《物理化学》教学大纲_物理化学课程教学大纲

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《物理化学》教学大纲

（平台课）

课程名称

物理化学（上、下）

课程编号92009015、92009016

课程学时

课程学分

开设年级

二年级

教 研 室

化学

负 责 人

李宗孝

《物理化学》教学大纲

目 录

第一部分：说明--------1 第二部分：教学内容及学时安排-------------------------1 第三部分：附录-------13

《物理化学》教学大纲

化学专业 第一部分 说明

一、物理化学的目的和任务

物理化学是化学专业的一门基础理论课程，它是研究化学体系行为最一般的宏观和微观的规律，是化学各学科间、化学与相邻学科间相互交叉和渗透的理论基础。

本课程的任务是介绍化学热力学，化学动力学，电化学和胶体化学的基本原理和方法。通过课堂讲授、讨论、习题课以及计算机辅助教学相结合的教学方法，达到学习本课程的目的。为培养出类拔萃的化学工作者，使其在未来的科研、教学工作中能开展创造性的工作，打下坚实的基础。

二、物理化学的基本要求

通过本课程的学习，要求学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法，并能用以分析和解决一些实际的化学问题。

1、对本门课程中主要的基本概念和基本原理能掌握其来源含义和运用范围。

2、注重物理化学的公式推导和应用，同时注意所引进的条件和实际情况。

3、物理化学习题的计算，必须方法正确、步骤简明、结果准确。

4、了解物理化学的发展及前沿动态。

三、学时分配

本课程教学总时数为102学时，其中讲授总时数为94学时，习题课8学时，教师在使用大纲时讲授次序及课时分配可灵活掌握，102学时以外作为加深加宽内容以号（*）标志。

第二部分

物理化学的基本内容

绪论

[教学目标]

1、了解物理化学的内容、任务、研究方法及在国民经济中的作用；

2、学习物理化学的方法及要求。

[教学重难点] 物理化学的内容、任务；学习物理化学的方法。[教学时数] 1学时 [教学内容]

1、物理化学的研究对象及内容；

2、物理化学的研究方法；

3、物理化学的形成及发展前景；

4、学好物理化学的方法。

第一章 气 体

[教学目标]

1、掌握理想气体状态方程、熟悉真实气体的行为及范德华方程；

2、了解气体的液化及临界参数。

3、理解对应状态原理，会使用压缩因子图 [教学重难点] 理想气体状态方程及其应用、范德华方程，实际气体的性质及其计算。[教学时数] 4学时 [教学内容] 1.1 理想气体状态方程：理想气体状态方程、理想气体模型、摩尔气体常数。1.2 理想气体混合物：混合物的组成、理想气体状态方程对理想气体混合物的应用、道尔顿定律、阿马加定律。

1.3 气体的液化及临界参数：液体的饱和蒸气压、临界常数、真实气体的P-Vm图及气体的液化、1.4 真实气体状态方程和范德华方程1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图：压缩因子、对应状态原理、化压缩因子图。

第二章 热力学第一定律及其应用

[教学目标]

1、明确热力学的一些基本概念。

2、较熟练的应用热力学第一定律计算理想气体各种过程的△U、△H、Q、W；

3、较熟练的应用生成焓、燃烧热来计算反应热。掌握赫斯定律和基尔霍夫定律的应用；

4、了解热力学第一定律的微观说明。[教学重难点]

1、可逆过程的概念，状态函数的特性；

2、热力学第一定律的应用；

3、焦耳-汤姆逊效应；

4、反应热的计算；

5、基尔霍夫定律的应用。[教学时数] 10学时 [教学内容] 2.1热力学概论

热力学的内容、研究方法和局限性；体系与环境；平衡状态与状态函数；过程与途径；功与热。2.2 热力学第一定律 2.3 准静态过程与可逆过程 2.4 焓和热容

2.5 热力学第一定律对理想气体的应用 2.6 实际气体

焦耳-汤姆逊效应；实际气体的△U和△H。

2.7 热化学 2.8 赫斯定律 2.9 几种热效应

化合物的生成焓；离子生成焓；燃烧焓；溶解热和稀释热。2.10 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律 2.11 绝热反应-非等温反应 2.12 热力学第一定律的微观说明

