物理化學教學大綱

1、物理化學教學大綱物理化學（8學分）課程編號：04092課程目的：（1）使學生系統(tǒng)地掌握物理化學的基本概念和基本原理，加深對自然現(xiàn)象本質(zhì)的認識，這些知識和原理不僅是化學的理論基礎，也是其它與化學有關的基礎科學的發(fā)展基礎；（2）使學生學會物理化學的思維方法，培養(yǎng)學生提出問題、研究問題、分析問題的能力，培養(yǎng)他們獲取知識并用來解決實際問題的能力。課程內(nèi)容：包括熱力學、電化學、表面及分散系統(tǒng)、動力學等四部分內(nèi)容。熱力學部分以熱力學第一定律和第二定律為理論基礎，研究化學過程及與化學相關的物理過程中的能量效應，研究過程進行的方向和限度；介紹相律及典型的單組分及二組分相圖。電化學部分研究化學現(xiàn)象與電現(xiàn)象之間的

2、相互關系以及化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。表面現(xiàn)象及分散系統(tǒng)討論相表面的分子與相內(nèi)部分子在性質(zhì)上的差異以及由此差異而在不同相界面上發(fā)生的一系列表面現(xiàn)象，并討論具有巨大相界面的分散系統(tǒng)的性質(zhì)。動力學部分研究化學反應的速率和機理問題。先修課程：無機化學 、有機化學、分析化學一、教學內(nèi)容（一）熱力學第一定律及其應用1、熱力學概論2、熱力學第一定律3、準靜態(tài)過程與可逆過程4、焓5、熱容6、熱力學第一定律對理想氣體的應用7、實際氣體8、熱化學9、赫斯定律10、幾種熱效應11、反應熱和溫度的關系 基爾霍夫定律12、絕熱反應 非等溫反應13、熱力學第一定律的微觀說明（二）熱力學第二定律1、自發(fā)過程的共同特征

3、不可逆性2、熱力學第二定律3、卡諾定理4、熵的概念5、克老修斯不等式與熵增加原理6、熵變的計算7、熱力學第二定律的本質(zhì)和熵統(tǒng)計意義8、亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能9、變化的方向和平衡條件10、DG的計算示例11、幾個熱力學函數(shù)間的關系12、單組分體系的兩相平衡 熱力學對單組分體系的應用13、多組分體系中物質(zhì)的偏摩爾量和化學勢14、熱力學第三定律與規(guī)定熵15、不可逆過程熱力學簡介（三）統(tǒng)計熱力學基礎1、概論2、玻茲曼統(tǒng)計3、玻色愛因斯坦統(tǒng)計和費米狄拉克統(tǒng)計4、配分函數(shù)5、各配分函數(shù)的求法及其對熱力學函數(shù)的貢獻6、分子的全配分函數(shù)（四）溶液 多組分體系熱力學在溶液中的應用1、溶液組成的表示法2、稀

4、溶液中的兩個經(jīng)驗定律3、混合氣體中各組分的化學勢4、理想溶液的定義、通性及各組分的化學勢5、稀溶液中各組分的化學勢6、理想溶液和稀溶液的微觀說明7、稀溶液的依數(shù)性8、吉布斯杜亥姆公式和杜亥姆馬居耳公式9、非理想溶液10、分配定律 溶質(zhì)在兩互不相溶液相中的分配（五）相平衡1、多相體系平衡的一般條件2、相律3、單組分體系的相圖4、二組分體系的相圖及其應用5、三組分體系的相圖及其應用（六）化學平衡1、化學反應的平衡條件和化學反應的親和勢2、化學反應的平衡常數(shù)與等溫方程式3、平衡常數(shù)的表示式4、復相化學平衡5、平衡常數(shù)的測定和平衡轉(zhuǎn)化率的計算6、標準生成吉布斯自由能7、用配分函數(shù)計算和反應的平衡常數(shù)8

5、、溫度、壓力及惰性氣體對化學平衡的影響9、同時平衡10、反應的耦合11、近似計算12、生物能力學簡介（七）電解質(zhì)溶液1、電化學的基本概念與法拉第定律2、離子的電遷移和遷移數(shù)3、電導4、強電解質(zhì)溶液理論簡介（八）可逆電池的電動勢及其應用1、可逆電池和可逆電極2、電動勢的測定3、可逆電池的書寫方法及電動勢的取號4、可逆電池熱力學5、電動勢產(chǎn)生的機理6、電極電勢和電池的電動勢7、濃差電池和液體接界電勢的計算公式8、電動勢測定的應用9、生物電化學（九）電解與極化作用1、分解電壓2、極化作用3、電解時電極上的反應4、金屬的電化學腐蝕、防腐與金屬的鈍化5、化學電源（十）化學反應動力學基礎1、化學反應速率表

