上海師范大學(xué)本科課程教學(xué)大綱

上海師范大學(xué)本科課程教學(xué)大綱課程名稱：高等物理化學(xué)導(dǎo)論（AdvancedPhysicalChemistry)學(xué)分：2總學(xué)時(shí)：36開課專業(yè)：化師、應(yīng)化、化工一、課程性質(zhì)與目的（一）課程性質(zhì)物理化學(xué)是研究所有物質(zhì)系統(tǒng)的化學(xué)行為的原理、規(guī)律和方法的學(xué)科，它從物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，并運(yùn)用物理的理論和實(shí)驗(yàn)方法來研究化學(xué)運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律，是化學(xué)以及在分子層次上研究物質(zhì)變化的其他學(xué)科的共同理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)的主要內(nèi)容是化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)、膠體與界面化學(xué)等。學(xué)生從宏觀和微觀結(jié)合的角度理解熱力學(xué)狀態(tài)的變化和反應(yīng)的本質(zhì)，可拓展思路，抓住問題本質(zhì)，有利于素質(zhì)教育和人才培養(yǎng)。然而，學(xué)習(xí)熱力學(xué)需要高度的抽象思維、學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)需要空間想象力使不少學(xué)生深感困難。為此，設(shè)置高等物理化學(xué)導(dǎo)論課程，在教學(xué)中特別注意結(jié)合物理化學(xué)的發(fā)展史來講授,消除畏難情緒和神秘感;闡述力求準(zhǔn)確,把抽象的概念具體化、把復(fù)雜的過程、復(fù)雜的理論分解為相應(yīng)的知識點(diǎn)，隨時(shí)給出“正誤辨析”，幫助學(xué)生解難釋疑。（二）課程設(shè)置目的學(xué)習(xí)高等物理化學(xué)導(dǎo)論的目的有兩個(gè)：一是深化物理化學(xué)的基本知識，加強(qiáng)對自然現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識，并作為其它與化學(xué)有關(guān)的技術(shù)科學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ);二是適應(yīng)研究生入學(xué)后，從事物理化學(xué)或相關(guān)化學(xué)學(xué)科的研究需要，掌握科學(xué)思維方法，培養(yǎng)獲得知識并用來解決實(shí)際問題的能力。（三）適用對象化師、應(yīng)化、化工本科四年級二、預(yù)修課程物理化學(xué)、無機(jī)化學(xué)三、教學(xué)內(nèi)容第1章緒論第2章熱力學(xué)第一定律1．理解pVT關(guān)系和熱性質(zhì)是物質(zhì)的兩類基本的宏觀平衡性質(zhì)，它們是分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相互作用在宏觀上的反映。2．掌握系統(tǒng)、環(huán)境、狀態(tài)、平衡態(tài)、狀態(tài)函數(shù)、強(qiáng)度性質(zhì)、廣延性質(zhì)等基本概念，以及狀態(tài)方程的含義。3．理解熱力學(xué)第一定律文字表述及數(shù)學(xué)表達(dá)式。掌握功、熱、熱力學(xué)能、焓等的定義和相互關(guān)系，Qv=U、Qp=H的條件和應(yīng)用，以及熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的定義和意義。4．理解焦耳－湯姆遜效應(yīng)及焦耳－湯姆遜效應(yīng)系數(shù)。5．掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾定容熱容、標(biāo)準(zhǔn)摩爾定壓熱容、標(biāo)準(zhǔn)摩爾相變焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓和標(biāo)準(zhǔn)熵的定義和應(yīng)用。6．了解熱性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)測定原理以及一些半經(jīng)驗(yàn)方法，主要是基團(tuán)加和法。第3章熱力學(xué)第二定律1．理解熱力學(xué)第二定律的建立過程。理解由熱力學(xué)第二定律演繹得出的三個(gè)結(jié)論，即熱力學(xué)溫標(biāo)、存在一個(gè)狀態(tài)函數(shù)熵、以及熵增原理。理解引入亥姆霍茨函數(shù)和吉布斯函數(shù)的原因。2．掌握在克勞修斯不等式基礎(chǔ)上得出的可逆性判據(jù)或不可逆程度的度量。3．掌握熱力學(xué)基本方程，理解由此得出的各種偏導(dǎo)數(shù)關(guān)系式。