《物理化學選論》課程教學大綱

PAGEPAGE6物理化學選論課程教學大綱ADVANCEPHYSICALCHEMISTRY學時數(shù)：32學分數(shù)：2適用專業(yè)：化學,材料化學及其相關專業(yè)一、課程的性質、目的和任務《物理化學選論》是化學、材料化學專業(yè)高年級學生的一門專業(yè)任選課。學生在學完《物理化學》后，已具備了一定的物理化學基本知識，再進行該課程的學習，通過對物理化學知識全面系統(tǒng)地疏理，有利于把握這門課的實質，對知識起到鞏固和深化的作用。同時，在這門課中，我們的還介紹物理化學發(fā)展的前沿以及物理化學知識的應用。開設《物理化學選論》的目的，是加深學生對物理化學原理的理解，拓寬學生的視野，讓學生了解物理化學前沿和動態(tài)，有助于學生的考研。二、課程教學的基本要求熱力學基礎：（一）熱力學第一定律1、理解實際氣體的對比狀態(tài)原理。2、了解實際氣體的狀態(tài)方程、臨界現(xiàn)象和超臨界萃取的原理。3、掌握可逆過程的特征，理解可逆過程的意義。4、掌握理想氣體的內能和焓只是溫度的函數(shù)，并會運用這一結論計算過程的△U、△H。5、掌握各類過程體積功的求算（包括實際氣體、多方過程）。6、掌握熱力學第一定律對實際氣體的應用—節(jié)流膨脹、實際氣體△U、△H的求算。7、掌握幾種求算反應熱的方法，理解各種方法求算時所需的條件以及等壓反應熱與等容反應之間的關系。解非等溫反應求火焰燃燒、爆炸反應的最高溫度。（二）熱力學第二定律1、掌握自發(fā)過程的共同特征，熵的引出。2、深入理解熱力學第二定律的實質，幾種說法的內在聯(lián)系。3、掌握克勞修斯不等式、熵增加原理的意義及使用，熟練地運用這些式子判斷過程的性質。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)時的條件。5、熟練地掌握各類過程△S、△F、△G的計算。6、了解熵函數(shù)在信息學、系統(tǒng)科學中的簡單應用。（三）統(tǒng)計熱力學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、轉動、振動對熱力學函數(shù)的貢獻。第二章溶液、相平衡與化學平衡從多組分體系容量性質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）從本質上理解化學勢的意義，理解化學勢是如何決定一個過程的變化方向和限度的。（四）牢固地掌握稀溶液依數(shù)性公式做有關計算。（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圖的關系，明確T-X的分類以及在精餾分離中的應用。（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用。（九）明確化學反應等溫方程式與化學反應等壓方程式的區(qū)別以及解決問題的側重點，熟練掌握兩公式的使用。用配分函數(shù)計算反應的平衡常數(shù)。（十一）熟練地判斷溫度、壓力及惰性氣體對化學平衡的影響。（十二）熟悉物理化學原理在中學化學教學中的應用。第三章電化學掌握法拉第定律和離子的遷移數(shù)的概念。熟練地掌握離子獨立移動定律及電導測定的一些應用。理解電解質離子活度的概念，學會用德拜-休克爾極限公式求離子的平均活度系數(shù)。明確構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的互譯方法。理解電池反應的熱力學函數(shù)改變量與電動勢之間的關系。熟練掌握電動勢測定法的一些應用。理解分解電壓的概念和極化作用產(chǎn)生的原因。熟練寫出電解時的電極反應。第四章．化學動力學（一）熟練運用零級、一級、二級和n級反應速率方程的積分式進行計算。（二）掌握確定簡單反應的級數(shù)的方法。（三）理解三種典型的復雜反應（對峙反應、平行反應、連串反應）反應速率與濃度的關系。（四）了解溫度、活化能對反應速率的影響，熟練運用Arrhenius（阿侖尼烏斯）經(jīng)驗式。（五）掌握由反應機理推導速率方程。（六）理解一些簡單基元反應的速率常數(shù)的計算。（七）理解光化學反應的特點及量子產(chǎn)率的計算。（八）了解動力學研究的前沿，了解大氣中的光化學反應。（九）了解催化反應的特點和常見催化反應的類型。第五章表面化學與膠體化學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用。進一步理解表面活性劑的應用。深入理解Langmuir和BET公式理解從膠體的動力學性質、光學性質和電學性質解釋各種現(xiàn)象。從電性的角度理解膠體在穩(wěn)定性方面的特點及電解質對溶膠穩(wěn)定性的影響。掌握大分子溶液與溶膠的異同點。理解唐南平衡計算溶液中各種物質的濃度。了解界面化學與膠體化學的前沿科學，膠體穩(wěn)定性理論的簡介。三、課程的教學內容、重點和難點緒言（一）物理化學學科的前沿，該學科在化學領域中的作用和地位。（二）物理化學中幾種處理問題的方法。第一章熱力學基礎一、實際氣體與熱力學第一定律（一）實際氣體的狀態(tài)方程、臨界現(xiàn)象和超臨界萃取的原理。