《物理化学》课程教学大纲

物理化学课程教学大纲PhysicalChemistry学时数：96其中：实验学时：课外学时：学分数：6适用专业：材料化学化学一、课程的性质、目的和任务《物理化学》是一门化学和材料化学专业学生必修的学科基础课程，即四大化学基础课程之一的理论课。本课程采用英汉双语教学。通过课程的各个教学环节逐步培养学生的抽象思维能力和逻辑推理能力，并注意培养学生的自学能力和用所学理论解决简单应用问题的能力，培养学生具有比较熟练的运算能力和综合运用所学知识去分析问题和解决问题的能力。二．课程教学的基本要求（一）热力学第一定律1、了解热力学的一些基本概念，如体系、环境、状态、功、热量、变化过程等；2、了解热力学第一定律和内能的概念，掌握功与热正负号的取号惯例；理解准静态过程和可逆过程的意义； 3、掌握状态函数的特性，U和H都是状态函数； 4、掌握热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的△U、△H、Q及W； 5、掌握生成焓、燃烧焓来计算化学反应热。掌握使用赫斯定律和基尔霍夫定律； 6、理解卡诺循环的意义和以及理想气体在几种过程中热、功的计算。（二）热力学第二定律1、了解热力学第二定律的意义，了解自发过程的共同特征；2、理解克劳修斯不等式的重要性。掌握热力学函数U、H、S、F、G的定义，理解其物理意义；3、理解△G在特殊条件下的物理意义，如何利用它来判别变化的方向和平衡条件；4、掌握一些简单过程中△S、△H和△G的计算，以及如何利用范霍夫等温式来判别化学变化的方向；5、能运用吉布斯-亥姆霍兹公式和克劳修斯-克拉贝龙方程计算；6、了解熵的统计意义；7、了解热力学第三定律的内容，了解规定熵的意义、计算及应用。（三）统计热力学1、了解最概然分布，了解为什么可以用最概然分布的微观状态数代替整个体系的微观状态数；2、掌握配分函数及它的物理意义；3、掌握定位体系与非定位体系的热力学函数的差别；4、理解平动、转动、振动对热力学函数的贡献；（四）溶液1、了解理想溶液浓度的各种表示法及其相互关系；2、掌握偏摩尔量和化学势两个概念的重要意义；3、了解理想溶液的定义和通性；4、掌握拉乌尔定律和亨利定律两者的区别与联系；5、了解逸度和活度的概念；6、掌握溶液中各组分化学势的表达方式；了解化学势标准态的物理意义；7、了解理想溶液、稀溶液和实际溶液三者的区别；8、掌握稀溶液依数性公式及其计算，理解分配定律。（五）相平衡1、掌握相、组分数和自由度的定义及意义；2、理解相律的推导过程及其在相图中的应用；3、掌握单组分体系的相图;掌握杠杆规则在相图中的应用；4、掌握分析双液系的p-x和T-x图；了解蒸馏和精馏的基本原理；5、掌握简单低共熔物相图，根据步冷曲线能绘出简单的相图；6、了解二组分固-液相图的绘制及其应用；7、了解三组分体系相图的基本知识。（六）化学平衡1、掌握化学反应等温式的使用；2、了解均相和多相反应的平衡常数表示式有什么不同；3、理解的意义，如何由估计反应的可能性；4、掌握、Kp、Kx和Kc间的关系；5、了解平衡常数与温度、压力的关系和惰性气体对平衡组成的影响，并掌握其计算方法；6、掌握用标准热力学函数的表值计算平衡常数；7、了解同时平衡、反应耦合的处理方法。（七）电化学1、了解迁移数的意义；2、理解电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系；3、掌握离子独立移动定律及电导测定的一些应用；4、理解迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系；5、了解电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法；6、了解强电解质溶液理论和离子氛概念，了解德拜-休克尔极限公式的使用；7、掌握电动势与的关系，掌握电极电势的一套符号惯例；8、了解标准电极电势表的应用；9、对所给的电池，要求掌握正确地写出电极反应和电池反应，并能计算其电动势；10、能根据简单的化学反应来设计电池；11、理解温度对电动势的影响及了解和的计算；12、了解电动势产生的机理及电动测定法的一些应用；13、了解分解电压的意义；14、理解产生极化作用的原因，了解超电势在电解中应用；15、了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法；16、了解化学电源的类型及应用。