《物理化學(xué)》教學(xué)大綱

《物理化學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程基本情況課程代碼：1061129022課程名稱（中/英文）：物理化學(xué)/PhysicalChemistry課程類別：學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程開課學(xué)期：第3學(xué)期學(xué)分：3.5總學(xué)時(shí)：56理論學(xué)時(shí)：56適用專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)專業(yè)適用對象：本科先修課程：無機(jī)化學(xué)、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理開課學(xué)院：環(huán)境工程與化學(xué)學(xué)院二、課程簡介《物理化學(xué)》是應(yīng)用化學(xué)類專業(yè)本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握化學(xué)熱力學(xué)，化學(xué)動力學(xué)，溶液化學(xué)，表面化學(xué)的基礎(chǔ)知識，掌握物理學(xué)和數(shù)學(xué)的規(guī)律研究體系化學(xué)行為的方法，能夠進(jìn)行反應(yīng)過程能量的衡算，判斷反應(yīng)的方向，確定反應(yīng)速度，以及選擇反應(yīng)條件，為后續(xù)化工原理、化學(xué)工藝和化學(xué)反應(yīng)工程課程的打下理論基礎(chǔ)。同時(shí)，通過教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生分析問題能力，數(shù)據(jù)處理能力，理論思維能力，知識遷移能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和科學(xué)的世界觀。三、課程目標(biāo)1．課程對畢業(yè)要求的支撐指標(biāo)點(diǎn)3.3理解化學(xué)體系熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)等基礎(chǔ)知識，熟悉單元操作的基本原理和相關(guān)設(shè)備操作流程，并用于復(fù)雜問題解決方案的比較、優(yōu)化與改進(jìn)。2.課程目標(biāo)（1）掌握物理化學(xué)中化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)和表面化學(xué)的基本原理，以及解決問題的基本方法。（2）掌握數(shù)據(jù)處理和理論推導(dǎo)的方法，能夠用物理化學(xué)的基本原理，分析簡化后續(xù)課程遇到的工程中實(shí)際問題。3.主要教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系 課程目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法目標(biāo)1：掌握物理化學(xué)中化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的基本原理，和解決問題的基本方法。熱力學(xué)，動力學(xué)，電化學(xué)等物理化學(xué)的主要基本概念、理論，以及解決問題的方法。1.授課2.視頻3.翻轉(zhuǎn)課堂4.分組討論5.啟發(fā)式教學(xué)目標(biāo)2：掌握數(shù)據(jù)處理和理論推導(dǎo)的方法，能夠用物理化學(xué)的基本原理，分析簡化后續(xù)課程遇到的工程中實(shí)際問題。熱力學(xué)，動力學(xué)，電化學(xué)等基礎(chǔ)理論產(chǎn)生過程，模型建立方法，這些方法在化學(xué)工程中的應(yīng)用。1.授課2.啟發(fā)式教學(xué)3.分組討論4.翻轉(zhuǎn)課堂課程思政元素根據(jù)課程性質(zhì)和教學(xué)內(nèi)容，本課程的思政元素有：唯物主義的世界觀和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。四、教學(xué)內(nèi)容及重難點(diǎn)緒論（2學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)物理化學(xué)的內(nèi)容及其與后續(xù)課程的關(guān)系；(2)物理化學(xué)的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法；(3)物理化學(xué)中用到的數(shù)學(xué)知識。2.教學(xué)重點(diǎn)物理化學(xué)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法。