《物理化學(xué)》課程教學(xué)大綱

物理化學(xué)PhysicalChemistry【課程編號(hào)】BJ26600 【課程類別】學(xué)科基礎(chǔ)課【學(xué)分?jǐn)?shù)】4 【學(xué)時(shí)數(shù)】80 【先修課程】高等數(shù)學(xué)、普通物理【適用專業(yè)】金屬材料工程一、教學(xué)目的、任務(wù)物理化學(xué)主要研究化學(xué)變化和相變化的平衡規(guī)律和變化速率規(guī)律，是金屬材料工程專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，它包括理論教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)單獨(dú)開課。通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)比較牢固地掌握物理化學(xué)基礎(chǔ)概念及計(jì)算方法，同時(shí)還應(yīng)得到一般科學(xué)方法的訓(xùn)練和邏輯思維能力的培養(yǎng)。這種訓(xùn)練和培養(yǎng)應(yīng)貫穿在課堂教學(xué)的整個(gè)過程中，使學(xué)生體會(huì)和掌握怎樣由實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)進(jìn)行歸納和演繹，或由假設(shè)和模型上升為理論，并結(jié)合具體條件用理論解決實(shí)際問題的方法。二、課程教學(xué)的基本要求物理化學(xué)的理論研究方法有熱力學(xué)方法、統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法和量子力學(xué)方法。從研究?jī)?nèi)容來(lái)說包括宏觀上的、微觀上的、以及亞微觀上的，對(duì)工程學(xué)生來(lái)說，熱力學(xué)方法及宏觀上的內(nèi)容是主要的、基本的，后兩種方法和內(nèi)容的重要性正在日益增加。對(duì)工程專業(yè)，量子力學(xué)方法一般不作要求或另設(shè)課程。三、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配4+12+14+6+14+14+8+8+8=80學(xué)時(shí)第一章 氣體4學(xué)時(shí)一、教學(xué)內(nèi)容1、 理想氣體及狀態(tài)方程、分壓定律、分體積定律。2、 真實(shí)氣體真實(shí)氣體與理想氣體的偏差、范德華方程、真實(shí)氣體的液化（CO2的p-V圖）。臨界現(xiàn)象、臨界參數(shù)。一、 教學(xué)要求：掌握理想氣體狀態(tài)方程，掌握理想氣體的宏觀定義及微觀模型，掌握分壓、分體積概念及計(jì)算。理解真實(shí)氣體與理想氣體的偏差、臨界現(xiàn)象，理解飽和蒸氣壓概念，了解范德華狀態(tài)方程、對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理壓縮因子圖。第二章 熱力學(xué)第一定律12學(xué)時(shí)一、教學(xué)內(nèi)容1、基本概念及術(shù)語(yǔ)系統(tǒng)、環(huán)境、性質(zhì)、狀態(tài)、狀態(tài)函數(shù)、平衡態(tài)、過程途徑。2、熱力學(xué)第一定律功、熱、熱力學(xué)能，熱力學(xué)第一定律。恒容熱、恒壓熱、焓。3、可逆過程體積功的計(jì)算可逆過程、恒溫可逆過程與絕熱可逆過程功德計(jì)算。4、熱容平均熱容、真熱容。定壓摩爾熱容、定容摩爾熱容。Cp，m與Cv，m的關(guān)系。5、熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體的應(yīng)用焦耳實(shí)驗(yàn)，理想氣體的熱力學(xué)能與焓，理想氣體的熱容差，理想氣體的恒溫、恒壓、恒容與絕熱過程。6、相變焓7、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓反應(yīng)進(jìn)度、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓，標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓及標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓，標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓與溫度的關(guān)系。8、熱力學(xué)第一定律對(duì)實(shí)際氣體的應(yīng)用實(shí)際氣體的熱性能與焓，焦耳—湯姆生效應(yīng)、節(jié)流系數(shù)。二、 教學(xué)要求：理解系統(tǒng)與環(huán)境、狀態(tài)、過程、狀態(tài)函數(shù)與途徑函數(shù)等基本概念，了解可逆過程的概念。掌握熱力學(xué)第一定律文字表述和數(shù)學(xué)表達(dá)式。理解功、熱、熱力學(xué)能、焓、熱容、摩爾相變焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓等概念。掌握熱力學(xué)第一定律在純PVT變化、相變化及化學(xué)變化中的應(yīng)用，掌握計(jì)算各過程的功、熱、熱力學(xué)能變、焓變的方法。第三章 熱力學(xué)第二定律14學(xué)時(shí)一、教學(xué)內(nèi)容：1、熱力學(xué)第二定律自發(fā)過程的共同特征，熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，熵增原理及熵判據(jù)。2、熵變計(jì)算簡(jiǎn)單PVT變化過程的熵變?？赡嫦嘧兣c不可逆相變，相變過程的熵變。3、熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律，規(guī)定熵、標(biāo)準(zhǔn)熵?；瘜W(xué)反應(yīng)熵變的計(jì)算。