《物理化学》教学大纲

《物理化学》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03134121课程性质：学科基础必修课学分：3.5学分学时：56学时（理论48学时，实验8学时）先修课程：无机化学、大学物理等后续课程：材料物理性能、毕业设计等适用专业：材料科学与工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《物理化学》是材料科学与工程专业本科学生的学科基础必修课。本课程主要传授物理化学的基本概念、基本理论及基本计算方法。通过本课程的学习，使学生对化学热力学、电化学、界面现象、化学动力学以及胶体化学等内容有更全面的了解和认识。课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养学生运用物理化学的基本原理去分析和解决实际问题的能力，同时为后续课程的学习及相关研究工作打下一定的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：理解理想气体模型，掌握热力学第一定律和热力学第二定律，多组分系统热力学基础知识，初步掌握化学平衡和相平衡的基本特性；并能够运用相关理论知识去解决实际问题。课程目标2：了解动力学方法的特点，初步掌握化学动力学的基本内容，理解化学现象与电化学现象及热力学的关系，掌握电解质的导电机理、电池热力学的基本原理及电极的极化；初步掌握界面现象和胶体分散体系的基本特性，并运用热力学及有关理论来讨论其性质。课程目标3：通过实验操作，提升学生分析问题、解决问题和处理实验结果的能力；加强独立或与其他成员合作开展工作的能力，增强团结合作意识。课程目标4：在传授知识的同时，帮助学生养成实事求是、积极探索、持之以恒的治学态度；培养学生严谨的工作作风、踏实吃苦的劳动精神；树立科学的世界观、人生观、价值观。三、课程目标与毕业要求《物理化学》课程教学目标对材料科学与工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.1能够应用工程科学的基本原理，识別和判断材料专业相关复杂工程问题的关键环节和参数。课程目标1：理解理想气体模型，掌握热力学第一定律和热力学第二定律，多组分系统热力学基础知识，初步掌握化学平衡和相平衡的基本特性；并能够运用相关理论知识去解决实际问题。课程目标3：通过实验操作，提升学生分析问题、解决问题和处理实验结果的能力；加强独立或与其他成员合作开展工作的能力，增强团结合作意识。课程目标4：在传授知识的同时，帮助学生养成实事求是、积极探索、持之以恒的治学态度；培养学生严谨的工作作风、踏实吃苦的劳动精神；树立科学的世界观、人生观、价值观。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.气体的PVT关系1.1理想气体状态方程1.2理想气体混合物1.3真实气体的液化及临界参数1.5对应状态原理及普遍化压缩因子图教学要求：了解普遍化压缩因子图；理解理想气体模型、道尔顿定律与阿马加定律、液体的饱和蒸气压、临界性质、压缩因子；掌握理想气体状态方程的计算与应用，对应状态原理的应用。重点：理想气体模型及其概念；道尔顿定律；液体的饱和蒸气压；临界性质；压缩因子。难点：临界性质；普遍化压缩因子图与对应状态原理的应用。401、42.热力学第一定律2.1基本概念及术语2.2热力学第一定律2.3恒容热、恒压热及焓2.4摩尔热容2.5相变焓2.6化学反应焓2.7标准摩尔反应焓的计算2.8可逆过程与可逆体积功教学要求：理解体系和环境、平衡状态、状态函数、过程和途径、可逆过程、功和热等热力学概念；理解热力学第一定律的叙述及表达，明了热力学能、焓等热力学函数以及标准燃烧焓、标准生成焓以及反应进度等概念；掌握在物质的pVT变化、相变化、化学变化过程中，热和功的计算以及各种状态函数变化值计算的原理和方法。重点：热力学第一定律的叙述及表达式；热力学能、焓、标准燃烧焓、标准生成焓，及反应进度等的概念；物质在pVT变化、相变化、化学变化过程中，热和功及各种状态函数变化值的计算方法；恒容反应热与恒压反应热之间的关系。难点：物质在pVT变化、相变化、化学变化过程中，热和功及各种状态函数变化值的计算方法；标准摩尔反应焓、燃烧焓和生成焓的概念及计算。601、43.热力学第二定律3.1热力学第二定律3.2卡诺循环与卡诺定理3.3熵与克劳修斯不等式3.4熵变的计算3.5热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算3.6亥姆霍兹函数和吉布斯函数3.7热力学基本方程及麦克斯韦关系式教学要求：理解热力学第二、第三定律的叙述及表达，明了熵、Gibbs函数、标准摩尔熵和标准生成Gibbs函数等概念；掌握物质在pVT变化、相变化、化学变化过程中各种状态函数变化值的计算方法；掌握熵增原理和各种平衡判据，明了热力学公式的适用条件，理解热力学基本方程。