《物理化学》教学大纲

《物理化学》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：1061129022课程名称（中/英文）：物理化学/PhysicalChemistry课程类别：学科专业基础课程开课学期：第3学期学分：3.5总学时：56理论学时：56适用专业：应用化学专业适用对象：本科先修课程：无机化学、高等数学、大学物理开课学院：环境工程与化学学院二、课程简介《物理化学》是应用化学类专业本科生的一门专业基础课，通过本课程的学习，使学生掌握化学热力学，化学动力学，溶液化学，表面化学的基础知识，掌握物理学和数学的规律研究体系化学行为的方法，能够进行反应过程能量的衡算，判断反应的方向，确定反应速度，以及选择反应条件，为后续化工原理、化学工艺和化学反应工程课程的打下理论基础。同时，通过教学培养学生分析问题能力，数据处理能力，理论思维能力，知识迁移能力，以及严谨的科学精神和科学的世界观。三、课程目标1．课程对毕业要求的支撑指标点3.3理解化学体系热力学、动力学、电化学等基础知识，熟悉单元操作的基本原理和相关设备操作流程，并用于复杂问题解决方案的比较、优化与改进。2.课程目标（1）掌握物理化学中化学热力学和化学动力学、电化学和表面化学的基本原理，以及解决问题的基本方法。（2）掌握数据处理和理论推导的方法，能够用物理化学的基本原理，分析简化后续课程遇到的工程中实际问题。3.主要教学内容与课程目标之间的对应关系 课程目标教学内容教学方法目标1：掌握物理化学中化学热力学和化学动力学的基本原理，和解决问题的基本方法。热力学，动力学，电化学等物理化学的主要基本概念、理论，以及解决问题的方法。1.授课2.视频3.翻转课堂4.分组讨论5.启发式教学目标2：掌握数据处理和理论推导的方法，能够用物理化学的基本原理，分析简化后续课程遇到的工程中实际问题。热力学，动力学，电化学等基础理论产生过程，模型建立方法，这些方法在化学工程中的应用。1.授课2.启发式教学3.分组讨论4.翻转课堂课程思政元素根据课程性质和教学内容，本课程的思政元素有：唯物主义的世界观和严谨的科学精神。四、教学内容及重难点绪论（2学时）1.教学内容(1)物理化学的内容及其与后续课程的关系；(2)物理化学的特点和学习方法；(3)物理化学中用到的数学知识。2.教学重点物理化学特点和学习方法。3.教学难点物理化学中的数学知识。4.课堂讨论微积分知识背后的方法。第一章气体的PVT性质（2学时）1.教学内容(1)理想气体状态方程、分压定律、分体积定律；(2)真实气体与理想气体的偏差、范德华方程.真实气体的液化、临界现象、临界参数； (3)对应状态原理及压缩因子图：对比参数、对应状态原理，用压缩因子图进行普遍化计算。2.教学重点理想气体及其状态方程。3.教学难点分压定律；对比状态原理。4.课堂讨论：气体状态方程的建立方法和方法的特点。5.习题作业P29：15,19,20,23第二章热力学第一定律（8学时）1.教学内容(1)热力学基本概念及术语；(2)热力学第一定律；(3)恒容热、恒压热、焓、热容；(4)可逆过程体积功的计算；绝热可逆过程功的计算；(5)热力学第一定律对理想气体和实际气体的应用；(6)相变焓及化学反应焓。2.教学重点(1)状态函数、可逆过程、内能和焓、热和功等概念，热力学第一定律；(2)理想气体在等温、等压、绝热过程中的△U、△H、Q和W的计算；(3)化学反应热的计算。3.教学难点状态函数的特点；基尔霍夫定律和绝热反应的有关计算。4.课堂讨论焓应用于化学变化过程的注意事项和解决问题的方法。5.习题作业P70：16、17、19、22、24、25、296.课程思政：能量守恒的科学世界观第三章热力学第二定律和第三定律（8学时）1.教学内容(1)热力学第二定律；(2)卡诺循环及卡诺定理，热力学第二定律的数学表达式;(3)熵增原理及熵判据简单PVT变化过程的熵变;(4)可逆相变与不可逆相变，相变过程的熵变；(5)热力学第三定律，规定熵、标准熵，化学反应熵变的计算；(6)亥姆霍兹函数与吉布斯函数的定义，恒温恒容过程与恒温恒压过程方向的判据，亥姆霍兹函数与吉布斯函数变化的计算；(7)热力学基本方程；(8)克拉佩龙方程和克劳修斯-克拉佩龙方程。2.教学重点(1)热力学第二定律，熵的概念以及熵变的计算及其应用；(2)亥姆霍兹函数，吉布斯函数及其计算的掌握；(3)克劳修斯-克拉佩龙方程；(4)热力学基本方程及其应用。3.教学难点热力学第二定律的理解；利用熵、亥姆霍兹、吉布斯判据判断过程的方向；热力学基本方程及其应用。4.课堂讨论卡诺定律的理论意义；从自发过程的判据理解演绎方法；从‘热寂说’的谬误理解热二律的适用范围。