《物理化學》教學大綱

1、物理化學教學大綱課程編號：091208課程名稱：物理化學學時/學分：160/8先修課程：無機化學，有機化學，分析化學，高等數(shù)學，普通物理適用專業(yè)：化學專業(yè)開課系或教研室：化學與化工系物理化學教研室一、課程性質(zhì)與任務(wù)1課程性質(zhì)：物理化學是化學類（理科）專業(yè)和化工類（工科）的一門必修基礎(chǔ)理論課。該學科綜合運用數(shù)學、物理等基礎(chǔ)科學的理論和實驗方法來研究化學過程（包括化學變化、相變化和pVT 變化）中的平衡規(guī)律和速率規(guī)律，也為后續(xù)專業(yè)課程學習奠定基礎(chǔ)。2課程任務(wù)：本課程的任務(wù)是介紹化學熱力學、統(tǒng)計熱力學、溶液與相平衡、電化學、化學動力學、界面化學和膠體化學的基本原理、方法及其應用。涵蓋從宏觀到微觀與性

2、質(zhì)的關(guān)系規(guī)律、化學過程機理及其控制的研究，它是化學以及分子層次上研究物質(zhì)變化的其他學科領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，應用領(lǐng)域廣泛。通過本課程的學習使學生在已學過一些先行課程的基礎(chǔ)上，運用物理和數(shù)學的有關(guān)理論和方法，進一步學習和研究物質(zhì)化學運動形式的普遍規(guī)律，掌握物理化學的基本理論內(nèi)容，了解基本應用，熟悉科學研究規(guī)律，學會物理化學的科學思維方法，培養(yǎng)學生提出問題、研究問題、分析問題的能力，培養(yǎng)他們獲取知識并用來解決實際問題的能力，增強他們在教學與科研中分析問題與解決問題的能力。為了培養(yǎng)學生的獨立工作能力，講授基本內(nèi)容應分清主次，在注意系統(tǒng)性的原則下，著重講解教材的重點與難點，不需面面俱到，要“授之以漁而不是授

3、之以魚”。習題課是重要的教學環(huán)節(jié)，教師必須予以重視。二、課程教學基本要求1.  理解物理化學課程中的基本概念與基本原理，掌握其應用。2.  掌握物理化學課程中的基本公式、適用條件及其應用。3.  學習課程中研究問題、解決問題的一般科學方法以及三個重要分支的研究方法：熱力學方法、統(tǒng)計熱力學方法和動力學方法。通過課堂講授、多媒體教學、習題課、實驗驗證、考試等教學環(huán)節(jié)達到本課程的目的。三、課程教學內(nèi)容0. 緒論：物理化學的概念、發(fā)展簡史、研究對象和內(nèi)容、研究方法、學習方法和學習要求。1. 熱力學第一定律：熱力學的基本概念、熱力學第一定律及其

4、在理想氣體中的應用、功、熱與過程、可逆過程和各種過程的最大功、卡諾循環(huán)。通過本章的教學使學生初步了解熱力學的方法、建立熱力學能和焓是狀態(tài)函數(shù)的概念，并了解狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)、理解熱力學第一定律，掌握理想氣體在各種過程中DU、DH、Q與W的計算。2. 熱力學第二定律：自發(fā)過程的共同特點和熱力學第二定律的經(jīng)典表述、卡諾定理、熵的概念及有關(guān)計算、熱力學第三定律、自由能的定義及其改變量的計算、熱力學函數(shù)之間的關(guān)系、非平衡態(tài)熱力學。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。熵的統(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)的熵值與其他熱力學函數(shù)提供了根

5、據(jù)。3. 化學勢：偏摩爾量，化學勢，理想液態(tài)混合物，理想稀溶液，稀溶液的依數(shù)性，拉烏爾定律，亨利定律，逸度和逸度系數(shù)，活度和活度系數(shù)。通過本章的教學使學生掌握偏摩爾量和化學勢的定義及其在多組分系統(tǒng)中引入偏摩爾量和化學勢的意義；掌握理想氣體化學勢的表示式及其標準態(tài)的含義，了解逸度的概念；掌握拉烏爾定律和亨利定律的用處；掌握理想液態(tài)混合物和理想稀溶液中各組分化學勢的表示法；會利用依數(shù)性公式進行相應計算；了解相對活度的概念，知道如何描述溶劑的非理想程度?；瘜W勢的表示及標準態(tài)的選擇是本章的重點，活度的概念是本章的難點。4. 統(tǒng)計熱力學：統(tǒng)計熱力學的基本概念、波爾茲曼統(tǒng)計、熱力學定律的統(tǒng)計解釋、 配分函

6、數(shù)與熱力學函數(shù)的關(guān)系、分子配分函數(shù)的計算與應用、體系熱力學性質(zhì)的計算、統(tǒng)計熱力學原理應用示例。本章從最可幾分布引出配分函數(shù)的概念，得出配分函數(shù)與熱力學函數(shù)的關(guān)系。由配分函數(shù)的分離與計算可求得簡單分子的熱力學函數(shù)與理想氣體簡單反應的平衡常數(shù)。使學生了解體系的熱力學宏觀性質(zhì)可以通過微觀性質(zhì)計算出來，掌握由配分函數(shù)的分離求算簡單分子的熱力學函數(shù)的方法。5. 化學平衡：化學反應的方向與限度、反應的標準吉布斯自由能變化、標準摩爾熵、平衡常數(shù)的各種表示方法、平衡常數(shù)的求算及其應用、溫度對平衡常數(shù)的影響。通過本章的學習使學生理解反應等溫方程式的意義。熟練掌握平衡常數(shù)與平衡組成的計算，以及理想氣體的Kp、Kx

