分互溶的三液体体系（识记）5.3二盐一水体系（领会）第五章化学平衡教学要点：本章根据热力学的平衡条件得出反应的等温方程式，并根据物质的热力学函数值计算反应的平衡常数，再进一步讨论浓度、温度、压力与惰性气体对平衡的定量影响。最后列举一些实例说明应用热力学平衡条件来分析反应条件的重要性与实际意义。1．从热力学平衡条件导出化学反应等温方程式以及该方程的意义是本章的重点。2．熟练平衡常数与平衡组成的计算。3．熟练理想气体反应的Kp、Kx、Kc间的关系。4．学会使用牛顿图，计算实际气体反应的Kf。5．理解物质生成自由能与反应过程△G的意义，掌握△rGmӨ=-RTlnKӨ的有关计算。6．了解从吉布斯—赫姆霍兹方程推导反应等压方程式的思路及有关该方程的计算，熟悉一些因素对反应平衡的定量影响。7．一些热力学分析的实例。教学时数：6学时教学内容：一、化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势二、平衡常数与反应等温方程式三、标准生成自由能1．标准生成自由能2．标准生成自由能的求法及用途四、有关平衡常数的计算与应用1．平衡常数的实验测定法2．理想气体反应的Kp、Kc与Kx之间的关系3．实际气体反应的平衡常数4．液相反应的平衡常数5．复相反应的平衡常数(固体的分解压)五、一些因素对化学平衡的影响1．浓度对化学平衡的影响2．温度对化学平衡的影响3．压力对化学平衡的影响4．惰性气体对化学平衡的影响六、同时平衡和反应的藕合七、近似计算八、生物能力学简介1．生物化学中的标准态2．ATP的水解3．糖酵解的作用考核要求：1．化学反应的等温方程式与标准平衡常数1.1化学反应的等温方程式（领会）1.2标准平衡常数（领会）2．平衡常数的表达式2.1气相反应的平衡常数的表达式（领会）3．复相化学平衡3.1平衡常数的表达式（识记）3.2解离压力（应用）4．平衡常数的测定与平衡转化率的计算（应用）5．标准生成吉布斯自由能5.1标准生成吉布斯自由能（识记）5.2反应的标准吉布斯自由能改变的计算（应用）6．温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响6.1温度对平衡常数影响—标准平衡常数与温度的关系（应用）6.2压力对化学平衡的影响（领会）6.3惰性气体对化学平衡的影响（领会）7．同时平衡与反应的耦合（识记）第六章统计热力学基础教学要点：统计热力学是从物质的微观结构出发来研究由大量微观粒子所构成的宏观物质处于平衡态时的性质，采用统计力学的方法推求体系的热力学性质。要求了解统计体系的分类，主要掌握玻兹曼统计对定位、非定位体系的处理结果，搞清楚配分函数与热力学函数之间的关系，了解利用统计热力学中的配分函数来计算各种体系的热力学函数。教学时数：6学时教学内容：一、统计热力学概论二、玻兹曼统计三、配分函数考核要求：1．统计热力学概论1.1统计热力学的研究方法与目的（识记）1.2统计体系的分类（识记）1.3统计热力学的基本假定（识记）2．玻兹曼统计2.1定位体系的最概然分布（领会）2.2非定位体系的最概然分布（领会）2.3熵和亥姆霍兹自由能的表达式（领会）3．配分函数3.1配分函数的定义（识记）3.2配分函数与熵和亥姆霍兹自由能的关系（领会）3.3配分函数的分离（识记）第七章电解质溶液教学要点：本章讨论电解质溶液的性质与理论。1．理解离子在外电场下的迁移情况。2．明确电导、电导率、摩尔电导率、迁移数、离子淌度与离子独立移动定律等概念及其关系式。3．了解强电解质溶液的德拜—尤格尔互吸理论、翁萨格电导理论的基本观点与公式推导。4．了解离子活度、平均活度、和平均活度系数的概念。教学时数：6学时教学内容：一、法拉第电解定律二、离子迁移和迁移数1．迁移数的定义2．希托夫法3．界面移动法三、电解质溶液的电导1．电导、电导率、摩尔电导率2．离子独立移动定律3．电导、摩尔电导率与浓度的关系四、极限迁移数、离子淌度与离子电导五、电导测定的应用1．