《物理化学C 》课程介绍与教学大纲

PAGE7《物理化学C1/2》课程简介课程编号：03024011/03024012课程名称：物理化学C1（PhysicalChemistryC1）/物理化学C2（PhysicalChemistryC2）学分:5学时：80（实验：20上机：课外实践：）适用专业：材料类建议修读学期：3-4开课单位：材料科学与工程学院金属材料系、无机非金属材料系先修课程：高等数学、大学物理、普通化学考核方式与成绩评定标准：闭卷考试，卷面成绩70%，平时成绩30%教材与主要参考书目：天津大学物理化学教研室编.物理化学(第五版).高等教育出版社，2009年内容概述：中文：物理化学又称理论化学，是化学学科的一个重要分支，它是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手来探求化学运动中具有普遍性的基本规律的一门学科，它对于学生科学思维、综合素质的培养与提高起着至关重要的作用。本课程主要包括化学热力学、相平衡、电化学、表面现象、化学动力学等的基本知识、原理和方法。通过本课程的教授，实现学生初步了解物理化学的理论研究方法，包括：热力学、电化学以及化学反应动力学。理解物理化学课程中的基本概念与基本原理，掌握其应用。初步了解物理化学基础理论、基本原理和研究方法在材料科学中的作用和地位。掌握物理化学课程中的基本公式、适用条件及其应用。英文：PhysicalChemistry,alsoknownastheoreticalChemistry,isanimportantbranchofchemistry.Itisacourseofstudyingtheinterrelatedrelationshipbetweenchemicalandphysicalphenomenatoexploreauniversalbasiclawofchemicalmovements.Moreover,itplaysanimportantroleinimprovingscientificthoughtandcomprehensivequality.Thiscourseincludesbasicknowledge,principlesandmethodsofchemicalthermodynamics,electrochemistry,phasebalance,surfacephenomena,chemicalkinetics.Theaimofthiscourseforstudentsistoachieveabasicunderstandingoftheoreticalresearchmethodsofphysicalchemistry,including:thermodynamicsandelectrochemistry.Besides,studentsshouldunderstandfundamentalconceptsandprinciplesofphysicalchemistrycourseandknowtheirapplications.Also,theroleandpositionofbasictheory,principlesandmethodsinmaterialsciencecanbeknownsimply.Importantly,thebasicformula,suitableconditionsandapplicationsinphysicalchemistrycourseshouldbemasteredwell.《物理化学C1/2》教学大纲课程编号：03024011/03024012课程名称：物理化学C1（PhysicalChemistryC1）/物理化学C2（PhysicalChemistryC2）学分:5学时：80（实验：20上机：课外实践：）适用专业：材料类建议修读学期：3-4开课单位：材料科学与工程学院金属材料系、无机非金属材料系先修课程：高等数学、大学物理、普通化学一、课程性质、目的与任务物理化学主要研究化学变化和相变化的平衡规律和变化速率规律一门科学，是金属材料专业与无机非金属材料等专业的一门重要的必修基础课程，包括了理论教学及实验教学两部分。通过本门课程的学习，学生应比较牢固地掌握物理化学基本概念及计算方法，同时还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。这种训练和培养应贯穿在课程教学整个过程中，使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并结合具体条件应用理论解决实际问题的方法。这样就可提高学生概括问题、分析问题和解决问题的能力以及运用理论知识解决实际问题的综合素质，为后续专业课程的学习奠定坚实的科学理论和实验基础。物理化学实验的基本任务有以下三个方面：1．通过实验加深学生对物理化学原理的认识，培养学生理论联系实际的能力。2．使学生学会常用的物理化学实验方法和测试技术，提高学生的实验操作技能和独立工作能力。3．培养学生查阅手册、处理实验数据和撰写实验报告的能力，使学生受到初步的实验研究方法的训练。