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1、物理化学C课程教学大纲课程代码： 0425A023课程名称：物理化学C/ Physical Chemistry C开课学期： 3、1学分 / 学时：5/80（理论：59，实验：12，研讨：4 ，习题：5 ）课程类别：必修课/学科专业基础课适用专业 / 开课对象：生物工程类（中德联合培养）/二年级本科生、化学工程与工艺/一年级专升本学生先修课程 / 后修课程：高等数学，大学物理，无机及分析化学，有机化学/化工原理，化工热力学开课单位：生物与化学工程学院/轻工学院团队负责人：张立庆审核人：姜华昌执 笔 人：姜华昌审批人：王永江一、课程简介物理化学研究化学变化、相变化及其有关的物理变化的基本原理，主
2、要是平衡的规律和变化速率的规律。物理化学课程是生物工程专业大二、化学工程与工艺专升本大一等专业的一门必修的专业基础课，它是培养上述专业工程技术人才的整体知识结构及能力结构的重要组成部分，同时也是后继专业课程的基础。1、通过本课程的学习，使学生比较熟悉物理化学的理论研究规律，牢固地掌握物理化学基础理论知识，明确物理化学的重要概念及基本原理，同时掌握物理化学的基本计算方法。2、通过本课程的学习，学生应进一步得到一般科学方法的训练，增强分析和解决物理化学问题的能力。科学方法的训练应贯彻在本课程教学的整个过程中，特别是要通过热力学和动力学学习，使学生进一步掌握从实验结果出发进行归纳和演绎的一般方法，熟
3、悉由假设和模型上升为理论的方法，并具备根据具体条件应用理论解决实际问题的一般科学方法。本课程重点支持以下毕业要求指标点：1.4具备物理化学、物理、化工原理、生物工程专业基础知识，并能用于解决生物工程、化学工程领域工程问题。体现在掌握化学热力学的基本知识，并能运用化学热力学知识对生物工程中所涉及的化学反应进行热力学分析与计算；掌握化学动力学的基本知识与基本原理，并能运用化学动力学知识解决生物工程、化工过程中出现的反应速率与反应机理等问题。通过化学平衡分析、相平衡分析、电化学分析、界面现象分析、化学动力学分析、胶体化学分析来解决生物工程领域的复杂工程问题。2.2具有应用物理和化学等基本原理对生物工
4、程、化学工程领域内复杂工程问题进行分析的能力。体现在掌握热力学第一定律与热力学第二定律，能判断化学反应进行的方向；掌握化学平衡的基本原理，并能用于计算反应进行的程度；掌握化学动力学的基本理论与原理，并能对化学反应的速率进行计算与分析，具有对生物工程、化学工程领域内复杂工程问题进行分析的能力。2.3 具有应用生物工程、应用化学工程科学的基本原理，并通过文献研究对生物工程领域内复杂工程问题进行识别、分析、表达，以获得有效结论的能力。体现在掌握热力学第一定律与热力学第二定律，能判断化学反应进行的方向；掌握化学平衡的基本原理，并能用于计算反应进行的程度；掌握化学动力学的基本理论与原理，并能对化学反应的
5、速率进行计算与分析，具有对生物工程、化工领域内复杂工程问题进行分析的能力。3.1 针对生物工程、化工或生物、化工项目等工程问题，具备设计满足特定需求的生产系统、操作单元或工艺流程的能力。体现在掌握相平衡的基本知识与基本原理，掌握相律并能对相图进行分析，为设计生物工程、化工过程中的分离与提纯操作单元打下理论基础。4.1 具备基于生物工程、化工科学原理对生物工程、化工领域工程问题进行实验设计的能力。体现在掌握化学热力学的知识进行有关生物、化工实验路线的设计；体现在掌握化学反应速度的基本理论，具备将这些知识用于对生物工程、化工领域复杂工程问题进行实验设计的能力。具有运用这些知识用于科学设计实验的能力
6、。4.3 掌握生物工程、化工基础实验的基本原理和方法，能对实验数据进行采集、处理和分析。体现在掌握化学热力学、化学平衡、相平衡、电化学、界面现象、化学动力学的基本理论与原理，结合物理化学实验，具有对化学实验结果采集和整理的能力。12.1 有积极向上的价值观，具备不断拓展知识面和终身学习、适应发展的能力。体现在了解物理化学的发展过程，掌握系统学习法与结构学习法，认真进行预习与复习，认真进行课外学习，从而培养自主学习和终身学习的意识。12.2 掌握良好的学习方法，具有一定的探索知识能力。体现在掌握物理化学的学习方法，掌握逻辑结构学习法，能主动进行课外自学，采用以 “问题”为核心的教学方法，使学生掌