重点：热力学第二、第三定律的叙述及数学表达式，卡诺循环及热力学第二定律的推导，熵、熵增原理、Gibbs函数、标准摩尔熵、标准生成Gibbs函数等概念，各种状态函数变化值的原理，熵增原理和各种平衡判据的应用，各个热力学公式的适用条件以及热力学基本方程应用。难点:卡诺循环及热力学第二定律的推导，熵、熵增原理和Gibbs函数标准,摩尔熵和标准生成Gibbs函数，热力学基本方程。701、44.多组分系统热力学4.1偏摩尔量4.2化学势4.3气体组分的化学势4.5拉乌尔定律和亨利定律4.6理想液态混合物4.9稀溶液的依数性教学要求：理解偏摩尔量和化学势的概念，熟悉溶液组成的各种表示方法及其相互关系；掌握Raoult定律和Henry定律及其区别和应用，理解理想液态混合物通性，理解理想液态混合物各组分化学势的表达式。重点:偏摩尔量和化学势的概念，Raoult定律和Henry定律以及其区别，理想液态混合物通性及各组分化学势的表达式。难点:偏摩尔量和化学势的概念，理想液态混合物。601、45.化学平衡5.1化学反应的方向及平衡条件5.2理想气体反应的等温方程及标准平衡常数5.3平衡常数及平衡组成的计算5.5其他因素对理想气体反应平衡移动的影响教学要求：了解等温和等压方程的推导，压力和惰性气体对反应平衡组成的影响，温度对标准平衡常数的影响；熟悉标准平衡常数的定义及几种平衡常数间的关系；掌握化学反应的方向和限度的判断方法及利用热力学数据计算标准平衡常数的方法。重点：标准平衡常数的定义，等温方程判断化学反应的方向和限度，不同温度下的标准平衡常数的计算，各种平衡常数间的关系，压力和惰性气体对化学反应平衡组成的影响。难点:用热力学数据计算标准平衡常数，外界因素对平衡移动影响。301、46.相平衡6.1相律教学要求：掌握相律的推导和意义，掌握自由度、相数、独立组分数的计算与应用。重点:相律的意义与应用。难点:自由度、相数、独立组分数的计算。201、47.电化学7.1电极过程、电解质溶液及法拉第定律7.2离子的迁移数7.3电导、电导率和摩尔电导率7.6原电池热力学7.7电极电势和液体接界电势7.11极化作用7.12电解时的电极反应教学要求：掌握电解质溶液的导电机理，理解离子的电迁移、离子迁移数；理解表征电解质溶液导电能力的物理量（电导、电导率、摩尔电导率）及电导测定的应用；熟悉标准电极电势表的应用，理解原电池电动势与热力学函数的关系，掌握Nernst方程及其计算，掌握各种类型电极的特征和电动势测定的主要应用；理解产生电极极化的原因和超电势的概念。重点：电解质溶液的导电机理；离子的电迁移；电导、电导率、摩尔电导率等概念；电导测定的应用；原电池电动势与热力学函数的关系；Nernst方程及其计算。难点：电解质溶液的导电机理；原电池电动势与热力学函数的关系；Nernst方程及其计算。862、3、48.界面现象8.1界面张力8.2弯曲液面的附加压力及其后果8.4固-液界面教学要求：理解表面张力和表面Gibbs函数的概念，了解表面相的Gibbs模型；理解弯曲界面的附加压力概念和LapLace公式，理解Ke1vin公式及其应用；了解铺展和铺展系数，了解润湿、接触角和Young方程。重点：表面张力、比表面功和弯曲液面的附加压力概念和LapLace公式，Ke1vin公式及其应用，Young方程。难点：表面张力、比表面功，Young方程。402、49.化学动力学9.1化学反应的反应速率及其速率方程9.2速率方程的积分形式9.3速率方程的确定9.4温度对反应速率的影响，活化能教学要求：理解化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念，掌握通过实验建立速率方程的方法，理解基元反应及反应分子数的概念，掌握一级和二级反应的速率方程及其应用；掌握Arrhennius方程及其应用，明了活化能及指前因子的定义和物理意义。重点：反应速率常数及反应级数的概念，基元反应及反应分子数的概念，一级和二级反应的速率方程及其应用，Arrhennius方程及其应用，活化能及指前因子的定义和物理意义。难点：反应速率常数及反应级数的概念，基元反应及反应分子数的概念，一级和二级反应的速率方程及其应用。602、410.胶体化学10.2溶胶的光学性质10.3溶胶的动力学性质10.4溶胶的电学性质教学要求：了解胶体的基本性质，了解胶体的若干重要性质（Tyndall效应、Brown运动、沉降与沉降平衡、电泳和电渗）。重点：分散系统的定义与分类，胶体的电学及动力学等性质。难点:胶体的动力学性质及电学性质应用。222、3、4合计4882.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.电导的测定及其应用实验内容：用电导法测量乙酸的电离平衡常数。实验要求：了解溶液电导率、摩尔电导率的基本概念，掌握用电导法测量某些电化学物理量，掌握电导仪的使用方法。