物理化学课程简介及教学大纲(9页).doc

-物理化学课程简介及教学大纲-第 9 页 “物理化学”课程简介及教学大纲课程代码：课程名称：物理化学课程类别：学科基础课总学时/学分： 80 / 3+2 （其中含实验或实践学时：48 ）开课学期：每学年第一和第二学期适用对象：化工类专业本科生先修课程：高等数学、普通物理学、无机化学、分析化学和有机化学内容简介：物理化学也称为理论化学，是化学的重要分支之一。物理化学是用数学和物理学的方法研究化学中最具有普遍性的一般规律。本课程介绍研究化学变化和相变化的平衡规律和化学反应的速率规律的宏观层次理论方法，从微观到宏观层次的研究方法和多相系统的研究方法等。包括热力学三大定律和基本方程、统计热力学、多组分系统热力学、相平衡、化学平衡、电化学、化学反应动力学、表面现象和胶体等。一、课程性质、目的和任务【课程性质】物理化学是学生在具备了必要的高等数学、普通物理、无机化学、分析化学等基础知识之后必修的理论基础课，是应用化学、化学工程、生物化学等专业的一门主干基础理论课程，同时也是后继化学专业课程的基础。【教学目的】通过本课程的学习使学生建立一个系统、完整的物理化学基本理论和方法的框架，掌握热力学、动力学、电化学、统计热力学中的普遍规律和实验方法；在强化基础的同时，逐步培养学生的思维能力和创造能力。【教学任务】本课程共分十章：热力学第一定律、热力学第二定律、统计热力学初步、溶液理论、相平衡、化学平衡、电化学、化学动力学、表面现象、胶体化学。本课程重点在于化学基础理论、基本知识的教学，在阐述基本原理时应着重讲清整个问题的思路、介绍问题的提出背景和形成理论的思维方法，使学生学到有关知识的同时能学到探索问题的思路和方法，培养解决问题的能力；在基础层次上选择有代表性的科学研究成果和实际，着眼于前沿涉及的新思想和新方法。二、课程教学内容及要求绪 论§ 1 物理化学的学科特点和发展史§ 2 物理化学的研究内容和研究方法§ 3 必要的数学知识§ 4 物理化学的学习方法和学习要求【基本要求】1. 了解学生的心理特点和学科特点，探讨物理化学的学习方法，使学生确立学好物理化学的信心。第一章 热力学第一定律§ 1 热力学概论：热力学的特点和局限性,热力学的基本概念§ 2 热和功：热和功的定义、性质、常见过程体积功的计算，可逆过程§ 3 热力学第一定律：热力学第一定律经典说法和数学表达式§ 4 等容热 等压热及焓§ 5 热力学第一定律在理想气体中的应用§ 6 热容及热的计算 § 7 理想气体的绝热可逆过程§ 8 焦耳-汤姆逊效应§ 9 热化学【基本要求】1. 掌握热力学基础的概念。2. 熟练掌握热力学第一定律，明确热和功只在体系与环境有能量交换时才有意义，熟知功和热正、负号的取号惯例。3. 明确准静态过程与可逆过程的意义。4. 掌握理想气体的热力学能及焓只是温度的函数，常见过程DU，DH，Q，W的计算。5. 掌握等容热效应和等压热效应之间的关系，会应用赫斯定律、物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓计算化学反应热效应。7. 掌握基尔霍夫方程。【重点】1. 状态函数、可逆过程、内能和焓、热和功等概念，热力学第一定律。2. 计算理想气体在等温、等压、绝热过程中的U、H、Q和W的计算。3. 化学反应热rH的计算。【难点】1. 状态函数的特点。2基尔霍夫定律和绝热反应的有关计算。第二章 热力学第二定律 § 1 引言：自发过程的共性§ 2 热力学第二定律的经验说法§ 3卡诺定理§ 4 熵的概念：熵的概念, 第二定律的数学表达式, 熵增加原理。§ 5 熵变的计算§ 6 熵的统计意义和热力学第三定律§ 7 吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能§ 8 G的计算与T、P之间的关系§ 9 热力学基本关系式【基本要求】1. 了解自发过程的特征和热力学第二定律的经典说法。掌握热力学第二定律的数学表达式，即克劳修斯不等式。