級物理化學(xué)4參考授課教案

一.為什么要學(xué)物理化學(xué)什么是物理化學(xué)?為什么要學(xué)習(xí)物理化學(xué)?物理化學(xué)在化學(xué)學(xué)科中占據(jù)著什么地位?1887年“物理化學(xué)三劍客”（荷蘭）、奧（德國）和（瑞典）合辦的德文《物理化學(xué)》創(chuàng)，標(biāo)志著物理化學(xué)學(xué)科的建立，至今已有百多年歷史。物理化學(xué)是繼無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)后發(fā)展起來的一門早期就非常成功的交叉學(xué)科，如果把化學(xué)學(xué)科比作一個巨人，無機化學(xué)是巨人賴以站起的雙足；有機化學(xué)是他靈巧的雙手；分析化學(xué)是其敏銳的眼睛，而物理化學(xué)則是他智慧的大腦。由后面對物理化學(xué)研究的對象、內(nèi)容和目的的討論以及對物理化學(xué)的建立和發(fā)展的介紹可以了解到,物理化學(xué)的形成與發(fā)展使人們對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識與研究從定性邁向定量,從實驗性邁入推理性和理論預(yù)見性。與以前所學(xué)習(xí)的其它化學(xué)課程相比，物理化學(xué)將著重研究更具有普遍性的、更本質(zhì)的化動的內(nèi)在規(guī)律,現(xiàn)代無機化學(xué)、有機化學(xué)和分析化學(xué)在解決具體問題時,在很大程度上需要利用物理化學(xué)的理論和方法,因而使物理化學(xué)成為化學(xué)科學(xué)以及相關(guān)學(xué)科的理論基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)物理化學(xué),我們可以培養(yǎng)一種理論思維能力,或者說一種運用物理化學(xué)的觀點和方法看待化學(xué)中一切問題的能力,即用熱力學(xué)觀點分析過程有無可能性;用動力學(xué)觀點分析過程能否實現(xiàn);用分子和原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀點分析過程發(fā)生的內(nèi)在原因,并加深對先行課程如:無機化學(xué)、有機化學(xué)和分析化學(xué)的理解。這種能力的培養(yǎng)只有通過物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)才能進(jìn)行,這是其它課程所不能代替的。目前物理化學(xué)已成為化學(xué)、化工類各專業(yè)的重要主干課程之一,對于化學(xué)教育工作者亦非常重要。例如中學(xué)化學(xué)課程內(nèi)容中既包括元素、單質(zhì)、化合物的具體知識,亦包括化學(xué)變化的基本規(guī)律,學(xué)習(xí)物理化學(xué)對正確自如地傳授有關(guān)知識、理論和方法;設(shè)計、改進(jìn)中學(xué)化學(xué)實驗;適應(yīng)近代化學(xué)教學(xué)的發(fā)展等方面將起到十分重要的作用。歷史上獎頒發(fā)了91次(受二次的影響)，其中約有一半是物理化學(xué)研究的成果，而“物理化學(xué)三劍客”、奧和分別獲得了1901年(首屆)、 年和 年的化學(xué)獎。物理化學(xué)在化學(xué)學(xué)科中的地位可見一斑。什么是物理化學(xué)?二.什么是物理化學(xué)通過前續(xù)課程的學(xué)習(xí),我們已經(jīng)認(rèn)識了不少化學(xué)變化過程(包括無機的和有機的),那么化學(xué)過程是不是僅僅牽涉到化學(xué)鍵的斷裂與生成、化學(xué)基團的重新組合呢?回答是否定的。例如:①.木炭在空氣中燃燒,不僅會產(chǎn)生CO2(化學(xué)變化),而且還會放出大量的熱和光(物理變化);②.生石灰與水作用時即變成熟石灰(化學(xué)變化),同時放出熱(物理變化);③.日常所用之干電池,當(dāng)其工作時不僅內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),同時還釋放電流(物理變化)。pVTpVT實驗測因此,任何化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生,必然伴生物理變化;反過來,某些物理因素的作用,也可能影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,如:光合作用(光);電解反應(yīng)(電)等。