32、3、42.电势-PH曲线的测量实验内容：测定Fe3+/Fe2+对EDTA溶液在不同pH条件下的电极电势，绘制电势-pH曲线。实验要求：练习并掌握酸度电势测定仪的使用方法，了解电势-pH图的意义及其应用32、3、43.Fe(OH)3胶体的制备和胶体的性质实验内容：通过化学反应制备Fe(OH)3胶体。实验要求：掌握胶体的概念及其基本性质，以及溶液、胶体、浊液的性质和区分方法。22、3、4合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合签到、实验、章节测验、作业、视频资源共享等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使学生较好的掌握物理化学的基本概念、基本原理和基本方法，获得分析实际问题的思维能力与计算能力，具有解决材料科学与工程相关领域的复杂工程问题的基本能力和素质。六、课程资源1.推荐教材：（1）天津大学物理化学教研室.物理化学（简明版）（第二版）[M].天津:高等教育出版社,2018.2.参考书：（1）傅献彩.物理化学(上下册）（第五版）[M].南京:高等教育出版社,2006.（2）胡英.物理化学(第六版）[M].北京:高等教育出版社,2014.（3）王新平.基础物理化学（第三版）[M].北京:高等教育出版社,2021.3.期刊：（1）朱华健.乳胶气球浮力变化分析与垂直运动轨迹模拟[J].橡胶工业,2021,68(1):17-24.（2）唐大富.压力对Al7Cu2Fe相的力学及热力学性质的影响[J].含能材料,2021,38(4):427-432.（3）韩勇.高温高压CO2状态方程研究[J].含能材料,2016,24(5):462-468.（4）徐文华.电化学脱嵌法盐湖提锂电极反应动力学研究[J].化工学报,2021,72(6):3105-3115.（5）\t"/kcms2/article/_blank"LiuKai.Microstructureandgiantbaro-caloriceffectinducedbylowpressureinHeuslerCo51Fe1V33Ga15alloyundergoingmartensitictransformatio[J].\t"/kcms2/article/_blank"JournalofMaterialsScience&Technology,2021,73(3):76-82.4.网络资源：（1）天津大学物理化学教研室.物理化学.天津:中国大学MOOC,2017./course/TJU-1002528006.（2）王新平.物理化学[M].北京:中国大学MOOC,2017./course/DUT-1001734002.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标1234过程性考核课堂表现6（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题和讨论问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√ 2211章节测试10（1）主要考核学生对各章节知识点的理解和掌握程度，满分100分；（2）每次阶段测试单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以阶段测试成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√46作业12（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√66实验12（1）根据课堂出勤情况、视频观看以及实验，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。0552期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核热力学第一定律、热力学第二定律、多组分分析、多组分多相化学势计算、化学平衡影响因素、化学平衡常数及转化率计算、相平衡应用等内容。（3）考试题型为：填空题、选择题、判断题、简答题、计算题等类型。√√√√102525合计：100分2244313八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、章节测验、实验、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、单项选择题、判断题、简答分析题、计算题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、阶段测试、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比