2. 熟练掌握熵增加原理。会使用规定熵来计算化学变化的熵变。5. 理解为什么定义亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能，它们的用处及适用条件。6. 会熟练计算简单状态变化过程和相变化过程的S、F、G，并用以判断过程方向，学会设计简单的可逆过程。7. 掌握热力学基本方程的表达式及应用条件，了解麦克斯韦关系式。8. 较熟练地运用吉布斯亥姆霍兹公式。【重点】1. S、F、G的方向性判据。2. 常见过程中的S、H和G的计算。【难点】1. 一些常见过程的S计算，对熵的统计意义的理解。2. 吉布斯-亥姆霍兹公式的有关计算。第三章 溶液理论§ 1 偏摩尔量§ 2 化学势§ 3 气体化学势等温式§ 3 溶液组成的表示法 § 4 稀溶液中的两个经验定律 § 5 理想溶液: 理想溶液的定义、通性及各组分的化学势 § 6 稀溶液: 稀溶液的定义，各组分的化学势，稀溶液的依数性§ 7 非理想溶液: 各组分化学势，活度、活度系数。 【基本要求】1. 了解偏摩尔量和化学势的概念及它们之间的区别和相同点。2. 掌握拉乌尔（Raoult）定律和亨利（Henry）定律以及它们的应用。3. 了解标准态的概念，理解理想系统（理想溶液及理想稀溶液）中各组分化学势的表达式。4. 熟练掌握理想溶液和理想稀溶液的气、液两相的平衡组成计算。5. 熟练掌握稀溶液依数性的有关计算。6. 理解逸度和活度的概念，了解逸度和活度的标准态。【重点】1. 利用拉乌尔定律和亨利定律的简单计算。2. 理想溶液和理想稀溶液的气、液两相的平衡组成计算。3. 稀溶液依数性的有关计算。第五章 相平衡 § 1 相律：相、组分、组分数、自由度的概念；相律的引出和意义。§ 2 相律的应用范例§ 3 单组分系统相图：克劳修斯-克拉贝龙方程。水的相图分析。§ 4 双组分系统相图：完全互溶双组分系统；部分互溶双液系；完全不互溶双液系；二组分固-液系相图（有低共熔混合物的体系，生成化合物的体系，生成固熔体的体系）；热分析法和溶解度法绘制相图。【基本要求】1. 熟练掌握相平衡的基本概念，相律。2. 熟练掌握克拉贝龙方程和克克方程的使用条件和应用方法。3. 理解单组分系统相图中点，线和面的含义及自由度。掌握水的相图，掌握三相点和冰点的区别。4. 熟练掌握完全互溶双组分系统相图，了解蒸馏和精溜原理。5. 了解部分互溶双液系相图和不互溶双液系相图和水蒸气蒸馏的原理。6. 掌握热分析法和溶解度法绘制相图的方法。了解利用相图提纯物质。【重点】1. 组分数和自由度和相数的计算。2. 完全互溶双液系相图，简单二组分低共熔物的相图的判读。3. 杠杆规则在相图中的应用。【难点】1. 杠杆规则在相图中的应用。2. 相图的动态分析和绘制。第六章 化学平衡 § 1 化学反应的方向和限度§ 2 范特荷夫等温方程§ 3 平衡常数的表示法§ 4 平衡常数的测定和平衡转化率的计算。§ 5 标准生成吉布斯自由能和标准反应吉布斯自由能§ 6 温度，压力，惰性气体对平衡常数的影响。§ 7 同时平衡。【基本要求】 本章是重点但不属难点章节，通过对该章节的学习，要求有下列几点:1. 熟练掌握根据范特霍夫等温方程，由K及J的相对大小判断反应方向。2. 掌握标准生成吉布斯自由能的意义及标准反应吉布斯自由能的计算方法。3. 理解对任何反应系统的标准平衡常数都只是温度的函数。4. 熟悉K、KP、KX和KC间的关系。5. 了解实际气体化学反应的平衡常数表达式， 掌握高压下气体逸度的计算以及实际气体平衡常数与逸度和逸度系数的关系。6. 掌握利用标准平衡常数计算平衡转化率、平衡组成、化合物的分解压力、分解温度等。7. 掌握各种因素对平衡的影响。【重点】1. 化学反应平衡常数的表达式。2. 利用平衡常数计算平衡组成，范特霍夫公式的有关计算。3. 温度对化学平衡的影响。 第七章 电化学 § 1 电解质溶液的电导：电导，电导率，摩尔电导率。