3.教學(xué)難點(diǎn)物理化學(xué)中的數(shù)學(xué)知識。4.課堂討論微積分知識背后的方法。第一章氣體的PVT性質(zhì)（2學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)理想氣體狀態(tài)方程、分壓定律、分體積定律；(2)真實(shí)氣體與理想氣體的偏差、范德華方程.真實(shí)氣體的液化、臨界現(xiàn)象、臨界參數(shù)； (3)對應(yīng)狀態(tài)原理及壓縮因子圖：對比參數(shù)、對應(yīng)狀態(tài)原理，用壓縮因子圖進(jìn)行普遍化計(jì)算。2.教學(xué)重點(diǎn)理想氣體及其狀態(tài)方程。3.教學(xué)難點(diǎn)分壓定律；對比狀態(tài)原理。4.課堂討論：氣體狀態(tài)方程的建立方法和方法的特點(diǎn)。5.習(xí)題作業(yè)P29：15,19,20,23第二章熱力學(xué)第一定律（8學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)熱力學(xué)基本概念及術(shù)語；(2)熱力學(xué)第一定律；(3)恒容熱、恒壓熱、焓、熱容；(4)可逆過程體積功的計(jì)算；絕熱可逆過程功的計(jì)算；(5)熱力學(xué)第一定律對理想氣體和實(shí)際氣體的應(yīng)用；(6)相變焓及化學(xué)反應(yīng)焓。2.教學(xué)重點(diǎn)(1)狀態(tài)函數(shù)、可逆過程、內(nèi)能和焓、熱和功等概念，熱力學(xué)第一定律；(2)理想氣體在等溫、等壓、絕熱過程中的△U、△H、Q和W的計(jì)算；(3)化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算。3.教學(xué)難點(diǎn)狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)；基爾霍夫定律和絕熱反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算。4.課堂討論焓應(yīng)用于化學(xué)變化過程的注意事項(xiàng)和解決問題的方法。5.習(xí)題作業(yè)P70：16、17、19、22、24、25、296.課程思政：能量守恒的科學(xué)世界觀第三章熱力學(xué)第二定律和第三定律（8學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)熱力學(xué)第二定律；(2)卡諾循環(huán)及卡諾定理，熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式;(3)熵增原理及熵判據(jù)簡單PVT變化過程的熵變;(4)可逆相變與不可逆相變，相變過程的熵變；(5)熱力學(xué)第三定律，規(guī)定熵、標(biāo)準(zhǔn)熵，化學(xué)反應(yīng)熵變的計(jì)算；(6)亥姆霍茲函數(shù)與吉布斯函數(shù)的定義，恒溫恒容過程與恒溫恒壓過程方向的判據(jù)，亥姆霍茲函數(shù)與吉布斯函數(shù)變化的計(jì)算；(7)熱力學(xué)基本方程；(8)克拉佩龍方程和克勞修斯-克拉佩龍方程。2.教學(xué)重點(diǎn)(1)熱力學(xué)第二定律，熵的概念以及熵變的計(jì)算及其應(yīng)用；(2)亥姆霍茲函數(shù)，吉布斯函數(shù)及其計(jì)算的掌握；(3)克勞修斯-克拉佩龍方程；(4)熱力學(xué)基本方程及其應(yīng)用。3.教學(xué)難點(diǎn)熱力學(xué)第二定律的理解；利用熵、亥姆霍茲、吉布斯判據(jù)判斷過程的方向；熱力學(xué)基本方程及其應(yīng)用。4.課堂討論卡諾定律的理論意義；從自發(fā)過程的判據(jù)理解演繹方法；從‘熱寂說’的謬誤理解熱二律的適用范圍。5.習(xí)題作業(yè)P112：17、18、19、23、26、29、31、32、36、376.課程思政理論指導(dǎo)實(shí)踐的方法；節(jié)約能源的必要性第四章多組分系統(tǒng)熱力學(xué)（6學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)拉烏爾定律與亨利定律；(2)偏摩爾體積及其它偏摩爾量；吉布斯--杜亥姆方程；(3)化學(xué)勢，理想氣體化學(xué)勢，真實(shí)氣體的化學(xué)勢；(4)理想液態(tài)混合物中任一組分的化學(xué)勢，理想液態(tài)混合物的混合性質(zhì)；溶劑、溶質(zhì)的化學(xué)勢；(5)分配定律；稀溶液的依數(shù)性(蒸氣壓下降，凝固點(diǎn)降低，沸點(diǎn)升高，滲透壓)；(6)逸度及活度的概念、逸度和活度的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)和對組份的活度系數(shù)的簡單計(jì)算方法。