7、握良好的学习方法，并有一定的探索知识能力。本课程重点支持以下毕业要求指标点：二、教学内容、基本要求及学时分配绪论（2学时）理解下列热力学基本概念：物理化学基本概念及其研究方法；气体基本知识，气体饱和蒸气压及临界现象；物理量计算的基本规则。1热力学第一定律（10学时）通过本章的学习，要求学生理解下列热力学基本概念：平衡状态，状态函数，可逆过程等概念，掌握热力学第一定律的叙述及数学表达式。理解热力学能、焓、化学计量数、反应进度、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、热容、相变焓的定义并会应用。掌握在物质的p、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和热力学能、焓变化值的原理和方法。将热力学一般关系式
8、应用于特定系统时，会应用状态方程（主要是理想气体状态方程）及热力学数据（热容、相变焓等）。主要内容：1.1 热力学的研究对象1.2 几个基本概念1.3 能量守恒-热力学第一定律1.4 体积功1.5 定容及定压下的热1.6 理想气体的热力学能和焓1.7 热容1.8 理想气体的绝热过程1.9 实际气体的节流膨胀1.10化学反应的热效应1.11 生成焓及燃烧焓1.12 反应焓与温度的关系-基尔霍夫方程重点：1）下列热力学基本概念：平衡状态，状态函数，可逆过程2）热力学第一定律的叙述及数学表达式3）热力学能、焓、标准摩尔生成焓、相变焓的定义及应用。4）掌握在物质的p、V、T变化，相变化及化学变化过程中
9、计算热、功和热力学能、焓变化值的方法。难点：1）热力学能、焓、标准生成焓、相变焓的定义及其应用2）在物质的p、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和热力学能、焓变化值的方法。重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、4.1、4.3。2热力学第二定律（10学时）通过本章的学习，要求学生掌握热力学第二、第三定律的叙述及数学表达式。理解熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布斯函数、饱和蒸汽压的定义并会应用。掌握在物质的p、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数变化值的原理和方法，理解并会用热力学基本方程，了解麦克斯韦关系式的推导，掌握热力学公式的适用条件，
10、掌握克拉贝龙方程，理解熵增原理及平衡判据的一般准则。主要内容：2.1 自发过程的共同特征2.2 热力学第二定律的经典表述2.3 卡诺循环与卡诺定理2.4 熵的概念2.5 熵变的计算及其应用2.6 熵的物理意义及规定熵的计算2.7亥姆霍兹函数和吉布斯函数2.8热力学函数的一些重要关系式2.9G的计算重点：1）热力学第二定律的叙述及数学表达式2）熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布斯函数的定义并会应用。3）在物质的p、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数变化值的原理和方法4）明确热力学公式的适用条件，掌握熵增原理及平衡判据的一般准则。难点：1）熵、吉布斯
11、函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布斯函数的定义并会应用2）在物质的p、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算各种状态函数变化值的原理和方法重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、4.1、4.3。3化学势（6学时）通过本章的学习，要求学生理解偏摩尔量及化学势的概念，理解拉乌尔定律及亨利定律并会应用。理解理想液态混合物、理想稀溶液，了解活度和活度因子、逸度和逸度因子的概念。了解理想液态混合物及理想稀溶液中各组分化学势的表达式。掌握稀溶液的依数性，能够应用稀溶液依数性公式进行有关计算。主要内容：3.1 偏摩尔量3.2 化学势3.3 气体物质的化学势3.4 理想液态混合物中物质的化学势3.5 理想