（八）化学动力学基础1、掌握等容反应速率的表示法及基元反应、反应级数等等基本概念；2、掌握零级、一级、二级反应对速率公式的各种特征，了解三级反应；3、掌握对峙反应、平行反应、连串反应三种复杂反应的特点，并能写出其反应速率与浓度关系的微分式；4、掌握温度、活化能对反应速率的影响和阿仑尼乌斯经验式中、A、k等物理量的含意；5、掌握链反应的特点，会应用稳态近似、平衡假设等近似处理的方法；6、了解化学反应动力学的碰撞、过渡态和单分子反应理论，了解一些简单基元反应的速率常数的计算；了解分子反应动力学的常用实验方法；了解溶液中反应的特点和溶剂对反应的影响；8、了解催化反应的特点和常见催化反应的类型。（九）界面现象1、掌握表面吉布斯自由能、表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系；2、了解弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，学会使用杨-拉普拉斯公式；3、了解弯曲表面上的蒸气压与平面相比有何不同，理解Kelvin公式的使用；4、了解吉布斯吸附等温式的表示形式；5、理解什么叫表面活性物质，掌握表面活性剂的分类及它的应用，了解临界胶束浓度CMC；6、了解液-液、液-固界面的铺展与润湿情况，理解气-固表面的吸附本质及吸附等温线的主要类型；了解物理吸附和化学吸附及其两者的区别；了解Langmuir和BET公式；（十）胶体分散体系和大分子1、掌握胶体分散体系的基本特征；2、掌握胶体分散体系的动力学性质，了解胶体分散体系的光学性质和电学性质等;3、了解胶体在稳定性方面的特点及电解质对溶胶稳定性的影响；4、了解乳状液的种类、乳化剂的作用以及在工业和日常生活中的应用；5、掌握大分子溶液与溶胶的异同点；了解什么是唐南平衡；6、理解聚合物相对分子质量的种类及其测定方法。三课程的教学内容、重点和难点第一章热力学第一定律一、热力学概论二、热力学第一定律三、准静态过程与可逆过程四、焓五、热容六、热力学第一定律对理想气体的应用七、实际气体八、热化学九、赫斯定律十、几种热效应 十一、基尔霍夫定律重点：热力学第一定律热容生成热燃烧热难点：可逆过程状态函数焓基尔霍夫定律第二章热力学第二定律一、自发变化的共同特征—不可逆性二、热力学第二定律三、卡诺定理四、熵的概念五、克劳修斯不等式与熵增加原理六、熵变的计算七、热力学第二定律的本质和熵的统计意义八、亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能九、变化的方向和平衡条件十、ΔG的计算示例十一、几个热力学函数间的关系十二、单组分体系的两相平衡—热力学对单组分十三、热力学第三定律与规定熵重点：热力学第二定律熵变的计算ΔG的计算难点：熵的概念克劳修斯不等式亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能第三章统计热力学一、概论二、玻兹曼统计三、配分函数四、各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献五、分子的全配分函数重点：玻兹曼统计配分函数难点：配分函数与热力学函数的关系第四章溶液一、引言二、溶液组成的表示法 三、多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势四、稀溶液中的两个经验定律五、混合气体中各组分的化学势六、理想溶液的定义、通性及各组分的化学势七、稀溶液中各组分的化学势八、稀溶液的依数性九、吉布斯–杜亥姆公式和杜亥姆–马居耳公式十、非理想溶液十一、分配定律—溶质在两互不相溶液相中的分配重点：拉乌尔定律亨利定律稀溶液的依数性、难点：偏摩尔量化学势理想溶液第五章相平衡一、引言二、多相体系平衡的一般条件三、相律四、单组分体系的相图六、二组分体系的相及其应用七、三组分体系的相图及其应用重点：单组分体系相图 