《物理化學(xué)1,2》課程介紹與教學(xué)大綱

PAGE10《物理化學(xué)1,2》課程簡介課程編號：03024035/03024036課程名稱：物理化學(xué)1/物理化學(xué)2學(xué)分:5學(xué)時：80（實驗：上機：課外實踐：）適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝、高分子材料與工程、制藥工程、化學(xué)生物學(xué)、應(yīng)用化學(xué)及相關(guān)專業(yè)建議修讀學(xué)期：第3/4學(xué)期開課單位：化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、無機化學(xué)考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)：閉卷考試總成績=考試成績*70%+平時成績*30%教材與主要參考書目：1．《物理化學(xué)》(第五版)上、下冊，天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編高等教育出版社，20092．《物理化學(xué)》(第五版)上、下冊，傅獻彩等主編高等教育出版社，20063．《物理化學(xué)》(第六版)上、下冊，胡英等主編高等教育出版社，20144．《物理化學(xué)》(第二版)，韓德剛、高執(zhí)棣、高盤良等主編高等教育出版社，2011內(nèi)容概述：中文：物理化學(xué)又稱理論化學(xué)，是化學(xué)學(xué)科的一個重要分支，它是從研究化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系入手來探求化學(xué)運動中具有普遍性的基本規(guī)律的一門學(xué)科，它對于學(xué)生科學(xué)思維、綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提高起著至關(guān)重要的作用。本課程主要包括化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)平衡、相平衡、電化學(xué)、表面現(xiàn)象、化學(xué)動力學(xué)和膠體化學(xué)的基本知識、原理和方法。通過本課程的教授，實現(xiàn)學(xué)生初步了解物理化學(xué)的理論研究方法，理解物理化學(xué)課程中的基本概念與基本原理，掌握其應(yīng)用。初步了解物理化學(xué)基礎(chǔ)理論，基本原理和研究方法在材料科學(xué)中的作用和地位。掌握物理化學(xué)課程中的基本公式、適用條件及其應(yīng)用。英文：PhysicalChemistry,alsoknownastheoreticalChemistry,isanimportantbranchofchemistry.Itisacourseofstudyingtheinterrelatedrelationshipbetweenchemicalandphysicalphenomenatoexploreauniversalbasiclawofchemicalmovements.Moreover,itplaysanimportantroleinimprovingscientificthoughtandcomprehensivequality.Thiscourseincludesbasicknowledge,principlesandmethodsofchemicalthermodynamics,chemicalequilibrium,phaseequilibrium,electrochemistry,surfacephenomena,chemicalkineticsandcolloidchemistry.Theaimofthiscourseforstudentsistoachieveabasicunderstandingoftheoreticalresearchmethodsofphysicalchemistry.Besides,studentsshouldunderstandfundamentalconceptsandprinciplesofphysicalchemistrycourseandknowtheirapplications.Also,theroleandpositionofbasictheory,principlesandmethodsinmaterialsciencecanbeknownsimply.Importantly,thebasicformula,suitableconditionsandapplicationsinphysicalchemistrycourseshouldbemasteredwell.