物理化學課程教學大綱

1、1物理化學課程教學大綱、課程性質(zhì)物理化學是高等院?；瘜W專業(yè)的一門重要基礎課，為化學專業(yè)二級學科，本課程的 先行課程有：無機化學、分析化學、有機化學、基礎化學實驗、 大學數(shù)學、大學物理等。課程以化學熱力學、化學動力學、電化學、表面化學和膠體化學為基本結(jié)構(gòu)，主要 內(nèi)容有化學熱力學第一、二、三定律、相平衡和化學平衡；電解質(zhì)溶液、可逆電池的電 動勢、電解與極化作用；化學動力學基礎一、二；表面化學和膠體化學。通過教學的各 個環(huán)節(jié)，使學生達到各章大綱中所提出的基本要求，對新增內(nèi)容只作了解不作要求。二、教學目的本課程教學的基本目的：（1）通過物理化學課程的學習， 使學生掌握熱力學和動力學的基本知識， 獲得處

2、理 問題的方法，了解熱力學、動力學的一些新進展。進一步擴大學生的知識面，打好專業(yè) 基礎。加深對先行課程如無機化學、有機化學、分析化學的理解，做到知識面要寬、基 礎要深。（2）進一步培養(yǎng)學生的獨立工作能力，提高學生的自學能力。學習前人提出問題、考慮問題和解決問題的方法。逐步培養(yǎng)獨立思考和獨立解決問題的能力，以便在生產(chǎn)實 踐和科學研究中碰到問題時，能得到一些啟發(fā)和幫助。三、教材教參教材：物理化學（第五版），傅獻彩等編，高等教育出版社，2005。教參：（1）物理化學簡明教程（第三版），印永嘉，李大珍編，高等教育出版社；（2）化學熱力學導論，傅鷹編著，科學出版社，1963;（3）物理化學簡明教程，薛萬

3、華等編，中國地震出版社，2001。四、教學方式本課程以課堂講授為主、自學和討論為輔的方式組織教學，采用多媒體投影輔助教 學手段，并通過閱讀主要參考書目、網(wǎng)上查詢、資料整理和專題討論，加深對物理化學 基本原理的了解，并掌握該學科的前沿發(fā)展動態(tài)。對每章進行一次習題課，以鞏固難掌 握的知識點，并掌握運用物理化學方法初步解決問題的能力。2五、教學內(nèi)容及時數(shù)根據(jù)化學專業(yè)人才培養(yǎng)方案，本課程總的教學時數(shù)為 108 學時，具體如下：緒論（2學時）著重闡明物理化學的意義、介紹學習物理化學的方法?；緝?nèi)容：1. 物理化學基本內(nèi)容簡介2. 物理化學發(fā)展簡介3. 學習物理化學的意義4. 如何學習物理化學重點： 物理

4、化學的學習方法。第一章 熱力學第一定律（ 12 學時）通過本章的教學使學生初步了解熱力學的方法，建立熱力學能、狀態(tài)函數(shù)等概念， 并理解狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)及準靜態(tài)過程、可逆過程等，理解第一定律的一些應用?；緝?nèi)容：1.1 熱力學基本概念系統(tǒng)與環(huán)境 系統(tǒng)的狀態(tài)和性質(zhì) 熱力學平衡態(tài)與狀態(tài)函數(shù) 狀態(tài)系數(shù) 熱和功1.2 熱力學第一定律熱力學第一定律的表述法與數(shù)學表達式； 熱力學能； 準靜態(tài)過程與可逆過程；功與過程 準靜態(tài)過程 可逆過程1.4 焓1.5 熱容熱容及熱量的計算Cp與 CV之間的關系1.6 熱力學第一定律對理想氣體的應用蓋呂薩克一焦耳實驗；相變過程和化學過程；絕熱過程的功和過程方程式；理想氣體卡諾

