《物理化學(xué)選論》課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE6物理化學(xué)選論課程教學(xué)大綱ADVANCEPHYSICALCHEMISTRY學(xué)時(shí)數(shù)：32學(xué)分?jǐn)?shù)：2適用專業(yè)：化學(xué),材料化學(xué)及其相關(guān)專業(yè)一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)《物理化學(xué)選論》是化學(xué)、材料化學(xué)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生的一門(mén)專業(yè)任選課。學(xué)生在學(xué)完《物理化學(xué)》后，已具備了一定的物理化學(xué)基本知識(shí)，再進(jìn)行該課程的學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)物理化學(xué)知識(shí)全面系統(tǒng)地疏理，有利于把握這門(mén)課的實(shí)質(zhì)，對(duì)知識(shí)起到鞏固和深化的作用。同時(shí)，在這門(mén)課中，我們的還介紹物理化學(xué)發(fā)展的前沿以及物理化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。開(kāi)設(shè)《物理化學(xué)選論》的目的，是加深學(xué)生對(duì)物理化學(xué)原理的理解，拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生了解物理化學(xué)前沿和動(dòng)態(tài)，有助于學(xué)生的考研。二、課程教學(xué)的基本要求熱力學(xué)基礎(chǔ)：（一）熱力學(xué)第一定律1、理解實(shí)際氣體的對(duì)比狀態(tài)原理。2、了解實(shí)際氣體的狀態(tài)方程、臨界現(xiàn)象和超臨界萃取的原理。3、掌握可逆過(guò)程的特征，理解可逆過(guò)程的意義。4、掌握理想氣體的內(nèi)能和焓只是溫度的函數(shù)，并會(huì)運(yùn)用這一結(jié)論計(jì)算過(guò)程的△U、△H。5、掌握各類過(guò)程體積功的求算（包括實(shí)際氣體、多方過(guò)程）。6、掌握熱力學(xué)第一定律對(duì)實(shí)際氣體的應(yīng)用—節(jié)流膨脹、實(shí)際氣體△U、△H的求算。7、掌握幾種求算反應(yīng)熱的方法，理解各種方法求算時(shí)所需的條件以及等壓反應(yīng)熱與等容反應(yīng)之間的關(guān)系。解非等溫反應(yīng)求火焰燃燒、爆炸反應(yīng)的最高溫度。（二）熱力學(xué)第二定律1、掌握自發(fā)過(guò)程的共同特征，熵的引出。2、深入理解熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，幾種說(shuō)法的內(nèi)在聯(lián)系。3、掌握克勞修斯不等式、熵增加原理的意義及使用，熟練地運(yùn)用這些式子判斷過(guò)程的性質(zhì)。4、了解亥姆霍茲函數(shù)、吉布斯函數(shù)引出的背景，兩函數(shù)的意義以及它們作為判據(jù)時(shí)的條件。5、熟練地掌握各類過(guò)程△S、△F、△G的計(jì)算。6、了解熵函數(shù)在信息學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)中的簡(jiǎn)單應(yīng)用。（三）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)1、理解從微觀的角度如何求狀態(tài)函數(shù)的方法，理解S=klnΩ公式的重要意義。2、牢固地掌握玻茲曼公式的使用以及它的意義。3、熟練地掌握配分函數(shù)及它的物理意義。4、深入地理解平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)對(duì)熱力學(xué)函數(shù)的貢獻(xiàn)。第二章溶液、相平衡與化學(xué)平衡從多組分體系容量性質(zhì)求算的角度理解偏摩爾量引出的背景，偏摩爾集合公式的應(yīng)用。（二）從分子狀態(tài)出發(fā)理解稀溶液與理想溶液區(qū)別以及描述兩種溶液的表述式。（三）從本質(zhì)上理解化學(xué)勢(shì)的意義，理解化學(xué)勢(shì)是如何決定一個(gè)過(guò)程的變化方向和限度的。（四）牢固地掌握稀溶液依數(shù)性公式做有關(guān)計(jì)算。