7、、Kc的換算。理解反應的標準吉布斯自由能變與標準平衡常數(shù)的關(guān)系，學會反應的標準吉布斯自由能變的求算方法。本章的重點和難點是各種平衡常數(shù)的表達式及它們之間的關(guān)系，平衡常數(shù)與平衡混合物組成的計算。6. 相平衡：相律，單組分系統(tǒng)的相圖，二組分理想液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖，二組分真實液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖，精餾原理，二組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)及完全不互溶系統(tǒng)的氣-液平衡相圖，二組分固態(tài)不互溶凝聚系統(tǒng)相圖，生成化合物的二組分凝聚系統(tǒng)相圖，二組分固態(tài)互溶系統(tǒng)相圖。通過本章的教學使學生掌握相律，能用相律來說明相圖中區(qū)、線及點的意義，并能根據(jù)相圖來說明體系在不同過程中所發(fā)生相變的情況。了解繪制相圖的常用方法

8、，能根據(jù)熱分析法繪制步冷曲線并得出相圖。本章的重點和難點是有關(guān)相數(shù)、組分數(shù)和自由度的求算，相圖的認識及用于分離和提純的計算。相圖分析著重于二組分體系，對三組分體系只作一般介紹。7. 電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液的導電機理及法拉第定律，離子的遷移和遷移數(shù)、電導率和摩爾電導率、離子獨立運動定律、電導的測定及應用、電解質(zhì)的平均離子活度因子及德拜-休克爾極限公式。通過本章的教學使學生掌握離子平均活度、離子強度、摩爾電導率的定義及其計算，掌握離子獨立運動定律及其應用，掌握電導測定及其應用，掌握極稀強電解質(zhì)溶液活度系數(shù)的計算方法。8. 可逆電極過程：可逆電極的類型和電極反應、可逆電池符號及其書寫方法、電池電動勢

9、的測定、電動勢產(chǎn)生的機理、濃差電池和液體接界電勢的計算、電動勢測定的應用、可逆電池熱力學、電極和電池反應的能斯特方程。通過本章的教學使學生理解產(chǎn)生電動勢的機理，能熟練、正確地寫出各類電極反應及其由其組成的電池反應，會應用能斯特方程計算電動勢、電極電勢、電化學熱力學函數(shù)變等，掌握電動勢測定的應用。9. 不可逆電極過程：電極的極化、超電勢和極化曲線、電解時的電極反應、極譜分析、化學電源、金屬的電化學腐蝕和防腐。通過本章的教學使學生掌握極化、超電勢的概念；了解極化產(chǎn)生的原因；了解超電勢在電解等方面的應用；了解極譜分析的原理；認識常見的化學電源；了解金屬腐蝕的原因及金屬防腐的方法。本章重點和難點是了解

10、分解電壓、極化現(xiàn)象、超電勢和極譜分析原理。10. 化學動力學：化學反應的速率方程、具有簡單級數(shù)反應的速率方程、反應機理、反應級數(shù)的測定方法、典型復合反應、溫度對反應速率的影響、活化能、鏈反應、碰撞理論、過渡狀態(tài)理論。通過本章的教學使學生掌握化學反應速率、反應速率常數(shù)及反應級數(shù)的概念，掌握通過實驗建立速率方程的方法，掌握一級及二級反應的速率方程及其應用，理解對峙反應、平行反應和連串反應的動力學特征，掌握阿累尼烏斯公式及其應用，理解經(jīng)典過渡態(tài)理論的基本思想、基本公式。11. 界面現(xiàn)象：界面張力，潤濕現(xiàn)象，彎曲液面的附加壓力及其后果，固體表面的吸附，溶液表面的吸附，表面活性物質(zhì)。通過本章的教學使學生

11、理解表面張力和表面吉布斯函數(shù)的概念，理解彎曲液面的附加壓力概念和拉普拉斯公式，理解開爾文公式及其應用。掌握朗格謬爾單分子層吸附模型和吸附等溫式，了解表面活性劑的基本性質(zhì)及其應用。12. 膠體化學：膠體的基本特征、膠體的制備和凈化、膠體系統(tǒng)的光學性質(zhì)，動力性質(zhì)，電學性質(zhì)，憎液溶膠的膠團結(jié)構(gòu)，膠體的穩(wěn)定性和聚沉作用。通過本章的教學使學生了解膠體的一些重要性質(zhì)如丁達爾效應，布朗運動，沉降平衡，電泳和電滲，掌握膠團的結(jié)構(gòu)和擴散雙電層的概念，理解電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的作用。四、學時分配表（共160課時）章序 課程內(nèi)容 課時 備注緒論物理化學的概念、研究對象和內(nèi)容、研究方法、學習方法2 第一章 熱力學第一定

12、律16 第二章 熱力學第二定律16 第三章 化學勢12 第四章 統(tǒng)計熱力學12 第五章 化學平衡10 第六章 相平衡16第七章電解質(zhì)溶液10第八章 可逆電極過程12 第九章 不可逆電極過程12 第十章 化學動力學20 第十一章界 面 現(xiàn) 象12第十二章膠體化學10五、參考書 1、物理化學（上、下冊） 上海師范大學等五校合編出版社：高等教育出版社 1991年 第三版2、物理化學（上、下冊） 主編：傅獻彩出版社：高等教育出版社 1990年 第四版3、物理化學（上、下冊） 主編：天津大學物理化學教研室出版社：高等教育出版社 2001年 第四版4、物理化學簡明教程 主編：印永嘉出版社：高等教育出版社 2007