2.教學(xué)重點(diǎn)(1)偏摩爾量和化學(xué)勢的概念；(2)利用拉烏爾定律和亨利定律的簡單計(jì)算；(3)理想氣體，混合理想氣體，溶液中物質(zhì)的化學(xué)勢；(4)稀溶液依數(shù)性的有關(guān)計(jì)算。3.教學(xué)難點(diǎn)偏摩爾量和化學(xué)勢概念的理解；理想氣體，混合理想氣體等各物質(zhì)的化學(xué)勢。4.課堂討論用拉烏爾定律完成兩組分氣液平衡相圖，并用于解釋化工的分餾和精餾過程；用拉烏爾定律解釋稀溶液的依數(shù)性；真實(shí)氣體的化學(xué)勢描述方法。5.習(xí)題作業(yè)P166：16、17、21、22、25、27、30第五章相平衡（8學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)相、相數(shù)、組分?jǐn)?shù)、自由度數(shù)，相律的推導(dǎo)及表達(dá)式，杠桿規(guī)則；(2)單組分系統(tǒng)相平衡：水的相圖；(3)兩組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的氣-液平衡；理想液態(tài)混合物的P-X圖、T-X圖；真實(shí)液態(tài)混合物的P-X圖、T-X圖，恒沸混合物，精餾原理；部分互溶系統(tǒng)的溫度-溶解度圖；部分互溶系統(tǒng)的氣-液平衡相圖(T-X圖)；兩組分液態(tài)完全不互溶系統(tǒng)的氣-液平衡T-X圖，P-T圖，水蒸汽蒸餾；(4)兩組分固態(tài)不互溶凝聚系統(tǒng)相圖；生成化合物(穩(wěn)定、不穩(wěn)定)的凝聚系統(tǒng)相圖兩組分固態(tài)互溶(完全互溶、部分互溶)系統(tǒng)的相圖；熱分析法及步冷曲線、溶解度法。2.教學(xué)重點(diǎn)(1)相律和杠桿規(guī)則及其應(yīng)用；(2)單組分系統(tǒng)相圖和雙組分體系相圖。3.教學(xué)難點(diǎn)相圖的動態(tài)分析及繪制。4.課堂討論相圖在實(shí)際生活和生產(chǎn)中的具體使用。5.翻轉(zhuǎn)課堂二組分固液相圖6.習(xí)題作業(yè)P212：15、18、19、20、21、22、24、267.課程思政相平衡中隱含的科學(xué)道理，堅(jiān)定學(xué)生科學(xué)的世界觀第六章化學(xué)平衡（2學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容：(1)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變化，化學(xué)反應(yīng)平衡的條件；(2)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的導(dǎo)出，化學(xué)反應(yīng)等溫方程式；(3)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的性質(zhì)，平衡常數(shù)及平衡組成的計(jì)算；(4)有純態(tài)凝聚相參加的理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表示式，分解壓力與分解溫度；吉布斯-亥姆霍茲方程，范特霍夫方程，不同溫度下平衡常數(shù)的求算；其它因素(濃度、壓力、惰性組分)對平衡的影響；(5)真實(shí)氣體的化學(xué)平衡，混合物及溶液中的化學(xué)平衡。2.教學(xué)重點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)等溫式，平衡常數(shù)及其表示方法3.教學(xué)難點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)等溫式的推導(dǎo)，吉布斯-亥姆霍茲方程4.課下討論真實(shí)氣體反應(yīng)的化學(xué)平衡；混合物和溶液中的化學(xué)平衡5.習(xí)題作業(yè)P243：15、17、19、21、25、28第七章化學(xué)動力學(xué)（8學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)反應(yīng)速率的表示方法及實(shí)驗(yàn)測定；(2)基元反應(yīng)，基元反應(yīng)的速率方程--質(zhì)量作用定律，反應(yīng)分子數(shù)；速率方程的一般形式、反應(yīng)級數(shù)、速率常數(shù)；(3)速率方程的積分式：零級、一級、二級及n級反應(yīng)的特點(diǎn)、半衰期；(4)速率方程的確定：微分方法，積分法，半衰期法；(5)溫度對反應(yīng)速率的影響：阿累尼烏斯公式，活化能；(6)復(fù)雜反應(yīng)：對行反應(yīng)，平行反應(yīng)、連串反應(yīng)、鏈反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理及速率方程；(7)復(fù)雜反應(yīng)速率的近似處理法；鏈反應(yīng)：鏈反應(yīng)機(jī)理，直鏈反應(yīng)的動力學(xué)方程，鏈反應(yīng)與爆炸；(8)催化反應(yīng)動力學(xué)，氣相雙分子簡單碰撞理論，過渡狀態(tài)理論。