[考核目标] 基本概念的理解；热力学第一定律及其应用；热化学的有关计算。

第三章 热力学第二定律

[教学目标]

1、明确热力学第二定律的意义；

2、熟记熵、亥姆霍兹自由能、吉布斯自由能的定义，明确其物理意义；

3、明确△S、△F、△G判定变化方向及限度的条件；

4、记住热力学的基本关系式，掌握△F、△G、△S的计算方法；

5、较熟练地运用吉布斯-亥姆霍兹公式；

6、了解热力学第三定律的内容，明确规定熵的意义、计算及其应用；

7、初步了解不可逆过程热力学关于熵流和熵产生的基本内容。[教学重难点]

1、熵的概念及△S的计算及判据；

2、△G计算及判据；

3、麦克斯韦关系式及其应用。[教学时数] 10学时 [教学内容]

3.1 自发变化的共同特征 3.2 热力学第二定律 3.3 卡诺定理 3.4 熵的概念

3.5 克劳修斯不等式与熵增加原理 3.6 熵变的计算

3.7 热力学第二定律的本质和熵的统计意义 3.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能 3.9 △G的计算示例

3.10 几个热力学函数间的关系

基本公式；特性函数；麦克斯韦关系式及其应用；吉布斯-亥姆霍兹方程式；吉布斯自由能与压力的关系。3.11热力学第三定律与规定熵 3.12不可逆过程热力学简介 [考核目标]

1、基本概念；

2、△S、△F、△G的计算及判据

3、吉布斯-亥姆霍兹公式、麦克斯韦关系式及其应用

第四章 多组分体系热力学及其在溶液中的应用

[教学目标]

1、明确偏摩尔量和化学势的意义及区别；

2、明确理想液态混合物的定义及通性；

3、了解拉乌尔定律和亨利定律的区别；

4、掌握逸度和活度的概念及真实气体逸度的计算；

5、掌握各组分化学势的表示式和标准态的概念；

6、熟练运用稀溶液依数性公式。[教学重难点]

1、偏摩尔量和化学位的定义及区别。

2、气体和溶液各组分化学势的表达式及各项意义；

3、逸度、活度的概念；

4、稀溶液依数性的热力学推导及应用。[教学时数] 8学时 [教学内容]

4.1 溶液组成的表示法

4.2多组分体中物质的偏摩尔量和化学势

偏摩尔量的定义；偏摩尔量的集合公式；吉布斯-杜亥姆公式；化学势的定义；化学势在相平衡中的应用；化学势与温度、压力的关系。4.3稀溶液中的两个经验定律

拉乌尔定律；亨利定律 4.4 混合气体中各组分的化学势

理想气体的化学势；非理想气体的化学势；逸度系数的求法。4.5理想溶液的定义、通性及各组分的化学势 4.6稀溶液中各组分的化学势 4.7理想溶液和稀溶液的微观说明 4.8稀溶液的依数性

4.9吉布斯-杜亥姆公式和杜亥姆-马居耳公式 4.10非理想溶液

非理想溶液中各组分的化学势；渗透系数；超额函数。4.11分配定律 [考核目标]

1、各组分化学势的表达；

2、理想溶液的定义及通性；

3、稀溶液依数公式的应用。

第五章 相平衡

[教学目标]

1、明确相、组分数、自由度和相律的意义；

2、较熟练地运用克拉贝龙和克拉贝龙-克劳修斯方程；

3、能看懂相图，并能用相律分析相图；

4、能运用相图解决一些简单的分离提纯问题。[教学重难点]

1、相律；

2、克拉贝龙-克劳修斯方程的应用；

3、二组分体系相图的特点及应用。[教学时数] 8学时 [教学内容]

