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教学大纲

发布日期:2013-10-23 浏览量:489

物理化学课程教学大纲 112学时)

课程英语名称:Physical chemistry

课程编号:

课程类型:必修

总学时: 112分两学期讲授

学分:7学分

适用对象:化学、应用化学和环境工程本科各专业

先修课程:高等数学,普通物理,无机化学,分析化学,有机化学

使用教材:傅献彩等编,《物理化学》(第五版),高等教育出版社,2006年。

参考教材:

1、孙德坤等编,《物理化学学习指导》,高等教育出版社,2007年。

2、五所师范院校合编,《物理化学》(第三版),上、下册,高等教育出版社,1992年。

3、印永嘉等编,《物理化学简明教程》(第三版),高等教育出版社,1990年。

4、胡英等编,《物理化学》(第三版),上、下册,高等教育出版社,1989年。

课程教学目标和要求:

1、教学目标

物理化学是高师化学专业的一门主要基础理论课,本课程教学的主要目标是:通过本课程的教学,使学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法,理解和认识运动的普遍规律,理解化学科学与其它自然科学,尤其是物理学的联系,培养学生初步运用物理化学的原理和方法来分析和解决实际问题的能力,以增强他们在今后从事化学教学和科研工作的实际工作能力。

2、课程要求

学习本课程要求掌握每章的重点,理解各个章节之间的联系,熟记各章的公式,能较熟练地运用基本公式解答相关问题。要重视习题,课前自学,听课要做好笔记,结合物理化学的具体内容,注意思想方法和逻辑推理,进一步扩大知识面,打好专业基础。

教学内容、学时分配及基本要求

绪论1学时

§01  物理化学的建立与发展

§02  物理化学的目的和内容

§03  物理化学的研究方法

§04  物理化学课程的学习方法

第一章  气体4学时)

§11  气体分子动理论

§12  摩尔气体常数(R)

§13  理想气体的状态图

§14  分子运动的速率分布

§15  分子平动能的分布

§16  气体分子在重力场中的分布

§17  分子的碰撞频率与平均自由程

§18  实际气体

§19  气液间的转变——实际气体的等温线和液化过程

§110 压缩因子图——实际气体的有关计算

*§111 分子间的相互作用力

基本要求

1)了解气体分子运动公式的推导过程,建立微观的运动模型。了解前人对问题的处理方法和过程。

2)了解理想气体的微观模型,能熟练使用理想气体的状态方程。知道摩尔气体常数R是如何获得的。使用时注意其数值和单位。

3)了解分子速度和能量分布公式的推导。明确所得公式的物理意义。

4)实际气体与理想气体不同,产生差别的原因何在?van der Waals是如何提出他的气体状态方程式的。

5)何谓对比状态?为什么要引入对比状态概念。

6)会使用压缩因子图。了解对实际气体的计算。

第二章  热力学第一定律12学时)

§21  热力学概论

§22  热平衡和热力学第零定律——温度的概念

§23  热力学的一些基本概念

§24  热力学第一定律

§25  准静态过程与可逆过程

§26 

§27  热容

§28  热力学第一定律对理想气体的应用

§29  Carnot循环

§210  JonIe—Thomson效应——实际气体的DU,和DH

§211  热化学

§212  Hess定律

§213  几种热效应

§214  反应焓变与温度的关系——Kirchhoff定律

§215  绝热反应——非等温反应

*§216  热力学第一定律的微观诠释

*§217  由热力学第零定律导出温度的概念

*§218  关于以J(焦耳)作为能量单位的说明

基本要求

1了解热力学的一些基本概念,如系统、环境、功、热、状态函数和过程和途径等。

2)明确热力学第一定律和热力学能的概念。明确热和功只在系统与环境有能量交换时才有意义。熟知功与热正负号的取号惯例及各种过程中功与热的计算。

3)明确准静态过程与可逆过程的概念。

4)明确UH都是状态函数,以及状态函数的特性。

5)熟练地应用热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的DUDHQW

6)能熟练地运用生成焓、燃烧焓来计算反应焓变。会应用Hess定律和Kirchhoff定律。

7)了解Carnot循环意义以及理想气体在诸过程中热、功的计算。

8)从微观角度了解能量均分原理和热力第一定律的本质。

第三章  热力学第二定律15学时)

