物理化学教学大纲.doc

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1、物理化学教学大纲（Physical Chemistry）课程编号： 总学时数：96(48/48)学分数：3/3 开课单位：化学化工学院 课程的性质与任务物理化学是四年制环境科学本科专业必修的一门学科基础必修课程。其目的是要求学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法，得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养，初步具有分析和解决一些实际问题的能力。本课程的任务是学习化学热力学、化学动力学、电化学、统计热力学、界面现象和胶体化学等方面的基本知识、原理和方法。通过课堂讲授、自学、讨论、习题课、考试等教学环节达到学习本课程的目的。教学中执行教学大纲时，应根据本专业人才培养方案，结合所选教材以及学生的实际

2、情况，拟定符合教学大纲的教学进度；大纲中规定的课时分配仅供参考，内容次序也可适当变动；教学大纲的基本内容必须认真执行，但在深度、广度上可根据学生的实际情况作恰当的处理；教学内容上要重点突出，注意联系生产、生活实际，介绍本学科的最新研究成果；习题和习题课中选取的内容应既全面又有重点，重点放在对基本概念和基本理论的理解上；必须演算足够数量的习题，完成规定的作业，进行一定的综合练习。本课程为考试科目，建议采用闭卷笔试的方式进行考核。大纲内容与基本要求绪 论第一节 物理化学的建立与发展第二节 物理化学的目的和内容第三节 物理化学的研究方法第四节 物理化学课程的学习方法第五节 物理量的表示及运算教学要求

3、：明确物理化学的目的和内容，了解物理化学课程的学习方法和物理量表示及运算。第一章 气体的PVT关系第一节 理想气体状态方程第二节 理想气体混合物第三节 真实气体的液化及临界参数1.液体的饱和蒸气压2.临界参数3.真实气体的PVm图及气体的液化第四节 真实气体状态方程1.真实气体的PVmP图及波义尔温度2.范德华方程*第五节 对应状态原理及普遍化压缩因子图1.压缩因子2.对应状态原理3.普遍化压缩因子图教学要求：1.进一步复习巩固无机化学中所学的理想气体状态方程和理想气体混合物相关定律，并熟练地进行有关计算；2.明确真实气体与理想气体的不同，熟悉液体饱和蒸气压和临界参数的概念，熟知真实气体的范德

4、华方程；3.了解压缩因子的定义及压缩因子图。第二章 热力学第一定律第一节 热力学概论第二节 热力学第一定律第三节 准静态过程与可逆过程1.功与过程2.准静态过程3.可逆过程第四节 恒容热、恒压热、焓第五节 热容第六节 热力学第一定律对理想气体的应用1.理想气体的热力学能与焓盖吕萨克-焦耳实验2.绝热过程的功和过程方程式第七节 节流膨胀与焦耳-汤姆逊实验第八节 化学反应焓1.反应进度2.摩尔反应焓和标准摩尔反应焓第九节 几种热效应1.标准摩尔生成焓2.标准摩尔燃烧焓3.离子的标准摩尔生成焓*4.溶解焓与稀释焓第十节 反应焓变与温度的关系-基尔霍夫定律*第十一节 绝热反应-非等温反应教学要求：1.

5、明确状态函数的全微分性质；2.明确“热”和“功”的过程属性；3.明确内能是状态函数，掌握热力学第一定律的数学表达式及意义；4.掌握膨胀功的计算，明确可逆过程的理论意义；5.熟练掌握理想气体在等温、等容、等压与绝热等过程中U、H、Q与W的计算，能进行实际气体在等温过程中的H和U的计算；6.理解基尔霍夫定律的意义，掌握化学反应热效应的计算方法。第三章 热力学第二定律第一节 热力学第二定律1.自发过程及其共同特征2.热力学第二定律第二节 Carnot循环与Carnot定理第三节 熵与Clausius不等式 1.熵的导出 2.熵的物理意义3.克劳修斯不等式4.熵增原理第四节 熵变的计算1.单纯PVT变

6、化过程熵变计算2.相变过程熵变计算3.环境熵变计算第五节 热力学第三定律和化学变化过程的熵变 1.能斯特定律2.热力学第三定律3.规定熵与标准熵4.标准摩尔反应熵的计算第六节 Helmholtz函数和Gibbs函数1.亥姆霍兹函数2.吉布斯函数3.A及G的计算第七节 几个热力学函数间的关系1.基本公式2.特性函数3.麦克斯韦关系式及其应用*4.吉布斯自由能与温度的关系-吉布斯-亥姆霍斯方程式*5.吉布斯自由能与压力的关系第八节 单组分系统的两相平衡1.克拉贝龙方程2.克劳修斯-克拉贝龙方程*3.外压对液体饱和蒸气压的影响教学要求：1.理解热力学第二定律的几种说法的一致性；2.理解克劳修斯不等式

