《物理化学》课程教学大纲

《物理化学》课程教学大纲（适用于化学专业）课程编码：B10071307X总学时：96总学分：6开课学期：第四学期、第五学期课程类型：专业必修课先修课程：无机化学、无机化学实验、有机化学、有机化学实验一、课程教学目的物理化学主要研究化学变化和相变化的平衡规律和变化速率规律，是化学专业的专业必修课，通过本门课程的学习，应掌握物理化学基本概念及计算方法，同时还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。这种训练和培养应贯穿在课堂教学的整个过程中，使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并结合具体条件用理论解决实际问题的方法。二、课程基本内容绪论（2学时）教学目标：1、物理化学的建立和发展2、掌握物理化学的研究方法3、掌握物理化学的学习方法4、了解物理化学的学习内容教学内容：1、物理化学的定义2、物理化学的发展史3、物理化学的研究方法4、物理化学的内容及其特点5、物理化学的学习方法教学重点：学习物理化学方法教学难点：物理化学发展史、方向第一章热力学第一定律（14学时）教学目标：1、理解系统与环境、状态、过程、状态函数与途径函数等基本概念，了解可逆过程的概念2、掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式3、理解功、热、热力学能、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念4、掌握热力学第一定律在纯PVT变化、相变化及化学变化中的应用，掌握计算各种过程的功、热、热力学能变、焓变的方法教学内容：1、基本概念及术语：系统、环境、性质、状态、状态函数、平衡态、过程、途径2、功、热、热力学能，热力学第一定律。恒容热、恒压热、焓3、可逆过程、恒温可逆过程与绝热可逆过程功的计算4、平均热容、真热容。定压摩尔热容、定容摩尔热容，Cp，m与Cv，m的关系5、焦耳实验，理想气体的热力学能与焓，理想气体的热容差，理想气体的恒温、恒压、恒容与绝热过程6、反应进度，标准态，标准摩尔反应焓，标准摩尔生成焓及标准摩尔燃烧焓.标准摩尔反应焓与温度的关系7、节流膨胀8、焓与温度的关系教学重点：热力学的基本概念，状态函数及特征，热力学第一定律及在简单过程，相变过程和化学变化过程的运用，化学反应热力学计算，可逆过程理解，P-V图运用，反应焓与温度的关系教学难点：状态函数、可逆过程等概念；△U、△H及Q、W的值计算。反应热效应的计算、基尔霍夫定律、等压绝热反应第二章热力学第二定律（14学时）教学目标：1、了解自发过程的共同特征2、了解第二定律的几种说法，明确热力学第二定律的意义3、从卡诺热机得出克劳修斯原理和熵函数的逻辑性，从而理解克劳修斯不等式的重要性与熵函数概念4、掌握亥姆霍兹自由能A，吉布斯自由能G的定义，熟记热力学基本关系式。明确热力学函数只是在各自特定条件下才能作为过程进行方向与限度的判据，并掌握熵判据和吉布斯自由能判据的使用条件5、掌握一些简单过程的△S、△G与△F值计算方法并正确理解△G与△A在特定条件下的物理意义。能较熟练地运用吉布斯——亥姆霍兹公式。运用范霍夫等温方程式判别化学变化的方向6、了解热力学第三定律的内容，明确规定熵、标准熵的概念及其计算、应用。了解熵的统计意义教学内容：1、自发过程的共同特征2、热力学第二定律的克劳修斯说法与开尔文说法3、卡诺定律4、熵。可逆过程热温商和熵变、热力学第二定律的数学表达式、能量退化。熵增原理、熵变的计算及熵判据的应用。熵的统计意义5、亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能。