（五）理解單組分體系的相圖，建立單組分兩相平衡線與克勞修斯方程、克-克方程式之間的關(guān)系，熟練地掌握克-克方程式的使用。（六）建立P-X圖與T-X圖的關(guān)系，明確T-X的分類以及在精餾分離中的應(yīng)用。（七）熟練地掌握杠桿規(guī)則的使用。（八）掌握各類二組分固-液平衡的特征，這些相圖在分離提純中的應(yīng)用。（九）明確化學(xué)反應(yīng)等溫方程式與化學(xué)反應(yīng)等壓方程式的區(qū)別以及解決問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)，熟練掌握兩公式的使用。用配分函數(shù)計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)。（十一）熟練地判斷溫度、壓力及惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響。（十二）熟悉物理化學(xué)原理在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。第三章電化學(xué)掌握法拉第定律和離子的遷移數(shù)的概念。熟練地掌握離子獨(dú)立移動(dòng)定律及電導(dǎo)測(cè)定的一些應(yīng)用。理解電解質(zhì)離子活度的概念，學(xué)會(huì)用德拜-休克爾極限公式求離子的平均活度系數(shù)。明確構(gòu)成可逆電池與可逆電極的條件。牢固地掌握電池表示式與電池反應(yīng)的互譯方法。理解電池反應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)改變量與電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。熟練掌握電動(dòng)勢(shì)測(cè)定法的一些應(yīng)用。理解分解電壓的概念和極化作用產(chǎn)生的原因。熟練寫(xiě)出電解時(shí)的電極反應(yīng)。第四章．化學(xué)動(dòng)力學(xué)（一）熟練運(yùn)用零級(jí)、一級(jí)、二級(jí)和n級(jí)反應(yīng)速率方程的積分式進(jìn)行計(jì)算。（二）掌握確定簡(jiǎn)單反應(yīng)的級(jí)數(shù)的方法。（三）理解三種典型的復(fù)雜反應(yīng)（對(duì)峙反應(yīng)、平行反應(yīng)、連串反應(yīng)）反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系。（四）了解溫度、活化能對(duì)反應(yīng)速率的影響，熟練運(yùn)用Arrhenius（阿侖尼烏斯）經(jīng)驗(yàn)式。（五）掌握由反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)速率方程。（六）理解一些簡(jiǎn)單基元反應(yīng)的速率常數(shù)的計(jì)算。（七）理解光化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)及量子產(chǎn)率的計(jì)算。（八）了解動(dòng)力學(xué)研究的前沿，了解大氣中的光化學(xué)反應(yīng)。（九）了解催化反應(yīng)的特點(diǎn)和常見(jiàn)催化反應(yīng)的類型。第五章表面化學(xué)與膠體化學(xué)握表面吉布斯自由能、表面張力的概念。握Kelvin公式的使用。深入理解吉布斯吸附等溫式的含義和該等溫式的各種應(yīng)用。進(jìn)一步理解表面活性劑的應(yīng)用。深入理解Langmuir和BET公式理解從膠體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)解釋各種現(xiàn)象。從電性的角度理解膠體在穩(wěn)定性方面的特點(diǎn)及電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響。掌握大分子溶液與溶膠的異同點(diǎn)。理解唐南平衡計(jì)算溶液中各種物質(zhì)的濃度。了解界面化學(xué)與膠體化學(xué)的前沿科學(xué)，膠體穩(wěn)定性理論的簡(jiǎn)介。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)緒言（一）物理化學(xué)學(xué)科的前沿，該學(xué)科在化學(xué)領(lǐng)域中的作用和地位。（二）物理化學(xué)中幾種處理問(wèn)題的方法。第一章熱力學(xué)基礎(chǔ)一、實(shí)際氣體與熱力學(xué)第一定律（一）實(shí)際氣體的狀態(tài)方程、臨界現(xiàn)象和超臨界萃取的原理。（二）實(shí)際氣體的對(duì)比狀態(tài)原理。