物理化学教学大纲

《物理化学》教学大纲一、课程基本信息开课单位化学化工学院课程代码CH04054、CH04056课程名称物理化学（1）、物理化学（2）英文名称PhysicalChemistry(1),PhysicalChemistry(2)课程性质学类核心学分7=3+4总学时112=48+64先修课程高等数学、普通物理、无机化学、有机化学开课学期第四、五学期适应专业化学二、课程描述中文：本课程是化学和应用化学专业的专业核心课程，以高等数学、普通物理、无机化学、有机化学为前导课程，为数学、物理以及化学研究的具体对象方面的物理化学课程学习提供研究方法和研究系统。本课程主要包括热力学、统计热力学、动力学、电化学和胶体界面化学等内容，学生需了解统计热力学与宏观热力学和动力学的关系，理解物理化学与无机化学、有机化学以及分析化学之间的关系，掌握热力学、动力学、电化学和胶体界面化学的基本知识和基本原理，并能灵活运用这些基本知识分析和解决生活、学习以及生产实践中遇到的物理化学问题，加深对自然现象本质的认识。学生通过本课程的学习，学会物理化学的科学思维方法，获得分析和解决化学、物理问题的能力。英文：Physicalchemistryisacompulsorycentralcourseforchemistryandappliedchemistryundergraduatesafterhighermathematics,generalphysics,inorganicchemistryandorganicchemistry.Thosebasiccoursesprovideresearchmethodsandconcreteobjectsforphysicalchemistryinvolvingmathematics,physicsandgeneralchemistry.Itincludeschemicalthermodynamics,statisticalthermodynamics,chemicaldynamics,electrochemistry,andcolloidandinterfacechemistry.Studentsneedtolearntherelationshipbetweenstatisticalthermodynamics,chemicalthermodynamicsanddynamics,understandthedependenceofphysicalchemistryoninorganicchemistry,organicchemistryandanalyticchemistry,graspthebasicknowledgeandprinciplesofchemicalthermodynamics,chemicaldynamics,electrochemistry,andcolloidandinterfacechemistry,andarecapableofapplyingtheseknowledgetoanalyzeandsolveproblemsrelatedtophysicalchemistryinthedailylife,studyandproductivepractice,deepeningtheunderstandingofnaturalphenomena.Throughstudyingthiscourse,studentswilllearnscientificthinkingmethod,andbedevelopedtohavetheabilitytoanalyzeandsolvethepracticalproblemsrelatedtochemistryandphysics.三、课程内容（一）课程教学目标本课程是为了让化学专业的学生在学习了无机化学、有机化学的基础上进一步掌握化学规律性的基本知识和基本原理，培养学生从理论高度分析和解决化学、物理问题的能力，培养学生科研的基本素质。本课程对学生培养贡献如下：1、掌握物理化学的基本原理，能够对基本化学事件（包括自然现象）进行分析和解决；2、学会物理化学中归纳和演绎等一般的科学研究方法，能够初步开展科学研%3、具有在电池、催化等领域的实际工作能力；4、通过课程分组讨论，学会查阅和运用知识的能力，具有良好的口头表达能力和团队协作。（二）基本教学内容物理化学（1）第一章绪论和气体教学目的与要求：了解物理化学课程的基本内容和研究方法，掌握物理化学课程的学习方法。掌握理想气体状态方程及模型，Dalton定律与Amagat定律，理解真实气体的液化与临界性质，理解对应状态原理与压缩因子图及有关计算。