另外,分子中電子的運動;原子的轉(zhuǎn)動、振動;分子中原子相互間的作用力等微觀物理運動形態(tài)則直接決定了物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的能力。那么,人們利用物質(zhì)間的化學(xué)變化和物理變化之間的相互聯(lián)系及相互影響來定性或定量地研究化學(xué)變化規(guī)律的學(xué)科稱為物理化學(xué)。換句話說,物理化學(xué)是根據(jù)物質(zhì)變化時的物理現(xiàn)象和化學(xué)變化現(xiàn)象的聯(lián)系,廣泛采用數(shù)學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的理論和實驗方法,研究化學(xué)變化（包括相變化和pVT變化）中的平衡規(guī)律和速率規(guī)律的學(xué)科。其目的是為解決生產(chǎn)實際、科學(xué)實驗向化學(xué)理論問題,從而使化學(xué)能更好地為生產(chǎn)實際服務(wù)。三.物理化學(xué)研究的主要內(nèi)容和方法P2-3(內(nèi)容)對于化學(xué)來說，研究各種化學(xué)物質(zhì)和材料的、性能以及它們與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系是一條主線。平衡和速率則是和性能研究中最基本的問題。有利的平衡和速率是實現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)和材料的大規(guī)模生產(chǎn)的前提。平衡決定理論的產(chǎn)率；速率決定實際的產(chǎn)量。平衡規(guī)律：當(dāng)體系（研究對象）的一個平衡態(tài)由于條件改動而變?yōu)榱硪粋€平衡態(tài)時，能量、體積和各物質(zhì)的數(shù)量變化的規(guī)律。速率規(guī)律：熱量、動量和物質(zhì)的傳遞以及化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的數(shù)量歲隨時間變化的規(guī)律。觀層次實驗測觀層次實驗測宏觀的層次：平衡的普遍規(guī)律由化學(xué)熱力學(xué)提供；速率的普遍規(guī)律由化學(xué)動力學(xué)和傳遞現(xiàn)象原理提供。它們表現(xiàn)為具有普遍意義的數(shù)學(xué)方程，可由一種宏觀性質(zhì)計算另一種宏觀性質(zhì)，或計算宏觀性質(zhì)隨時間的變化。在應(yīng)用這些普遍規(guī)律來解決平衡和速率問題時，必須輸入宏觀的物質(zhì)特性。對于平衡，主要是：物質(zhì)的pVT關(guān)系；熱性質(zhì)（如：熱容、相變熱、生成熱和熵）；非理想性（如：活度、超額函數(shù)）；界面性質(zhì)（如：界面張力）；電極性質(zhì)（如：標(biāo)準(zhǔn)電極電勢）等。對于速率，主要是：反應(yīng)性質(zhì)（如：反應(yīng)級數(shù)、指前因子、活化能等）；傳遞性質(zhì)（導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、擴散系數(shù)等）。宏觀的物質(zhì)特性通常由三種方法得到：實驗測定（如：密度測量、量熱、相平衡化學(xué)平衡測定、電化學(xué)測定、動力學(xué)測定等）；經(jīng)驗半經(jīng)驗方法（如：半經(jīng)驗狀態(tài)方程、基團加和法、同系線性規(guī)律等）；理論方法。值得注意的是，宏觀的物質(zhì)特性不能單純從宏觀層次的普遍規(guī)律得到。微觀到宏觀的層次：普遍規(guī)律由統(tǒng)計力學(xué)提供。統(tǒng)計力學(xué)是聯(lián)系宏觀性質(zhì)與微觀性質(zhì)的橋梁，其中聯(lián)系微觀性質(zhì)與宏觀平衡性質(zhì)的部分又稱為統(tǒng)計熱力學(xué)。普遍規(guī)律也表現(xiàn)為具有普遍意義的數(shù)學(xué)方程，可由微觀性質(zhì)計算宏觀性質(zhì)。在應(yīng)用統(tǒng)計力學(xué)時，必須輸入微觀的物質(zhì)特性。主要是：分子結(jié)構(gòu)和分子能級；分子間力等。對于速率還包括由由分子能級和分子間力所決定的反應(yīng)體系的勢能面。這些微觀的物質(zhì)特性也由三種方法得到：實驗測定（如：波譜測量、分子束實驗等）；經(jīng)驗和半經(jīng)驗的方法（如：量子化學(xué)的MNDO方法、分子力學(xué)的方法等）；理論方法。