理解熱力學(xué)基本方程是化學(xué)熱力學(xué)理論框架的中心。4．理解在解決實(shí)際問題時(shí)，一方面需要熱力學(xué)理論所提供的普遍規(guī)律，另一方面需要物質(zhì)的特性，即pVT關(guān)系和熱性質(zhì)。5.掌握理想氣體在狀態(tài)變化中熱力學(xué)函數(shù)變化的計(jì)算。了解非理想氣體包括液體和固體在pVT變化中熱力學(xué)函數(shù)變化的計(jì)算。6．掌握在可逆相變化和不可逆相變化中熱力學(xué)函數(shù)變化的計(jì)算。7理解熱力學(xué)第三定律的建立過程，理解標(biāo)準(zhǔn)熵的含義，了解得到標(biāo)準(zhǔn)熵的方法。8.掌握在化學(xué)變化中熱力學(xué)函數(shù)變化的計(jì)算。第4章多組分體系溶液1．理解偏摩爾量的定義與物理意義，理解集合公式和吉布斯－杜亥姆方程，了解偏摩爾量的實(shí)驗(yàn)測定。2．理解化學(xué)勢的定義，理解組成可變的均相多組分系統(tǒng)和多相多組分系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程。3．理解用化學(xué)勢表達(dá)的適用于相變化和化學(xué)變化的平衡判據(jù)，掌握熱平衡條件、力平衡條件、相平衡條件和化學(xué)平衡條件。4．理解逸度的概念，能用逸度表示混合物中組分的化學(xué)勢。了解逸度系數(shù)的求法。5．掌握拉烏爾定律和亨利定律和它們的應(yīng)用。理解理想混合物和理想稀溶液的概念。6．理解活度的概念，理解選擇溶劑和溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的意義，能用活度表示液態(tài)（固態(tài)）混合物中的組分以及溶液中溶劑和溶質(zhì)的化學(xué)勢，能用混合物或溶液的蒸氣壓數(shù)據(jù)求組分的活度系數(shù)。7．了解稀溶液依數(shù)性的熱力學(xué)原理,以及它們與溶劑特性的關(guān)系。8．了解混合性質(zhì)和超額函數(shù)，知道可由超額函數(shù)求得活度函數(shù)。第5章相平衡1．理解相律的推導(dǎo)，掌握相律的內(nèi)容及其應(yīng)用。2．掌握克拉佩龍一克勞修斯方程的推導(dǎo)和應(yīng)用。3．對兩組分系統(tǒng)的氣液平衡相圖，要求掌握恒溫相圖和恒壓相圖中點(diǎn)、線、面的意義，會應(yīng)用相律分析相圖，會應(yīng)用杠桿規(guī)則計(jì)算各相的量，理解分餾的原理和結(jié)果。4．對兩組分系統(tǒng)的液液平衡相圖，要求掌握恒壓相圖中點(diǎn)、線、面的意義，會應(yīng)用相律和杠桿規(guī)則，理解液相部分互溶系統(tǒng)的精餾結(jié)果。5．對兩組分系統(tǒng)的液固平衡相圖，要求了解如何用熱分析法和溶解度法制作相圖，掌握幾種典型相圖的點(diǎn)、線、面的意義，會應(yīng)用相律和杠桿規(guī)則，了解液固平衡相圖的應(yīng)用。6．對三組分系統(tǒng)的液液平衡相圖，掌握用正三角形表示三組分系統(tǒng)組成的方法，了解三組分系統(tǒng)液液平衡相圖或三組分系統(tǒng)液固平衡相圖的特點(diǎn)，知道什么是投影圖，了解萃取和結(jié)晶分離的原理，了解分配定律。7．掌握相平衡計(jì)算的原理，了解如何將熱力學(xué)得出的普遍規(guī)律與系統(tǒng)特性相結(jié)合，進(jìn)行各種類型的相平衡計(jì)算。8．有一些高級相變的常識。第6章化學(xué)平衡1．掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義和特性。掌握以速度、分壓、濃度、活度，摩爾分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)的定義和特性，以及它們與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的關(guān)系。2．了解化學(xué)反應(yīng)等溫方程的推導(dǎo)，掌握用等溫方程判斷化學(xué)反應(yīng)方向與限度的方法。3．了解同時(shí)平衡和反應(yīng)耦合的知識。4．了解范特荷甫等溫方程的推導(dǎo)，理解溫度對標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響，會用范特荷甫方程計(jì)算不同溫度下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。5．掌握用熱性質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的方法。6．理解范特荷甫等壓方程以及壓力對不同體系平衡移動(dòng)的影響。第8章電解質(zhì)溶液：1．理解電解質(zhì)溶液活度的多樣性。理解電解質(zhì)活度、離子活度、離子平均活度、溶劑活度和溶劑滲透因子的定義。了解它們的特點(diǎn)和變化規(guī)律。2．理解離子互吸理論的要點(diǎn)。了解它的推導(dǎo)，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展的半經(jīng)驗(yàn)方法。