（三）可逆過(guò)程的特征，比較氣體的可逆膨脹、電池的可逆充放電、可逆熱機(jī)（卡諾熱機(jī)）作功等過(guò)程的共同點(diǎn)。（四）理想氣體的內(nèi)能和焓只是溫度的函數(shù)這一結(jié)論計(jì)算各種過(guò)程的△U、△H。（五）過(guò)程體積功的求算（包括實(shí)際氣體、多方過(guò)程）。（六）熱力學(xué)第一定律對(duì)實(shí)際氣體的應(yīng)用—節(jié)流膨脹、實(shí)際氣體△U、△H的求算。（七）幾種求算反應(yīng)熱的方法，舉例說(shuō)明各種方法在不同場(chǎng)合下的恰當(dāng)運(yùn)用。（八）會(huì)用非等溫反應(yīng)求火焰燃燒、爆炸反應(yīng)的最高溫度。二、熱力學(xué)第二定律（一）一切自發(fā)過(guò)程的共同特征與熵的引出。（二）熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)與幾種說(shuō)法的內(nèi)在聯(lián)系。（三）克勞修斯不等式、熵增加原理的意義及使用，運(yùn)用這些式子判斷過(guò)程的性質(zhì)。（四）亥姆霍茲函數(shù)、吉布斯函數(shù)引出的背景，兩函數(shù)的意義以及它們作為判據(jù)時(shí)的條件。（五）各類過(guò)程△S、△F、△G的計(jì)算。（六）熱力學(xué)第三定律三、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)（一）從微觀的角度如何求狀態(tài)函數(shù)的方法（二）最概然分布與玻茲曼公式（三）配分函數(shù)（四）平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)對(duì)熱力學(xué)函數(shù)的貢獻(xiàn)重點(diǎn)：實(shí)際氣體△U、△H的計(jì)算熵變的計(jì)算玻茲曼公式配分函數(shù)亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能計(jì)算難點(diǎn)：克勞修斯不等式與熵增加原理各種運(yùn)動(dòng)對(duì)熱力學(xué)函數(shù)的貢獻(xiàn)第二章溶液、相平衡相平衡與化學(xué)平衡一、溶液（一）偏摩爾量、偏摩爾集合公式的應(yīng)用。（二）稀溶液與理想溶液區(qū)別。(三)化學(xué)勢(shì)判斷一個(gè)過(guò)程的變化方向和限度。（四）稀溶液依數(shù)性公式做有關(guān)計(jì)算以及所需要的條件。二、相平衡（一）滿足化學(xué)平衡和相平衡的條件。（二）單組分體系的相圖（三）兩相平衡線與克勞修斯方程、克-克方程式之間的關(guān)系，克-克方程式的使用。（四）雙組分體系的相圖1、建立P-X圖與T-X圖的關(guān)系2、T-X的分類以及在精餾分離中的應(yīng)用3、杠桿規(guī)則及其應(yīng)用4、各類二組分固-液平衡的特征及應(yīng)用。三、化學(xué)平衡（一）化學(xué)反應(yīng)等溫方程式（二）各種方法求平衡常數(shù)1、用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)熱力學(xué)數(shù)據(jù)求平衡常數(shù)2、用配分函數(shù)計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)。（三）判斷溫度、壓力及惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響。四、物理化學(xué)原理在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。重點(diǎn)：稀溶液的依數(shù)性二組分體系的相圖及其應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)的平衡常溫度、壓力及惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響難點(diǎn)：偏摩爾量化學(xué)勢(shì)杠桿規(guī)則第三章電化學(xué)一、電解質(zhì)溶液及其導(dǎo)電機(jī)理。（一）法拉第定律。（二）離子獨(dú)立移動(dòng)定律（三）電導(dǎo)測(cè)定的一些應(yīng)用。（四）電解質(zhì)離子活度的概念（五）德拜-休克爾極限公式求離子的平均活度系數(shù)。二、電池反應(yīng)與電動(dòng)勢(shì)（一）電池表示式與電池反應(yīng)的互譯方法。（二）電池反應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)改變量與電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。