4、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。5、熱力學(xué)基本方程和麥克斯韋關(guān)系式熱力學(xué)基本方程，麥克斯韋關(guān)系式。6、熱力學(xué)第二定律應(yīng)用舉例克拉佩龍方程和克勞修斯-克拉佩龍方程。三、 教學(xué)要求：理解自發(fā)過程，卡諾循環(huán)、卡諾定理。理解熵、亥姆霍茲函數(shù)、吉布斯函數(shù)定義；掌握熵增原理、熵判據(jù)、亥姆霍茲函數(shù)判據(jù)、吉布斯函數(shù)判據(jù)。掌握物質(zhì)在PVT變化、相變化中熵、亥姆霍茲函數(shù)、吉布斯函數(shù)的計(jì)算及熱力學(xué)第二定律得應(yīng)用。了解熱力學(xué)第三定律，規(guī)定熵、標(biāo)準(zhǔn)熵，理解標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵定義及計(jì)算。理解主要熱力學(xué)公式的推導(dǎo)和適用條件。了解熱力學(xué)基本方程和麥克斯韋關(guān)系式；了解推導(dǎo)熱力學(xué)公式的演繹方法。第四章 化學(xué)平衡6學(xué)時(shí)一、教學(xué)內(nèi)容：1、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變化、化學(xué)反應(yīng)平衡的條件、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的導(dǎo)出，化學(xué)反應(yīng)等溫方程式。2、理想氣體反應(yīng)的平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的性質(zhì)，Kθ、Kp、Kcθ、Ky、Kn的關(guān)系，平衡常數(shù)及平衡組成的計(jì)算。3、有純態(tài)凝聚相參加的理想氣體反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表示式，分解壓力與分解溫度。4、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)ΔrGmθ，ΔrGmθ=-RTlnKθ，標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)ΔfGmθΔrGmθ的計(jì)算。5、溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響吉布斯一亥姆霍茲方程，范特霍夫方程，不同溫度下平衡常數(shù)的求算。6、其它因素（濃度、壓力、惰性組分）對(duì)平衡的影響二、教學(xué)要求：理解摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)定義及應(yīng)用。掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義。理解等溫方程和范特霍夫方程的推導(dǎo)及應(yīng)用。掌握用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算平衡平衡組成的方法判斷在一定條件下化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的方向，會(huì)分析溫度、壓力、組成等因素對(duì)平衡的影響。了解真實(shí)氣體化學(xué)平衡及溶液中的化學(xué)平衡。第五章 多組分系統(tǒng)熱力學(xué)與相平衡14學(xué)時(shí)一、教學(xué)內(nèi)容多組分系統(tǒng)熱力學(xué)1、拉烏爾定律與亨利定律2、偏摩爾量與化學(xué)勢(shì)偏摩爾體積及其它偏摩爾量，吉布斯——杜亥姆方程?；瘜W(xué)勢(shì)，理想氣體化學(xué)勢(shì)，真實(shí)氣體的化學(xué)勢(shì)。3、理想液態(tài)混合物理想液態(tài)混合物中任一組分的化學(xué)勢(shì)，理想液態(tài)混合物的混合性質(zhì)。4、理想稀溶液溶劑、溶質(zhì)的化學(xué)勢(shì)。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）。5、逸度與活度逸度與活度的概念。相平衡1、相律相、組分?jǐn)?shù)、自由度數(shù)，相律的推導(dǎo)。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。4、兩組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)氣-液平衡部分互溶系統(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）。5、兩組分系統(tǒng)的液-固平衡兩組分固態(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，杠桿規(guī)則。二、教學(xué)要求：了解混合物與溶液的區(qū)別，掌握各種組成表示之間的換算。理解拉烏爾定律、亨利定律，掌握其有關(guān)計(jì)算。了解稀溶液的依數(shù)性，并理解其應(yīng)用。理解偏摩爾量及化學(xué)勢(shì)的概念。了解化學(xué)勢(shì)判據(jù)的使用。理解理想液態(tài)混合物的定義，理解混合性質(zhì)。了解理想氣體、真實(shí)氣體、理想液態(tài)混合物、理想稀溶液中各組分化學(xué)勢(shì)的表達(dá)式。理解逸度的定義，了解逸度的計(jì)算。理解相律的意義、推導(dǎo)，掌握其應(yīng)用。掌握單組分系統(tǒng)、二組分氣——液平衡系統(tǒng)和二組分凝聚系統(tǒng)癲癇相圖的分析和應(yīng)用。了解用杠桿規(guī)則進(jìn)行分析與計(jì)算。了解由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制簡(jiǎn)單相圖的方法。第六章 電化學(xué)14學(xué)時(shí)一、教學(xué)內(nèi)容1、電解質(zhì)溶液導(dǎo)電機(jī)理及導(dǎo)電能力電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理，法拉第定律。