《物理化學(xué)1,2》教學(xué)大綱課程編號：03024035/03024036課程名稱：物理化學(xué)1/物理化學(xué)2學(xué)分:5學(xué)時：80（實驗：上機：課外實踐：）適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝、高分子材料與工程、制藥工程、化學(xué)生物學(xué)、應(yīng)用化學(xué)及相關(guān)專業(yè)建議修讀學(xué)期：第3/4學(xué)期開課單位：化學(xué)與化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、無機化學(xué)一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)【課程性質(zhì)】物理化學(xué)主要研究化學(xué)變化和相變化的平衡規(guī)律和變化速率規(guī)律一門科學(xué)，是化學(xué)化工類專業(yè)的一門重要的必修基礎(chǔ)課程，包括了理論教學(xué)及實驗教學(xué)兩部分。通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)比較牢固地掌握物理化學(xué)基本概念及計算方法，同時還應(yīng)得到一般科學(xué)方法的訓(xùn)練和邏輯思維能力的培養(yǎng)。這種訓(xùn)練和培養(yǎng)應(yīng)貫穿在課程教學(xué)整個過程中，使學(xué)生體會和掌握怎樣由實驗結(jié)果出發(fā)進行歸納和演繹，或由假設(shè)和模型上升為理論，并結(jié)合具體條件應(yīng)用理論解決實際問題的方法。這樣就可提高學(xué)生概括問題、分析問題和解決問題的能力以及運用理論知識解決實際問題的綜合素質(zhì)，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定堅實的科學(xué)理論和實驗基礎(chǔ)。該課程內(nèi)容包括：熱力學(xué)三定律、多組分系統(tǒng)熱力學(xué)、化學(xué)平衡、相圖、界面現(xiàn)象、電化學(xué)、化學(xué)動力學(xué)和膠體化學(xué)等。實驗獨立設(shè)置課程?！灸康呐c任務(wù)】1.能夠掌握化學(xué)熱力學(xué)、相平衡、化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)知識，并應(yīng)用于解決化工領(lǐng)域中相關(guān)的復(fù)雜工程問題。2.能夠運用化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、化學(xué)動力學(xué)基本原理，識別、表達、研究分析化工領(lǐng)域中相關(guān)的復(fù)雜工程問題。3.能夠基于化學(xué)平衡原理、多組分系統(tǒng)熱力學(xué)，通過設(shè)計實驗、數(shù)據(jù)分析與解釋，對化工領(lǐng)域中相關(guān)的復(fù)雜工程問題進行研究，并得到合理有效的結(jié)論。4.能夠界面現(xiàn)象、膠體化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本原理，理解與評價相關(guān)化工實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全和環(huán)境的影響。5.為后續(xù)化工原理、化工熱力學(xué)、高分物理與化學(xué)、應(yīng)用電化學(xué)、化學(xué)電源等專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。二、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配本課程總學(xué)時數(shù)為80學(xué)時，其中理論教學(xué)為80學(xué)時，實驗獨立設(shè)置課程；課程教學(xué)共有10章，具體內(nèi)容及學(xué)時安排等如下表所示：課程內(nèi)容教學(xué)要求重點（☆）難點（△）學(xué)時安排實驗學(xué)時上機學(xué)時備注緒論1第3學(xué)期物理化學(xué)課程的內(nèi)容學(xué)習(xí)物理化學(xué)的要求和方法物理量的表示及運算物理化學(xué)的重要性一、氣體的pVT關(guān)系4理想氣體狀態(tài)方程及模型A☆理想氣體化合物的組成A☆道爾頓定律及阿馬加定律A☆真實氣體與范德華方程B☆真實氣體的液化及臨界參數(shù)B△對比狀態(tài)原理C普遍化壓縮因子圖C作業(yè)一：道爾頓定律、范德華方程二、熱力學(xué)第一定律8第3學(xué)期熱力學(xué)基本概念A(yù)☆系統(tǒng)與環(huán)境、