§ 2 离子独立移动定律§ 3 离子倘度和迁移数§ 4 电导测定的应用§ 5 强电解质溶液理论：离子强度，电解质平均活度和平均活度系数，德拜体格尔离子呼吸理论。§ 6 可逆电池：定义，符号，电动势，电池反应热力学，浓差电池，液体接界电位。§ 7 电极电位：标准氢电极，参比电极，电极电位表达式，电极电位与氧化还原能力的关系，可逆电极的类型，电极电位的计算。§ 8 电池电动势测定的应用举例，【基本要求】1. 了解迁移数的意义及常用测定迁移数的方法。 2. 明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系。 3. 熟悉离子独立移动定律及电导测定的一些应用。 4. 掌握电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。 5. 了解强电解质溶液理论，会使用德拜-休克尔极限公式。6. 明确电动势与rGm的关系。熟悉电极电势的一套符号惯例。 7. 熟悉标准电极电势表的应用。 8. 对于所给电池能熟练正确地写出电极反应和电池反应并能计算其电动势，能根据简单的化学反应来设计电池。 9. 明确温度对电动势的影响及了解rHm和rSm的计算。 10. 了解电动势产生的机理及电动势测定法的一些应用，特别要求学生掌握可逆电池反应的热力学及电动势测定的应用。 11. 了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。 了解化学电源的类型及应用。 【重点】1. 电导率、摩尔电导率及它们与溶液浓度的关系。2. 离子独立移动定律及电导测定的一些应用。3. 离子平均活度系数的意义及其计算方法。4. 标准电极电势的应用，能斯特公式的有关计算，5. E与rGm关系，温度对E的影响及计算rHm和rSm的计算。6. 电动势测定的应用。【难点】1. 迁移数的计算及其与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系。2. 简单的化学反应来设计电池和液接电势的计算。第八章 化学动力学与催化作用 § 1 基本概念§ 2 简单级数反应：一级反应，二级反应，三级反应，零级反应。§ 3 温度对反应速率的影响：阿伦尼乌斯方程，活化能。§ 4 复杂反应：对峙反应，连串反应，平行反应，链反应。§ 5 反应机理：稳态近似，平衡假设，速控步。§ 6 反应速率理论：碰撞理论，过渡态理论，单分子反应理论。§ 7 光化学：光化学定律，光化合反应，光分解反应，激光化学反应。§ 8 催化反应：均相催化，多相催化，酶催化。【基本要求】 本章是物理化学重要章节之一。1. 掌握反应速率的表示法及基元反应、反应级数等基本概念。 2. 对于有简单级数的反应各种特征并能够由实验数据确定简单反应的级数。 3. 要掌握三个典型的复杂反应各自的特点。 4. 熟练掌握温度、活化能对反应速率的影响，阿仑尼乌斯经验式中各项的含义，会计算Ea、A、k等物理量。 5. 掌握链反应的特点，会应用稳态近似、平衡假设等近似处理的方法。 6. 了解化学反应动力学的碰撞、过渡态和单分子反应理论的基本内容，会计算一些简单基元反应的速率常数。 7.了解催化作用的基本知识及常见的催化反应的类型。【重点】1. 基本概念（元反应；复杂反应；反应分子数；反应速率方程；反应级数；速率常数）。2. 简单级数反应的速率公式（积分式），各种特征。3. 由实验数据确定简单级数反应。3. 阿仑尼乌斯的有关计算。温度、活化能对反应速率的影响。4. 稳态近似，平衡假设的有关应用。 【难点】1. 复杂反应（对峙、平行和连续反应）的处理方法。2. 碰撞理论和过渡态理论的理解。第九章 界面现象§ 1 表面自由能和表面张力§ 2 弯曲表面的表面现象：附加压力，毛细管现象，开尔文公式§ 3 溶液的表面吸附：溶液表面层的吸附现象，吉布斯等温吸附方程，表面活性物质的基本性质及分类。§ 4 表面活性剂及其作用§ 5 液固吸附§ 6 气固吸附【基本要求】1. 