定义，等温等容和等温等压下过程方向与限度的判据、△F、△G的计算示例6、热力学基本关系式：基本关系式、对应系数关系式、麦克斯韦关系式7、吉布斯—亥姆霍兹公式8、热力学第三定律：第三定律、规定熵、标准熵教学重点：可逆过程热温商和熵变；熵增原理、熵变的计算及熵判据的应用；△F、△G的计算教学难点：热力学第二定律的克劳修斯说法与开尔文说法；熵变的计算及熵判据的应用；△F、△G的计算；热力学基本关系式第三章化学势（14学时）教学目标：1、掌握多组分体系组成的表示法2、掌握偏摩尔量与化学势的要领与意义，了解它们之间的区别3、掌握理想气体、非理想气体及其混合物的化学势4、掌握气体逸度的定义并了解逸度的几种求法，掌握状态方程式法求逸度的方法5、掌握稀溶液的经验定律与依数性。明确混合物与溶液的区别，掌握理想液态混合物、（理想）稀溶液中各组分的化学势公式6、掌握理想溶液的通性，了解分配定律7、掌握活度的概念，蒸气压法计算活度教学内容：1、多组分体系组成的表示法2、偏摩尔量。定义、偏摩尔量的集合公式、吉布斯—杜亥姆公式3、化学势。化学势的定义及其在相平衡体系中的应用，化学势与温度、压力的关系4、理想气体、非理想气体的化学势及气体的标准态和标准态选择5、混合理想气体、非理想气体的化学势的计算，气体逸度的定义与计算6、液态混合物组分的化学势：理想溶液中各组分的化学势、理想溶液的通性7、拉乌尔定律与享利定律、理想稀溶液中各组分的化学势及依数性、实际溶液中各组分的化学势及活度的概念、实际溶液中各组分的标准态和标准态的选择、活度的测定教学重点：理想气体、非理想气体的化学势；拉乌尔定律与享利定律；理想稀溶液中各组分的化学势教学难点：化学势，标准态和标准态选择第四章化学平衡（4学时）教学目标：1、掌握化学平衡的热力学条件及如何由平衡条件导出化学反应等温方程式，掌握化学反应等温方程式的意义及其应用2、掌握平衡常数和平衡组成的计算以及理想气体反应的经验平衡常数Kp、Kc、Kx之间的换算3、了解均相反应、多相反应△rG的意义及二者平衡常数表示式的不同。4、掌握各种因素（T、p、惰性组分）对平衡的影响5、理解物质的标准摩尔生成吉布斯自由能变化△fGm与化学反应的△rGm的意义及有关计算，了解实际气体反应平衡常数的计算方法教学内容：1、化学反应的方向和限度：平衡条件、化学反应等温方程式2、平衡常数及其应用：理想气体反应、实际气体反应、液相反应、复相反应的平衡常数及其各种表示式、平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算3、标准生成吉布斯自由能和液相反应的标准吉布斯自由能：标准态下反应的吉布斯自由能的变化值，标准生成吉布斯自由能4、平衡常数与温度的关系5、浓度、压力、惰性组分等因素对化学平衡的影响6、同时平衡、反应偶合、近似计算教学重点：化学反应等温方程式；平衡常数及其各种表示式；平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算，浓度、压力、惰性组分等因素对化学平衡的影响教学难点：平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算第五章多相平衡（14学时）教学目标：1、了解相、组分数和自由度的概念，理解相律的推导过程及相律在相图中的应用2、掌握单组分体系的相图能较熟练地运用克拉贝龙方程及克拉贝龙—克劳修斯方程3、了解相图绘制的常用几种方法，要求能根据热分析数据绘出步冷曲线进而绘出相图或由相图绘出步冷曲线4、掌握二组份、三组份体系的一些典型相图，并会应用相律来说明相图中点、线、区的意义及体系在不同过程中发生的相变化5、了解相图在实际生产中的一些应用教学内容：1、相律：相、组分数、自由度的概念、相律的推导2、单组份体系的相图：水的相图、二氧化碳的相图3、克拉贝龙方程式和克拉贝龙—克劳修斯方程式的推导与应用4、二组分液—液体系相图：完全互溶双液系(p-X图、T-X图、杠杆规则、蒸馏与精馏原理)、部分互溶双液系、不互溶双液系及水蒸汽蒸镏原理，杠杆规则5、二组分固—液体系相图：形成简单低共熔混合物的固—液体系(热分析法、溶解度法绘制相图)相图。形成稳定化合物和形成不稳定化合物的固—液体系相图。