《物理化學(xué)》課程教學(xué)大綱

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課程名稱（中文）：物理化學(xué)

（英文）：PhysicalChemistry課程類別：必修課適用層次：專升本總學(xué)時(shí)：104

（理論教學(xué)時(shí)數(shù)：64實(shí)踐教學(xué)時(shí)數(shù)：32自學(xué)時(shí)數(shù)：8）

總學(xué)分：6.5先修課程:高等數(shù)學(xué)、物理、無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)1.課程性質(zhì)：物理化學(xué)主要研究化學(xué)變化和相變化的平衡規(guī)律和變化的速率規(guī)律，是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的一門必修基礎(chǔ)課，它包括理論教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過(guò)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)基本概念及計(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)貫穿在課程教學(xué)的整個(gè)過(guò)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)合具體條件應(yīng)用理論解決實(shí)際問(wèn)題的方法。2.目的和任務(wù)：通過(guò)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)基本概念及計(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)貫穿在課程教學(xué)的整個(gè)過(guò)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)合具體條件應(yīng)用理論解決實(shí)際問(wèn)題的方法。二、課程教學(xué)內(nèi)容和要求（一）理論教學(xué)物理化學(xué)的理論研究方法有熱力學(xué)方法、動(dòng)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(shuō)包括宏觀上的、微觀上的、以及亞微觀上的，對(duì)繼續(xù)教育的學(xué)生來(lái)說(shuō)，熱力學(xué)方法及宏觀上內(nèi)容是主要的、基本的。后兩種方法及內(nèi)容的重要性雖然正在日益增加，但只要求學(xué)生較好地掌握熱力學(xué)方法及宏觀內(nèi)容。對(duì)專升本應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，量子力學(xué)方法不作要求。下面按化學(xué)熱力學(xué)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)，電化學(xué)，界面現(xiàn)象和膠體化學(xué)四個(gè)部分列出基本要求?；疽蟀瓷钊氲某潭确?了解"、"理解"(或"明了")和"掌握"(或"會(huì)用")三個(gè)層次。(I)化學(xué)熱力學(xué)1、熱力學(xué)基礎(chǔ)理解下列熱力學(xué)基本概念:平衡狀態(tài)，狀態(tài)函數(shù)，可逆過(guò)程。理解熱力學(xué)第一、第二、第三定律的敘述及數(shù)學(xué)表達(dá)式。明了內(nèi)能、焓、熵、霍姆茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)等熱力學(xué)函數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓,標(biāo)準(zhǔn)生成焓，標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵和標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯函數(shù)等概念。掌握在物質(zhì)的PVT變化、相變化和化學(xué)變化過(guò)程中計(jì)算熱、功和各種狀態(tài)函數(shù)變值的原理和方法。在將熱力學(xué)一般關(guān)系式應(yīng)用于特定系統(tǒng)時(shí),會(huì)應(yīng)用狀態(tài)方程(主要是理想氣體狀態(tài)方程)和物性數(shù)據(jù)(熱容、相變熱、蒸氣壓等)。掌握熵增原理和各種平衡判據(jù)。明了熱力學(xué)公式的適用條件。理解熱力學(xué)基本方程和麥克斯韋關(guān)系式。2、溶液和相平衡理解偏摩爾量和化學(xué)勢(shì)的概念。會(huì)從相平衡條件推導(dǎo)克拉佩龍和克拉佩龍—克勞修斯方程，并能應(yīng)用這些方程進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。掌握拉烏爾定律和亨利定律以及它們的應(yīng)用。理解理想系統(tǒng)(理想液體及理想稀溶液)中各組分化學(xué)勢(shì)的表達(dá)式。理解逸度和活度的概念。理解相律的推導(dǎo)和意義。掌握單組分系統(tǒng)和二組分系統(tǒng)典型相圖的特點(diǎn)和應(yīng)用。3、化學(xué)平衡明了標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義。了解等溫方程的推導(dǎo)。掌握用等溫方程來(lái)判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和限度。會(huì)用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)。了解等壓方程的推導(dǎo)。理解溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響。會(huì)用等壓方程計(jì)算不同溫度下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。了解壓力和惰性氣體對(duì)化學(xué)反應(yīng)平衡組成的影響。(II)化學(xué)動(dòng)力學(xué)明了化學(xué)反應(yīng)速率、反應(yīng)速率常數(shù)及反應(yīng)級(jí)數(shù)的概念。掌握通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立速率方程的方法。掌握一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)的速率方程及其應(yīng)用。理解對(duì)行反應(yīng)、連串反應(yīng)和平行反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征。理解基元反應(yīng)及反應(yīng)分子數(shù)的概念。掌握阿侖尼烏斯方程及其應(yīng)用。明了活化能及指前因子的物理意義。了解簡(jiǎn)單有效碰撞理論的基本思想和結(jié)果。(III)電化學(xué)了解電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理。理解離子遷移數(shù)和法拉第定律。理解表征電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的物理量(電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率)。理解電解質(zhì)活度和離子平均活度系數(shù)的概念。理解原電池電動(dòng)勢(shì)與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系。掌握能斯特方程及其計(jì)算。掌握各種類型電極的特征和電動(dòng)勢(shì)測(cè)定的主要應(yīng)用。(IV)界面現(xiàn)象理解表面張力和表面吉布斯函數(shù)的概念。了解表面相的吉布斯模型。理解曲面的附加壓力概念和拉普拉斯公式。理解開爾文公式及其對(duì)介穩(wěn)狀態(tài)的解釋。了解鋪展和鋪展系數(shù)。了解潤(rùn)濕與接觸角的關(guān)系和楊氏方程。了解溶液界面的吸附及表面活性物質(zhì)的作用。理解吉布斯吸附等溫式及其計(jì)算。了解物理吸附與化學(xué)吸附的含義和區(qū)別。掌握蘭繆爾單分子層吸附模型和吸附等溫式。具體基本要求和學(xué)時(shí)分配如下：第一章緒論與氣體性質(zhì)(2學(xué)時(shí))(1)了解物理化學(xué)的研究對(duì)象、方法和學(xué)習(xí)目的(2)掌握理想氣體狀態(tài)方程和混合氣體的性質(zhì)（分壓和道爾頓定律、分容和阿馬格定律）。