《物理化學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、物理化學(xué)課程教學(xué)大綱課程名稱：物理化學(xué)英文名稱：Physical Chemistry課程編碼：x2030631學(xué) 時(shí) 數(shù)：80其中實(shí)踐學(xué)時(shí)數(shù)：16課外學(xué)時(shí)數(shù)：0學(xué) 分 數(shù)：5.0適用專業(yè)：生物工程課程簡介物理化學(xué)是生物工程專業(yè)一門比較重要的專業(yè)基礎(chǔ)程。課程的特點(diǎn)是運(yùn)用物理學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)方法來研究化學(xué)過程普遍規(guī)律的一門科學(xué)，本課程將設(shè)問式課堂教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，使學(xué)生了解物理化學(xué)的研究內(nèi)容、研究方法和發(fā)展歷史。課程內(nèi)容包括化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的基本知識、基本理論和基本方法；物質(zhì)變化過程的平衡與速率的基礎(chǔ)理論和知識；物理化學(xué)基本原理和方法在多相平衡系統(tǒng), 化學(xué)平衡系統(tǒng)以及界面層中

2、的應(yīng)用；本課為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)、畢業(yè)論文和科學(xué)研究提供基礎(chǔ)知識、研究方法和基本理論。通過物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，一方面不僅使學(xué)生能夠利用掌握的物理化學(xué)知識識別生物工程科學(xué)和技術(shù)問題，而且通過掌握的物理化學(xué)基本原理和思維方法輔助相關(guān)專業(yè)解決生物工程科學(xué)和技術(shù)問題；更主要的是培養(yǎng)同學(xué)們求實(shí)的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)密的邏輯思維以及解決問題的能力，即有能力能夠初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，組裝實(shí)驗(yàn)設(shè)備，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，確保實(shí)驗(yàn)安全，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確。二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系表課程目標(biāo)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1：掌握物理化學(xué)中化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的基本知識、基本理論和基本方法。掌握有關(guān)物質(zhì)變化過程的平衡與速率的基礎(chǔ)理論和知識。了解物理化

3、學(xué)的研究內(nèi)容、研究方法和發(fā)展史。1-2掌握相關(guān)自然科學(xué)的基礎(chǔ)原理和思維方法，并能運(yùn)用于解決工程科學(xué)和技術(shù)問題。課程目標(biāo)2: 掌握物理化學(xué)基本原理和方法在多相平衡系統(tǒng), 化學(xué)平衡系統(tǒng)以及界面層中的應(yīng)用；理解物理化學(xué)的理論知識在生物工程專業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用；獲得應(yīng)用物理化學(xué)的基本原理和方法分析生物工程專業(yè)相關(guān)問題的能力。2-1運(yùn)用數(shù)學(xué)和自然科學(xué)原理識別工程科學(xué)和技術(shù)問題。三、課程教學(xué)內(nèi)容、基本要求、重點(diǎn)和難點(diǎn)（一）化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)1、教學(xué)內(nèi)容引言；熱力學(xué)基本概念；熱力學(xué)第一定律；定容熱；定壓熱和焓；熱容；可逆過程與膨脹功；化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)；蓋斯定律；標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓變；標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓變；熱效應(yīng)與溫度的關(guān)系

4、基?；舴蚨桑环嵌胤磻?yīng)熱；卡諾循環(huán)；熵；熵變的計(jì)算；熵的統(tǒng)計(jì)意義；熱力學(xué)第三定律；亥姆霍茲自由能與吉布斯自由能；熱力學(xué)函數(shù)間的關(guān)系式；偏摩爾量；化學(xué)勢。2、基本要求（1）熟練掌握熱力學(xué)基本概念、術(shù)語。（2）熟練掌握熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律，熱力學(xué)第三定律，掌握其原理和熱力學(xué)方法及在相平衡、化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。（3）熟練掌握兩個(gè)途徑函數(shù)（W、Q）、五個(gè)狀態(tài)函數(shù)（U、H、S、A、G）的性質(zhì)及物理意義及增量值的計(jì)算。（4）掌握熱力學(xué)基本方程及麥克斯韋關(guān)系式。（5）掌握偏摩爾量、化學(xué)勢的定義和表示及化學(xué)勢作為判據(jù)在相變化、化學(xué)變化中的應(yīng)用。3、重點(diǎn)（1）熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第三