教学重点：.物理化学课程的学习方法。.理想气体状态方程、Dalton定律与Amagat定律。.真实气体的液化与临界性质。.对应状态原理与压缩因子图。教学难点：1.物理化学的研究方法。3.真实气体的液化与临界性质。3.对应状态原理与压缩因子图及有关计算。教学内容：0.1物理化学的建立与发展。0.2物理化学的目的和内容。0.3物理化学的研究方法。0.4物理化学课程的学习方法。.1气体分子运动理论简介。.2实际气体。.3气液间的转变一一实际气体的等温线和液化过程。.4压缩因子图一一实际气体的有关计算。学时分配：4第二章热力学第一定律教学目的与要求：理解平衡状态，状态函数，可逆过程等基本概念，掌握热力学第一定律理论及应用。理解热力学能、焓、化学计量数、反应进度、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、热容、相变焓的概念及应用。掌握在物质的p、KT变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和热力学能、焓变化的计算方法。教学重点：.平衡状态，状态函数，可逆过程。.热力学第一定律的叙述及数学表达式。.热力学能、焓、标准摩尔生成焓、相变焓的概念及应用。.在物质的p、KT变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和热力学能、焓变化计算。教学难点：.可逆过程和焓的概念。.在物质的p、KT变化，相变化及化学变化过程中热、功和热力学能、焓变的计算。教学内容：热力学的一些基本概念。热力学第一定律。准静态过程与可逆过程。焓。热容。热力学第一定律对理想气体的应用。Carnot循环。JouleThomson效应。热化学。反应焓变与温度的关系——Kirchhoff定律。绝热反应——非等温反应。学时分配：10第三章热力学第二定律教学目的与要求：掌握热力学第二、第三定律的叙述及数学表达式。理解熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布斯函数、饱和蒸汽压的定义及应用。掌握在物质的p、丫、T变化，相变化及化学变化过程中熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数变化值的计算，理解并会用热力学基本方程，了解麦克斯韦关系式的推导，掌握热力学公式的适用条件，掌握克拉贝龙方程，掌握熵增原理及平衡判据的一般准则。教学重点：.热力学第二定律的叙述及数学表达式。.熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布斯函数的概念及应用。.过程变化中的熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数的计算。.热力学公式的适用条件，掌握熵变判断反应方向与限度的一般准则。.克拉佩龙方程和克拉佩龙一克劳修斯方程有关的计算。教学难点：.熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布斯函数的概念及计算。.克劳修斯不等式和熵增原理与过程方向与程度联系。教学内容：自发变化的共同特征一不可逆性。热力学第二定律。Carnot定理。熵的概念。Clausius不等式与熵增加原理。热力学基本方程与T-S图。熵变的计算。熵和能量退降。热力学第二定律的本质和熵的统计意义。Helmholtz函数和Gibbs函数。过程变化的方向与平衡条件。AG的计算示例。几个热力学函数间的关系。热力学第三定律与规定熵。学时分配：10第四章多组分系统热力学教学目的与要求：理解偏摩尔量及化学势，理想液态混合物、理想稀溶液、活度和活度因子、逸度和逸度因子的概念。掌握拉乌尔定律及亨利定律的应用。学会理想液态混合物及理想稀溶液中各组分化学势的表达式。理解稀溶液的依数性，掌握稀溶液依数性公式有关计算。教学重点：.偏摩尔量及化学势的概念。.拉乌尔定律及亨利定律计算和应用。.理想液态混合物及理想稀溶液中各组分化学势的表达式。.稀溶液的依数性。教学难点：.偏摩尔量及化学势的概念及应用。.活度与逸度的概念及有关计算。教学内容：偏摩尔量。化学势。气体混合物中各组分的化学势。稀溶液中的两个经验定律。理想液态混合物。理想稀溶液中任一组分的化学势。稀溶液的依数性。DuhemMargule公式。活度与活度因子。分配定律一一溶质在两互不相溶液相中的分配。学时分配：8第五章相平衡教学目的与要求：理解相律的概念，了解相律的推导，掌握单组分系统及二组分系统典型相图的特点和运用，杠杆规则的计算，了解由实验数据绘制相图的方法。