《物理化学》教学大纲48学时_物理化学48学时

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《物理化学》教学大纲

总学时：

一、课程的性质

物理化学主要研究化学变化和相变化的平衡规律和变化的速率规律，是环境、轻工、食品、生物、材料等专业的一门必修基础课，它包括理论教学及实验教学。实验教学单独开课。先修课程：高等数学、物理等。48 理论课学时：48

实验课学时：0

二、课程的目的与教学基本要求

通过本门课程的学习，学生应比较牢固地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程教学的整个过程中，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，并结合具体条件应用理论解决实际问题的方法。

物理化学的理论研究方法有热力学方法、动力学方法、统计力学方法和量子力学方法。从研究内容来说包括宏观上的、微观上的、以及亚微观上的，对工科学生来说，热力学方法及宏观上内容是主要的、基本的，后两种方法及内容的重要性正在日益增加。理论教学时数少的专业，只要求学生较好地掌握热力学方法及宏观内容。对工科专业，统计热力学初步、量子力学方法一般不作要求或另设课程。

下面按化学热力学，化学动力学，电化学，界面现象和胶体化学五个部分列出基本要求。基本要求按深入的程度分“了解”、“理解”(或“明了”)和“掌握”(或“会用”)三个层次。(I)化学热力学

一、热力学基础

理解下列热力学基本概念:平衡状态，状态函数，可逆过程。

理解热力学第一、第二、第三定律的叙述及数学表达式。明了内能、焓、熵、霍姆兹函数和吉布斯函数等热力学函数以及标准燃烧焓, 标准生成焓，标准摩尔熵和标准生成吉布斯函数等概念。掌握在物质的PVT变化、相变化和化学变化过程中计算热、功和各种状态函数变值的原理和方法。在将热力学一般关系式应用于特定系统时，会应用状态方程(主要是理想气体状态方程)和物性数据(热容、相变热、蒸气压等)。

掌握熵增原理和各种平衡判据。明了热力学公式的适用条件。理解热力学基本方程。

二、溶液和相平衡

理解偏摩尔量和化学势的概念。

能应用克拉佩龙和克拉佩龙—克劳修斯方程进行有关的计算。

掌握拉乌尔定律和亨利定律以及它们的应用。理解理想系统(理想液体及理想稀溶液)中各组分化学势的表达式。

理解活度的概念。

理解相律的推导和意义。

掌握单组分系统和二组分系统典型相图的特点和应用。

三、化学平衡

明了标准平衡常数的定义。了解等温方程的推导。掌握用等温方程来判断化学反应的方向和限度。

会用热力学数据计算平衡常数。了解等压方程的推导。理解温度对标准平衡常数的影响。会用等压方程计算不同温度下的标准平衡常数。

了解压力和惰性气体对化学反应平衡组成的影响。

四、相平衡

(1)理解相律的推导和定义。了解杠杆规则。(2)掌握单组分系统相图的特点和应用。

(3)掌握二组分系统气—液平衡相图的特点(包括温度—组成图，压力—组成图)。(4)了解二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气—液平衡相图。

(5)掌握二组分系统固—液平衡相图(包括生成稳定，不稳定化合物及固态部分互溶相图)相图部分要求会填写相图中各区域存在的物质;能用相律分析相图和计算自由度数;能从实验数据绘制相图。

五、电化学

了解电解质溶液的导电机理和法拉第定律。

理解表征电解质溶液导电能力的物理量(电导率、摩尔电导率)。理解电解质活度和离子平均活度系数的概念。

掌握原电池电动势与热力学函数的关系。掌握能斯特方程及其计算。了解各种类型电极的特征和电动势测定的主要应用。

六、界面现象

理解表面张力和表面吉布斯函数的概念。了解表面相的吉布斯模型。理解曲面的附加压力概念和拉普拉斯公式。

理解开尔文公式及其对介稳状态的解释。

了解铺展和铺展系数。了解润湿与接触角的关系和杨氏方程。

了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用。理解吉布斯吸附等温式及其计算。

了解物理吸附与化学吸附的含义和区别。掌握兰缪尔单分子层吸附模型和吸附等温式。

七、化学动力学

明了化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念。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。理解基元反应及反应分子数的概念。

掌握阿仑尼乌斯方程及其应用。明了活化能及指前因子的物理意义。

八、胶体化学

了解胶体系统的制备、胶体系统的光学性质（丁铎尔效应）、胶体系统的动力性质

掌握溶胶系统的电学性质

三、课程适用专业

生物工程、生物技术、生物制药、环境工程、环境科学、给排水工程、食品科学、食品技术、轻化工程、造纸工程、材料科学工程（无机）

四、课程的教学内容、要求与学时分配 1．理论教学部分：

学时安排

根据工科《物理化学》教学基本要求而制定，具体学时分配如下： 一.绪论与气体性质(2学时)(1)了解物理化学的研究对象、方法和学习目的(2)掌握理想气体状态方程和混合气体的性质（分压和道尔顿定律、分容和阿马格定律）。二.热力学第一定律(8学时)(1)热力学基本概念和术语