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)廣度量與強度量、過程與途徑熱力學(xué)第一定律A☆功、熱、熱力學(xué)能、第一定律恒容熱、恒壓熱與焓A熱容、恒容變溫過程、恒壓變溫過程A焦耳試驗C氣體可逆膨脹壓縮過程，理想氣體絕熱可逆過程方程式A☆△相變化過程A溶解焓及混合焓C化學(xué)計量數(shù)、反應(yīng)進度和標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓B由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓A標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓隨溫度的變化B△燃燒和爆炸反應(yīng)的最高溫度C節(jié)流膨脹與焦耳-湯姆遜效應(yīng)C作業(yè)二：PVT變化、相變、化學(xué)變化的功、熱、熱力學(xué)能及各種焓的計算三、熱力學(xué)第二定律8第3學(xué)期卡諾循環(huán)、熱力學(xué)第二定律、卡諾定理A熵、熵增原理及熵判據(jù)A☆△單純pVT變化熵變的計算A☆△相變化過程熵變的計算A熱力學(xué)第三定律規(guī)定熵和標(biāo)準(zhǔn)熵A☆標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵及其隨溫度變化的計算B亥姆霍茲函數(shù)及其判據(jù)A☆△吉布斯函數(shù)及其判據(jù)A☆△恒溫過程的亥姆霍茲函數(shù)變、吉布斯函數(shù)變的計算A熱力學(xué)基本方程A由熱力學(xué)基本方程計算純物質(zhì)pVT變化過程的△A及△GA吉布斯-亥姆霍茲方程、麥克斯韋方程B△克拉佩龍方程A☆△作業(yè)三：PVT變化、相變、化學(xué)變化的各種熱力學(xué)函數(shù)的計算、克拉佩龍方程的應(yīng)用四、多組分系統(tǒng)熱力學(xué)6第3學(xué)期偏摩爾量和化學(xué)勢B△氣體組分的化學(xué)勢B△拉烏爾定律和亨利定律A☆理想液態(tài)混合物中組分的化學(xué)勢A理想液態(tài)混合物的混合性質(zhì)A理想稀溶液中溶劑和溶質(zhì)的化學(xué)勢，分配定律C稀溶液的依數(shù)性：溶劑蒸氣壓下降、凝固點降低、沸點升高及滲透壓C☆活度及活度因子C△逸度及逸度因子C△作業(yè)四：化學(xué)勢的計算、溶液依數(shù)性的計算與應(yīng)用五、化學(xué)平衡5第3學(xué)期化學(xué)反應(yīng)的等溫方程A☆理想氣體化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)A標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測定及平衡組成的計算A溫度對標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響（范特霍夫方程微分式及積分式）A其它因素對理想氣體化學(xué)平衡的影響C同時反應(yīng)平衡組成的計算B☆△真實氣體反應(yīng)的化學(xué)平衡C△常壓下液態(tài)混合物及溶液中的化學(xué)平衡C△作業(yè)五：平衡常數(shù)的計算與應(yīng)用六、相平衡8第3學(xué)期相律：自由度數(shù)、組分數(shù)、相律的推導(dǎo)、意義與說明B☆△單組分系統(tǒng)相圖的分析（水相圖的繪制與解釋）A☆二組分理想液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖A☆二組分真實液態(tài)混合物氣-液平衡相圖、精餾原理B二組分液態(tài)部分互溶及完全互溶系統(tǒng)氣-液平衡相圖B二組分固態(tài)不互溶凝聚系統(tǒng)液-固平衡相圖的分析，熱分析法與溶解度法繪制相圖的原理A☆△二組分固態(tài)互溶系統(tǒng)液-固平衡相圖A☆△生成穩(wěn)定及不穩(wěn)定化合物的二組分凝聚系統(tǒng)相圖A☆△作業(yè)六：自由度的計算、相圖的解析、繪制與應(yīng)用七、電化學(xué)10第4學(xué)期電解質(zhì)的導(dǎo)電機理及法拉第定律C離子的遷移數(shù)的定義與測定C電導(dǎo)、電導(dǎo)率及摩爾電導(dǎo)率；摩爾電導(dǎo)與濃度的關(guān)系；離子獨立運動規(guī)律和離子的摩爾電導(dǎo)率；電導(dǎo)的測定與應(yīng)用A☆電解質(zhì)的平均離子活度因子及德拜—休克爾極限公式B△可逆電池及韋斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池A原電池?zé)崃W(xué)A☆原電池的基本方程-能斯特方程A☆電極電勢和液體接界電勢B△電極