12、稀溶液中物质的化学势3.6 不挥发性溶质理想溶液的依数性3.7 非理想多组份系统中物质的化学势重点：1）偏摩尔量及化学势的概念2）拉乌尔定律及亨利定律并会应用3）理想系统（理想液态混合物及理想稀溶液）中各组分化学势的表达式4）稀溶液的依数性难点：1）偏摩尔量及化学势的概念2）活度与逸度的有关计算重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、4.1、4.3。4化学平衡（6学时）通过本章的学习，要求学生掌握标准常数的定义。掌握标准平衡常数和温度的关系，理解化学反应等温方程的推导并会应用。能利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成。能判断一定条件下化学反应可能进行的方向。会分析温度、压力、组成等因素对平衡的影响
13、。主要内容：4.1 化学反应的方向和限度4.2 反应的标准吉布斯函数变化4.3 平衡常数的各种表示法4.4 平衡常数的实验测定4.5 温度对平衡常数的影响4.6 其他因素对化学平衡的影响重点：1）标准常数的定义2）化学反应等温方程3）利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成4）判断一定条件下化学反应可能进行的方向5）温度、压力等因素对平衡的影响难点：1）利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成2）同时平衡及其有关计算重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、4.1、4.3。5相平衡（7学时）通过本章的学习，要求学生理解克拉佩龙方程和克拉佩龙一克劳修斯方程，能应用这些方程进行有关的计算；理解相律的意义并会应
14、用，了解相律的推导，掌握单组分系统及二组分系统典型相图的特点和运用，能用杠杆规则进行分析与计算，了解由实验数据绘制相图的方法。主要内容：5.1 相律5.2 克拉佩龙一克劳修斯方程5.3 水的相图5.4 完全互溶的双液系统5.5 部分互溶的双液系统5.6 完全不互溶的双液系统5.7 简单低共熔混合物的固-液系统重点：1）相律的意义并会应用2）单组分系统及二组分系统典型相图的特点和运用。3）运用杠杆规则进行分析与计算的方法4）由实验数据绘制相图的方法难点：1）相律的意义及其应用2）二组分系统典型相图的特点和运用重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、3.1、4.1、4.3。7电化学（11学时）通过本
15、章的学习，要求学生理解表征电解质溶液导电性质的物理量（电导率、摩尔电导率、离子迁移数），理解离子平均活度及平均活度因子的定义，理解离子强度的定义，理解离子氛的概念及德拜一许克尔极限公式，理解可逆电池的概念，掌握能斯特方程，掌握电池电动势的计算及其应用，理解极化作用和超电势的概念。主要内容：7.1 离子的迁移7.2 电解质溶液的电导7.3 电导测定的应用示例7.4 强电解质的活度和活度系数7.5强电解质溶液理论简介7.6可逆电池7.7 可逆电池热力学7.8电极电势7.9由电极电势计算电池电动势7.10 电极电势及电池电动势的应用7.11 电极的极化重点：1）表征电解质溶液导电性质的物理量2）能斯
16、特方程及其有关计算3）电池电动势的计算及其应用难点：1）离子平均活度及平均活度因子的定义2）原电池的设计重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、4.1、4.3。8界面现象和分散系统（8学时）通过本章的学习，要求学生理解表面张力及表面吉布斯函数的概念及其与接触角、润湿、铺展的联系，理解拉普拉斯公式及开尔文公式并会应用。理解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用，了解吉布斯吸附公式的含义，理解物理吸附与化学吸附的含义和区别，理解兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式，了解BET多分子层吸附理论和吸附等温式。理解分散系统的分类及胶体的定义。理解溶胶的性质，理解溶胶的稳定和破坏的原因。主要内容：8.1 表面吉
17、布斯函数与表面张力8.2 纯液体的表面现象8.3 气体在固体表面上的吸附8.4 溶液的表面吸附8.5 表面活性剂及其作用8.6 分散系统的分类8.7 溶胶的光学性质及力学性质8.8 溶胶的电性质8.9 溶胶的稳定与聚沉8.10 溶胶的制备与净化重点：1）表面张力及表面吉布斯函数的概念及其与接触角、润湿、铺展的联系2）溶液界面的吸附3）兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式4）胶体系统的光学性质与动力性质5）溶胶系统的电学性质难点：1）弯曲液面对热力学性质的影响和拉普拉斯公式及开尔文公式的应用2）溶胶系统的电学性质重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、4.1、4.3。9化学动力学（8学时）通过本章