離子的遷移現(xiàn)象、遷移數(shù)、遷移數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dòng)定律。電遷移率。電導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定及應(yīng)用（計(jì)算弱電解質(zhì)的電離度和電離常數(shù)、計(jì)算難溶鹽的溶解度、電導(dǎo)滴定）。2、電解質(zhì)的平均活度和平均活度系數(shù)3、原電池的電動(dòng)勢(shì)金屬與溶液間電勢(shì)差的產(chǎn)生，原電池的電動(dòng)勢(shì)。4、可逆電極與可逆電池電池的充電與放電，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)電池的電動(dòng)勢(shì)與電池反應(yīng)的ΔrGm，ΔrHm，ΔrSm之間的關(guān)系。能斯特方程6、電極電勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)氫電極、參比電極，電極電勢(shì)及其計(jì)算。電池電動(dòng)勢(shì)與電極電勢(shì)的關(guān)系，電極反應(yīng)的ΔrGm。7、濃差電池電極濃差電池與電解質(zhì)濃差電池。液體接界電勢(shì)的產(chǎn)生及計(jì)算。鹽橋的作用。8、電池設(shè)計(jì)將反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池的一般方法。二、教學(xué)要求*理解表征電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性質(zhì)的物理量（電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率、電遷移率，遷移數(shù)）。*理解離子平均活度及平均活度系數(shù)定義并掌握其計(jì)算。了解離子強(qiáng)度的定義。*理解可逆電池的概念，理解能斯特方程的推導(dǎo)掌握其應(yīng)用。*掌握電池電動(dòng)勢(shì)與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系及其計(jì)算。*掌握常用電極符號(hào)、電極反應(yīng)及其電極電勢(shì)的計(jì)算，掌握電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算及其應(yīng)用。*理解原電池的設(shè)計(jì)原理。*了解極化作用和超電勢(shì)的概念。第七章 表面現(xiàn)象8學(xué)時(shí)一、教學(xué)內(nèi)容：1、表面吉布斯函數(shù)與表面張力。2、潤(rùn)濕現(xiàn)象。接觸角，楊氏（Yong）方程，潤(rùn)濕與鋪展。3、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。4、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。5、固體表面上的吸附作用。物理吸附與化學(xué)吸附，等溫吸附，弗倫德利希經(jīng)驗(yàn)式。蘭格繆爾單分子層吸附理論及蘭格繆爾吸附等溫式。BET吸附公式及固體表面積的測(cè)定。6、液體表面吸附作用。吉布斯吸附公式，表面活性物質(zhì)。二、教學(xué)要求：*理解表面張力及表面吉布斯函數(shù)的概念。*理解接觸角、潤(rùn)濕、附加壓力的概念及其與表面張力的關(guān)系。*理解拉普拉斯公式及開爾文公式的應(yīng)用。*理解理解亞穩(wěn)狀態(tài)與新相生成的關(guān)系。*理解物理吸附與化學(xué)吸附的含義及區(qū)別。*了解蘭格繆爾單分子層吸附理論，理解蘭格繆爾吸附等溫式。*了解溶液界面的吸附及表面活性物質(zhì)作用與應(yīng)用。*了解吉布斯吸附公式的含義和應(yīng)用。第八章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)8學(xué)時(shí)一、教學(xué)內(nèi)容1、化學(xué)反應(yīng)的速率反應(yīng)速率的表示方法及實(shí)驗(yàn)測(cè)定。2、化學(xué)反應(yīng)的速率方程（微分式）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(jí)數(shù)、速率常數(shù)。3、速率方程的積分式零級(jí)、一級(jí)、二級(jí)及n級(jí)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(duì)反應(yīng)速率的影響阿累尼烏斯公式，活化能。二、教學(xué)要求：理解化學(xué)反應(yīng)速率、基元反應(yīng)及反應(yīng)分子數(shù)的概念。理解反應(yīng)速率常數(shù)以及反應(yīng)級(jí)數(shù)的概念。掌握通過實(shí)驗(yàn)確立速率方程的方法。熟練掌握一級(jí)、二級(jí)反應(yīng)的速率方程及其應(yīng)用。了解典型復(fù)雜反應(yīng)的特征。了解處理對(duì)行反應(yīng)、平行反應(yīng)和連串反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方法。理解定態(tài)近似法、平衡態(tài)近似法及速率決定步驟等處理復(fù)雜反應(yīng)的近似方法。理解阿累尼烏斯方程的意義，并掌握其應(yīng)用。理解活化能及指前因子的意義。了解基元反應(yīng)速率理論的基本思想。理解氣相雙分子碰撞理論和過渡態(tài)理論的基本公式及有關(guān)概念。了解多相反應(yīng)的基本步驟。了解催化作用、光化學(xué)反應(yīng)及溶液中反應(yīng)的特征。四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方法本課程教學(xué)重點(diǎn)是化學(xué)熱力學(xué)、熱力