5、循環(huán)1.7 實際氣體J-T 效應 J-T 系數(shù)與 J-T 轉(zhuǎn)化溫度實際氣體的AU 和AH1.8 熱化學3化學反應熱效應 反應進度 熱化學方程式1.9 蓋斯定律1.10 幾種熱效應化合物的生成焓 燃燒焓 溶解熱和稀釋熱 由鍵焓估算反應熱1.11 基爾霍夫定律1.12 絕熱反應1.13* 熱力學第一定律的微觀說明重點： 掌握熱力學的基本概念和熱力學第一定律 .難點： 理解準靜態(tài)過程和可逆過程 .第二章 熱力學第二定律（ 14 學時）本章主要討論體系的過程方向與限度。熵與熵增加原理是本章的重點與難點。熵統(tǒng)計意義能使學生初步理解熵與第二定律的微觀意義， 熱力學第三定律為以后計算物質(zhì)的 熵值與其它熱力學

6、函數(shù)提供根據(jù)。自由能也是本章的重要內(nèi)容之一。基本內(nèi)容：2.1自發(fā)變化過程的共同特征2.2熱力學第二定律2.3卡諾定律2.4熵的概念2.5Clausius 不等式與熵增加原理Clausius 不等式 熵增加原理2.6熵變計算等溫過程AS的計算非等溫過程AS的計算TS 圖及其應用2.7熱力學第二定律的本質(zhì)和熵的統(tǒng)計意義熱力學第二定律的本質(zhì) Boltyman 公式2.8 亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能Helmbolz 自由能 Gibbs 自由能42.9 變化的方向和平衡條件2.10AG 的計算等溫物理變化過程AG化學變化過程AG 化學反應等溫式2.11 幾個熱力學函數(shù)的關系基本公式 特性函數(shù) Maxw

7、ell 關系式及其應用 Gibbs 自由能與 P 的關系2.12 熱力學第三定律與規(guī)定熵第三定律規(guī)定熵值化學反應過程中的AS計算2.13* 非平衡態(tài)熱力學簡介重點：明確熱力學第二定律、熵的意義；掌握AG、AS的計算；難點： 吉布斯自由能和熵變的計算。第四章 溶液（8 學時）本章介紹溶液的熱力學，引入理想溶液，活度、逸度、標準態(tài)、超額函數(shù)等概念以 及理想和非理想溶液中任一組分化學勢的表示法。此外還介紹了稀溶液中兩大經(jīng)驗定 律：拉烏爾定律和亨利定律?；緝?nèi)容：4.1引言4.2溶液組成表示法4.3 偏摩爾量與化學勢偏摩爾量的定義及其集合公式 Gibbs-Duhem 公式 化學勢的定義及其在兩相平 衡

8、中的應用化學勢與 T、P 的關系4.4混合氣體各組分的化學勢理想氣體化學勢 非理想氣體化學勢 逸度概念4.5 稀溶液中的兩個經(jīng)驗定律Ruoult 定律 Henry 定律4.6理想溶液理想溶液的定義 理想溶液中各組分化學勢 理想溶液的通性4.7稀溶液各組分化學勢4.8* 理想溶液和稀溶液的微觀說明54.9稀溶液的依數(shù)性4.10 Gibbs -Duhem 和 Duhem -Margules 公式4.11 非理想溶液非理想溶液中各組分的化學勢 活度的概念 活度的測定 滲透系數(shù) 超額函數(shù)4.12 分配定律 溶質(zhì)在兩互不相溶液相中的分配重點： 偏摩爾量和化學勢的概念及二者的關系，拉烏爾定律和亨利定律，稀