5.习题作业P112：17、18、19、23、26、29、31、32、36、376.课程思政理论指导实践的方法；节约能源的必要性第四章多组分系统热力学（6学时）1.教学内容(1)拉乌尔定律与亨利定律；(2)偏摩尔体积及其它偏摩尔量；吉布斯--杜亥姆方程；(3)化学势，理想气体化学势，真实气体的化学势；(4)理想液态混合物中任一组分的化学势，理想液态混合物的混合性质；溶剂、溶质的化学势；(5)分配定律；稀溶液的依数性(蒸气压下降，凝固点降低，沸点升高，渗透压)；(6)逸度及活度的概念、逸度和活度的标准态和对组份的活度系数的简单计算方法。2.教学重点(1)偏摩尔量和化学势的概念；(2)利用拉乌尔定律和亨利定律的简单计算；(3)理想气体，混合理想气体，溶液中物质的化学势；(4)稀溶液依数性的有关计算。3.教学难点偏摩尔量和化学势概念的理解；理想气体，混合理想气体等各物质的化学势。4.课堂讨论用拉乌尔定律完成两组分气液平衡相图，并用于解释化工的分馏和精馏过程；用拉乌尔定律解释稀溶液的依数性；真实气体的化学势描述方法。5.习题作业P166：16、17、21、22、25、27、30第五章相平衡（8学时）1.教学内容(1)相、相数、组分数、自由度数，相律的推导及表达式，杠杆规则；(2)单组分系统相平衡：水的相图；(3)两组分液态完全互溶系统的气-液平衡；理想液态混合物的P-X图、T-X图；真实液态混合物的P-X图、T-X图，恒沸混合物，精馏原理；部分互溶系统的温度-溶解度图；部分互溶系统的气-液平衡相图(T-X图)；两组分液态完全不互溶系统的气-液平衡T-X图，P-T图，水蒸汽蒸馏；(4)两组分固态不互溶凝聚系统相图；生成化合物(稳定、不稳定)的凝聚系统相图两组分固态互溶(完全互溶、部分互溶)系统的相图；热分析法及步冷曲线、溶解度法。2.教学重点(1)相律和杠杆规则及其应用；(2)单组分系统相图和双组分体系相图。3.教学难点相图的动态分析及绘制。4.课堂讨论相图在实际生活和生产中的具体使用。5.翻转课堂二组分固液相图6.习题作业P212：15、18、19、20、21、22、24、267.课程思政相平衡中隐含的科学道理，坚定学生科学的世界观第六章化学平衡（2学时）1.教学内容：(1)反应的吉布斯函数变化，化学反应平衡的条件；(2)标准平衡常数的导出，化学反应等温方程式；(3)标准平衡常数的性质，平衡常数及平衡组成的计算；(4)有纯态凝聚相参加的理想气体反应的标准平衡常数的表示式，分解压力与分解温度；吉布斯-亥姆霍兹方程，范特霍夫方程，不同温度下平衡常数的求算；其它因素(浓度、压力、惰性组分)对平衡的影响；(5)真实气体的化学平衡，混合物及溶液中的化学平衡。2.教学重点化学反应等温式，平衡常数及其表示方法3.教学难点化学反应等温式的推导，吉布斯-亥姆霍兹方程4.课下讨论真实气体反应的化学平衡；混合物和溶液中的化学平衡5.习题作业P243：15、17、19、21、25、28第七章化学动力学（8学时）1.教学内容(1)反应速率的表示方法及实验测定；(2)基元反应，基元反应的速率方程--质量作用定律，反应分子数；速率方程的一般形式、反应级数、速率常数；(3)速率方程的积分式：零级、一级、二级及n级反应的特点、半衰期；(4)速率方程的确定：微分方法，积分法，半衰期法；(5)温度对反应速率的影响：阿累尼乌斯公式，活化能；(6)复杂反应：对行反应，平行反应、连串反应、链反应的反应机理及速率方程；(7)复杂反应速率的近似处理法；链反应：链反应机理，直链反应的动力学方程，链反应与爆炸；(8)催化反应动力学，气相双分子简单碰撞理论，过渡状态理论。2.教学重点反应速率方程、反应速率与反应机理；简单级数反应与复杂反应的有关动力学知识；复合反应速率的近似处理法。3.教学难点反应机理及相应的速率理论4.课堂讨论化学动力学在化学反应工程中的应用实例；复合反应速率方程的近似处理方法5.习题作业P301：17、19、22、24、29，33，34第八章电化学（6学时）1.教学内容(1)电解质溶液的导电机理，法拉第定律；(2)离子的迁移现象、迁移数、迁移数的实验测定(希托夫法)；电导、电导率、摩尔电导率，影响电导的因素；离子独立运动定律；(3)电迁移率；电解质的平均活度和平均活度系数，德拜-休格尔极限公式；(4)电池的充电与放电，可逆电池的条件；第一、二类电极、氧化-还原电极；(5)原电池热力学；电池的能斯特方程；电极电势及其计算；电极浓差电池与电解质浓差电池，液体接界电势的产生及计算；(6)电池设计：分解电压、极化与超电势、极化曲线、析出电势；电解时的电极反应。2.