7、的重要性，了解热力学第二定律与卡诺定理的联系；3.掌握有关过程熵变的计算；4.牢固掌握亥姆霍兹和吉布斯判据的使用条件，特定条件下A、G的物理意义及有关计算；5.熟记热力学基本关系式，掌握麦克斯韦关系式及其应用；6.了解热力学第三定律，明确规定熵、标准熵的概念及其计算和应用；7.熟练运用克拉贝龙方程和克劳修斯-克拉贝龙方程。第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用第一节 偏摩尔量1.偏摩尔量的定义2.偏摩尔量的加和公式3.Gibbs-Duhem公式系统中偏摩尔量之间的关系 第二节 化学势1.化学势的定义2.化学势在相平衡中的应用3.化学势与温度、压力的关系第三节 气体组分的化学势1.理想气体及

8、其混合物的化学势2.非理想气体混合物的化学势-逸度的概念第四节 稀溶液中的两个经验定律1.拉乌尔定律2.亨利定律第五节 理想液态混合物1.理想液态混合物2.理想液态混合物中任一组分的化学势3.理想液态混合物的通性第六节 理想稀溶液第七节 稀溶液的依数性第八节 非理想液态混合物和非理想稀溶液1.非理想液态混合物中各组分的化学势-活度的概念2.非理想稀溶液*3.活度和活度因子的求法*第九节 杜亥姆马居尔公式教学要求：1.明确偏摩尔量和化学势的概念；2.掌握稀溶液中的两个经验定律；3.掌握混合气体中各组分化学势的表示式，了解气体逸度的概念；4.掌握理想液态混合物及理想稀溶液中各组分化学势的表示式，明

9、确标准态的选择及其含义；5.理解稀溶液的依数性并能进行相关的计算；6.了解非理想液态混合物和非理想稀溶液中各组分的化学势，了解活度的概念。第五章 化学平衡第一节 化学反应的方向及平衡条件第二节 理想气体化学反应的标准平衡常数1.理想气体反应的标准平衡常数2.理想气体反应的等温方程3.有纯凝聚态物质参加的理想气体化学反应4.有关化学反应标准平衡常数之间的关系5.标准平衡常数的测定及平衡组成的计算6.其它平衡常数第三节 温度对标准平衡常数的影响第四节 其他因素对理想气体反应平衡移动的影响1.压力对理想气体反应平衡转化率的影响 2.惰性组分对平衡转化率的影响*3.反应物配比对平衡转化率的影响第五节

10、同时反应平衡组成的计算第六节 真实气体反应的化学平衡第七节 混合物和溶液中的化学平衡教学要求：1.明确化学平衡的热力学条件、化学反应等温方程式的意义及应用，明确rGm与rGm的区别和联系；2.明确标准平衡常数的意义，熟悉Kp、Kp、Kc和Kx之间的关系，会计算平衡组成；3.理解标准摩尔生成吉布斯自由能fGm的意义以及有关计算；4.了解平衡常数与温度、压力的关系以及惰性气体对平衡组成的影响，并掌握其计算方法。5.了解同时平衡的处理方法。第六章 相平衡第一节 引言第二节 多相系统平衡的一般条件第三节 相律第四节 单组分系统的相图1.水的相图*2.硫的相图第五节 二组分系统的相图及其应用1.理想的二

11、组分液态混合物2.非理想的二组分液态混合物3.部分互溶的双液系4.不互溶的双液系-蒸气蒸馏5.简单的低共熔二元相图6.形成化合物的系统7.完全互溶固溶体的相图8.固态部分互溶的二组分相图*9.区域熔炼第六节 三组分系统的相图及其应用1.等边三角形坐标表示法2.部分互溶的三液体系统3.二固体和一液体的水盐系统教学要求：1.明确相、组分数和自由度的概念，了解相律的推导过程，掌握其应用；2.能看懂相图，并能用相律来说明相图中点、线、面的意义及物系在不同情况下的相变过程；3.了解绘制相图的常用几种方法，能由热分析数据绘制步冷曲线进而绘出相图或由相图绘出步冷曲线；4.学会使用杠杆规则；5.熟悉三组分系统