值得注意的是，微觀的物質(zhì)特性不能單純從統(tǒng)計力學(xué)得到，但統(tǒng)計力學(xué)與微觀的物質(zhì)特性相結(jié)合可以給出宏觀的物質(zhì)特性并導(dǎo)出化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)的基本規(guī)律和基本方程。普遍規(guī)律由量子力學(xué)提供。量子力學(xué)描述微觀粒子運動的規(guī)律。它由一些微觀粒子如：原子核和電子的質(zhì)量、電荷以及由之導(dǎo)出的諧振子和剛性轉(zhuǎn)子的振動頻率、轉(zhuǎn)動慣量等出發(fā)，原則上可以得到分子結(jié)構(gòu)、分子能級、分子間力和勢能面等微觀的物質(zhì)特性。至于是否可以從量子力學(xué)導(dǎo)出統(tǒng)計力學(xué)的基本方程，理論上是合理的，實際上并沒有得到解決。由以上介紹可以看到：①物理化學(xué)中不同層次的普遍規(guī)律建筑在熱力學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)和量子力學(xué)等物理學(xué)科的基礎(chǔ)之上，這便是物理化學(xué)中在化學(xué)前面冠以“物理”二字的原因；②在各層次研究中遇到三種不同的方法。其中實驗方法將在實驗課中學(xué)習(xí)，課堂教學(xué)中主要介紹理論方法并介紹一些經(jīng)驗半經(jīng)驗的方法。本門課程將在上冊著重討論化學(xué)熱力學(xué)的內(nèi)容,而在下冊則著重討論化學(xué)動力學(xué)及在電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換過程中、在膠體系統(tǒng)及界面上所發(fā)生的一些過程的熱力學(xué)和動力學(xué)問題。至于結(jié)構(gòu)化學(xué)則另設(shè)專門的課程講授。四.關(guān)于學(xué)習(xí)物理化學(xué)方法的建議物理化學(xué)是一門培養(yǎng)理論思維能力的科學(xué),是一門比較抽象、理論性較強的學(xué)科,有著理論多、概念多、多的特點,其靈活性很強,特別對于初學(xué)者學(xué)習(xí)常感到較為。為了使學(xué)好物理化學(xué),我特提出以下建議,以供參考。抓概念、抓重點、抓框架、抓條件在學(xué)習(xí)每一章時要明確地了解這一章的主要內(nèi)容是什么;要解決什么問題;采用什么方法解決;根據(jù)什么實驗、定律或理論，得出什么結(jié)果;有什么用處;公式、結(jié)論的使用條件是什么。每次課后應(yīng)整理筆記,消化本次課的內(nèi)容;學(xué)完每章之后,最好能用最簡短的文字列出該章的綱目和重要內(nèi)容,這樣才能抓住了每章的主要骨架或輪廓。抓好“預(yù)習(xí)—聽課—復(fù)習(xí)—做題—總結(jié)”的每一環(huán)節(jié),做到認(rèn)真預(yù)習(xí);帶著問題聽課;通過復(fù)習(xí)、總結(jié)找規(guī)律;在做題的過程中理論聯(lián)系實際,運用所學(xué)到的知識。物理化學(xué)內(nèi)容的邏輯性很強,前后聯(lián)系密切,因此學(xué)習(xí)中千萬不要積累問題,有了問題首先要學(xué)會查參考書,經(jīng)過自己的大腦認(rèn)真思考后,再與同學(xué)或老師進(jìn)行討論。決不能平時馬馬虎虎,最后突擊應(yīng)付考試。要多做習(xí)題。已故著名學(xué)者付鷹教授早在六十年代就,要學(xué)好物理化學(xué)必須至少要解300道習(xí)題。希望大家重視解習(xí)題而且盡量獨立完成,不要抄襲。重視實驗教學(xué)。加強能力,注意形成一整套具有個人特色的學(xué)習(xí)方法。參考書:《物理化學(xué)簡明》(第三版)印永嘉等編《物理化學(xué)》(電大)薛方渝等編《物理化學(xué)習(xí)題集 《物理化學(xué)習(xí)題集 大學(xué)《物理化學(xué)習(xí)題集 吉林大《物理化學(xué)練習(xí)500例》(第二版) 李國珍編五.一些教學(xué)要求:我的講課要求預(yù)習(xí)。教學(xué)以本為藍(lán)本,但不拘泥于一本或一類教材,因而講課的跳躍性較強。我在課堂上的講授以認(rèn)為各位同學(xué)已經(jīng)預(yù)習(xí)過為起點,不預(yù)習(xí)就來上課者將較為難以進(jìn)入角色,而那些僅僅張開嘴等著我把教學(xué)內(nèi)容嚼爛后喂食的同學(xué)是會感到失望的。不允許上課早退,但我不點名。若您認(rèn)為教師水平低,自己的能力強,您可自行其便,但您的能力要靠期末考試來驗證。作業(yè)將全收，抽部分作業(yè)批改，其成績將作為平時成績計入總成績。希望各位同學(xué)按時交作業(yè),無故