9、溶液的 依數(shù)性。難點： 偏摩爾量及化學勢，標準態(tài)的選用。第五章 相平衡（ 10 學時）本章應用熱力學方法討論相平衡體系的一般規(guī)律。學習一些典型相圖制法、分析及 應用。基本內(nèi)容：5.1 引言5.2 多相體系平衡的一般條件5.3 相侓5.4 單組分體系相圖單組分體系的兩相平衡 Clapeyron 方程 外壓與蒸氣壓關系 水的相圖 硫的相圖 *5.5 二組分體系相圖及應用5.6 三組分體系相圖重點： 相律的物理意義及用途；相圖中點、線、面的意義；杠桿規(guī)則的應用 。難點： 獨立組分數(shù)和自由度的概念，體系在不同過程中發(fā)生的相變化情況，杠桿規(guī) 則的應用。第六章 化學平衡（ 8 學時）本章根據(jù)熱力學的平衡條

10、件導出化學反應等溫方程式和平衡常數(shù)表達式，并討論了 濃度、溫度、壓力及惰性氣體對平衡常數(shù)的影響。基本內(nèi)容：6.1 化學反應的平衡條件和化學反應親和勢化學反應的平衡條件 化學反應的親和勢6.2 化學反應的平衡常數(shù)和等溫式6化學反應平衡常數(shù)的導出 化學反應等溫式 溶液中反應的平衡常數(shù)6.3 各種平衡常數(shù)的表示熱力學平衡常數(shù)的表示KP, Kx, Kc的表示及關系6.4 復相化學平衡6.5 平衡常數(shù)的測定和平衡轉(zhuǎn)化率的計算平衡常數(shù)的直接測定方法平衡轉(zhuǎn)化率的計算6.6標準 Gibbs 生成自由能.：rGm的一些應用標準摩爾 Gibbs 生成自由能如何求算3GE6.7 用配分函數(shù)求算 需 G,和反應的平衡

11、常數(shù)6.8 溫度、壓力、惰性氣體對 Kf 的影響6.9 同時平衡6.10*反應的耦合6.11*近似計算6.12*生物能力學簡介重點：標準摩爾反應吉布斯函數(shù)和有關平衡常數(shù)的關系；平衡常數(shù)與平衡組成的計算；溫度對平衡常數(shù)的影響。難點：標準摩爾反應吉氏函數(shù)和有關平衡常數(shù)的關系。第七章電解質(zhì)溶液（6 學時）本章主要討論電解質(zhì)溶液的性質(zhì)及理論，介紹了離子遷移數(shù)。電導及電導與濃度之關系，離子獨立移動定律和強電解質(zhì)理論。基本內(nèi)容：7.1 電化學基本概念和法拉和定律7.2 離子的遷移和遷移數(shù)離子電遷移離子遷移數(shù)遷移數(shù)測定7.3 電導幾種電導概念各種電導率與活度關系離子獨立移動定律 電導的測定及應用7.4 強電

12、解質(zhì)溶液理論簡介7電解質(zhì)平均活度及活度系數(shù)離子強度離子互吸理論 DebyeHickel 極限公式重點：明確電導率、摩爾電導的意義；熟悉電導測定的應用及德拜一休克爾極限公式的應用。 難點： 摩爾電導、電解質(zhì)溶液的導電機理。第八章 可逆電池的電動勢（ 10 學時）本章討論了熱力學函數(shù) H. S 與電動勢的關系以及電動勢產(chǎn)生的機理，電動勢的計算應用?；緝?nèi)容：8.1可逆電池和可逆電極可逆電池與不可逆電池可逆電極的類型和電極反應8.2電動勢測定對消法 標準電池8.3可逆電池的書寫及取號8.4 可逆電池熱力學8.5電動勢產(chǎn)生的機理電極與電解質(zhì)溶液界面間電勢差的形成 接觸電勢與液接觸電勢 電動勢的產(chǎn)生8.