教学重点(1)电导率、摩尔电导率及它们与溶液浓度的关系；(2)离子独立移动定律及电导测定的一些应用；(3)离子平均活度系数的意义及其计算方法；(4)E与△rGm关系；温度对E的影响及计算△rHm和△rSm的计算。3.教学难点离子平均活度系数；不可逆电极过程、极化作用。4.课堂讨论不可逆电极过程、极化作用5.习题作业P243：15、16、20、406.课程思政清洁能源开发与清洁生产工艺第九章界面现象（4学时）1.教学内容(1)表面吉布斯函数与表面张力，润湿现象，接触角，杨氏（Yong）方程，润湿与辅展；(2)弯曲液面的附加压力，饱和蒸汽压，拉普拉斯（Laplace）方程，开尔文(Kelvin)方程和毛细现象；(3)亚稳状态和新相的生成：过饱和蒸气、过热液体、过冷液体、过饱和溶液；(4)液体表面的吸附和固体表面的吸附作用；表面活性剂；(5)兰格谬尔单分子层吸附理论及兰格谬尔吸附等温式；BET吸附公式及固体表面积的测定；吉布斯吸附公式。2.教学重点界面张力的有关知识以及弯曲液面的附加压力；固体表面、液－固表面的相关理论；表面活性剂。3.教学难点弯曲液面附加压力，亚稳态和新相的生成。4.课堂讨论亚稳态产生的原因和消除方法；吸附等温式的建立方法5.翻转课堂表面活性剂及其应用6.习题作业P392：13、17、19、21、24、27第十章胶体（2学时）1.教学内容(1)胶体分散系统的分类；(2)溶胶的制备和纯化；溶胶老化；(3)胶体系统的动力性质：布朗运动，扩散与渗透压，沉降与沉降平衡；胶体的光学性质：丁达尔现象，瑞利公式，超显微镜的基本原理；胶体的电学性质：双电层理论，电动现象，胶团结构；(4)溶胶的稳定与聚沉；(5)粗分散系统2.教学重点胶体的电学性质：双电层理论，电动现象，胶团结构；溶胶的稳定与聚沉；3.教学难点双电层理论4.课堂讨论影响溶胶稳定性的因素 5.习题作业P437：17、19 五、教学安排序号教学内容学时对应课程教学目标对应毕业要求指标点1绪论213.32第一章气体的PVT性质213.33第二章热力学第一定律81、23.34第三章热力学第二定律和第三定律81、23.35第四章多组分系统热力学61、23.36第五章相平衡81、23.37第六章化学平衡21、23.38第七章化学动力学81、23.39第八章电化学61、23.310第九章界面现象413.311第十章胶体213.3合计56六、课程考核方式与评分标准1.课程考核方式本课程成总成绩包括形成性评价（平时成绩）和结果性评价（期末成绩），形成性评价（平时成绩）占40%，结果性评价（期末考试成绩）占60%。形成性评价主要包括课堂研讨提问(10%)、作业和学习习惯(10%)和课堂测试(20%)。期末考试采用闭卷方式，满分100分，折算60%计入总成绩。2.课程目标的考核方式序号课程目标考核内容考核方式1目标1：掌握物理化学中化学热力学和化学动力学的基本原理，和解决问题的基本方法。物理化学基本概念辨析，基本理论的理解。课堂测试作业期末考试2目标2：掌握数据处理和理论推导的方法，能够用物理化学的基本原理，分析简化后续课程遇到的工程中实际问题。依据热力学，动力学，电化学的基本理论解决相关问题课堂提问作业小组讨论课堂测试期末考试3.成绩评定标准平时成绩评定办法考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）作业及学习习惯（10%）作业能够独立完成，完成质量优秀，能够灵活运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论作业能够独立完成，完成质量较高，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论作业能够独立完成，完成质量基本符合要求，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得有效结论作业基本能够独立完成，部分题目解答存在抄袭现象，运用所学知识和理论解决问题的能力基本符合要求作业不能独立完成，存在抄作业现象课堂讨论（10%）积极参加课堂讨论，并有自己独到的见解积极参加课堂讨论能够主动参加课堂讨论能够参加课堂讨论不能有效参加课堂讨论课堂测试（20%）学期中间不定期开展1-2次课堂测试，评分标准为参考答案学期中间不定期开展1-2次课堂测试，评分标准为参考答案学期中间不定期开展1-2次课堂测试，评分标准为参考答案学期中间不定期开展1-2次课堂测试，评分标准为参考答案学期中间不定期开展1-2次课堂测试，评分标准为参考答案结果性评价（60%）：期末考试试卷题型共分为四大类型，包括：填空