12、相图组成的表示方法，掌握部分互溶的三液系统相图和二固一液的水盐系统相图；了解它们在实际中的应用。第七章 电化学第一节 电解质溶液的导电机理及法拉第定律1.电解池和原电池2.电解质溶液和法拉第定律第二节 离子的迁移数1.离子的电迁移与迁移数的定义2.离子迁移数的测定方法第三节 电导、电导率和摩尔电导率1.定义2.电导的测定3.摩尔电导率与浓度的关系4.离子独立运动定律与离子的摩尔电导率5.电导测定的应用第四节 电解质溶液的平均离子活度因子及德拜-休克尔极限公式1.平均离子活度和平均离子活度因子2.离子强度3.德拜-休克尔极限公式第五节 电池及其电动势的测定1.可逆电池2.电池电动势的测定第六节

13、原电池热力学第七节 电极电势和液体接界电势1.电极电势2.原电池电动势的计算3.液体接界电势及其消除第八节 电极的种类第九节 原电池的设计第十节 分解电压第十一节 极化作用1.电极的极化2.测定极化曲线的方法3.电解池与原电池极化的差别第十二节 电解时的电极反应教学要求：1.理解电解质溶液的导电机理，强调法拉弟电解定律中电解质的基本单元问题；2.明确离子的迁移数和电迁移率的概念，了解迁移数的测定方法；3.明确电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率等概念及其与电解质溶液浓度之间的关系，掌握离子独立运动定律及电导测定的一些应用；4.掌握电解质的活度、平均离子活度和平均离子活度因子的概念及其计算，

14、会使用德拜-休克尔极限公式；5.了解可逆电池的条件及研究意义，掌握可逆电极的几种类型，熟练地由电池反应设计电池；6.掌握Nernst方程和电动势与各热力学函数的关系，并能熟练地进行有关计算；7.了解电动势的产生机理；8.了解标准氢电极及几种参比电极的组成和用途，熟悉电极电势的符号惯例，熟练书写电极反应并计算电极电势和电池电动势；9.明确浓差电池的特性，了解液接电势的计算方法；10.了解电池电动势测定的原理和方法，掌握电动势测定的若干主要应用；11.明确分解电压的意义及确定理论分解电压的方法；12.了解极化作用的产生原因以及超电势在电解中的作用；13.了解电解时电极反应的一般规律。第八章 统计热

15、力学第一节 概论1.统计热力学的研究方法和任务2.统计系统的分类3.统计热力学的基本假定第二节 玻兹曼统计1.定位系统的最概然分布*2.、值推导*3.玻兹曼公式的其它形式4.玻兹曼公式的讨论-非定位系统的最概然分布*5.摘取最大项法及其原理第三节 配分函数1.配分函数的定义2.配分函数与热力学函数的关系 3.配分函数的分离第四节 各配分函数的求法和对热力学函数的贡献1.原子核配分函数2.电子配分函数3.平动配分函数4.单原子理想气体的热力学函数5.转动配分函数6.振动配分函数第五节 分子的全配分函数教学要求：1.理解统计热力学的一些基本概念；2.明确配分函数的定义及其与热力学函数间的关系；3.

16、了解平动、转动、振动对热力学函数的贡献，会一些简单的计算；4.能由各种配分函数求分子的全配分函数。第九章 化学动力学第一节 化学反应的反应速率及速率方程1.反应速率的定义2.基元反应与非基元反应3.基元反应的速率方程-质量作用定律4.化学反应速率方程的一般形式，反应级数第二节 速率方程的积分形式1.零级反应2.一级反应3.二级反应4.n级反应第三节 速率方程的确定1.微分法2.积分法3.半衰期法4.孤立法第四节 温度对反应速率的影响，活化能1.阿伦尼乌斯方程2.活化能3.活化能与反应热的关系第五节 典型复合反应1.对行反应2.平行反应3.连串反应第六节 复合反应速率的近似处理法1.选取控制步骤

17、法2.平衡态近似法3.稳态近似法4.非基元反应的表观活化能与基元反应活化能之间的关系第七节 气体反应的碰撞理论第八节 过渡态理论第九节 光化学反应1.光化学反应的初级过程、次级过程和猝灭2.光化学基本定律3.光化学反应的机理与速率方程4.温度对光化学反应速率的影响5.光化学平衡第十节 催化反应1.催化作用的通性2.单相催化反应3.多相催化反应教学要求：1.掌握反应速率表示方法，明确基元反应、反应级数、反应分子数等概念；2.掌握反应速率方程的表示方法以及零级、一级、二级反应动力学方程各种形式、特征及相关计算；熟悉确定反应级数和速率方程的方法；3.掌握对行反应、平行反应和连串反应的特点，能写出其中