13、6電極電勢和電池的電動勢標準電極電位電池電動勢的計算內(nèi)電位與外電位8.7濃差電池和液接電勢計算8.8 電動勢測定應用活度系數(shù)測定 難溶鹽的活度積 pH 的測定 重點： 電動勢測定的應用、電動勢的計算。難點： 電動勢產(chǎn)生的原因。第九章 電解與極化（ 6 學時）本章主要介紹了通電使體系發(fā)生了化學變化及電解作用的一些規(guī)律， 對于有電流通 過時電極上的極化作用也作了介紹?；緝?nèi)容：9.1分解電壓89.2極化作用濃差極化 電化學極化 氫超電勢9.3電解時電極上的反應 金屬的析出與氫的超電勢 金屬離子的分離 金屬的電化學腐蝕、防腐與鈍化 9.4* 化學電源簡介重點： 極化作用。 難點： 電極極化產(chǎn)生的原因

14、。第十章 化學動力學（ 16 學時）本章主要闡明化學動力學的意義與一些基本內(nèi)容， 適當介紹一些近代微觀動力學知 識，在反應速度理論中主要闡明理論的推導與公式的意義。基本內(nèi)容：10.1 反應速度及其測定10.2 反應物濃度對反應速度的影響反應速度方程式 比速度常數(shù)的意義 基元反應，反應分子數(shù)，反應級數(shù)10.3 簡單級數(shù)反應一級反應 二級反應 三級反應10.4 反應級數(shù)測定微分法 改變物質(zhì)數(shù)量比例法 半衰期法 嘗試法 作圖法10.5 溫度對反應速度影響 阿侖尼烏斯理論 表現(xiàn)活化能10.6 幾種典型復雜反應 平行反應 對峙反應 連串反應10.7 擬定反應機理的一般方法10.8 碰撞理論10.9 過渡

15、態(tài)理論10.10* 分子反應動態(tài)學簡介10.11在溶液中進行的反應 溶液對反應速度的影響 原鹽效應 擴散控制反應10.12* 快速反應測試 豫馳法 閃光光解10.13 光化學反應910.14 催化作用的基本特征10.15 均相催化作用基本特征重點：掌握反應速度的表示方法、具有簡單級數(shù)反應的特點；了解擬定反應歷程的 般方法；學會應用阿侖尼烏斯公式；了解碰撞理論與過渡狀態(tài)理論的基本觀點。難點： 由實驗數(shù)據(jù)建立動力學方程的方法。第十二章 界面現(xiàn)象（ 8 學時）本章闡明了物相高度分散后的一些性質(zhì)以及界面活性物質(zhì)的一些基本性質(zhì)?；緝?nèi)容：12.1表面自由能與表面張力表面自由能與表面張力 界面張力與溫度的

16、關系12.2彎曲液面下的附加壓力和蒸氣壓彎曲液面下的壓力 拉普拉斯公式 彎曲表面上的蒸氣壓12.3液體界面的性質(zhì)液體的鋪展 溶液表面張力與濃度關系 Gibbs 吸附公式12.4液 固界面現(xiàn)象粘附功、浸濕功和鋪展系數(shù) 接觸角與濕注作用12.5表面活性劑及其作用表面活性劑的分類 表面活性劑的結(jié)構(gòu) 表面活性劑的幾種重要作用12.5固體表面吸附吸附等溫線 Langrnuir 等溫式 BET 公式 物理、化學吸附12.6吸附速度 吸附和解析速度方程12.7 氣固相表面催化反應重點： 界面張力的概念，吉布斯的意義，固體表面上的吸附規(guī)律。難點： 界面張力的概念，表面曲率與蒸氣壓的關系。第十三章 膠體分散體系（ 8 學時）本章闡明了膠體的制備及其性質(zhì)，以及大分子溶液的性質(zhì)基本內(nèi)容：13.1膠體和膠體的基本特性1013.2 膠體的制備和凈化溶液的制備 溶液的凈化13.3 溶液動力學性質(zhì)布朗運動 擴散和滲透壓 沉降和沉降平衡13.4 溶液的光學性質(zhì)丁鐸爾效應 超顯微鏡原理和粒子大小測定13.5 溶液的電學性質(zhì)電動現(xiàn)象 雙電層和電動電勢13.6 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用溶膠的穩(wěn)定性 影響聚沉作用的一些因素 膠體穩(wěn)