3。了解電解質(zhì)溶液活度應(yīng)用時(shí)的一些特點(diǎn)。4．理解電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的機(jī)理。理解電遷移率、遷移數(shù)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率和離子摩水電導(dǎo)率的定義，以及它們的相互關(guān)系。掌握它們的計(jì)算和相互換算。5．了解電導(dǎo)測定對離解平衡的應(yīng)用。6．理解電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的理論。第9章可逆電池：1．從進(jìn)行的形式、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)三方面，理解電化學(xué)反應(yīng)不同于－般化學(xué)反應(yīng)的特征。2．掌握各種定義和慣例。注意區(qū)別電池電動(dòng)勢和標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢；區(qū)別電極電勢和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢；注意電池、電極和電極反應(yīng)的書寫慣例，以及電極電流正負(fù)的確定等。3．理解電化學(xué)系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程、電化學(xué)勢和電化學(xué)平衡判據(jù)。4．掌握電池反應(yīng)和電極反應(yīng)的能斯特方程，掌握采用標(biāo)準(zhǔn)氫電極來定義電極反應(yīng)電勢和標(biāo)準(zhǔn)電勢的原理，掌握電池反應(yīng)電勢和電極反應(yīng)電勢的計(jì)算及應(yīng)用。5．理解濃差電池的原理，了解液接電勢的計(jì)算。第10章電解與極化：1．了解分解電壓的實(shí)際意義，以及它與電極電勢和超電勢的關(guān)系。了解雙電層模型及其實(shí)驗(yàn)依據(jù)。了解電極反應(yīng)電勢是如何確定的。2．掌握電化學(xué)反應(yīng)速率、電流和電勢的相互關(guān)系。3．理解超電勢的含義和塔費(fèi)爾方程，了解傳遞對超電勢的影響，了解交換電流密度等特征參數(shù)的意義。第11章化學(xué)動(dòng)力學(xué)（一）1．理解什么是基元反應(yīng)，什么是復(fù)合反應(yīng)，理解它們之間的關(guān)系。2．掌握化學(xué)反應(yīng)的速率的不同定義以及相互間的關(guān)系。3．理解反應(yīng)速率方程中一些特征參數(shù)如級數(shù)、速率常數(shù)或速率系數(shù)的含義。4．掌握零級、一級、二級反應(yīng)速率方程的特點(diǎn)以及它們的積分形式，了解它們的應(yīng)用。5．掌握一級對峙反應(yīng)、一級連串反應(yīng)和一級平行反應(yīng)的速率方程的特點(diǎn)以及它們的積分形式，了解它們的應(yīng)用。6．掌握阿侖尼烏斯方程及其應(yīng)用，理解其中的特征參數(shù)阿侖尼烏斯活化能和指前因子的含義。7．掌握利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)的積分法和微分法。8．了解快速反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法。9．掌握由反應(yīng)機(jī)理得到反應(yīng)速率方程的平衡態(tài)處理法和穩(wěn)態(tài)處理法。10．了解基元反應(yīng)速率的三種理論，即碰撞理論、過渡狀態(tài)理論和分子動(dòng)態(tài)學(xué)，知道它們要應(yīng)用以后將要學(xué)習(xí)的量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)。第12章化學(xué)動(dòng)力學(xué)（二）1．了解得到動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)方法。2．理解溶液中反應(yīng)速率方程的特點(diǎn)，區(qū)別擴(kuò)散控制與反應(yīng)控制。了解溶劑與溶質(zhì)的相互作用和擴(kuò)散對溶液中反應(yīng)的影響。3．了解鏈反應(yīng)機(jī)理與速率方程的關(guān)系。4．了解支鏈反應(yīng)機(jī)理與燃燒和爆炸的關(guān)系，了解什么是爆炸極限。5．理解酸堿催化反應(yīng)速率方程的特點(diǎn)，知道一些組合催化反應(yīng)的知識。6．了解酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)。7．理解光化學(xué)反應(yīng)的基本定律以及速率方程的特點(diǎn)。8．了解連續(xù)管式反應(yīng)器和連續(xù)釜式反應(yīng)器中反應(yīng)的特點(diǎn)。9．了解產(chǎn)生化學(xué)振蕩的條件以及化學(xué)振蕩與反應(yīng)穩(wěn)定性的關(guān)系。