18、的学习，要求学生掌握化学反应速率、反应速率系统、反应级数、基元反应、反应分子数的概念。掌握通过实验建立速率方程的方法，掌握一级和二级反应的速率方程及其应用，理解典型复杂反应的特征。了解处理对行反应、平行反应和连串反应的动力学处理方法，掌握稳态近似法、平衡近似法及控制步骤的概念。主要内容：9.1 引言9.2 反应速率和速率方程9.3 简单级数反应的动力学规律9.4 反应级数的测定9.5 温度对反应速率的影响9.6 典型复合反应动力学9.7 基元反应近似处理方法重点：1）化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念2）一级和二级反应的速率方程及其应用3）复杂反应的特征，了解处理对行反应、平行反应和连
19、串反应的动力学方法。难点：1）通过实验建立速率方程的方法2）复杂反应的特征及其有关计算重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、4.1、4.3。三、教学方法本课程是生物工程、化工专升本专业的核心课程。课程的基本理论部分采用进行系统讲授。讲课的内容要注意内容的系统性和逻辑的严密性。讲课时要求做到概念准确，重点突出，板书清楚，层次清晰，条理分明，并能承前启后，适当介绍实际应用的科研与工程实例。本课程的教学形式采用CAI课件与黑板讲授相结合的教学方式，合理运用问题教学或项目教学的教学方法。每次课都确定一个或几个需要解决的问题，然后围绕“问题”展开教学。每一章都进行复习与总结。课内研讨内容由教师结合教学内
20、容糅合在教学过程中进行（可以分散在教学过程中进行）。具体研讨式教学的主题：1实验数据处理在科研中的应用；2运用逻辑结构学习法进行化学热力学归纳与讨论；3利用项目实验数据计算热力学函数，判断过程的方向；4稀溶液依数性的应用实例讨论（凝固点下降法测定溶质的摩尔质量）；5采用项目实验数据进行有关化学平衡的计算与讨论；6相平衡理论的应用实例讨论（化工产品的分离与提纯）；7原电池设计的分析与总结；8催化剂的比表面计算与测定；9胶体聚沉理论的分析与应用实例讨论；10利用有关实验数据计算化学反应速率，建立动力学方程；重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、3.1、4.1、4.3、12.1、12.2。四、课内外
21、教学环节教学安排及基本要求课内外理论教学环节及学时分配表见表4-1，课内实验环节教学安排及要求见表4-2。表4-1 课内外教学环节及学时分配表序号课程内容课内学时课外学时理论学时实验学时实践学时上机学时习题学时研讨学时合计1绪论与气体的pVT行为200222热力学第一定律8.540010.514143热力学第二定律8.50010.510104化学势54000.50.510105化学平衡5000.50.5666相平衡6000.50.5777电化学10000.50.511118表面现象4000.50.5559胶体化学3003310化学动力学74000.50.51212合计591200548080表
22、4-2 课内实践环节教学安排及要求序号教学内容教学基本要求重点支持毕业要求指标点实验类别课内学时课外学时备注1恒温槽的装配与性能测试及液体粘度的测定装配恒温槽及恒温操作，绘制灵敏度曲线、测量液体粘度1.2、2.2、4.2、9.1验证48必做2凝固点降低法测定摩尔分子量理解稀溶液的依数性；凝固点降低法测定萘的摩尔质量的原理及凝固点的测量。1.2、2.2、9.1验证48必做3乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定电导率的测量原理；动力学一级反应速率方程式的含义及乙酸乙酯的皂化反应速率常数与电导率、温度的关系；测定乙酸乙酯皂化反应进程中的电导率的变化，求其反应速率常数和测定不同温度乙酸乙酯的皂化反应速率常数