5、定律及原理，熱力學(xué)方法在相平衡、化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。（2）掌握兩個(gè)途徑函數(shù)（W、Q）、五個(gè)狀態(tài)函數(shù)（U、H、S、A、G）的性質(zhì)及物理意義及增量值的計(jì)算。（3）化學(xué)勢作為判據(jù)在相變化、化學(xué)變化中的應(yīng)用。4、難點(diǎn)（1）兩個(gè)途徑函數(shù)（W、Q）、五個(gè)狀態(tài)函數(shù)（U、H、S、A、G）的性質(zhì)及物理意義及增量值的計(jì)算。（2）熱力學(xué)基本方程及麥克斯韋關(guān)系式。（二）相平衡1、教學(xué)內(nèi)容：克勞修斯克拉貝龍方程式；稀溶液的基本定律；稀溶液的的依數(shù)性；分配定律；理想溶液；活度的基本概念；活度的測定。相數(shù)；強(qiáng)度狀態(tài)；物種數(shù)；組分?jǐn)?shù)；自由度；相律數(shù)學(xué)表達(dá)式；單組分系統(tǒng)相圖；冰點(diǎn)；三相點(diǎn)；臨界點(diǎn)；二組分系統(tǒng)相圖；完全互溶固溶體熔

6、點(diǎn)組成圖；固相線；液相線；杠桿規(guī)則；固態(tài)完全不互溶系統(tǒng)相圖；最低共晶點(diǎn)；二組分形成化合物系統(tǒng)的相圖；相合熔點(diǎn)化合物；不相合熔點(diǎn)化合物。2、基本要求：（1）熟練掌握克-克方程，拉亨定律及其應(yīng)用。（2）熟練掌握理想液態(tài)混合物的性質(zhì)及其應(yīng)用。（3）熟練掌握真實(shí)液態(tài)混合物和真實(shí)溶液的活度的概念和應(yīng)用。（4）熟練掌握相律。（5）熟練掌握單組分系統(tǒng)相圖的繪制原理、繪制方法和解析方法。（6）掌握二組分系統(tǒng)相圖的繪制原理、繪制方法和解析方法。（7）熟練掌握相律、杠桿規(guī)則, 克-克方程。3、重點(diǎn)（1）克拉貝龍方程、克-克方程的應(yīng)用。（2）拉亨定律的應(yīng)用。（3）理想液態(tài)混合物的性質(zhì)、理想稀溶液，真實(shí)液態(tài)混合物和真

7、實(shí)溶液的性質(zhì)。（4）相律及其應(yīng)用。（5）單組分系統(tǒng)相圖的繪制和解析。（6）二組分系統(tǒng)平衡相圖的繪制和解析。4、難點(diǎn)（1）克拉貝龍方程、克-克方程的應(yīng)用。（2）拉亨定律的應(yīng)用。（3）真實(shí)混合物和真實(shí)溶液的活度計(jì)算。（4）二組分系統(tǒng)的固-液平衡相圖的繪制和解析。（三）化學(xué)平衡熱力學(xué)1、教學(xué)內(nèi)容平衡常數(shù)；化學(xué)反應(yīng)等溫方程式；多相反應(yīng)平衡、分解壓；標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能；吉布斯自由能變化與溫度的關(guān)系；范特霍夫定溫方程-任意狀態(tài)反應(yīng)方向；范特霍夫等壓方程式-平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系；影響平衡常數(shù)因素。2、基本要求（1）熟練掌握化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義及計(jì)算方法。（2）熟練掌握化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系