18、较简单反应的反应速率和浓度关系的微分式、积分式；4.掌握阿伦尼乌斯方程和活化能的意义，了解活化能的计算方法；5.掌握温度、表观活化能Ea对反应速率的影响；6.会用稳态近似法和平衡态近似法导出速率方程，明确探索反应机理的一般方法；7.掌握碰撞理论和过渡状态理论的基本要点，弄清Ea、Eb、Ec及Ea与A的关系，能进行反应速率理论方面的一些简单计算；8.了解光化反应的基本规律以及光化反应动力学方程的推导，能进行量子产率的计算；9.熟悉催化作用的基本特征，了解催化反应的常见类型及特点。第十章 界面现象第一节 表面吉布斯函数和表面张力1.表面吉布斯函数和表面张力2.热力学公式3.表面张力及其影响因素第二

19、节 弯曲液面的附加压力及蒸气压1.弯曲液面的附加压力2.微小液滴的饱和蒸气压第三节 固体表面1.物理吸附与化学吸附2.等温吸附3.弗伦德利希等温式4.朗缪尔等温式5.BET公式*6.吸附热力学第四节 固-液界面1.接触角与杨氏方程2.润湿现象3.固体自溶液中的吸附第五节 溶液表面1.溶液表面的吸附现象2.表面过剩与吉布斯吸附等温式3.表面活性物质在吸附层的定向排列4.表面活性剂教学要求：1.明确表面吉布斯函数、表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系；2.理解弯曲液面的附加压力产生的原因及其与曲率半径的关系，能使用杨-拉普拉斯公式及开尔文公式，并会解释一些常见的表面现象；3.理解吉布斯吸附等温

20、式的表示形式和各项的物理意义，并能应用作简单计算；4.了解表面活性剂的结构特点和表面活性剂的分类；5.了解吸附等温线的主要类型，会简单应用朗缪尔等温式（非解离）及BET公式。第十一章 胶体化学第一节 胶体及其基本特性第二节 溶胶的制备和净化第三节 溶胶的光学性质1.丁铎尔效应2.瑞利公式第四节 溶胶的动力学性质1.布朗运动2.沉降和沉降平衡第五节 溶胶的电学性质1.电动现象2.双电层和电动电势第六节 溶胶的稳定与聚沉1.溶胶的稳定性2.影响聚沉作用的一些因素第七节 高分子溶液的渗透压与唐南平衡1.高分子溶液的特征2.高分子溶液的渗透平衡和唐南平衡教学要求：1.了解胶体分散系统的基本特征，了解溶

21、胶的制备和净化方法；2.了解布朗运动特点和布朗运动公式，能应用丁达尔现象和瑞利公式解释一些日常现象，能用双电层结构解释电动现象；3.明确胶团结构的组成部分及其表示方法，了解溶胶稳定性的诸影响因素，会判断电解质聚沉能力的大小；4.了解大分子溶液的性质和唐南平衡及其意义。学时分配章教学内容学时分配绪 论1课时一气体的pVT关系2课时二热力学第一定律12课时三热力学第二定律12课时四多组分系统热力学及其在溶液中的应用6课时五化学平衡6课时六相平衡9课时七电化学15课时八统计热力学8课时九化学动力学13课时十界面现象8课时十一胶体化学4课时合计 96课时教材及参考书目：1天津大学物理化学教研室.物理化学.第五版.北京:高等教育出版社,2009年2印永嘉,奚正楷,张树永,李大珍.简明物理化学教程.第四版.北京:高等教育出版社,2007年3傅献彩,沈文霞,姚天扬,侯文华.物理化学.第五版.北京:高等教育出版社,2006年4孙德坤,沈文霞,姚天扬,侯文华.物理化学学习指导.北京:高等教育出版社,2007年5桑希勤,马淑清.物理化学知识要点与习题解析.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006年6傅玉普.物理化学考研重点热点导引与综合能力训练.第五版.大连:大连理工大学出版社,2012年7朱传征,楮莹,许海涵.物理化学.第二版.北京:科学出版社,2008年