知道一些化學(xué)中有關(guān)混沌現(xiàn)象的知識。10．了解態(tài)態(tài)反應(yīng)的含義及其與基元反應(yīng)的關(guān)系。11．了解反應(yīng)速率理論的三個(gè)層次：不計(jì)分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的碰撞理論，考慮分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)但不計(jì)態(tài)態(tài)反應(yīng)細(xì)節(jié)的過渡狀態(tài)理論，以及全面研究態(tài)態(tài)反應(yīng)的分子動(dòng)態(tài)學(xué)。12．了解分子動(dòng)態(tài)學(xué)的兩種實(shí)驗(yàn)方法：分子束散射技術(shù)與波譜技術(shù)。第13章界面現(xiàn)象：1．理解界面相特有的兩個(gè)可測量的強(qiáng)度性質(zhì)，界面張力和單位界面過剩量的意義。理解定義界面過剩量的吉布斯方法。2．理解有界面的系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程和平衡條件。理解熱力學(xué)函數(shù)與界面張力、界面面積和界面過剩量的關(guān)系。3．掌握拉普拉斯方程、開爾文方程以及吉布斯等溫方程的推導(dǎo)，理解其含義，并能應(yīng)用它們來解釋彎曲界面兩邊的壓差、彎曲界面的飽和蒸氣壓、亞穩(wěn)平衡、正吸附和負(fù)吸附等重要界面現(xiàn)象。4，了解潤濕、粘附等界面現(xiàn)象的熱力學(xué)基礎(chǔ)。5．了解獲得各類界面平衡特性的實(shí)驗(yàn)方法、半經(jīng)驗(yàn)方法和理論方法。6．理解固體表面的物理吸附和化學(xué)吸附概念，掌握各種半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，特別是蘭繆爾模型、BET多層吸附模型的意義和應(yīng)用，理解毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象。7．了解動(dòng)態(tài)界面張力、單分子膜中化學(xué)反應(yīng)以及多相催化作用的特點(diǎn)。8．理解多相催化動(dòng)力學(xué)速率方程的特點(diǎn)，了解擴(kuò)散控制、吸附控制和界面反應(yīng)控制的區(qū)別。第14章膠體分散體系與高分子溶液：1．掌握膠體系統(tǒng)的各種分類，理解分散物質(zhì)的尺度在分類中的意義。區(qū)別哪些是熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)，哪些是亞穩(wěn)系統(tǒng)：哪些是均相分散系統(tǒng)，哪些是多相分散系統(tǒng)。2．理解靜電穩(wěn)定膠體系統(tǒng)和高分子穩(wěn)定膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定機(jī)制，理解DLVO理論和位阻效應(yīng)。3．理解影響膠體系統(tǒng)失穩(wěn)絮凝或聚結(jié)的各種因素，理解絮凝和聚結(jié)的區(qū)別。4．理解膠體系統(tǒng)的各種特性，包括相平衡性質(zhì)、動(dòng)力性質(zhì)、動(dòng)電性質(zhì)、流變性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，了解這些性質(zhì)變化的規(guī)律，了解測定這些性質(zhì)的方法。5．了解締合膠體、乳狀液和泡沫、以及凝膠的特點(diǎn)，了解影響它們的穩(wěn)定性的各種因素。四、教材1、使用教材傅獻(xiàn)彩等編，《物理化學(xué)》（第五版2005），高等教育出版社2、參考書目（1）胡英主編，《物理化學(xué)》（上、中、下）（第四版2000），高等教育出版社（2）印永嘉主編，《物理化學(xué)簡明教程》（第四版2007年），高等教育出版社（3）P.W.Atkins,《PhysicalChemistry》(7thEd.),OxfordUniversityPress,2002五、課外學(xué)習(xí)要求本課程的特點(diǎn)決定了習(xí)題演算是提高教學(xué)質(zhì)量的重要的環(huán)節(jié)，重視課外作業(yè)和課外輔導(dǎo)答疑。為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，要求學(xué)生做到課堂理論教學(xué)和課外預(yù)復(fù)習(xí)的時(shí)間比例為1：2，要求學(xué)生做到課前預(yù)習(xí)，每章節(jié)內(nèi)容上課后布置復(fù)習(xí)思考題和作業(yè)題，便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)。六、考核方式考核方式為：閉卷考試總評成績由考試成績、平時(shí)作業(yè)和出勤率綜合評定。其中：考試成績包括期中考試（20%）、期終考試（70%）及平時(shí)作業(yè)占總評成績(10%)；上課缺勤率將