(3)了解實(shí)際氣體的狀態(tài)方程（范德華方程）。(4)了解實(shí)際氣體的液化和臨界性質(zhì)。第二章熱力學(xué)第一定律(11學(xué)時(shí))(1)熱力學(xué)基本慨念和術(shù)語(yǔ)理解下列熱力學(xué)基本概念：平衡狀態(tài)，狀態(tài)函數(shù)，可逆過(guò)程，熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。(2)熱力學(xué)第一定律理解熱力學(xué)第一定律的敘述及數(shù)學(xué)表達(dá)式。掌握內(nèi)能、功、熱的計(jì)算。(3)焓：明了熱力學(xué)焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓等概念及掌握其計(jì)算方法。(4)掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓與溫度關(guān)系。(5)掌握理想氣體絕熱可逆過(guò)程的PVT關(guān)系及理解其功的計(jì)算。(6)了解節(jié)流膨脹。第三章熱力學(xué)第二定律(9學(xué)時(shí))(1)了解卡諾循環(huán)。(2)熱力學(xué)第二定律:理解熱力學(xué)第二定律的敘述及數(shù)學(xué)表達(dá)式，掌握熵增原理。(3)熵:掌握理想氣體PVT變化、相變化和化學(xué)變化過(guò)程中系統(tǒng)熵變的計(jì)算方法和環(huán)境熵變的計(jì)算方法，以及掌握用總熵變判斷過(guò)程的方法(4)了解熱力學(xué)第三定律。(5)亥姆霍茲和吉布斯函數(shù)：明了Helmholtz函數(shù)和Gibbs函數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)生成Gibbs函數(shù)等概念并掌握其計(jì)算方法和各種平衡依據(jù)。明了熱力學(xué)公式的適用條件。(6)理解熱力學(xué)基本方程，了解Maxwell關(guān)系。(7)熱力學(xué)第二定律應(yīng)用—Clapeyron(克拉佩龍)方程。會(huì)從相平衡條件推導(dǎo)Clapeyron方程和Clapeyron-Clausius方程，并能應(yīng)用這些方程進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。第四章多組分系統(tǒng)熱力學(xué)(6學(xué)時(shí))(1)掌握Raoult定律和Henry定律以及它們的應(yīng)用。(2)理解偏摩爾量和化學(xué)勢(shì)的概念。理解理想系統(tǒng)(理想溶體及理想稀溶體)中各組分化學(xué)勢(shì)的表達(dá)式。(3)理解能斯特分配定律。(4)了解稀溶液的依數(shù)性。(5)了解逸度和活度的概念。第五章化學(xué)平衡(5學(xué)時(shí))(1)等溫方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。明了標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義。會(huì)用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。了解等溫方程的推導(dǎo)。掌握用等溫方程判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和限度的方法。(2)理解平衡常數(shù)的測(cè)定，掌握平衡組成的計(jì)算。(3)溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響。了解等壓方程的推導(dǎo)。理解溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響。會(huì)用等壓方程計(jì)算不同溫度下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。(4)影響理想氣體反應(yīng)平衡的其它因素。了解壓力和惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡組成的影響。第六章相平衡(7學(xué)時(shí))(1)理解相律的推導(dǎo)和定義。(2)掌握單組分系統(tǒng)相圖的特點(diǎn)和應(yīng)用。(3)掌握二組分系統(tǒng)氣—液平衡相圖的特點(diǎn)(包括溫度—組成圖，壓力—組成圖，氣相組成—液相組成圖)。(4)掌握二組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)及完全不互溶系統(tǒng)的氣—液平衡相圖。(5)掌握二組分系統(tǒng)固—液平衡相圖(包括生成穩(wěn)定，不穩(wěn)定化合物及固態(tài)部分互溶相圖)。相圖部分要求會(huì)填寫相圖中各區(qū)域存在的物質(zhì);能用相律分析相圖和計(jì)算自由度數(shù);能從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制相圖。第七章電化學(xué)(10學(xué)時(shí))(1)了解電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理和法拉第定律。(2)理解離子遷移數(shù)。(3)理解表征電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的物理量(電導(dǎo)率,摩爾電導(dǎo)率)。(4)了解離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律。(5)理解電導(dǎo)測(cè)定的應(yīng)用。(6)理解電解質(zhì)活度和離子平均活度系數(shù)的概念。(7)理解可逆電池及韋斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池(8)理解原電池電動(dòng)勢(shì)與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系。(9)掌握Nernst方程及其計(jì)算。(10)掌握各種類型電極的特征。(11)掌握電動(dòng)勢(shì)測(cè)定的主要應(yīng)用。(12)掌握把一般的電池反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池。第八章表面現(xiàn)象(6學(xué)時(shí))(1)理解表面張力和表面Gibbs函數(shù)的概念。(2)了解鋪展和鋪展系數(shù)。了解潤(rùn)濕、接觸角和Young方程。(3)理解彎曲界面的附加壓力概念和Laplace方程。(4)理解Kelvin公式及其應(yīng)用。解釋亞穩(wěn)狀態(tài)和新相生成現(xiàn)象(5)了解物理吸附與化學(xué)吸附的含義和區(qū)別。掌握Langmuir吸附、單分子層吸附模型和吸附等溫式。(6)了解溶液界面的吸附及表面活性物質(zhì)的作用。理解Gibbs吸附等溫式。第九章化學(xué)動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用(8學(xué)時(shí))(1)明了化學(xué)反應(yīng)速率定義及測(cè)定方法。(2)明了反應(yīng)速率常數(shù)及反應(yīng)級(jí)數(shù)的概念。理解基元反應(yīng)及反應(yīng)分子數(shù)的概念。(3)掌握零級(jí)、一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)的速率方程的積分式及其應(yīng)用。(4)掌握通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立速率方程的方法。(5)掌握Arrhennius方程及其應(yīng)用。明了活化能及指前因子的定義和物理意義。(6)理解對(duì)行反應(yīng)、連串反應(yīng)和平行反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征。(7)了解單分子反應(yīng)的Lindemann(林德曼)機(jī)理。(8)了解鏈反應(yīng)機(jī)理的特點(diǎn)及支鏈反應(yīng)與爆炸的關(guān)系。(9)了解簡(jiǎn)單碰撞理論的基本思想和結(jié)果。（二）實(shí)踐教學(xué)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論教學(xué)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和要求如下：