§31   自发变化的共同特征——不可逆性

§32   热力学第二定律

§33   Carnot定理

§34   熵的概念

§35   Clausius不等式与熵增加原理

§36   热力学基本方程与T—S

§37   熵变的计算

§38   熵和能量退降

§39   热力学第二定律的本质和熵的统计意义

§310  Helmholtz自由能和Gihbs自由能

§311  变化的方向与平衡条件

§312  G的计算示例

§313  几个热力学函数间的关系

§314  热力学第三定律与规定熵

*§315  绝对零度不能达到原理——热力学第三定律的另一种表述法

*§316  不可逆过程热力学简介

*§317  信息熵浅释

基本要求

1)了解自发变化的共同特征,明确热力学第二定律的意义。

2)了解热力学第二定律与Carnot定理的联系。理解Clausius不等式的重要性。注意在导出熵函数的过程中,公式推导的逻辑推理。

3)熟记热力学函数S的含意及AG的定义,了解其物理意义。

4)能熟练地计算一些简单过程中的rSrHrArG,学会如何设计可逆过程。

5)会运用Gibbs-Helmholtz公式。

6)了解熵的统计意义。

7)了解热力学第三定律的内容,知道规定熵值的意义、计算及其应用。

8)初步了解不可逆过程热力学关于熵产生等基本内容。

第四章  多组分系统热力学及其在溶液中的应用8学时)

§41   引言

§42   多组分系统的组成表示法

§43   偏摩尔量

§44   化学势

§45   气体混合物中各组分的化学势

§46   稀溶液中的两个经验定律

§47   理想液态混合物

§48   理想稀溶液中任一组分的化学势

§49   稀溶液的依数性

*§410  DuhemMargule公式

§411  活度与活度因子

*§412  渗透因子和超额函数

§413  分配定律——溶质在两互不相溶液相中的分配

*§414  理想液态混合物和理想稀溶液的微观说明

*§415  绝对活度

基本要求

1)熟悉多组分系统组成表示法及其相互之间的关系。

2)掌握偏摩尔量和化学势的定义,了解它们之间的区别和在多组分系统中引入偏摩尔量和化学势的意义。

3)掌握理想气体化学势的表示式及其标准态的含义,了解理想的和非理想气体化学势的表示式,知道它们的共同之处,了解逸度的概念。

4)掌握Roult定律和Henry定律的用处,了解它们的适用条件和不同之处。

5)掌握理想液态混合物和通性及化学势的表示方法。

6)掌握理想稀溶液中各组分化学势的表示法。

7)了解稀溶液的依数性,会利用依数性公式进行相应计算。

8)了解相对活度的概念,知道如何描述溶剂的非理想程度。

第五章  相平衡10学时)

§51  引言

§52  多相系统平衡的一般条件

§53  相律

§54  单组分系统的相平衡

§55  二组分系统的相图及其应用

§56  三组分系统的相图及其应用

*§57  二级相变

*§58  铁一碳系统的相图

基本要求

1)了解相、组分数和自由度等相平衡中的基本概念。

2)了解相律和推导过程,熟练掌握相律在相图中的应用。

3)能重懂各种类型的相图,并进行简单分析,理解相图中各相区、线和特殊点所代表的意义,掌握其自由度的变化情况。

4)在双液系相图中,了解完全互溶、部分互溶和完全不互溶相图的特点,掌握如何利用相图进行物质的分离提纯。

5)学会用步冷曲线绘制二组分低共熔相图,会对相图进行分析,并了解二组分低共熔相图和水盐相图在冶金、分离、提纯等方面的应用。

6)了解三组分系统相图中点、线、面的含义,学会将三组分系统相图用于盐类的分离提纯和有机物的萃取方面。

第六章  化学平衡8学时)

§61  化学反应的平衡条件——反应进度和化学反应的亲和势

§62  化学反应的平衡常数和等温方程式

§63  平衡常数的表示式

§64  复相化学平衡

§65  标准摩尔生成Gibbs自由能

§66  温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响

§67  同时化学平衡

§68  反应的耦合

§69  近似计算

*§610 生物能学简介

基本要求

1)理解如何从平衡条件导出化学反应等公式。掌握如何使用这个公式?

2)了解如何从化学势导出标准平衡常数。

3)均相和多相反应的平衡常数表示式有什么不同?

