上海師范大學本科課程教學大綱

上海師范大學本科課程教學大綱課程名稱：高等物理化學導論（AdvancedPhysicalChemistry)學分：2總學時：36開課專業(yè)：化師、應化、化工一、課程性質(zhì)與目的（一）課程性質(zhì)物理化學是研究所有物質(zhì)系統(tǒng)的化學行為的原理、規(guī)律和方法的學科，它從物理現(xiàn)象和化學現(xiàn)象的聯(lián)系入手，并運用物理的理論和實驗方法來研究化學運動的普遍規(guī)律，是化學以及在分子層次上研究物質(zhì)變化的其他學科的共同理論基礎。物理化學的主要內(nèi)容是化學熱力學、化學動力學、電化學、膠體與界面化學等。學生從宏觀和微觀結(jié)合的角度理解熱力學狀態(tài)的變化和反應的本質(zhì)，可拓展思路，抓住問題本質(zhì)，有利于素質(zhì)教育和人才培養(yǎng)。然而，學習熱力學需要高度的抽象思維、學習動力學需要空間想象力使不少學生深感困難。為此，設置高等物理化學導論課程，在教學中特別注意結(jié)合物理化學的發(fā)展史來講授,消除畏難情緒和神秘感;闡述力求準確,把抽象的概念具體化、把復雜的過程、復雜的理論分解為相應的知識點，隨時給出“正誤辨析”，幫助學生解難釋疑。（二）課程設置目的學習高等物理化學導論的目的有兩個：一是深化物理化學的基本知識，加強對自然現(xiàn)象本質(zhì)的認識，并作為其它與化學有關(guān)的技術(shù)科學的發(fā)展基礎;二是適應研究生入學后，從事物理化學或相關(guān)化學學科的研究需要，掌握科學思維方法，培養(yǎng)獲得知識并用來解決實際問題的能力。（三）適用對象化師、應化、化工本科四年級二、預修課程物理化學、無機化學三、教學內(nèi)容第1章緒論第2章熱力學第一定律1．理解pVT關(guān)系和熱性質(zhì)是物質(zhì)的兩類基本的宏觀平衡性質(zhì)，它們是分子的熱運動和分子間的相互作用在宏觀上的反映。2．掌握系統(tǒng)、環(huán)境、狀態(tài)、平衡態(tài)、狀態(tài)函數(shù)、強度性質(zhì)、廣延性質(zhì)等基本概念，以及狀態(tài)方程的含義。3．理解熱力學第一定律文字表述及數(shù)學表達式。掌握功、熱、熱力學能、焓等的定義和相互關(guān)系，Qv=U、Qp=H的條件和應用，以及熱力學標準狀態(tài)的定義和意義。4．理解焦耳－湯姆遜效應及焦耳－湯姆遜效應系數(shù)。5．掌握標準摩爾定容熱容、標準摩爾定壓熱容、標準摩爾相變焓、標準摩爾生成焓、標準摩爾燃燒焓和標準熵的定義和應用。6．了解熱性質(zhì)的實驗測定原理以及一些半經(jīng)驗方法，主要是基團加和法。第3章熱力學第二定律1．理解熱力學第二定律的建立過程。理解由熱力學第二定律演繹得出的三個結(jié)論，即熱力學溫標、存在一個狀態(tài)函數(shù)熵、以及熵增原理。理解引入亥姆霍茨函數(shù)和吉布斯函數(shù)的原因。2．掌握在克勞修斯不等式基礎上得出的可逆性判據(jù)或不可逆程度的度量。3．掌握熱力學基本方程，理解由此得出的各種偏導數(shù)關(guān)系式。理解熱力學基本方程是化學熱力學理論框架的中心。4．理解在解決實際問題時，一方面需要熱力學理論所提供的普遍規(guī)律，另一方面需要物質(zhì)的特性，即pVT關(guān)系和熱性質(zhì)。5.掌握理想氣體在狀態(tài)變化中熱力學函數(shù)變化的計算。