理解下列热力学基本概念：平衡状态，状态函数，可逆过程，热力学标准态(2)热力学第一定律

理解热力学第一定律的叙述及数学表达式。掌握内能、功、热的计算(3)热函(焓)

明了热力学焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓、标准摩尔反应焓等概念及掌握其计算方法

(4)掌握标准摩尔反应焓与温度关系。

(5)掌握理想气体绝热可逆过程的PVT关系及理解其功的计算。(6)了解节流膨胀。三.热力学第二定律(8学时)(1)了解卡诺循环。

(2)热力学第二定律: 理解热力学第二定律的叙述及数学表达式，掌握熵增原理

(3)熵: 掌握理想气体PVT变化、相变化和化学变化过程中系统熵变的计算方法和环境熵变的计算方法，以及掌握用总熵变判断过程的方法

(4)了解热力学第三定律。

(5)亥姆霍兹和吉布斯函数: 明了Helmholtz函数和Gibbs函数以及标准生成Gibbs函数等概念并掌握其计算方法和各种平衡依据。明了热力学公式的适用条件.(6)理解热力学基本方程，了解Maxwell关系。

(7)热力学第二定律应用—Clapeyron(克拉佩龙)方程。能应用Clapeyron方程和Clapeyron-Clausius方程进行有关的计算。

四.多组分系统热力学(4学时)(1)掌握Raoult定律和Henry定律以及它们的应用。

(2)理解偏摩尔量和化学势的概念。理解理想系统(理想溶体及理想稀溶体)中各组分化学势的表达式。

(3)了解稀溶液的依数性。

(4)了解活度的概念。

五.化学平衡(4学时)(1)等温方程及标准平衡常数。

明了标准平衡常数的定义。会用热力学数据计算标准平衡常数。了解等温方程的推导。掌握用等温方程判断化学反应的方向和限度的方法。

(2)理解平衡常数的测定，掌握平衡组成的计算。

(3)温度对标准平衡常数的影响。

了解等压方程的推导。理解温度对标准平衡常数的影响。会用等压方程计算不同温度下的标准平衡常数。

(4)影响理想气体反应平衡的其它因素。了解压力和惰性气体对化学平衡组成的影响 六.相平衡(6学时)

(1)理解相律的推导和定义。了解杠杆规则。(2)掌握单组分系统相图的特点和应用。(3)掌握二组分系统气—液平衡相图的特点(包括温度—组成图，压力—组成图)。

(4)了解二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气—液平衡相图。

(5)掌握二组分系统固—液平衡相图(包括生成稳定，不稳定化合物及固态部分互溶相图)相图部分要求会填写相图中各区域存在的物质;能用相律分析相图和计算自由度数;能从实验数据绘制相图。

七.电化学(6学时)(1)了解电解质溶液的导电机理和法拉第定律。

(2)理解表征电解质溶液导电能力的物理量(电导率, 摩尔电导率)。(3)了解离子独立运动定律。(4)理解电导测定的应用。

(5)理解电解质活度和离子平均活度系数的概念。(6)理解可逆电池和极化现象

(7)掌握原电池电动势与热力学函数的关系。(8)掌握Nernst方程及其计算。(9)了解各种类型电极的特征。(10)掌握电动势测定的主要应用。(11)了解把一般的电池反应设计成电池。八.表面现象(4学时)

(1)理解表面张力和表面Gibbs函数的概念。

(2)了解铺展和铺展系数。了解润湿、接触角和Young方程。(3)理解弯曲界面的附加压力概念和Laplace方程。

(4)定性了解Kelvin公式及其应用。解释亚稳状态和新相生成现象

(5)了解物理吸附与化学吸附的含义和区别。掌握Langmuir吸附、单分子层吸附模型和吸附等温式。

(6)了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用。理解Gibbs吸附等温式。九.化学动力学及其应用(4学时)(1)明了化学反应速率定义及测定方法。

(2)明了反应速率常数及反应级数的概念。理解基元反应及反应分子数的概念。(3)掌握零级、一级和二级反应的速率方程的积分式及其应用。(4)掌握通过实验建立速率方程的方法。

(5)掌握Arrhennius方程及其应用。明了活化能及指前因子的定义和物理意义。十.胶体化学(2学时)(1)了解胶体系统的制备.(2)了解胶体系统的光学性质（丁铎尔效应）。(3)了解胶体系统的动力性质(4)掌握溶胶系统的电学性质

作业要求：有较多的作业并且难度较大

2．实验教学部分

单独设课，根据要求不同开设不同的实验

五、教材和主要参考资料 教材：《物理化学（第四版）》，天津大学物化教研室编写，高等教育出版社 参考书：《物理化学（第五版）》，南京大学物化教研室编写，高等教育出版社

六、课程考核方式

闭卷考试