4)理解 的意义以及与标准平衡常数的关系,掌握 的求算和应用。

5)理解 的意义并掌握其用途。

6)熟悉温度、压力和惰性气体对平衡的影响。

第七章  统计热力学基础6学时)

§71  概论

§72  Boltzmann统计

§73  Bose-Einstein统计和Fermi-Dirac统计

§74  配分函数

§75  各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献

§76  晶体的热容问题

§77  分子的全配分函数

§78  用配分函数计算 和反应的平衡常数

基本要求

1)了解统计系统的分类和统计热力学的基本假定。

2)了解最概然分布和撷取最大项原理。

3)了解配分函数的定义及其物理意义,知道配分函数与热力学函数的关系。

4)了解各种配分函数的计算方法,学会用配分函数计算简单分子的热力学函数,掌握理想气体简单分子平动熵的计算。

5)了解分子配分函数的分离和全配分函数的组成。

6)了解什么是自由能函数和热函函数,学会用自由能函数和配分函数计算平衡常数。

第八章 电解质溶液8学时)

§81 电化学中的基本概念和电解定律

§82 离子的电迁移率和迁移数

§83 电解质溶液的电导

§84 电解质的平均活度和平均活度因子

§85 强电解质溶液理论简介

基本要求

1)掌握电化学的基本概念和Faraday定律,了解迁移数的意义及常用的测定迁移数的方法。

2)掌握电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系。

3)掌握离子独立移动定律及电导测定的一些应用。

4)掌握迁移数与摩尔电导率、离子电迁移率之间的关系,能熟练地进行计算。

5)理解电解质的离子平均活度、平均活度因子的意义及其计算方法。

6)了解强电解质溶液理论的基本内容及适用范围,并会计算离子强度及使用DebyeHückel极限公式。

第九章  可逆电池的电动势及其应用12学时)

§91  可逆电池和可逆电极

§92  电动势的测定

§93  可逆电池的书写方法及电动势的取号

§94  可逆电池的热力学

§95  电动势产生的机理

§96  电极电势和电池的电动势

§97  电动势测定的应用

*§98  内电位、外电位和电化学势

基本要求

1)掌握形成可逆电池的必要条件、可逆电极的类型和电池的书面表示方法,能熟练、正确地写出电极反应和电池反应。

2)了解对消法测电动势的基本原理和标准电池的作用。

3)在正确写出电极和电池反应的基础上,熟练地用Nernst方程计算电极电势和电池的电动势。

4)了解电动势产生的机理和氢标准电极的作用。

5)掌握热力学与电化学之间的联系,会利用电化学测定的数据计算热力学函数的变化值。

6)熟悉电动势测定的主要应用,会从可逆电池测定的数据计算平均活度因子、解离平衡常数和溶液的pH值法等。

第十章  电解与极化4学时)

§101   分解电压

§102   极化作用

§103   电解时电极上的竞争反应

§104   金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化

§105   化学电源

*§106   电有机合成简介

基本要求

1了解分解电压的意义与测定方法。

2)了解极化现象和极化作用,掌握超电势的定义和计算。

3)掌握电解池与原电池的极化曲线的异同点。

4)能用Tafel公式计算H2g)的超电势,理解在电解中研究H2g)的超电势的意义。

5)能用计算的方法判断电解过程中电极上发生反应的物质的顺序。了解电解的一般过程及其应用。

6)了解金属腐蚀的类型,了解常用的防止金属腐蚀的方法。

7)了解常见化学电源的基本原理、类型及目前的发展概况,特别是燃料电池的应用前景。

第十一章  化学动力学基础(一)14学时)

§111  化学动力学的任务和目的

§112  化学反应速率的表示法

§113  化学反应的速率方程

§114  具有简单级数的反应

§115  几种典型的复杂反应

*§116  基元反应的微观可逆性原理

§117  温度对反应速率的影响

*§118  关于活化能

§119  链反应

*§1110 拟定反应历程的一般方法

基本要求

1掌握宏观动力学中的一些基本概念,如:反应速率的表示法,什么是基元反应和非基元反应?什么是反应级数、反应分子数和速率常数等。

2)掌握具有简单级数反应(如一级、二级和零级)的特点和计算公式,会利用各种方法判断反应级数,能熟练地计算速率常数、半衰期等。

3)掌握三种典型的复杂反应(对峙反应、平行反应和连续反应)要的特点,能进行简单的计算。

4)了解外界条件对反应速率的影响,尤其是温度对反应速率的影响。

5)掌握Arrhenius 经验式的各种表示形式,知道活化能的含义和计算方法,理解活化能对反应速率的影响。

6)掌握链反应的特点,会用稳态近似、平衡假设和速控步等近似方法从复杂反应的机理推导出速率方程。

7)了解拟定反应历程的一般方法。

第十二章  化学动力学基础(二)8学时)