了解非理想氣體包括液體和固體在pVT變化中熱力學函數(shù)變化的計算。6．掌握在可逆相變化和不可逆相變化中熱力學函數(shù)變化的計算。7理解熱力學第三定律的建立過程，理解標準熵的含義，了解得到標準熵的方法。8.掌握在化學變化中熱力學函數(shù)變化的計算。第4章多組分體系溶液1．理解偏摩爾量的定義與物理意義，理解集合公式和吉布斯－杜亥姆方程，了解偏摩爾量的實驗測定。2．理解化學勢的定義，理解組成可變的均相多組分系統(tǒng)和多相多組分系統(tǒng)的熱力學基本方程。3．理解用化學勢表達的適用于相變化和化學變化的平衡判據(jù)，掌握熱平衡條件、力平衡條件、相平衡條件和化學平衡條件。4．理解逸度的概念，能用逸度表示混合物中組分的化學勢。了解逸度系數(shù)的求法。5．掌握拉烏爾定律和亨利定律和它們的應用。理解理想混合物和理想稀溶液的概念。6．理解活度的概念，理解選擇溶劑和溶質(zhì)標準態(tài)的意義，能用活度表示液態(tài)（固態(tài)）混合物中的組分以及溶液中溶劑和溶質(zhì)的化學勢，能用混合物或溶液的蒸氣壓數(shù)據(jù)求組分的活度系數(shù)。7．了解稀溶液依數(shù)性的熱力學原理,以及它們與溶劑特性的關(guān)系。8．了解混合性質(zhì)和超額函數(shù)，知道可由超額函數(shù)求得活度函數(shù)。第5章相平衡1．理解相律的推導，掌握相律的內(nèi)容及其應用。2．掌握克拉佩龍一克勞修斯方程的推導和應用。3．對兩組分系統(tǒng)的氣液平衡相圖，要求掌握恒溫相圖和恒壓相圖中點、線、面的意義，會應用相律分析相圖，會應用杠桿規(guī)則計算各相的量，理解分餾的原理和結(jié)果。4．對兩組分系統(tǒng)的液液平衡相圖，要求掌握恒壓相圖中點、線、面的意義，會應用相律和杠桿規(guī)則，理解液相部分互溶系統(tǒng)的精餾結(jié)果。5．對兩組分系統(tǒng)的液固平衡相圖，要求了解如何用熱分析法和溶解度法制作相圖，掌握幾種典型相圖的點、線、面的意義，會應用相律和杠桿規(guī)則，了解液固平衡相圖的應用。6．對三組分系統(tǒng)的液液平衡相圖，掌握用正三角形表示三組分系統(tǒng)組成的方法，了解三組分系統(tǒng)液液平衡相圖或三組分系統(tǒng)液固平衡相圖的特點，知道什么是投影圖，了解萃取和結(jié)晶分離的原理，了解分配定律。7．掌握相平衡計算的原理，了解如何將熱力學得出的普遍規(guī)律與系統(tǒng)特性相結(jié)合，進行各種類型的相平衡計算。8．有一些高級相變的常識。第6章化學平衡1．掌握標準平衡常數(shù)的定義和特性。掌握以速度、分壓、濃度、活度，摩爾分數(shù)表示的平衡常數(shù)的定義和特性，以及它們與標準平衡常數(shù)的關(guān)系。2．了解化學反應等溫方程的推導，掌握用等溫方程判斷化學反應方向與限度的方法。3．了解同時平衡和反應耦合的知識。4．了解范特荷甫等溫方程的推導，理解溫度對標準平衡常數(shù)的影響，會用范特荷甫方程計算不同溫度下的標準平衡常數(shù)。5．掌握用熱性質(zhì)數(shù)據(jù)計算標準平衡常數(shù)的方法。6．理解范特荷甫等壓方程以及壓力對不同體系平衡移動的影響。第8章電解質(zhì)溶液：1．理解電解質(zhì)溶液活度的多樣性。理解電解質(zhì)活度、離子活度、離子平均活度、溶劑活度和溶劑滲透因子的定義。了解它們的特點和變化規(guī)律。