电离度与电离常数2．pH值3．难溶盐的溶解度和溶度积4．电导滴定六、强电解质溶液理论1．德拜—尤格尔离子互吸理论和离子氛的概念2．翁萨格电导理论七、电解质溶液的活度与平均活度系数1．离子的平均活度与平均活度系数2．从测定溶解度求平均活度系数八、离子强度和德拜—尤格尔极限公式1．离子强度的概念2．德拜—尤格尔极限公式的推导考核要点：1．法拉第定律（领会）2．离子迁移率和迁移数2.1离子的电迁移现象（识记）2.2离子迁移率和迁移数（领会）2.3离子迁移数的测定（领会）3．电导、电导率、摩尔电导率与离子独立移动定律3.1电导、电导率、摩尔电导率（领会）3.2电导率、摩尔电导率与浓度的关系（领会）3.3离子独立移动定律和离子的摩尔电导率（领会）3.4电导的测定及其应用（应用）4．强电解质溶液理论简介4.1电解质的平均活度与平均活度系数（领会）4.2离子强度（领会）4.3强电解质溶液离子互吸理论简介（识记）4.4德拜-休克尔极限公式（领会）第八章可逆电池的电动势及其应用教学要点：本章讨论可逆电池的电动势，使学生理解产生电动势的机理。熟悉电化学中的一套惯用符号。掌握有关电动势的计算与电动势测定的应用。1．使学生理解电池过程的热力学函数改变△G、△H、△S与电功、电动势的关系，了解电动势产生的原因和熟悉电化学的惯用符号。2．熟练地从所给电池、电极写出有关的电化学反应方程式以及根据所给化学反应设计原电池。3．电池电动势、电极电势的能斯特方程与电动势测定的应用是本部分的主要内容之一。教学时数：10学时教学内容：一、可逆电池热力学1．可逆电池与不可逆电池2．可逆电池表示方法和设计3．可逆电池的热力学4．能斯特方程二、电极电势1．电极电势2．可逆电极种类3．标准氢电极与参比电极三、可逆电池电动势的计算四、标准电池与电动势的测定五、浓差电池六、电动势测定的应用1．溶液pH值的测定2．玻璃电极、离子选择电极的原理与应用3．标准电极电势与电解质平均活度系数的测定七、生物电化学简介考核要点：1．可逆电极、可逆电池与电动势的测定1.1可逆电池（领会）1.2可逆电极（领会）1.3可逆电池电动势的测定与标准电池（领会）2．可逆电池的热力学2.1电池电动势的能斯特方程（应用）2.2标准电动势与化学反应标准平衡常数之间的关系（领会）2.3电动势及其温度系数与化学反应的△rGm、△rHm、△rSm和QR之间的关系（领会）3．电动势产生的机理（识记）4．电极电势和电池电动势的能斯特方程4.1标准电极电势（领会）4.2电极电势和电池电动势的能斯特方程（领会）5．各类电池电动势的计算5.1化学电池电动势的计算（应用）5.2浓差电池电动势的计算（应用）6．液体接界电势与盐桥（识记）7．电动势测定的应用7.1电解质溶液平均活度系数的测定（应用）7.2求难溶盐的活度积（应用）7.3pH值的测定（应用）第九章电解与极化作用教学要点：讨论在有电流通过电解池时的不可逆电极过程，要求掌握一些重要概念—分解电压和超电势，了解电解时电极上的反应规律，以及电化学腐蚀、防腐的有关知识。教学时数：5学时教学内容：一、分解电压与极化作用二、电解时电极上的反应三、金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化考核要点：1．分解电压与极化作用1.1分解电压（领会）1.2极化作用和极化作用的分类（领会）1.3超电势、氢超电势和塔菲尔公式（领会）2．电解时电极上的反应2.1阴极反应过程（领会）2.2阳极反应过程（识记）3．金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化3.1金属的电化学腐蚀与局部电池（识记）3.2金属的防腐与金属的钝化（识记）第十章化学动力学基础(一)教学要点：化学动力学基础(一)阐明化学动力学的意义与一些基本内容，随后分析几个复杂反应的速率方程。