2.教學(xué)重點(diǎn)反應(yīng)速率方程、反應(yīng)速率與反應(yīng)機(jī)理；簡單級數(shù)反應(yīng)與復(fù)雜反應(yīng)的有關(guān)動力學(xué)知識；復(fù)合反應(yīng)速率的近似處理法。3.教學(xué)難點(diǎn)反應(yīng)機(jī)理及相應(yīng)的速率理論4.課堂討論化學(xué)動力學(xué)在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用實(shí)例；復(fù)合反應(yīng)速率方程的近似處理方法5.習(xí)題作業(yè)P301：17、19、22、24、29，33，34第八章電化學(xué)（6學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理，法拉第定律；(2)離子的遷移現(xiàn)象、遷移數(shù)、遷移數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定(希托夫法)；電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率，影響電導(dǎo)的因素；離子獨(dú)立運(yùn)動定律；(3)電遷移率；電解質(zhì)的平均活度和平均活度系數(shù)，德拜-休格爾極限公式；(4)電池的充電與放電，可逆電池的條件；第一、二類電極、氧化-還原電極；(5)原電池?zé)崃W(xué)；電池的能斯特方程；電極電勢及其計(jì)算；電極濃差電池與電解質(zhì)濃差電池，液體接界電勢的產(chǎn)生及計(jì)算；(6)電池設(shè)計(jì)：分解電壓、極化與超電勢、極化曲線、析出電勢；電解時(shí)的電極反應(yīng)。2.教學(xué)重點(diǎn)(1)電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率及它們與溶液濃度的關(guān)系；(2)離子獨(dú)立移動定律及電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用；(3)離子平均活度系數(shù)的意義及其計(jì)算方法；(4)E與△rGm關(guān)系；溫度對E的影響及計(jì)算△rHm和△rSm的計(jì)算。3.教學(xué)難點(diǎn)離子平均活度系數(shù)；不可逆電極過程、極化作用。4.課堂討論不可逆電極過程、極化作用5.習(xí)題作業(yè)P243：15、16、20、406.課程思政清潔能源開發(fā)與清潔生產(chǎn)工藝第九章界面現(xiàn)象（4學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)表面吉布斯函數(shù)與表面張力，潤濕現(xiàn)象，接觸角，楊氏（Yong）方程，潤濕與輔展；(2)彎曲液面的附加壓力，飽和蒸汽壓，拉普拉斯（Laplace）方程，開爾文(Kelvin)方程和毛細(xì)現(xiàn)象；(3)亞穩(wěn)狀態(tài)和新相的生成：過飽和蒸氣、過熱液體、過冷液體、過飽和溶液；(4)液體表面的吸附和固體表面的吸附作用；表面活性劑；(5)蘭格謬爾單分子層吸附理論及蘭格謬爾吸附等溫式；BET吸附公式及固體表面積的測定；吉布斯吸附公式。2.教學(xué)重點(diǎn)界面張力的有關(guān)知識以及彎曲液面的附加壓力；固體表面、液－固表面的相關(guān)理論；表面活性劑。3.教學(xué)難點(diǎn)彎曲液面附加壓力，亞穩(wěn)態(tài)和新相的生成。4.課堂討論亞穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的原因和消除方法；吸附等溫式的建立方法5.翻轉(zhuǎn)課堂表面活性劑及其應(yīng)用6.習(xí)題作業(yè)P392：13、17、19、21、24、27第十章膠體（2學(xué)時(shí)）1.教學(xué)內(nèi)容(1)膠體分散系統(tǒng)的分類；(2)溶膠的制備和純化；溶膠老化；(3)膠體系統(tǒng)的動力性質(zhì)：布朗運(yùn)動，擴(kuò)散與滲透壓，沉降與沉降平衡；膠體的光學(xué)性質(zhì)：丁達(dá)爾現(xiàn)象，瑞利公式，超顯微鏡的基本原理；膠體的電學(xué)性質(zhì)：雙電層理論，電動現(xiàn)象，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)；(4)溶膠的穩(wěn)定與聚沉；(5)粗分散系統(tǒng)2.教學(xué)重點(diǎn)膠體的電學(xué)性質(zhì)：雙電層理論，電動現(xiàn)象，膠團(tuán)結(jié)構(gòu)；溶膠的穩(wěn)定與聚沉；3.