§121  碰撞理论

§122  过渡态理论

§123  单分子反应理论

*§124  分子反应动态学简介

§125  在溶液中进行的反应

*§126  快速反应的几种测试手段

§127  光化学反应

*§128  化学激光简介

§129  催化反应动力学

基本要求

1)了解目前较常用的反应速率理论,特别是对碰撞理论和过渡态理论要点,以及理论的优缺点。会利用这两个理论来计算一些简单反应的速率常数,掌握活化能、阈能和活化焓等能量之间的关系。

2)了解微观反应动力学的发展概况、常用实验方法和该研究在理论上的意义。

3)了解溶液反应的特点和溶剂对反应的影响,会判断离子强度对不同反应速率的影响(即原盐效应)。了解扩散对反应的影响。

4)了解较常用的测试快速反应的方法,学会用弛豫法来计算简单快速对峙反应的两个速率常数。

5)了解光化学反应的基本定律、光化学平衡与热化学平衡的区别以及这类反应的发展趋势和应用前景。掌握量子产率的计算和会处理简单的光化学反应的动力学问题。

6)了解化学激光的原理、发展趋势和应用前景。

7)了解催化反应特别是酶催化反应的特点、催化剂之所以能改变反应速率的本质和常用催化剂的类型。

8)了解自催化反应的特点和产生化学振荡的原因。

第十三章 表面物理化学12学时)

§131  表面张力及表面Gibbs自由能

§132  弯曲表面下的附加压力和蒸气压

§133  溶液的表面吸附

§134  -液界面的性质

§135 

§136  -固界面——润湿作用

§137  表面活性剂及其作用

§138  固体表面的吸附

§139  -固相表面催化反应

基本要求

1)明确表面张力和表面Gibbs自由能的概念,了解表面张力与温度的关系。

2)明确弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系,学会使用YoungLaplace公式。

3)了解弯曲表面上的蒸气压与平面相比有何不同,学会使用Kelvin公式,会用这个基本原理来解释人工降雨、毛细凝聚等常见的表面现象。

4)掌握Gibbs 吸附等温式的表示形式及各项的物理意义,并能应用该式作简单计算。

5)理解什么叫表面活性剂,了解它在表面上作定向排列及降低表面Gibbs自由能的情况,了解表面活性剂的大致分类及它的几种重要作用。

6)了解液—液、液—固界面的铺展与润湿情况,理解气—固表面的吸附本质及吸附等温线的主要类型,能解释简单的表面反应动力学,为何在不同的压力下有不同的反应级数等等。

7)了解化学吸附与物理吸附的区别,了解影响固体吸附的主要因素。

8)了解化学吸附与多相催化反应的关系,了解气—固相表面催化反应速率的特点及反应机理。

第十四章 胶体分散系统和大分子溶液4学时)

§141   胶体和胶体的基本特性

§142   溶胶的制备和净化

§143   溶胶的动力性质

§144   溶胶的光学性质

§145   溶胶的电学性质

§146   双电层理论和z电势

§147   溶胶的稳定性和聚沉作用

§148   乳状液

§149   凝胶

§1410  大分子溶液

§1411  Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压

*§1412  流变学简介

*§1413  纳米粒子

基本要求

1)了解胶体分散系统的大概分类,掌握憎液溶胶的胶粒结构,了解制备和净化常用的方法。

2)了解憎液溶胶的动力性质、光学性质、电学性质与特点,了解利用这些特点在工业、生物学和医学等方面的应用。

3)了解溶胶在稳定性方面的特点,掌握电动电势及其对溶胶稳定性的影响,会判断电解质聚沉能力的大小。

4)了解乳状液的种类、乳化剂的作用以及在工业和日常生活中的应用。

5)了解凝胶的分类、形成及主要性质。了解大分子溶液与溶胶的异同点及大分子物质平均摩尔质量的种类和测定方法。

6)了解Donnan的平衡及其用渗透压法测定聚电解质的数均摩尔质量的原理。

7)了解Newton流体与非Newton流体的区别,了解黏弹性流体的特点。

8)初步了解纳米材料的制备、特性等,了解介观科学的发展。

作业与考核方式:

选取每章后面习题的三分之一作为作业,考核采取闭卷考试,实行教考分离。