6、示法和速率方程2、具有簡單級數(shù)的反應3、幾種典型的復雜反應4、溫度對反應速率的影響5、鏈反應6、擬定反應歷程的一般方法7、碰撞理論8、過渡態(tài)理論9、單分子反應理論10、分子反應動態(tài)學簡介11、溶液中進行的反應12、快速反應的測試13、光化學反應14、催化反應動力學（十一）界面現(xiàn)象1、表面吉布斯自由能和表面張力2、彎曲表面下的附加壓力和蒸氣壓3、液體界面的性質(zhì)4、不溶性表面膜5、液-固界面現(xiàn)象6、表面活性劑及其作用7、固體表面的吸附8、吸附速率 吸附和解吸速率方程式9、氣-固相表面催化反應（十二）膠體分散體系和大分子溶液1、 膠體和膠體的基本特性2、 溶膠的制備和凈化3、 溶膠的動力性質(zhì)4、 溶

7、膠的光學性質(zhì)5、 溶膠的電學性質(zhì)6、 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用7、 乳狀液8、 大分子概說9、 大分子的相對分子質(zhì)量10、唐南平衡11、天然大分子二、教學要求（一）熱力學第一定律及其應用明確熱力學的一些基本概念，如體系、環(huán)境、功、熱、變化過程等。掌握熱力學第一定律和內(nèi)能的概念。熟知功和熱正負號的取號慣例。明確準靜態(tài)過程與可逆過程的意義。掌握U及H都是狀態(tài)函數(shù)以及狀態(tài)函數(shù)的特性。熟練應用熱力學第一定律計算理想氣體在等溫、等壓、絕熱等過程中的DU、DH、Q和W。熟練應用生成焓、燃燒焓來計算反應熱。會應用赫斯定律和基爾霍夫定律。了解卡諾循環(huán)的意義。了解摩爾定壓、定容熱容的概念；了解節(jié)流過程的特點及焦耳

8、-湯姆遜系數(shù)的定義與實際應用。從微觀角度了解熱力學第一定律的本質(zhì)。（二）熱力學第二定律明確熱力學第二定律的意義。掌握熱力學第二定律與卡諾定理的聯(lián)系。理解克勞修斯不等式的重要性。熟記熱力學函數(shù)U、H、S、F、G的定義，并了解其物理意義。明確DG在特殊條件下的物理意義，會用它來判別變化的方向和平衡條件。熟練計算一些簡單過程的DS、DH和DG，能利用范霍夫等溫式判別變化的方向。較熟練地運用吉布斯-亥姆霍茲公式、克拉貝龍方程式和克老修斯-克拉貝龍方程式。明確偏摩爾量和化學勢的意義。了解熱力學第三定律的內(nèi)容，明確規(guī)定熵值的意義、計算及其應用。掌握熵增加原理和各種平衡判據(jù)。初步了解不可逆過程熱力學關于熵流

9、和熵產(chǎn)生等基本內(nèi)容。（三）統(tǒng)計熱力學基礎明確最概然分布的概念，懂得用最概然分布的微觀狀態(tài)數(shù)代替整個體系的微觀狀態(tài)數(shù)的理由。明確配分函數(shù)的物理意義及其與熱力學函數(shù)間的關系。了解定位體系與非定位體系熱力學函數(shù)的差別。掌握平動、轉(zhuǎn)動、振動對熱力學函數(shù)的貢獻，及其公式的推導過程。掌握玻茲曼統(tǒng)計，了解玻色-愛因斯坦統(tǒng)計和費米-狄拉克統(tǒng)計。（四）溶液 多組分體系熱力學在溶液中的應用熟悉溶液濃度的各種表示法及其相互關系。理解理想溶液、稀溶液與實際溶液三者的區(qū)別和聯(lián)系。掌握拉烏爾定律和亨利定律以及它們的應用。理解理想體系（理想氣體、理想溶液、理想稀溶液）中各組分化學勢的表達式及其應用。了解逸度和活度的概念及逸

10、度系數(shù)、活度系數(shù)的簡單計算。了解如何利用牛頓圖求氣體的逸度系數(shù)。了解從微觀角度討論溶液形成時一些熱力學函數(shù)的變化。了解稀溶液依數(shù)性公式的推導，以及分配定律公式的推導，了解熱力學處理溶液的一般方法。（五）相平衡 明確相、組分數(shù)和自由度的概念，理解相律并掌握其簡單應用。掌握杠桿規(guī)則在相圖中的應用。掌握單組分系統(tǒng)和二組分系統(tǒng)典型相圖的特點。在雙液系中以完全互溶的雙液系為重點了解其p-x圖和T-x圖，了解蒸餾和精餾的基本原理。在二組分液-固體系中，以簡單低共溶物的相圖為重點，了解相圖的繪制及其應用。對三組分體系，了解水鹽體系相圖的應用。了解相圖在萃取過程中的應用。（六）化學平衡能夠從化學勢的角度理解化