8、。（3）熟練掌握理想氣體混合物反應(yīng)的化學(xué)平衡。（4）熟練掌握范特霍夫定溫方程、化學(xué)反應(yīng)方向的判斷。（5）掌握各種因素對平衡轉(zhuǎn)化率的影響。3、重點(diǎn)（1）化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義及計(jì)算方法。（2）化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。（3）范特霍夫定溫方程、化學(xué)反應(yīng)方向的判斷。（4）各種因素對平衡轉(zhuǎn)化率的影響。4、難點(diǎn)（1）化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義。（2）各種因素對平衡轉(zhuǎn)化率的影響。（四）化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)1、教學(xué)內(nèi)容引言；基元反應(yīng)與總包反應(yīng)；質(zhì)量作用定律；反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系；反應(yīng)級數(shù)的測定；零級、一級、二級反應(yīng)的特點(diǎn)；典型復(fù)雜反應(yīng)；阿倫尼烏斯方程-溫度對反應(yīng)速率影響；穩(wěn)態(tài)近似和平衡態(tài)近似；鏈反應(yīng)；

9、多相反應(yīng)、擴(kuò)散；催化作用:催化劑對反化學(xué)應(yīng)速率的影響。2、基本要求（1）熟練掌握化學(xué)反應(yīng)速率的定義、速率方程的建立。（2）熟練掌握化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、基元反應(yīng)。（3）熟練掌握化學(xué)反應(yīng)速率與溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程、活化能。（4）掌握基本型的復(fù)合反應(yīng)、復(fù)合反應(yīng)速率方程的近似處理法。（5）了解催化劑、催化作用及催化劑的主要類型。3、重點(diǎn)（1）化學(xué)反應(yīng)速率的定義、速率方程的建立。（2）化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、基元反應(yīng)。（3）化學(xué)反應(yīng)速率與溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程、活化能。（4）復(fù)合反應(yīng)速率方程的近似處理法。4、難點(diǎn)（1）化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、基元反應(yīng)。（2）復(fù)合反應(yīng)速率方程的近似處理法。（五）界面層的平衡與速率1、教學(xué)內(nèi)容引言；表面張

10、力；表面自由能；彎曲液面的附加壓力；潤濕現(xiàn)象、接觸角；毛細(xì)現(xiàn)象；吸附曲線；Langmuir單分子吸附理論；BET 多分子吸附層理論；付勞因德里希吸附等溫方程式；吸附平衡；亞穩(wěn)狀態(tài)；表面活性劑；自溶液吸附；吉布斯吸附等溫方程式。2、基本要求（1）熟練掌握表面張力、高度分散系統(tǒng)的表面能的定義及影響因素。（2）熟練掌握彎曲液面的附加壓力、彎曲液面的飽和蒸汽壓、潤濕及其類型、毛細(xì)現(xiàn)象。（3）熟練掌握新相生成與亞穩(wěn)狀態(tài)及其熱力學(xué)原理。（4）熟練掌握溶液界面層的吸附、表面活性劑、固體表面對氣體的吸附。3、重點(diǎn)（1）表面張力、高度分散系統(tǒng)的表面能、影響表面張力的因素。（2）彎曲液面的附加壓力、彎曲液面的飽和

11、蒸汽壓、潤濕及其類型、毛細(xì)現(xiàn)象。（3）溶液界面層的吸附、表面活性劑、固體表面對氣體的吸附。4、難點(diǎn)溶液界面層的吸附、表面活性劑、固體表面對氣體的吸附。四、教學(xué)方式及學(xué)時(shí)分配序號主要內(nèi)容主要教學(xué)方式學(xué)時(shí)分配（理論+實(shí)驗(yàn)）輔導(dǎo)答疑比例一化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)講授/討論/實(shí)驗(yàn)28（24+4）2 ：1二相平衡講授/討論/實(shí)驗(yàn)20（16+4）2 ：1三化學(xué)平衡熱力學(xué)講授/討論62 ：1四化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)講授/討論/實(shí)驗(yàn)14（10+4）2 ：1五界面層的平衡與速率講授/討論/實(shí)驗(yàn)12（8+4）2 ：1五、課程其他教學(xué)環(huán)節(jié)要求課后作業(yè)/總結(jié)根據(jù)課程內(nèi)容基本要求，每部分知識點(diǎn)都會布置課后作業(yè)和知識點(diǎn)總結(jié)，作業(yè)內(nèi)容為相關(guān)