23、求其反应活化能；电导率仪的使用和乙酸乙酯皂化反应及电导率的测定操作1.2、2.2、4.2、9.1验证48必做小计1224五、课外学习要求理论课课外学习要求：本课程教学内容中学生课外自主学习的内容及要求：课外学习包括作业、课外阅读和网络课程学习。本课程要求学生的课外自主学习时间与理论讲课学时的比例为1:1。每次课后要求学生根据授课的教学内容进行复习与总结，并进行预习；要求学生阅读教学参考书中的相关章节；针对教师布置的问题进行探究性学习，完成教师布置的课后作业。作业包括二种形式，第一种形式的作业是教师根据讲课内容和课程重点难点布置的习题，第二种形式是进行网上在线测试。学生在课后应该根据作业内容，阅
24、读教学参考书。要求每1次课（2学时）的课内教学，学生课外进行网络课程学习或阅读教学参考书的相关章节1学时，完成作业1学时。1本课程已建立物理化学课程网站与物理化学网络教学平台，学生可以在课外进行自主学习。2本课程有全程物理化学课堂教学视频可供学生在课外学习。3. 本课程有物理化学微课教学视频可供学生在课外学习。4本课程为学生提供一套物理化学测验题集，学生可以在课外练习。重点支持毕业要求指标点12.1、12.2。课内实验课外学习要求：本课程教学内容中学生课外自主学习的内容及要求：课外学习包括预习报告、资料查阅、观看实验视频、实验思考题和实验数据处理。学生针对每次实验的内容进行预习，对于验证性实验
25、要求认真预习与该实验相关的理论知识，了解实验原理和实验方法，了解实验相关仪器设备的构造和工作原理，清楚实验涉及到的物理量的物理意义和计算方法；查阅相关资料或手册，获得实验的相关参数及经验值，写好预习报告，画出实验装置图和原理图；完成实验思考题34题；观看实验视频，能做到对本实验的内容和基本操作思路清晰。对于综合设计性实验，预习阶段除了完成上述任务外，还要根据所掌握的知识和题目要求，设计实验方案，教师进行辅导答疑1学时。每次课后学生要完成相关的数据处理，得出实验结果，并对结果与经验值进行对比、分析，总结实验的得与失，完善实验报告。对于综合设计性实验，还要讨论方案的合理性。根据上述课前和课后的任务
26、，每位学生要求课外学习时间课内：课外=1:2.重点支持毕业要求指标点1.2、2.2、3.1、4.1、4.2、9.1、12.1、12.2。六、考核内容及方式计分制：百分制（）；五级分制（）；两级分制（）考核方式：考试（）；考查（）本课程成绩由平时成绩、课内实验成绩以及理论考试期末考试成绩组合而成，采用百分计分制。各部分所占比例如下：平时成绩占10%，平时成绩构成：作业（25）；考勤（25）；网上学习与测验（50），主要考查各章知识点的理解程度，学习态度，自主学习能力，利用现代工具获取所需信息和综合整理能力，课堂讨论时的沟通和表达能力。重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、3.1、4.1、4.3、
27、12.1、12.2。课内实验成绩占20%，共三个课内实验，各占1/3。主要考查对相关理论知识点的理解程度，实验动手能力，利用现代工具获取所需信息和综合整理能力，以及实验报告的撰写能力。重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、3.1、4.1、4.3、12.1、12.2。理论考试期末成绩占70%，采用考试的考核方式，考试采用闭卷形式。题型为选择题、填空题、是非题、计算题、问答题、证明题、推导题等。重点支持毕业要求指标点1.4、2.3、3.1、4.1、4.3。七、持续改进本课程根据学生作业、课堂讨论、在线测试等情况和学生、教学督导等反馈，及时对教学中不足之处进行改进，并在下一轮课程教学中改进提高，确保
28、相应毕业要求指标点达成。八、教材及参考资料建议教材：1 印永嘉物理化学简明教程M北京：高等教育出版社，20072 傅献彩物理化学M. 北京：高等教育出版社，20053 张立庆，李菊清、姜华昌等编，物理化学实验，浙江大学出版社，2014.8第1版参考资料：1 胡英物理化学M北京：高等教育出版社，20142 天津大学物理化学（第五版）M北京：高等教育出版社，20093 沈文霞物理化学核心教程M北京：科学出版社，20054 孙仁义物理化学M北京：化学工业出版社，20145 吕德义物理化学M北京：化学工业出版社，20146 边文思物理化学同步辅导及习题全解M北京：中国水利水电出版社，20107 罗澄源、向明礼等编，物理化学实验，高等教育出版社，2004.11第四版8 刘廷、王岩主编，物理化学实验，中国纺织出版社，2006.5版9 武汉大学化学与分子科学学院实验中心编，物理化学实验，武汉大学出版社，2004.8版