二组分体系相图及其应用最低共熔点混合物难点：相律杠杆规则第六章化学平衡一、化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势二、化学反应的平衡常数和等温方程式三、平衡常数的表示式四、复相化学平衡五、平衡常数的测定和平衡转化率的计算六、标准生成吉布斯自由能七、用配分函数计算和反应的平衡常数八、温度、压力及惰性气体结化学平衡的影响九、同时平衡重点：化学反应的平衡常数和等温方程式温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响难点：标准生成吉布斯自由能第七章电化学一、电化学的基本概念和法拉第定律二、离子的电迁移数三、电导四、强电解质溶液理论简介五、可逆电池和可逆电极 六、电动势的测定七、可逆电池的书写方法及电动势的取号八、可逆电池的热力学九、电动势产生的机理十、电极电势和电池的电动势十一、浓差电池和液体接界电势的计算公式十二、电动势测定的应用 十三、分解电压十四、极化作用十五、电解时电极上的反应十六、金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化十七、化学电源重点：法拉第定律电导电导测定应用可逆电池和可逆电极电池的电动势及其测定的应用分解电压电解时电极上的反应 难点：离子电迁移数电极电势极化作用第八章化学动力学基础一、化学动力学的任务和目的二、化学反应速率表示法三、化学反应的速率方程四、具有简单级数的反应五、几种典型的复杂反应六、温度对反应速率的影响阿仑尼乌斯经验式七、活化能Ea对反应速率的影响八、链反应九、拟定反应历程一般方法十、碰撞理论十一、过渡态理论十二、光化学反应十三、催化作用的基本概念重点：反应级数具有简单级数的反应温度对反应速率的影响活化能难点：典型复杂反应活化能Ea对反应速率的影响拟定反应历程一般方法碰撞理论，过渡态理论，第九章表面化学一、表面吉布斯自由能和表面张力二、弯曲表面下的附加压力和蒸气压三、液体界面的性质四、不溶性表面膜五、液-固界面现象六、表面活性剂及其作用七、固体表面的吸附八、吸附速率吸附和解吸速率方程式九、气-固相表面催化反应重点：表面张力弯曲表面下的附加压力和蒸气压，表面活性剂吉布斯吸附等温式难点：Langmuir吸附式第十章胶体分散体系一、胶体和胶体的基本特性二、溶胶的制备和净化三、溶胶的动力性质四、溶胶的光学性质五、溶胶的电学性质六、溶胶的稳定性和聚沉作用七、乳状液化重点：胶体的基本特性溶胶的电学性质溶胶的稳定性和聚沉作用丁铎尔效应难点：溶胶的电学性质四．课程各教学环节要求本课程以课堂教学为主，教材分上、下两册，两个学期完成，共96课时，其中，讲授82课时，习题课14课时，采用多媒体教学。平时成绩30%，期终考试占70%。五．学时分配章节主要内容各教学环节学时分配作业题量讲授实验讨论习题课外其它小计一热力学第一定律821010二热力学第二定律1021214三统计热力学7186四溶液5166五相平衡1111210六化学平衡7188七电化学1421620八化学动力学基础1021212九界面现象6176十胶体分散体系和大分子4154合计82149696六．课程与其它课程的联系本课程是继《无机与分析化学》和《有机化学》之后所开的又一门重要的专业基础理论课。引导学生在已学完先前课程的基础上，运用物理化学有关的理论和方法，进一步学习和理解物质化学运动的普遍规律，以增强分析问题、解决问题的能力。学好本课程，不但有利于加深对前修课程的理解，而且为后继课程《化工原理》或专业课程的学习打下必要的基础。七．教材与教学参考书（一）教材傅献彩等编．物理化学（上、下）（第五版）．北京：高等教育出版社，2005（二）教学参考书[1]卢维奇．Physical