教学重点：.相律的应用。.单组分系统及二组分系统典型相图的特点和运用。.由实验数据绘制相图的方法。教学难点：.相律分析。.二组分系统相图的绘制及相图意义及运用。教学内容:相系统平衡的一般条件。相律。二组分系统的相平衡及Clapeyron方程。二组分系统的相图及其应用。三组分系统的相图及其应用。学时分配：8第六章化学平衡教学目的与要求：理解标准常数的概念。掌握化学反应等温方程的推导及应用。平衡常数及平衡组成的计算。理解温度、压力、组成等因素对平衡的影响。教学重点：.标准平衡常数定义及与平衡浓度的关系。.化学反应等温方程及反应方向的判断。.利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成。.温度、压力、组成等因素对化学平衡移动的影响。教学难点：.标准平衡常数的概念和平衡常数与不同浓度标度的平衡常数表达式的区别。.复杂体系的平衡常数及平衡组成的计算。教学内容：化学反应的平衡条件。化学反应的平衡常数和等温方程式。平衡常数的表示式。复相化学平衡。标准摩尔生成Gibbs函数。温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响。同时化学平衡和反应的耦合。平衡的近似计算。学时分配：6教学讨论教学目的与要求：以上述所学习的热力学定律、多组分系统、相平衡以及化学平衡的基本知识和原理为基础，讨论某一科学研究问题或生产实践实例。具体讨论内容不固定，教师根据自己的专长设置自己擅长且能巩固所学知识，深化学生分析能力、表达能力以及运用所学知识的能力。教学重点：.理解所学基础知识对于解决问题的重要性。.培养学生从表象到本质分析问题的能力。教学难点：正确运用基础知识的分析问题和解决问题的能力。教学内容：根据前沿科学研究设置某一科学研究问题或生产实践典型的实例，学生进行分组讨论，教师指导总结。学时分配：2物理化学（2）第七章统计热力学教学目的与要求：了解系统的概念，理解玻耳兹曼分布的意义和应用，理解配分函数的意义，理解热力学函数与配分函数的关系。掌握利用配分函数计算简单系统的热力学函数。教学重点：.统计热力学的基本假设。.Boltzmann分布的意义和应用。.配分函数的意义。.热力学函数与配分函数的关系。教学难点：.Boltzmann统计及配分函数的计算。.热力学函数与配分函数的关系及其有关计算。教学内容：概论。Boltzmann统计。BoseEinstein统计和FermiDirac统计。配分函数。各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献。晶体的热容问题。分子的全配分函数。用配分函数计算4Gm和反应的平衡常数。学时分配：10第八章电化学教学目的与要求：理解电导率、摩尔电导率、离子迁移数、离子平均活度及平均活度因子离子强度的概念，了解离子氛的概念及德拜―休克尔极限公式。理解可逆电池的概念，掌握能斯特方程，电池电动势的计算及其应用，理解极化作用和超电势的概念及应用。教学重点：.电导率、摩尔电导率、离子迁移数、离子平均活度及平均活度因子离子强度。.可逆电池的概念。.能斯特方程及其有关计算。.电池电动势的计算及其应用。.极化作用和超电势的概念。教学难点：.摩尔电导的概念及应用。.离子平均活度及平均活度因子的概念。.电极电势的概念和应用。.原电池的设计和计算。教学内容：电化学中的基本概念和电解定律。离子的电迁移率和迁移数。电解质溶液的电导。电解质的平均活度和平均活度因子。强电解质溶液理论简介。可逆电池和可逆电极。电动势的测定。可逆电池的书写方法及电动势的取号。可逆电池的热力学。电动势产生的机理。电极电势和电池的电动势。电动势测定的应用。电解与极化作用。金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化。学时分配：18第九章化学动力学教学目的与要求：理解化学反应速率、反应速率系统、反应级数、基元反应、反应分子数的概念。掌握通过实验建立速率方程的方法，掌握一级和二级反应的速率方程及其应用，理解典型复杂反应的特征。了解处理对行反应、平行反应和连串反应的动力学处理方法，掌握稳态近似法、平衡近似法及控制步骤的概念，理解链反应的动力学特点。掌握阿仑尼乌斯方程及应用；理解活化能和指前因子的概念；了解催化剂和催化作用的概念、光化学反应、溶液中反应的基本特征；了解有效碰撞理论和过渡状态理论的基本思想、有关概念及基本公式；了解酶催化作用。教学重点：.化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念。.