2．理解離子互吸理論的要點。了解它的推導，以及在此基礎上發(fā)展的半經(jīng)驗方法。3。了解電解質(zhì)溶液活度應用時的一些特點。4．理解電解質(zhì)溶液導電的機理。理解電遷移率、遷移數(shù)、電導率、摩爾電導率和離子摩水電導率的定義，以及它們的相互關(guān)系。掌握它們的計算和相互換算。5．了解電導測定對離解平衡的應用。6．理解電解質(zhì)溶液電導的理論。第9章可逆電池：1．從進行的形式、熱力學和動力學三方面，理解電化學反應不同于－般化學反應的特征。2．掌握各種定義和慣例。注意區(qū)別電池電動勢和標準電池電動勢；區(qū)別電極電勢和標準電極電勢；注意電池、電極和電極反應的書寫慣例，以及電極電流正負的確定等。3．理解電化學系統(tǒng)的熱力學基本方程、電化學勢和電化學平衡判據(jù)。4．掌握電池反應和電極反應的能斯特方程，掌握采用標準氫電極來定義電極反應電勢和標準電勢的原理，掌握電池反應電勢和電極反應電勢的計算及應用。5．理解濃差電池的原理，了解液接電勢的計算。第10章電解與極化：1．了解分解電壓的實際意義，以及它與電極電勢和超電勢的關(guān)系。了解雙電層模型及其實驗依據(jù)。了解電極反應電勢是如何確定的。2．掌握電化學反應速率、電流和電勢的相互關(guān)系。3．理解超電勢的含義和塔費爾方程，了解傳遞對超電勢的影響，了解交換電流密度等特征參數(shù)的意義。第11章化學動力學（一）1．理解什么是基元反應，什么是復合反應，理解它們之間的關(guān)系。2．掌握化學反應的速率的不同定義以及相互間的關(guān)系。3．理解反應速率方程中一些特征參數(shù)如級數(shù)、速率常數(shù)或速率系數(shù)的含義。4．掌握零級、一級、二級反應速率方程的特點以及它們的積分形式，了解它們的應用。5．掌握一級對峙反應、一級連串反應和一級平行反應的速率方程的特點以及它們的積分形式，了解它們的應用。6．掌握阿侖尼烏斯方程及其應用，理解其中的特征參數(shù)阿侖尼烏斯活化能和指前因子的含義。7．掌握利用實驗數(shù)據(jù)獲得動力學特征參數(shù)的積分法和微分法。8．了解快速反應的實驗方法。9．掌握由反應機理得到反應速率方程的平衡態(tài)處理法和穩(wěn)態(tài)處理法。10．了解基元反應速率的三種理論，即碰撞理論、過渡狀態(tài)理論和分子動態(tài)學，知道它們要應用以后將要學習的量子力學和統(tǒng)計力學。第12章化學動力學（二）1．了解得到動力學特性參數(shù)的半經(jīng)驗方法。2．理解溶液中反應速率方程的特點，區(qū)別擴散控制與反應控制。了解溶劑與溶質(zhì)的相互作用和擴散對溶液中反應的影響。3．了解鏈反應機理與速率方程的關(guān)系。4．了解支鏈反應機理與燃燒和爆炸的關(guān)系，了解什么是爆炸極限。5．理解酸堿催化反應速率方程的特點，知道一些組合催化反應的知識。6．了解酶催化反應的特點。7．理解光化學反應的基本定律以及速率方程的特點。8．了解連續(xù)管式反應器和連續(xù)釜式反應器中反應的特點。9．了解產(chǎn)生化學振蕩的條件以及化學振蕩與反應穩(wěn)定性的關(guān)系。知道一些化學中有關(guān)混沌現(xiàn)象的知識。10．了解態(tài)態(tài)反應的含義及其與基元反應的關(guān)系。11．