的種類（第一類電極、第二類電極、氧化還原電極）B原電池的設(shè)計舉例A☆分解電壓、極化作用C作業(yè)七：摩爾電導(dǎo)與濃度的關(guān)系、原電池?zé)崃W(xué)的計算與應(yīng)用八、界面現(xiàn)象7第4學(xué)期液體的表面張力及表面吉布斯函數(shù)，影響表面張力的因素B☆△彎曲液面的附加壓力-拉普拉斯方程,毛細現(xiàn)象A☆微小液滴的飽和蒸氣壓-開爾文公式A☆亞穩(wěn)狀態(tài)及新相的形成B氣體在固體表面的吸附：物理吸附與化學(xué)吸附，吸附等溫線，等溫吸附經(jīng)驗公式，朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式，多分子層吸附理論B☆接觸角及楊氏方程，潤濕現(xiàn)象及其分類C固體自溶液中的吸附C△溶液的吸附現(xiàn)象與吉布斯吸附等溫公式B表面活性物質(zhì)在吸附層的定向排列，表面活性劑的分類與應(yīng)用C作業(yè)八：拉普拉斯方程、吸附等溫式、楊氏方程、吉布斯吸附等溫公式的計算與應(yīng)用九、化學(xué)動力學(xué)16第4學(xué)期反應(yīng)速率的定義、基元反應(yīng)和非基元反應(yīng)質(zhì)量作用定律、反應(yīng)分子數(shù)與反應(yīng)級數(shù)、速率方程的表示A零級反應(yīng)、一級反應(yīng)、二級反應(yīng)及n級反應(yīng)的速率方程的積分形式及其特征A☆確定速率方程的方法：微分法、試差法及半衰期法A△溫度對反應(yīng)速率的影響：Arrhenius方程及其應(yīng)用，指前因子和活化能，活化能與反應(yīng)熱的關(guān)系A(chǔ)☆典型的復(fù)合反應(yīng)：對行反應(yīng)，平行反應(yīng)，連串反應(yīng)B由反應(yīng)機理建立復(fù)合反應(yīng)速率方程的方法：選取控制步驟法，穩(wěn)態(tài)近似法，平衡態(tài)近似法非基元反應(yīng)的表觀活化能與基元反應(yīng)的活化能之間的關(guān)系A(chǔ)△鏈反應(yīng)的動力學(xué)特征C氣體反應(yīng)的碰撞理論B△勢能面與過渡狀態(tài)理論有關(guān)概念及公式B△溶液中的反應(yīng)與多相反應(yīng)簡介C光化學(xué)反應(yīng)B催化作用的通性C單相與多相催化反應(yīng)簡介C作業(yè)九：速率方程、活化能的計算與應(yīng)用，反應(yīng)機理的推導(dǎo)。十、膠體化學(xué)7第4學(xué)期膠體化學(xué)的基本概念B☆膠體系統(tǒng)的制備B膠體系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)B☆膠體系統(tǒng)的動力性質(zhì)B☆膠體系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)(包括雙電層、膠團結(jié)構(gòu)等)A☆△溶膠的穩(wěn)定與聚沉C懸浮液、乳狀液、泡沫C氣溶膠C高分子溶液的滲透壓與唐南平衡B☆作業(yè)十：膠體系統(tǒng)的各種性質(zhì)。（教學(xué)基本要求：A-掌握；B-熟悉；C-了解）相關(guān)能力培養(yǎng)1．具有利用物理化學(xué)理論解決化工及其相關(guān)領(lǐng)域工程問題的初步能力；（畢業(yè)要求1-3）2．具有設(shè)計實驗方案、進行實驗、分析和解釋數(shù)據(jù)的能力；（畢業(yè)要求5）3．具有利用物理化學(xué)理論，能夠理解與評價相關(guān)化工實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全和環(huán)境的影響；（畢業(yè)要求4,5）4．通過分組實驗研究與討論，培養(yǎng)學(xué)生具有團隊意識和人際交流能力；（畢業(yè)要求8）5．通過物理化學(xué)理論的選擇與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計的安全意識和社會責(zé)任感；（畢業(yè)要求1，3）6．具有自主學(xué)習(xí)的能力。（畢業(yè)要求9）三、建議實驗（上機）項目及學(xué)時分配實驗課程獨立設(shè)課。四、教學(xué)方法與教學(xué)手段本課程為省級精品資源共享課程，教學(xué)過程分理論教學(xué)和實驗教學(xué)，理論教學(xué)以課堂多媒體教學(xué)結(jié)合作業(yè)進行。五、考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)本課程考核采用考試與平時作業(yè)相結(jié)合的形式?？己顺煽冇善綍r成績（有平時作業(yè)及考勤構(gòu)成）與期末考試成績組成。六