二、教学内容及学时分配本课程总学时数为80学时，其中理论教学为60学时，实验教学为20学时；课程教学共有九章，具体内容及学时安排等如下表所示：课程内容教学要求重点（☆）难点（△）学时安排实验学时上机学时备注绪论2物理化学课程的内容学习物理化学的要求和方法物理量的表示及运算一、气体的pVT关系4理想气体状态方程及模型A☆理想气体化合物的组成A☆道尔顿定律及阿马加定律A☆真实气体与范德华方程B☆真实气体的液化及临界参数B△对比状态原理C普遍化压缩因子图C二、热力学第一定律8热力学基本概念A☆系统与环境、状态和状态函数广度量与强度量、过程与途径热力学第一定律A☆功、热、热力学能、第一定律恒容热、恒压热与焓A热容、恒容变温过程、恒压变温过程A焦耳试验C气体可逆膨胀压缩过程，理想气体绝热可逆过程方程式A☆△相变化过程A溶解焓及混合焓C化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓B由标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓A标准摩尔反应焓随温度的变化B△燃烧和爆炸反应的最高温度C节流膨胀与焦耳-汤姆逊效应C三、热力学第二定律64卡诺循环、热力学第二定律、卡诺定理熵、熵增原理及熵判据A☆△单纯pVT变化熵变的计算A☆△相变化过程熵变的计算A热力学第三定律规定熵和标准熵A☆标准摩尔反应熵及其随温度变化的计算B亥姆霍兹函数及其判据A☆△吉布斯函数及其判据A☆△恒温过程的亥姆霍兹函数变、吉布斯函数变的计算A热力学基本方程A由热力学基本方程计算纯物质pVT变化过程的△A及△G吉布斯-亥姆霍兹方程、麦克斯韦方程B△克拉佩龙方程A☆△四、多组分系统热力学6偏摩尔量和化学势B△气体组分的化学势B△拉乌尔定律和亨利定律A☆理想液态混合物中组分的化学势A理想液态混合物的混合性质A理想稀溶液中溶剂和溶质的化学势，分配定律C稀溶液的依数性：溶剂蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高及渗透压C☆活度及活度因子C△逸度及逸度因子C△五、化学平衡6化学反应的等温方程A☆理想气体化学反应的标准平衡常数A标准平衡常数的测定及平衡组成的计算A温度对标准平衡常数的影响（范特霍夫方程微分式及积分式）A其它因素对理想气体化学平衡的影响C同时反应平衡组成的计算B☆△真实气体反应的化学平衡C△常压下液态混合物及溶液中的化学平衡C△六、相平衡64相律：自由度数、组分数、相律的推导、意义与说明B☆△单组分系统相图的分析（水相图的绘制与解释）A☆二组分理想液态混合物的气-液平衡相图A☆二组分真实液态混合物气-液平衡相图、精馏原理B二组分液态部分互溶及完全互溶系统气-液平衡相图B二组分固态不互溶凝聚系统液-固平衡相图的分析，热分析法与溶解度法绘制相图的原理A☆△二组分固态互溶系统液-固平衡相图A☆△生成稳定及不稳定化合物的二组分凝聚系统相图A☆△七、电化学84电解质的导电机理及法拉第定律C离子的迁移数的定义与测定C电导、电导率及摩尔电导率；摩尔电导与浓度的关系；离子独立运动规律和离子的摩尔电导率；电导的测定与应用A☆电解质的平均离子活度因子及德拜—休克尔极限公式B△可逆电池及韦斯顿标准电池A原电池热力学A☆原电池的基本方程-能斯特方程A☆电极电势和液体接界电势B△电极的种类（第一类电极、第二类电极、氧化还原电极）B原电池的设计举例A☆八、界面现象64液体的表面张力及表面吉布斯函数，影响表面张力的因素B☆△弯曲液面的附加压力-拉普拉斯方程,毛细现象A☆微小液滴的饱和蒸气压-开尔文公式A☆亚稳状态及新相的形成B气体在固体表面的吸附：物理吸附与化学吸附，吸附等温线，等温吸附经验公式，朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式，多分子层吸附理论B☆接触角及杨氏方程，润湿现象及其分类C固体自溶液中的吸附C△溶液的吸附现象与吉布斯吸附等温公式B表面活性物质在吸附层的定向排列，表面活性剂的分类与应用C九、化学动力学84反应速率的定义、基元反应和非基元反应质量作用定律、反应分子数与反应级数、速率方程的表示A零级反应、一级反应、二级反应及n级反应的速率方程的积分形式及其特征A☆确定速率方程的方法：微分法、试差法及半衰期法A△温度对反应速率的影响：Arrhenius方程及其应用，指前因子和活化能，活化能与反应热的关系A☆典型的复合反应：对行反应，平行反应，连串反应C气体反应的碰撞理论与过渡状态理论有关概念及公式C△（教学基本要求：A-掌握；B-熟悉；C-了解）三、建议实验（上机）项目及学时分配1．建议实验项目（1）燃烧热的测定（2）液体饱和蒸气压的测定（3）二元金属相图（4）电化学综合实验（5）二级反应—乙酸乙酯皂化2．学时分配本门课程总学时80学时，其中实验20学时。建议做上述5个试验，每个实验为4学时，共20学时。四、教学方法与教学手段本门课程采用课堂讲授的方法进行教学，其中任课教师可以采用板书或加上教师自制的多媒体电子教案与电子幻灯片手段进行课堂教学。五、考核方式与成绩评定标准闭卷考试，总成绩=考试成绩*70%+平时成绩*30%六、教材与主要参考书目1.梁英教主编.物理化学（第二版）.北京：冶金工业出版社，2000（重印）2.胡英主编.物理化学.北京：高等教育出版社，19993.傅献彩等主编.物理化学.北京：高等教育出版社，19904.张季爽，申成主编.物理化学.北京：科学出版社，20015.傅玉普主编.物理化学简明教程—电子讲稿配套.大连