在化学反应机理的内容中可适当地介绍一些近代微观动力学知识。化学动力学基础(二)介绍反应速率理论，阐明理论的要点及公式的物理意义。在催化作用部分，阐明催化作用的基本特征及均相催化与多相催化的一些基本内容。在多相催化之前，可适当介绍一些有关吸附的内容。1．明确反应分子数与反应级数的区别与联系。2．熟悉反应速率表示法以及简单反应的浓度与时间的关系式。3．了解反应级数的实验测定法。4．对于对峙反应、平行反应和连串反应的动力学公式应着重了解速率方程式的建立及浓度与时间的关系式。5．了解稳态法与平衡浓渡法处理速率方程的意义。6．了解链反应的特征与爆炸反应的机理。7．理解活化能的概念及其对反应速率的影响8．明确碰撞理论与过渡状态理论的基本论点，弄懂公式的推导思路，并能对所述二理论作出一些比较。9．光化学反应的基本规律只要求一般性了解。10．明确有关催化反应的一些术语的意义(如均相催化、多相催化、催化剂及其活性、载体、助力催化剂、中毒等)。教学时数：12学时教学内容：一、反应速率的表示与测定二、反应物浓度对反应速率的影响1．反应速率方程式2．比速常数的意义3．基元反应4．反应分子数5．反应级数三、具有简单级数反应(1、2、3、0级反应，准级数反应)四、反应级数的测定1．微分法2．改变物质数量比例法3．半衰期法4．尝试法5．作图法五、温度对反应速率的影响(表观活化能)六、对峙反应、平行反应与连串反应七、链反应八、化学反应机理的确定1．确定反应机理的步骤2．快速反应研究方法的简介考核要点：1．反应速率与速率方程1.1反应速率的表示法（领会）1.2反应速率方程（领会）1.3反应速率常数和反应级数（领会）1.4基元反应和非基元反应（识记）1.5质量作用定律（应用）1.6反应分子数（识记）2．简单级数反应的动力学2.1简单级数反应的速率方程和速率常数（领会）2.2反应级数的测定（领会）3．几个典型复杂反应的动力学3.1对峙反应（领会）3.2平行反应（领会）3.3连串反应（识记）3.4链反应（识记）4．复杂反应速率的近似处理方法4.1平衡态近似法（应用）4.2稳态近似法（应用）5．温度对反应速率的影响5.1阿仑尼乌斯经验公式（领会）5.2活化能与阿仑尼乌斯公式的一些应用（应用）第十一章化学动力学基础(二)教学要点：化学动力学基础(二)介绍反应速率理论，阐明理论的要点及公式的物理意义。在催化作用部分，阐明催化作用的基本特征及均相催化与多相催化的一些基本内容。在多相催化之前，可适当介绍一些有关吸附的内容。教学时数：10学时教学内容：一、化学反应速率理论1．碰撞理论(包括单分子理论)2．过渡状态理论二、分子反应动态学三、溶液中化学反应动力学四、光化学反应1．光化当量定律及量子效率2．光化合反应3．光分解反应，感光反应，化学发光4．激光化学反应五、快速反应的测试1．弛豫法2．闪光光解六、物理吸附与化学吸附，吸附等温式(兰格缪尔等温式；BET公式)七、催化反应动力学1．催化剂与催化作用，催化作用的基本特征2．均相酸碱催化3．多相催化、气—固催化反应机理及速率方程的建立4．络合催化(配位催化)5．酶催化反应6．自催化反应和化学振荡考核要点：1．反应速率理论1.1碰撞理论（领会）1.2过渡状态理论大意（领会）2．溶液中反应2.1溶剂对反应速率的影响（识记）2.2原盐效应（识记）3．快速反应研究技术简介3.1驰豫法（识记）4．光化学反应动力学4.1光化学反应定律（领会）4.2光化学反应动力学（识记）5．催化反应动力学5.1催化剂与催化作用（领会）5.2酶催化（识记）第十二章表面物理化学教学要点：表面现象阐明由于物相高度分散后的一些性质以及表面活性物质的一些基本性质。1．表面自由能和表面张力。2．弯曲表面下的附加压力和蒸气压。3．溶液表面的吸附现象。4．液—固界面现象。5．表面活性剂的性质及其应用。6．气体在固体表面的吸附。7．气—固相表面催化反应。教学时数：7学时教学内容：一、表面自由能与表面张力二、弯曲表面现象