了解反應速率理論的三個層次：不計分子內(nèi)部運動的碰撞理論，考慮分子內(nèi)部運動但不計態(tài)態(tài)反應細節(jié)的過渡狀態(tài)理論，以及全面研究態(tài)態(tài)反應的分子動態(tài)學。12．了解分子動態(tài)學的兩種實驗方法：分子束散射技術(shù)與波譜技術(shù)。第13章界面現(xiàn)象：1．理解界面相特有的兩個可測量的強度性質(zhì)，界面張力和單位界面過剩量的意義。理解定義界面過剩量的吉布斯方法。2．理解有界面的系統(tǒng)的熱力學基本方程和平衡條件。理解熱力學函數(shù)與界面張力、界面面積和界面過剩量的關(guān)系。3．掌握拉普拉斯方程、開爾文方程以及吉布斯等溫方程的推導，理解其含義，并能應用它們來解釋彎曲界面兩邊的壓差、彎曲界面的飽和蒸氣壓、亞穩(wěn)平衡、正吸附和負吸附等重要界面現(xiàn)象。4，了解潤濕、粘附等界面現(xiàn)象的熱力學基礎。5．了解獲得各類界面平衡特性的實驗方法、半經(jīng)驗方法和理論方法。6．理解固體表面的物理吸附和化學吸附概念，掌握各種半經(jīng)驗模型，特別是蘭繆爾模型、BET多層吸附模型的意義和應用，理解毛細管凝結(jié)現(xiàn)象。7．了解動態(tài)界面張力、單分子膜中化學反應以及多相催化作用的特點。8．理解多相催化動力學速率方程的特點，了解擴散控制、吸附控制和界面反應控制的區(qū)別。第14章膠體分散體系與高分子溶液：1．掌握膠體系統(tǒng)的各種分類，理解分散物質(zhì)的尺度在分類中的意義。區(qū)別哪些是熱力學穩(wěn)定系統(tǒng)，哪些是亞穩(wěn)系統(tǒng)：哪些是均相分散系統(tǒng)，哪些是多相分散系統(tǒng)。2．理解靜電穩(wěn)定膠體系統(tǒng)和高分子穩(wěn)定膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定機制，理解DLVO理論和位阻效應。3．理解影響膠體系統(tǒng)失穩(wěn)絮凝或聚結(jié)的各種因素，理解絮凝和聚結(jié)的區(qū)別。4．理解膠體系統(tǒng)的各種特性，包括相平衡性質(zhì)、動力性質(zhì)、動電性質(zhì)、流變性質(zhì)和光學性質(zhì)，了解這些性質(zhì)變化的規(guī)律，了解測定這些性質(zhì)的方法。5．了解締合膠體、乳狀液和泡沫、以及凝膠的特點，了解影響它們的穩(wěn)定性的各種因素。四、教材1、使用教材傅獻彩等編，《物理化學》（第五版2005），高等教育出版社2、參考書目（1）胡英主編，《物理化學》（上、中、下）（第四版2000），高等教育出版社（2）印永嘉主編，《物理化學簡明教程》（第四版2007年），高等教育出版社（3）P.W.Atkins,《PhysicalChemistry》(7thEd.),OxfordUniversityPress,2002五、課外學習要求本課程的特點決定了習題演算是提高教學質(zhì)量的重要的環(huán)節(jié)，重視課外作業(yè)和課外輔導答疑。為了實現(xiàn)教學目標，要求學生做到課堂理論教學和課外預復習的時間比例為1：2，要求學生做到課前預習，每章節(jié)內(nèi)容上課后布置復習思考題和作業(yè)題，便于學生課后復習。六、考核方式考核方式為：閉卷考試總評成績由考試成績、平時作業(yè)和出勤率綜合評定。其中：考試成績包括期中考試（20%）、期終考試（70%）及平時作業(yè)占總評成績(10%)；上課缺勤率將