掌握表面吉布斯自由能、表面张力的概念，了解它们的异同点。 2. 熟练弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，学会使用杨-拉普拉斯公式。 3. 了解弯曲表面上的蒸气压与平面相比有何不同，学会使用Kelvin公式及应用。4. 掌握吉布斯吸附等温式的表示形式，各项的物理意义并能应用及作简单计算。 5. 理解什么叫表面活性物质，了解表面活性剂的大致分类及它的几种重要作用。 6. 了解液-液，液-固界面的铺展与润湿情况。7. 理解气固表面的吸附本质及吸附等温线的主要类型。【重点】1. 表面吉布斯自由能和表面张力概念。2. 弯曲表面的附加压力的计算，Kelvin公式、吉布斯等温式的计算。3. 兰格缪尔吸附等温式的应用计算。【难点】1. 附加压力产生的原因。2. 用Kelvin公式解释常见表面现象。第十章 胶体化学§ 1 分散系统的分类§ 2 溶胶的制备和净化§ 3 胶体的光学性质§ 4 胶体的动力学性质§ 5 胶体的电性质§ 6 胶体的不稳定性§ 7 乳状液§ 8 大分子溶液及唐南平衡【基本要求】1. 了解胶体系统的的基本特性。 2. 了解胶体分散系统的动力学性质、光学性质、电学性质。3. 掌握溶胶在稳定性方面的特点及电解质对溶胶稳定性的影响。 4. 了解乳状液种类，乳化剂的作用以及在工业和日常生活中的应用。 5. 了解什么是唐南平衡，如何较准确地用渗透压法测定电离大分子物质的相对分子质量。 【重点】1. 胶体分散系统的基本特性。2. 理解胶体分散系统的动力性质、光学性质和电学性质。3. 理解溶胶的稳定性及电解质对溶胶稳定性的影响。4. 唐南平衡和测定聚合物相对分子质量方法。【难点】1. 溶胶的动力性质、光学性质和电学性质。三、课外习题及自学要求【课外习题】 对于课外习题，每个类型题要求学生至少做两道题，建议每章留习题数目制表如下：章节需完成的习题数绪论第一章 热力学第一定律1520第二章 热力学第二定律1520第三章 统计热力学915第四章 溶液1216第五章 相平衡 1216第六章 化学平衡 812第七章 电化学2125第八章 化学动力学2125第九章 界面现象812第十章 胶体化学510合计【自学要求】对于理论课时少于80学时，带 的内容不作教学基本要求。四、课程教学基本要求课堂教学：充分发挥教师的主观能动性，板书和多媒体教学相结合，达到最佳效果。作业：每周批改一次，批改的作业量不少于学校要求的基本量。作业批语应具体细致。成绩考核：总评成绩分为期末考试成绩、平时小测验、上课考勤、作业完成情况等几个部分，所占比例由课程组讨论确定。期末考试实行统一命题，命题范围以教师授课内容和教材为主，主要针对基本概念、基本原理及公式的综合运用和灵活掌握并用其解决实际问题等；考题应侧重考察学生的实际能力和综合素质，尽量减少复杂公式的记背，题目难度适中，学生成绩应正态分布。五、学时分配章节学 时 分 配讲课习题课讨论课其他合计绪论1第一章 热力学第一定律102第二章 热力学第二定律102第三章 统计热力学6第四章 溶液8第五章 相平衡 8第六章 化学平衡 4第七章 电化学14第八章 化学动力学与催化作用142第九章 界面现象4第十章 胶体化学4合计六、推荐教材和教学参考书1物理化学，傅献彩，沈文霞，姚天杨，北京：高等教育出版社，2005（第五版）2多媒体CAI物理化学，傅玉普等，大连理工大学出版社，1998（第四版）3 物理化学，天津大学物理化学教研室，北京：高等教育出版社，1992（第三版）4 物理化学简明教程，印永嘉，奚正楷，李天珍，北京：高等教育出版社，19925 物理化学，韩德刚，高执棣，高盘良，北京：高等教育出版社，2001。6 物理化学，张季爽，蔡炳新，北京：高等教育出版社，2001。7 Physical Chemistry，W.J.Moore 5th Ed, 19728 Physical Chemistry ，P.W.Atkins 1978制订人：张培青、程建波审批人：制订日期：2011.4