12、知識點(diǎn)的綜合性計(jì)算題或證明題。測試學(xué)期中間進(jìn)行閉卷或開卷測試，測試內(nèi)容為相關(guān)物理化學(xué)知識點(diǎn)的基本原理和綜合應(yīng)用計(jì)算等。課堂討論根據(jù)知識點(diǎn)內(nèi)容的不同特點(diǎn)，通過課堂提問討論/線上限時(shí)答題討論等形式討論，內(nèi)容為相關(guān)物理化學(xué)基本概念、原理及應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)根據(jù)課程特點(diǎn)，開設(shè)四次共16學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，內(nèi)容是為涉及“化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)”,“相平衡”,“化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)”和“界面層的平衡與速率”，實(shí)驗(yàn)題目如下：實(shí)驗(yàn)題目(1) 燃燒熱的測定實(shí)驗(yàn)題目(2) 液體飽和蒸氣壓的測定實(shí)驗(yàn)題目(3) 蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)題目(4) 最大氣泡法測定液體的表面張力期末考試期末閉卷考試，包含全部知識點(diǎn)內(nèi)容。六、本課程與

13、其他課程的聯(lián)系在學(xué)習(xí)本課程之前，學(xué)生應(yīng)先修課程是：基礎(chǔ)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)及普通物理，物理化學(xué)本課需要化學(xué)基礎(chǔ)知識及較高的數(shù)理基礎(chǔ)為前提，為結(jié)構(gòu)化學(xué)，催化原理，高等有機(jī)化學(xué)等后續(xù)課程學(xué)習(xí)、科技文獻(xiàn)閱讀、進(jìn)一步科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。七、建議教材及教學(xué)參考書目建議教材：物理化學(xué)教程大連理工大學(xué)，田福平等主編，2013.2。參考書目：1、物理化學(xué)（第五版），天津大學(xué)物化教研室主編，王正烈、周亞平修訂。高等教育出版社，2009。2、物理化學(xué)（第五版），南京大學(xué)傅獻(xiàn)彩、沈文霞、姚天揚(yáng)、侯文華編。高等教育出版社，2014。3、物理化學(xué)簡明教程，大連理工大學(xué)，傅玉普主編，2014.2。4、Thom

14、as Engel , Philip Reid . Physical Chemistry.2rd,ed.機(jī)械工業(yè)出版社，2013。八、課程考核方式與成績評定辦法課堂教學(xué)注重理論聯(lián)系實(shí)際，做到基本概念、基本理論講授清楚、重點(diǎn)突出，針對需掌握的內(nèi)容布置作業(yè)，以加強(qiáng)學(xué)生對基本概念、基本理論的理解、掌握及應(yīng)用。每周安排一次輔導(dǎo)答疑，對于普遍存在的共性問題在課堂教學(xué)中集中講授。本課程考核采用考試與平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合的形式。考核成績由平時(shí)成績與期末考試成績組成，平時(shí)成績*30%+實(shí)驗(yàn)成績*20%+期末成績*50%=總成績。評價(jià)項(xiàng)目評價(jià)環(huán)節(jié)課程目標(biāo)平時(shí)成績（30分）作業(yè)、總結(jié)、測試、課堂討論、出勤課程目標(biāo)1: 掌握物理化學(xué)中化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的基本知識、基本理論和基本方法。掌握有關(guān)物質(zhì)變化過程的平衡與速率的基礎(chǔ)理論和知識。了解物理化學(xué)的研究內(nèi)容、研究方法和發(fā)展史。課程目標(biāo)2: 掌握物理化學(xué)基本原理和方法在多相平衡系統(tǒng), 化學(xué)平衡系統(tǒng)以及界面層中的應(yīng)用；理解物理化學(xué)的理論知識在生物工程專業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用；獲得應(yīng)用物理化學(xué)的基本原理和方法分析生物工程專業(yè)相關(guān)問題的能力。實(shí)驗(yàn)成績（20分）實(shí)驗(yàn)報(bào)告、平時(shí)成績課程目標(biāo)2: 掌握物理化學(xué)基本原理和方法在多相平衡系統(tǒng), 化學(xué)平衡系統(tǒng)以及界面層中的應(yīng)用；理解物理化學(xué)的理論知識在生物工程專業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用；獲得應(yīng)用物理化學(xué)的基本原理和方法