固态完全互溶、部分互溶的固液体系，区域熔炼原理6、三组分体系的相图：三组分体系的组成在等边三角形相图中的表示法，部分互溶的三液系、三组分盐水体系教学重点：相律；水的相图；二组分理想液态混合物的P-X图、T-X图、杠杆规则、蒸馏与精馏原理；二组分固—液体系相图教学难点：相图分析第七章电化学（12学时）教学目标：1、了解电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率、离子摩尔电导率的概念，学会测定电导的方法并了解其应用2、了解离子强度、离子活度、离子平均活度和平均活度系数的概念、了解德拜—休格尔理论与昂萨格理论要点，并学会使用德拜—休格尔极限公式3、理解可逆电池与不可逆电池的概念，掌握电池图式的表示方法，了解电动势产生机理4、掌握电池反应的△rGm、△rHm、△rSm和平衡常数的求算方法，掌握Nernst方程5、了解标准电极、参比电极、标准电极电位，掌握从电极电位计算电池电动势的方法，了解可逆电极的几种类型6、了解原电池的分类，了解浓差电池的特性，了解液体接界电位的近似计算方法7、掌握电池电动势的测定方法，学会电动势法测定难溶盐溶度积的方法，了解测定电池电动势求电解质平均活度系数的方法8、了解电极反应动力学和影响电极极化的因素，学会估计给定电解池在给定电压下的电极反应教学内容：1、电化学基本概念和法拉第定律2、电解质溶液的电导：电导、电导率、电解质的摩尔电导率、离子独立运动定律3、电导测定的一些应用：电导的测定、电离度与电离常数、难溶盐的溶解度和溶度积4、电解质的离子活度和离子平均活度及平均活度系数5、强电解质溶液理论：离子强度、德拜—休格尔离子互吸理论、翁萨格电导理论6、可逆电池的热力学：可逆电池定义和图式表示法、可逆电极的类型、可逆电池反应热力学7、电动势的测定：对消法测电动势、韦斯顿标准电池8、电动势产生的机理：电极与电解质溶液界面间电势差的形成、接触电势、电动势的产生9、电极电位与电池的电动势：标准氢电极和标准电极电位，电池电动势的计算10、浓差电池和液体接界电势的计算11、电动势测定的应用：电解质溶液平均活度系数的测定，求难溶盐的活度积，pH值的测定12、极化作用：极化现象与超电势、浓差极化、超电势的测定教学重点：电导、电导率、电解质的摩尔电导率；离子活度和离子平均活度；可逆电极的类型、可逆电池反应热力学计算；电动势测定的应用，极化现象与超电势教学难点：离子平均活度；可逆电极的类型、可逆电池反应热力学计算；可逆电池图式表示法第八章表面现象与分散系统（10学时）教学目标：1、掌握表面自由能、表面张力的概念，表面张力与温度的关系2、了解表面曲率半径与蒸汽压的关系3、了解液体铺展的概念，理解吉布斯吸附公式的推导过程及表面超量的意义，掌握有关计算4、了解什么是表面活性物质，它在表面上定向排列及降低体系表面能的情况。5、了解表面活性剂的大致分类及它的几种重要作用6、掌握Langmuir吸附理论和BET吸附理论的要点及对应的吸附等温式的应用7、了解吸附与催化反应的关系，以及气—固相催化反应的一般机理8、了解分散体系的基本特性。了解溶胶的动力学性质、光学性质与电性质。9、了解胶体粒子带电原因、胶团结构、双电层结构和电动电势的概念，了解胶体的稳定性与聚沉作用10、了解大分子溶液性质及分子量的测定方法教学内容：1、表面吉布斯自由能与表面张力：表面吉布斯自由能、表面张力、表面张力与温度的关系2、弯曲表面下的附加压力，杨—拉普拉斯公式、弯曲表面上的蒸汽压3、液体的铺展与润湿4、溶液表面层的吸附现象、吉布斯等温吸附方程式、分子在两相界面上的定向排列5、表面活性剂的定义、种类和结构，表面活性物质在吸附层的定向排列、表面活性剂的选择—HLB法、表面活性剂的一些重要作用(乳化、加溶、起泡作用)6、吸附等温线、Langmuir等温式、BET公式、化学吸附与物理吸附、吸附位能曲线、化学吸附热7、吸附与解吸速率方程式——吸附速率8、气——固表面催化反应：化学吸附与催化反应，气一固表面催化反应速率9、胶体的分类、基本特性、溶胶的制备和净化10、布朗运动、扩散和渗透压11、丁铎尔效应12、电泳和电渗现象、胶粒带电原因、胶团结构、双电层结构和电动电势13、胶体的稳定性、影响聚沉作用的一些因素、电解质聚沉能力的规律教学重点：表面吉布斯自由能、表面张力；弯曲表面下的附加压力；Langmuir吸附等温式；胶体的电学性质、胶团结构教学难点：表面张力；双电层结构和电动电势第九章化学动力学基础（8学时）教学目标