一级和二级反应的速率方程及其应用。.复杂反应的特征，了解处理对行反应、平行反应和连串反应的动力学方法。.掌握阿仑尼乌斯方程及应用。.有效碰撞理论和过渡状态理论的基本公式及有关概念。教学难点：.通过实验建立速率方程的方法。.稳态近似法、平衡近似法及控制步骤的概念及其运用。.复杂反应的特征及其有关计算。.有效碰撞理论和过渡状态理论的基本公式及有关概念。教学内容：化学动力学的任务和目的。化学反应速率的表示法及速率方程。具有简单级数的反应（0,1,2,3和准一级反应）。几种典型的复杂反应（对峙反应、平行反应、连续反应）。温度对反应速率的影响及活化能。链反应。碰撞理论。过渡态理论。光化学反应。催化反应动力学。学时分配：16第十章界面现象教学目的与要求：理解表面张力及表面吉布斯函数的概念及其与接触角、润湿、铺展的联系，掌握拉普拉斯公式及开尔文公式计算和应用。理解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用，理解吉布斯吸附公式的含义及其应用，理解物理吸附与化学吸附的含义和区别，掌握兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式。了解BET多分子层吸附理论和吸附等温式教学重点：.表面张力及表面吉布斯函数的概念及其与接触角、润湿、铺展的联系。.弯曲液面对热力学性质的影响和拉普拉斯公式及开尔文公式的应用。.溶液界面的吸附。.兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式。教学难点：.弯曲液面对热力学性质的影响和拉普拉斯公式及开尔文公式的应用。.固体表面吸附的兰格缪尔公式和BET公式的应用。教学内容：表面张力及表面Gibbs函数。弯曲表面上的附加压力和蒸气压。溶液的表面吸附。液固界面一一润湿作用。表面活性剂及其作用。固体表面的吸附。学时分配：10第十一章胶体分散系统和高分子溶液教学目的与要求：理解分散系统的分类及胶体的概念。理解溶胶的力学、光学和电学性质，理解双电层结构的斯特恩模型，理解溶胶的稳定和破坏的原因。了解乳状液的类型与稳定性。了解高分子溶液的特点和分子量的测定方法，了解唐南平衡的概念。教学重点：.分散系统的分类及胶体的定义。.胶体系统的光学性质与动力性质。.溶胶系统的电学性质。.乳状液的类型与稳定性。.高分子溶液的特点和分子量的测定方法。.唐南平衡教学难点：体系统的光学性质与动力性质。胶系统的电学性质。教学内容：胶体和胶体的基本特性。溶胶的制备和净化。溶胶的动力性质。溶胶的光学性质。溶胶的电学性质。双电层理论和Z电势。溶胶的稳定性和聚沉作用。乳状液。高分子溶液与唐南平衡。学时分配：8教学讨论教学目的与要求：以上述所学习的电化学、动力学、胶体界面化学的基本知识和原理为基础，讨论科学研究问题或生产实践实例。具体讨论内容不固定，教师根据自己的专长设置自己擅长且能巩固所学知识，深化学生分析能力、表达能力以及运用所学知识的能力。教学重点：.理解所学基础知识对于解决问题的重要性。.培养学生从表象到本质分析问题的能力。教学难点：正确运用基础知识的分析问题和解决问题的能力。教学内容：根据前沿科学研究设置某一科学研究问题或生产实践典型的实例，学生进行分组讨论，教师指导总结。学时分配：2四、考核方式《物理化学》实行混合式教学方法，考核及成绩评定方式最终综合成绩由线上考核成绩+线下考核成绩+期末考试成绩组合而成。通过线上学习、平时考核和考试督促学生学习，并提高学生学习的积极性和主动性，及时掌握和巩固所学知识点。综合成绩（百分制）=30%线上成绩+10%线下考核成绩+10%期中考试成绩+50%期末考试成绩。各部分成绩的考核方法如下:（1）线上学习成绩的考核占综合成绩的30%,按百分制计分的方法为：线上单元作业（占单项20%）、线上单元测试（占单项30%）和模拟期末考试（占单项30%）和在线课堂讨论（占单项20%）。在线课堂讨论是指学生在进行慕课视频学习时，根据老师提出的问题进行讨论，考核学生在进行慕课视频学习时对每堂课重点知识点理解和掌握程度。（2）线下考核成绩的考核占综合成绩的10%，按百分制计分。主要考核课堂讨论、回答问题情况、学习报告情况，可以实行减分值，每次问题占单项10%。具体由教师自行掌握各部分学生得分，同一专业的考核方式需要授课老师协商一致。（3）期中考试成绩占综合成绩的10%，按百分制计分。主要考核学生前一阶段所讲授内容的掌握程度，采用闭卷考试形式，测试时间为二学时。（4）期末考试成绩占综合成绩的50%。主要考核一学期学习内容的掌握程度。采用闭卷考试形式，在考试周内进行，试卷按