5.1 多相体系平衡的一般条件 5.2 相律

5.3 单组分体系的相图

水的相图；单组分体系的两相平衡；克拉贝龙方程式；外压与蒸气压的关系。5.4 二组分体系的相图及其应用

双液系、固液系相图及应用 5.5 三组分体系的相图及其应用

等边三角形坐标表示法；部分互溶的三液体体系；二固体和一液体的水盐体系；三组分低共熔混合物的相图。[考核目标]

1、相律；

2、单组分体系的两相平衡；

3、二组分体系相图的分析及应用。

第六章 化学平衡

[教学目标]

1、能从化学势角度理解化学平衡条件；

2、理解并掌握化学反应等温式的意义和应用，学会标准生成吉布斯自由能计算 平衡常数；

3、掌握各种因素（T、P、惰性气体等）对平衡的影响；

4、能根据标准热力学函数的表值计算平衡常数；

5、了解同时平衡、反应耦合、近似计算等的处理方法。[教学重难点]

1、化学反应等温式的应用；

2、用热力学函数计算平衡常数；

3、标准平衡常数与温度的关系。[教学时数] 6学时 [教学内容]

6.1 化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势6.2 化学反应的平衡常数和等温方程式

气相反应的平衡常数；溶液中反应的平衡常数。6.3 平衡常数的表示式 6.4 复相化学平衡

6.5 平衡常数的测定和平衡转化率的计算 6.6 标准生成吉布斯自由能

标准状态下反应的吉布斯自由能变化值；标准摩尔生成吉布斯自由能。6.7温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响 6.8同时平衡；反应的耦合；近似计算 6.9生物能力学简介

[考核目标] 平衡常数的计算及各种因素对平衡的影响

第七章 统计热力学基础

[教学目标] 通过本章的教学使学生初步了解统计热力学的基本研究方法，各种独立子系统的微观状态数的求法，不同系统的统计规律，系统的各热力学函数的表示式，配分函数的计算，固体的热容理论导出的基本思路。[教学重难点]

统计热力学的基本研究方法，不同系统的微观状态数的计算，玻尔兹曼分布律的含义，系统的热力学函数的表示式，配分函数的计算，不同的固体热容理论的基本方法。

[教学时数] 4学时 [教学内容] 7.1

概论

7.2

Boltzmann 统计

7.3

配分函数

7.4

各配分函数的计算

7.5

配分函数对热力学函数的贡献 7.6

单原子理想气体热力学函数的计算

[考核目标] 系统的各热力学函数的表示式，配分函数的计算

第八章 电解质溶液

[教学目标]

1、掌握迁移数的测定方法；

2、明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系；

3、熟悉离子独立移动定律及电导测定的一些应用；

4、了解迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系；

5、弄清楚电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法；

6、了解强电解质溶液理论，并会使用德拜-休克尔极限公式。[教学重难点]

1、迁移率和迁移数的概念及迁移数的测定；

2、电导率和摩尔电导率的概念及电导测定的一些应用。[教学时数] 6学时 [教学内容]

8.1 电化学的基本概念和法拉第定律 8.2 离子的电迁移和迁移数

离子的电迁移现象、迁移率、迁移数及迁移数的测定 8.3 电导

电导、电导率、摩尔电导率；电导的测定；离子独立移动定律；电导测定的一些应用。

8.4 强电解质溶液理论简介

电解质的平均活度和平均活度系数；离子强度；强电解质溶液的离子互吸理论；德拜-休克尔-昂萨格电导理论；*德拜-休克尔极限公式。[考核目标]

1、迁移数计算；

2、电导测定的应用；

3、电解质的活度、离子的平均活度、平均活度系数、平均质量摩尔浓度之间的关系。

第九章 可逆电池的电动势及其应用

[教学目标]

1、明确电动势与反应的摩尔自由能变化值的关系；

2、能熟练正确的写出电极反应和电池反应并能计算其电动势；

3、能把简单的化学反应设计成电池反应；

4、掌握由电动势及电池的温度系数计算反应的摩尔焓变和摩尔熵变；

5、了解电动势产生的机理及电动势测定的一些应用。[教学重难点]