序號(hào)項(xiàng)

目?jī)?nèi)容和要求設(shè)備、器具實(shí)驗(yàn)1氨基甲酸銨分解平衡常數(shù)的測(cè)定熟悉等壓法測(cè)定氨基甲酸銨的分解平衡壓力恒溫槽，數(shù)字壓力計(jì)，玻璃等壓計(jì)，真空泵2燃燒熱的測(cè)定用氧彈式量熱計(jì)測(cè)定萘的燃燒熱YX-ZR自動(dòng)量熱計(jì)，分析天平3二元金屬相圖用熱分析法測(cè)繪Sn-Bi二元金屬相圖，了解熱電偶測(cè)溫原理及方法，熟悉溫度記錄儀的使用方法鎳鉻-鎳硅熱電偶，立式管狀小電爐，溫度自動(dòng)記錄儀4電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及應(yīng)用用補(bǔ)償法測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)，計(jì)算一系列不同濃度硫酸銅溶液的活度系數(shù)電位差計(jì)，飽和甘汞電極5乙酸乙酯皂化反應(yīng)速度常數(shù)的測(cè)定用電導(dǎo)儀測(cè)量皂化反應(yīng)過(guò)程中溶液電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化，從而計(jì)算出反應(yīng)數(shù)速率常數(shù)，了解反應(yīng)活化能的測(cè)定方法恒溫槽，DDS-11A型電導(dǎo)儀，電導(dǎo)電極6乙醇物理性質(zhì)的測(cè)定（包括粘度，飽和蒸氣壓，氣液平衡相圖）測(cè)定乙醇的粘度，飽和蒸汽壓，乙醇-乙酸乙酯的氣液平衡相圖奧式粘度計(jì)，特制蒸餾瓶，真空泵，阿貝折光儀，超級(jí)恒溫槽，玻璃恒溫槽，秒表實(shí)