11、學平衡的意義，理解并掌握化學反應等溫式的意義與應用。了解均相和多相反應的平衡常數(shù)表示式的區(qū)別。理解的意義，會用估計反應發(fā)生的可能性。熟悉、和間的關系。了解平衡常數(shù)與溫度、壓力的關系和惰性氣體對平衡組成的影響，并掌握其計算方法。能根據(jù)標準熱力學函數(shù)的表值計算平衡常數(shù)。熟練掌握用熱力學方法計算化學反應標準平衡常數(shù)。掌握反應物平衡轉(zhuǎn)化率及體系平衡組成的計算。了解對同時平衡、反應耦合、近似計算等的處理方法。初步了解生物能力學的基本內(nèi)容。（七）電解質(zhì)溶液明確電導率、摩爾電導率的意義及它們與溶液濃度的關系。熟悉離子獨立移動定律及電導測定的一些應用。了解遷移數(shù)與摩爾電導率、離子遷移率之間的關系。明確電解質(zhì)的

12、離子平均活度系數(shù)的概念，并掌握其計算方法。了解強電解質(zhì)溶液理論（主要是離子氛的概念），并會使用德拜-休克爾極限公式。（八）可逆電池的電動勢及其應用熟悉電化學慣用的電極電勢名稱和符號。熟悉標準電極電勢表的應用。對于所給的電池，能熟練、正確地寫出電極反應和電池反應。能根據(jù)簡單的化學反應來設計電池。掌握電極電勢及電動勢的計算；熟知標準電動勢E0與反應平衡常數(shù)Kqa的關系。明確溫度對電動勢的影響。掌握由電化學數(shù)據(jù)計算熱力學函數(shù)的變量、等。了解電動勢產(chǎn)生的機理及電動勢測定法的一些應用。（九）電解與極化作用明確極化現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、極化的分類、極化的機理。理解超電勢、分解電壓等概念。了解超電勢在電解中的作用

13、。能計算一些簡單的電解分離問題。了解金屬腐蝕的機理和各種防腐方法。了解化學電源的類型及應用。（十）化學反應動力學基礎掌握等容反應速率的表示方法及其基元反應、反應級數(shù)、速率常數(shù)等概念。對于由簡單級數(shù)的反應如零級、一級、二級，要掌握其速率公式（微分式和積分式）的各種特征并能夠由實驗數(shù)據(jù)確定簡單反應的級數(shù)。對三級反應有一般的了解。對三種復雜的典型反應（對峙反應、平行反應和連續(xù)反應）要掌握其各自的特點，并對其中比較簡單的反應能寫出反應速率與濃度關系的微分式。明確溫度、活化能對反應速率的影響，理解阿累尼烏斯經(jīng)驗式中各項的含意，會計算Ea、A、k等物理量。掌握鏈反應的特點及其速率方程的建立，會應用穩(wěn)態(tài)近似

14、、平衡假設等近似處理方法。了解化學反應動力學的碰撞理論、過渡態(tài)理論和單分子反應理論的基本內(nèi)容，會計算一些簡單基元反應的速率常數(shù)。掌握、與和指前因子A之間的關系。初步了解分子反應動力學的常用實驗方法和該研究在理論上的意義。了解溶液中反應的特點和溶劑對反應的影響。了解快速反應所常用的測試方法及弛豫時間。理解光化學反應的基本定律（光化當量定律、量子產(chǎn)率）及量子產(chǎn)率的計算。了解催化反應的特點，明確催化作用的基本原理和常見的催化反應的類型。（十一）界面現(xiàn)象明確表面吉布斯自由能、表面張力、接觸角的概念，了解表面張力與溫度的關系。明確彎曲表面的附加壓力產(chǎn)生的原因及與曲率半徑的關系。會使用楊-拉普拉斯公式。了

15、解彎曲表面上的蒸氣壓與平面相比有何不同，熟練掌握定量應用開爾文公式，會用這個基本原理解釋常見的表面現(xiàn)象。理解吉布斯吸附等溫式的表示形式，各項的物理意義，并能應用及作簡單計算。了解液-液、液-固界面的鋪展與潤濕情況。理解氣-固表面的吸附本質(zhì)及吸附等溫線的主要類型。掌握朗繆爾吸附理論要點。對弗倫德利希等溫式、BET多分子層吸附等溫式有初步了解。了解表面活性劑的特點、作用及大致分類。（十二）膠體分散體系和大分子溶液了解膠體分散體系的基本特性。掌握膠體分散體系在動力性質(zhì)、光學性質(zhì)及電學性質(zhì)等方面的特點以及如何利用這些特點對膠體進行粒度大小、帶電情況等方面的研究并應用于實踐。了解溶膠在穩(wěn)定性方面的特點及電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響，會判斷電解質(zhì)聚沉能力的大小。了解乳狀液的種類、乳化劑的作用以及在工業(yè)和