教學(xué)難點(diǎn)雙電層理論4.課堂討論影響溶膠穩(wěn)定性的因素 5.習(xí)題作業(yè)P437：17、19 五、教學(xué)安排序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)對應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)對應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1緒論213.32第一章氣體的PVT性質(zhì)213.33第二章熱力學(xué)第一定律81、23.34第三章熱力學(xué)第二定律和第三定律81、23.35第四章多組分系統(tǒng)熱力學(xué)61、23.36第五章相平衡81、23.37第六章化學(xué)平衡21、23.38第七章化學(xué)動力學(xué)81、23.39第八章電化學(xué)61、23.310第九章界面現(xiàn)象413.311第十章膠體213.3合計(jì)56六、課程考核方式與評分標(biāo)準(zhǔn)1.課程考核方式本課程成總成績包括形成性評價(jià)（平時(shí)成績）和結(jié)果性評價(jià)（期末成績），形成性評價(jià)（平時(shí)成績）占40%，結(jié)果性評價(jià)（期末考試成績）占60%。形成性評價(jià)主要包括課堂研討提問(10%)、作業(yè)和學(xué)習(xí)習(xí)慣(10%)和課堂測試(20%)。期末考試采用閉卷方式，滿分100分，折算60%計(jì)入總成績。2.課程目標(biāo)的考核方式序號課程目標(biāo)考核內(nèi)容考核方式1目標(biāo)1：掌握物理化學(xué)中化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的基本原理，和解決問題的基本方法。物理化學(xué)基本概念辨析，基本理論的理解。課堂測試作業(yè)期末考試2目標(biāo)2：掌握數(shù)據(jù)處理和理論推導(dǎo)的方法，能夠用物理化學(xué)的基本原理，分析簡化后續(xù)課程遇到的工程中實(shí)際問題。依據(jù)熱力學(xué)，動力學(xué)，電化學(xué)的基本理論解決相關(guān)問題課堂提問作業(yè)小組討論課堂測試期末考試3.成績評定標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)成績評定辦法考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評估項(xiàng)目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）作業(yè)及學(xué)習(xí)習(xí)慣（10%）作業(yè)能夠獨(dú)立完成，完成質(zhì)量優(yōu)秀，能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題，并獲得正確結(jié)論作業(yè)能夠獨(dú)立完成，完成質(zhì)量較高，能夠運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題，并獲得正確結(jié)論作業(yè)能夠獨(dú)立完成，完成質(zhì)量基本符合要求，能夠運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題，并獲得有效結(jié)論作業(yè)基本能夠獨(dú)立完成，部分題目解答存在抄襲現(xiàn)象，運(yùn)用所學(xué)知識和理論解決問題的能力基本符合要求作業(yè)不能獨(dú)立完成，存在抄作業(yè)現(xiàn)象課堂討論（10%）積極參加課堂討論，并有自己獨(dú)到的見解積極參加課堂討論能夠主動參加課堂討論能夠參加課堂討論不能有效參加課堂討論課堂測試（20%）學(xué)期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標(biāo)準(zhǔn)為參考答案學(xué)期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標(biāo)準(zhǔn)為參考答案學(xué)期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標(biāo)準(zhǔn)為參考答案學(xué)期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標(biāo)準(zhǔn)為參考答案學(xué)期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標(biāo)準(zhǔn)為參考答案結(jié)果性評價(jià)（60%）：期末考試試卷題型共分為四大類型，包括：填空