（三）電動(dòng)測(cè)定法的一些應(yīng)用。三、電極反應(yīng)與極化作用。（一）電解時(shí)的電極反應(yīng)。（二）極化作用（三）電池的分類和特點(diǎn)(四)金屬的保護(hù)原理。重點(diǎn)：電導(dǎo)測(cè)定的一些應(yīng)用電池表示式與電池反應(yīng)的互譯電動(dòng)勢(shì)測(cè)定法的一些應(yīng)用電解時(shí)的電極反應(yīng)難點(diǎn)：離子的遷移數(shù)離子獨(dú)立移動(dòng)定律第四章化學(xué)動(dòng)力學(xué)一、簡(jiǎn)單反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其特征（一）零級(jí)（二）一級(jí)（三）二級(jí)（四）n級(jí)反應(yīng)（五）確定簡(jiǎn)單反應(yīng)的級(jí)數(shù)的方法二、幾時(shí)種典型的復(fù)雜反應(yīng)（一）對(duì)峙反應(yīng)（二）平行反應(yīng)（三）連續(xù)反應(yīng)三、溫度和活化能對(duì)反應(yīng)速率的影響（一）Arrhenius（阿侖尼烏斯）經(jīng)驗(yàn)式中、A、k（二）一些簡(jiǎn)單基元反應(yīng)的速率常數(shù)的計(jì)算（三）由反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)速率方程四、光化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)及量子產(chǎn)率的計(jì)算（一）光化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)（二）大氣中的光化學(xué)反應(yīng)五、動(dòng)力學(xué)研究的前沿六、催化反應(yīng)的特點(diǎn)和常見(jiàn)催化反應(yīng)的類型重點(diǎn)：反應(yīng)的速率常數(shù)的計(jì)算溫度、活化能對(duì)反應(yīng)速率的影響難點(diǎn)：典型的復(fù)雜反應(yīng)量子產(chǎn)率的計(jì)算第五章表面化學(xué)與膠體化學(xué)一、表面吉布斯自由能與表面張力。二、區(qū)別楊-拉普拉斯公式與Kelvin公式。三、吉布斯吸附等溫式含義及應(yīng)用。四、Langmuir和BET公式五、從膠體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)解釋各種現(xiàn)象。六、膠體在穩(wěn)定性方面的特點(diǎn)及電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響。七、運(yùn)用唐南平衡計(jì)算溶液中各種物質(zhì)的濃度。八、界面化學(xué)與膠體化學(xué)的前沿科學(xué)，膠體穩(wěn)定性理論的簡(jiǎn)介。重點(diǎn)：Kelvin公式吉布斯吸附等溫式Langmuir和BET公式膠體的穩(wěn)定性難點(diǎn)：膠體的電學(xué)性質(zhì)電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響三、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)要求（一）課堂上以投影講授演示為主，適當(dāng)?shù)夭迦胝n堂操練等各種教學(xué)形式，課外以學(xué)生自學(xué)為主。（二）根據(jù)課時(shí)少、信息量大的特點(diǎn)，教學(xué)上要充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段；要充分體現(xiàn)教師主導(dǎo)，學(xué)生主體原則，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)有效的學(xué)習(xí)方法。四、學(xué)時(shí)分配本課程以課堂教學(xué)為主，一學(xué)期完成，共32課時(shí)。章節(jié)主要內(nèi)容各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配作業(yè)題量講授實(shí)驗(yàn)討論習(xí)題課外其它小計(jì)緒言22一熱力學(xué)基礎(chǔ)8814二溶液、相平衡與化學(xué)平衡6612三電化學(xué)6610四化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)558五表面化學(xué)與膠體化學(xué)558合