1、可逆电池热力学；

2、电动势测定的一些应用。[教学时数] 6学时 [教学内容] 9.1 可逆电池和可逆电极 9.2 电动势的测定

对消法测电动势；标准电池。9.3 可逆电池的书写方法及电动势的取号9.4 可逆电池的热力学

可逆电池电动势E与参加反应各组分活度的关系；从标准电动势Eθ求反应的平衡常数Kaθ；从电动势E及温度系数求△rHm和△rSm。9.5 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；液体接界电势。9.6 电极电势和电池的电动势

标准电极电势、电池电动势的计算；内电位与外电位；*电化学位；膜电势。9.7 浓差电池和液体接界电势的计算公式 9.8 电动势测定的应用

电解质溶液平均活度系数的测定；难溶盐的活度积的计算；pH值的测定；*离子选择性电极；*化学传感器简介；电势-PH图及其应用。9.9 生物电化学 [考核目标]

1、将化学反应设计成电池反应；

2、由电池电动势计算△rHm和△rSm；

3、电动势测定的一些应用。

第十章 电解与极化作用

[教学目标]

1、了解分解电压的意义；

2、了解产生极化作用的原因；

3、能计算一些简单的电解分离问题；

4、了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法；

5、了解化学电源的类型及应用。[教学重难点]

1、极化作用的原因；

2、电解时电极上的反应及分解电压的计算；

3、金属防腐。[教学时数] 4学时 [教学内容] 10.1 分解电压 10.2 极化作用

浓差极化；电化学极化；超电势的测定；氢超电势。10.3 电解时电极上的反应

金属的析出与氢的超电势；金属离子的分离；电解还原与氧化的应用。10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化 10.5 化学电源[考核目标] 电解时电极上的反应及分解电压的计算

第十一章 化学动力学基础

（一）[教学目标]

使学生了解和掌握化学动力学的一些基本概念，测定化学反应速率的一般方法，几种简单级数反应的动力学特征，几种典型的复杂分应的动力学特征，温度对反应速率的影响，有自由基参加的反应的动力学特征，拟定反应动力学方程的一般方法。[教学重难点]

化学动力学的一些基本概念：反应的级数与反应的分子数，基元反应与非基元反应以及反应的速率的描述方法等；简单级数反应的动力学特征，几种典型复杂反应的动力学特征，温度对反应速率的影响（反应的活化能的概念），链反应

[教学时数] 12学时 [教学内容]

11.1 化学动力学的任务和目的 11.2 化学反应速率表示法 11.3 化学反应的速率方程

基元反应和非基元反应；反应级数和反应的速率常数。11.4 具有简单级数的反应

一级反应；二级反应；三级反应；零级反应；反应级数的测定法。11.5 几种典型的复杂反应

对峙反应；平行反应；连续反应。11.6 温度对反应速率的影响-阿仑尼乌斯经验式 11.7 活化能Ea对反应速率的影响

活化能与温度的关系；活化能的求算 11.8 链反应

直链反应；支链反应。11.9 拟定反应历程的一般方法 [考核目标]

1、有关速率方程的计算；

2、阿仑尼乌斯方程的应用；

3、复合反应速率的近似处理方法；

4、光化学反应；

5、均相酸碱催化、酶催化反应。

第十二章 化学动力学基础

（二）[教学目标]使学生了解和掌握化学反应速率理论发展的动态，两种速率理论的具体的内容，基本思路及其成功和不足之处。

上一章介绍了化学动力学的基本概念，简单级数反应的动力学规律和等征，复杂反应的动力学规律，温度对反应速率的影响以及链反应等，同时还介绍了反应机理的一般确定的方法，在这一章中，主要介绍各种反应的速率理论。[教学重难点]

反应速率理论的基本假定和一些基本概念，基本结论：阈能，势能面，反应坐标，能垒高度，以及阈能，能垒高度等与活化能的关系等。[教学时数] 6学时 [教学内容] 12.1碰撞理论