（二）實際氣體的對比狀態(tài)原理。（三）可逆過程的特征，比較氣體的可逆膨脹、電池的可逆充放電、可逆熱機（卡諾熱機）作功等過程的共同點。（四）理想氣體的內能和焓只是溫度的函數(shù)這一結論計算各種過程的△U、△H。（五）過程體積功的求算（包括實際氣體、多方過程）。（六）熱力學第一定律對實際氣體的應用—節(jié)流膨脹、實際氣體△U、△H的求算。（七）幾種求算反應熱的方法，舉例說明各種方法在不同場合下的恰當運用。（八）會用非等溫反應求火焰燃燒、爆炸反應的最高溫度。二、熱力學第二定律（一）一切自發(fā)過程的共同特征與熵的引出。（二）熱力學第二定律的實質與幾種說法的內在聯(lián)系。（三）克勞修斯不等式、熵增加原理的意義及使用，運用這些式子判斷過程的性質。（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)時的條件。（五）各類過程△S、△F、△G的計算。（六）熱力學第三定律三、統(tǒng)計熱力學（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、轉動、振動對熱力學函數(shù)的貢獻重點：實際氣體△U、△H的計算熵變的計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算難點：克勞修斯不等式與熵增加原理各種運動對熱力學函數(shù)的貢獻第二章溶液、相平衡相平衡與化學平衡一、溶液（一）偏摩爾量、偏摩爾集合公式的應用。（二）稀溶液與理想溶液區(qū)別。(三)化學勢判斷一個過程的變化方向和限度。（四）稀溶液依數(shù)性公式做有關計算以及所需要的條件。二、相平衡（一）滿足化學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圖的關系2、T-X的分類以及在精餾分離中的應用3、杠桿規(guī)則及其應用4、各類二組分固-液平衡的特征及應用。三、化學平衡（一）化學反應等溫方程式（二）各種方法求平衡常數(shù)1、用實驗數(shù)據(jù)、基礎熱力學數(shù)據(jù)求平衡常數(shù)2、用配分函數(shù)計算反應的平衡常數(shù)。（三）判斷溫度、壓力及惰性氣體對化學平衡的影響。四、物理化學原理在中學化學教學中的應用。重點：稀溶液的依數(shù)性二組分體系的相圖及其應用化學反應的平衡常溫度、壓力及惰性氣體對化學平衡的影響難點：偏摩爾量化學勢杠桿規(guī)則第三章電化學一、電解質溶液及其導電機理。（一）法拉第定律。（二）離子獨立移動定律（三）電導測定的一些應用。（四）電解質離子活度的概念（五）德拜-休克爾極限公式求離子的平均活度系數(shù)。二、電池反應與電動勢（一）電池表示式與電池反應的互譯方法。（二）電池反應的熱力學函數(shù)改變量與電動勢之間的關系。（三）電動測定法的一些應用。三、電極反應與極化作用。（一）電解時的電極反應。（二）極化作用（三）電池的分類和特點(四)金屬的保護原理。重點：電導測定的一些應用電池表示式與電池反應的互譯電動勢測定法的一些應用電解時的電極反應難點：離子的遷移數(shù)離子獨立移動定律第四章化學動力學一、簡單反應動力學及其特征（一）零級（二）一級（三）二級（四）n級反應（五）確定簡單反應的級數(shù)的方法二、幾時種典型的復雜反應（一）對峙反應（二）平行反應（三）連續(xù)反應三、溫度和活化能對反應速率的影響（一）Arrhenius（阿侖尼烏斯）經(jīng)驗式中、A、k（二）一些簡單基元反應的速率常數(shù)的計算（三）由反應機理推導速率方程四、光化學反應的特點及量子產(chǎn)率的計算（一）光化學反應的特點（二）大氣中的光化學反應五、動力學研究的前沿六、催化反應的特點和常見催化反應的類型重點：反應的速率常數(shù)的計算溫度、活化能對反應速率的影響難點：典型的復雜反應量子產(chǎn)率的計算第五章表面化學與膠體化學一、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用。四、Langmuir和BET公式五、從膠體的動力學性質、光學性質和電學性質解釋各種現(xiàn)象。六、膠體在穩(wěn)定性方面的特點及電解質對溶膠穩(wěn)定性的影響。七、運用唐南平衡計算溶液中各種物質的濃度。八、界面化學與膠體化學的前沿科學，膠體穩(wěn)定性理論的簡介。重點：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：膠體的電學性質電解質對溶膠穩(wěn)定性的影響三、課程各教學環(huán)節(jié)要求（一）課堂上以投影講授演示為主，適當?shù)夭迦胝n堂操練等各種教學形式，課外以學生自學為主。（二）根據(jù)課時少、信息量大的特點，教學上要充分利用現(xiàn)代化教學手段；要充分體現(xiàn)教師主導，學生主體原則，引導學生掌握科學有效的學習方法。四、學時分配本課程以課堂教學為主，一學期完成，共32課時。章節(jié)主要內容各教學環(huán)節(jié)學時分配作業(yè)題量講授實驗討論習題課外其它小計緒言22一熱力學基礎8814二溶液、相平衡與化學平衡6612三電化學6610四化學動力學基礎558五表面化學與膠體化學558合