由碰撞理论计算反应速率；反应阈能与实验活化能的关系。12.2 过渡态理论

势能面；由过渡态理论计算反应速率。

12.3 在溶液中进行的反应

溶剂对反应速率的影响；原盐效应。12.4 光化学反应

光化学基本定律；量子产率；光化反应动力学；光化平衡和温度对光化学反应的影响；感光反应、化学发光。12.5催化反应动力学

催化剂与催化作用；均相酸碱催化；络合催化；酶催化反应；*自催化反应和化学振荡。[考核目标]

1.光化学反应；2.均相酸碱催化、酶催化反应。

第十三章 界面现象

[教学目标]

1、掌握表面现象中的基本概念（例如表面自由能、接触角、润湿与铺展、吸附、表面活性剂等）；

2、学会使用杨-拉普拉斯公式；

3、学会使用开尔文公式；

4、理解吉布斯吸附等温式的表示形成及各项的物理意义，并能简单计算；

5、掌握兰谬尔单分子层吸附理论，了解BET公式，根据吸附公式及数据，会计算固体表面积；

4、了解表面活性剂的结构和特性，知道它的几种重要作用。[教学重难点] 杨-拉普拉斯方程、开尔文公式、吉布斯吸附等温式 [教学时数] 8学时[教学内容]

13.1 表面吉布斯自由能和表面张力

表面吉布斯自由能和表面张力；界面张力与温度的关系。13.2 弯曲表面下的附加压力和蒸气压

弯曲表面下的压力；杨-拉普拉斯公式；弯曲表面上的蒸气压。13.3 液体界面的性质

液体的铺展；溶液的表面张力与浓度的关系；吉布斯吸附公式；分子在两相界面上的定向排列。*13.4 不溶性表面膜 13.5 液固界面现象

粘附功、浸湿功和铺展系数；接触角与润湿作用。13.6 表面活性剂及其作用 13.7 固体表面的吸附

吸附等温线；兰缪尔等温式；弗伦德利希等温式；BET公式；乔姆金方程式；吸附现象的本质；化学吸附热；固体在溶液中的吸附； 13.8 吸附和解吸速率方程 13.9 气-固相表面催化反应

化学吸附与催化反应；气-固相表面催化反应速率。

[考核目标] 界面张力、弯曲液面的附加压力、兰谬尔单分子层吸附理论及吸附等温式、吉布斯吸附等温式。

第十四章 胶体分散体系和大分子溶液

[教学目标]

1、了解胶体分散体系在动力性质、光学性质、电学性质等方面的特点；

2、了解溶胶的稳定性与聚沉；

3、了解大分子化合物的渗透压及唐南平衡。

[教学重难点] 胶体的动力学性质、溶胶的稳定性与聚沉、唐南平衡 [教学时数] 6学时 [教学内容]

14.1 胶体和胶体的基本特性 14.2 溶胶的制备和净化 14.3 溶胶的动力性质

布朗运动；扩散和渗透压；沉降和沉降平衡。14.4 溶胶的光学性质

丁铎尔效应和瑞利公式。

14.5 溶胶的电学性质

电动现象；双电层和电动电势。14.6溶胶的稳定性和聚沉作用

溶胶的稳定性；影响聚沉作用的一些因素；胶体稳定性的DLVO理论简介。14.7 乳状液 14.8 大分子概说

*14.9 加紧聚和缩聚作用的机理和动力学方程式 14.10 大分子的相对分子质量

聚合物的平均相对分子质量；聚合物的相对分子质量及其分布的测定方法。14.11 唐南平衡 14.12 天然大分子 14.13凝胶

[考核目标] 胶体系统分类、胶体系统性质、溶胶的胶团结构、溶胶的稳定性与聚沉、高分子溶液的渗透压及唐南平衡。

第三部分

附录

[采用教材] 傅献彩,沈文霞,姚开扬编:《物理化学》第四版.高等教育出版社,1990.[参考书目] [1] 韩德刚,高执棣,高盘良编: 《物理化学》.高等教育出版社,2001.[2] 天津大学物理化学教研究室编: 《物理化学》第四版.高等教育出版社, 2001.[3] A.G.Whitlaker, A.R.Mount ＆ M.R.heal: 《Physical Chemistry》,2001