《物理化学》课程教学大纲

一．基本信息

课程编号：0000000

课程名称：物理化学

英文名称：Physical Chemistry

       课程性质：专业基础课

总  学  时：80

学     分：5.0

适用对象：应用化学专业本科生

先修课程：有机化学

二.编写说明

（一）课程的性质

本课程是应用化学专业的专业基础必修课程。

（二）课程教学目标基本要求

本课程的任务是介绍化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学和胶体化学的基本知识、原理和方法。通过课堂讲授、自习、演算习题和习题课等多种教学方法，使化学专业的学生：进一步扩大知识面，打好专业基础。了解化学变化过程中的上些基本规律。加深对先行课程的理解，做到知识面要宽、基础要深。在基础物理化学课程中，重点在于掌握热力学处理问题的方法和化学动力学的基本知识，了解动力学的上些新进展。掌握物理化学基本的研究方法，熟悉物质的物理化学性质与化学反应规律之间的关系。进一步培养学生的独立工作能力，提高自学能力。掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法，从而加深对物理化学基本理论和概念的理解，增强解决实际化学问题的能力。对学生进行实验工作的综合训练,使之具有基本的科研素质，培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度。

（三）课程的重点和难点

本课程的主要教学内容包括：化学热力学、化学平衡、相平衡、化学动力学、电化学五大部分，要求学生掌握重要的物理化学概念、基本定律和基本公式，熟悉处理各种物理化学问题的方法，并学会灵活运用所学知识处理实际化工生产工作中所遇到问题及实验数据的归纳和分析方法。

教学重点：本课程重点阐述物理化学的基本概念、基本理论和基本定律，有关物理化学的计算应注意公式的适用条件及推导过程，对于化学反应原理应注意其基本思想及逻辑推理，各种方法的计算应注意适用范围及彼此间的区别。

教学难点：化学热力学、化学动力学，尤其是有关化学热力学的逻辑推理和化学动力学计算公式的适用条件。

（四）课程教学方法和手段

课堂讲授式，配合多媒体课件演示、教学视频。

（五）实践环节

1.名称

物理化学实验

2.主要内容

实验技能讲座、恒温水浴的组装和性能测试、凝固点降低法测定摩尔质量、纯液体饱和蒸气压的测定、燃烧热的测定、中和热的测定、双液系的气-液平衡相图、差热分析、二组分固-液相图的绘制、原电池电动势的测定、离子迁移数的测定、金属钝化曲线的测定、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数、电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数、电渗、粘度法测定水溶性高聚物相对分子量、最大液泡法测定溶液的表面张力。

3.学时分配

（六）教学时数分配表

（七）本课程与其它课程的联系

本课程的前修课程有无机化学、有机化学等。无机化学主要介绍化学学科的基本理论知识、基本概念，以及元素及其化合物的性质、结构；有机化学主要介绍各类有机化合物的结构、性质、相互转变关系及其内在联系，有利于学生化学现象的本质。

（八）教材与主要参考书

1.教材：

《物理化学核心教程》（第三版） 沈文霞主编科学出版社2006年

2.主要参考书目：

《物理化学》（第五版） 傅献彩主编 高等教育出版社 2012年

《物理化学》（第五版）董元彦主编科学出版社 2015年

《物理化学简明教程》（第五版） 印永嘉主编 高等教育出版社 2005年

（九）说明

考核方式：考试

三．教学内容纲要

第1章 绪论

一、教学基本要求

1.物理化学包含的内容主要包括三个方面：化学热力学、化学动力学、结构化学；

2.本书不包括结构化学等微观方面的内容。

二、教学内容

第一节 物理化学课程的内容

要点：

1.化学变化的方向和限度问题

2.化学反应的速率和机理问题

第二节 物理化学的研究方法

要点：

1.热力学的研究方法

2.动力学的研究方法

3.量子力学的研究方法

第三节 近代化学的发展趋势

要点：

1.介观化学发展迅速

2.表面化学越来越引起重视

3.学科的交叉与渗透更加普遍

4.理论联系实际、拓宽知识的应用更加受关注

第四节 物理化学的学习方法

要点：

1.注重逻辑，不要死记硬背

第五节 物理量的表示与运算

要点：

1.物理量的表示

2.△量纲的概念

3.△物理量的运算

第六节 关于标准压强

要点：

1.标准压强的定义

第2章 热力学第一定律

一、教学基本要求

1.热力学第一定律是人类经验的总结，是能量守恒定律的具体应用，可以进行各种物理和化学过程中热力学量之间的换算；

2.根据热和功之间的转化关系，找出提高能量利用率的方法，为反应器、锅炉和化工生产设备的设计和能量衡算提供理论依据，也为节能减排出谋划策；

3.焦耳-汤姆孙效应提供了制冷技术的理论基础，为气体液化，空气中的氧、氮分离，冷冻技术和空调、冰箱的等的制备和改进提供了理论依据。

4.定义了“焓”这个状态函数，奠定了热化学的基础，成为热力学数据表中的重要一员，相变、化学反应和溶解稀释等物理化学过程都离不开焓变的计算。

二、教学内容

第一节热力学概论

要点：

1.热力学的研究对象

2.△热力学的研究方法和局限性

第二节 热力学的一些基本概念

要点：

1.△系统和环境

2.系统的宏观性质

3.热力学平衡态

4.○状态函数

5.△过程和途径

第三节 热力学第一定律的定义

要点：

1.△热

2.○功

3.△热力学能

4.○热力学第一定律的数学表达式

5.○可逆过程

第四节 焓和热容

要点：

1.等容热

2.等压热和焓

3.△热容

第五节 理想气体的热力学能和焓

要点：

1.△焦耳实验

2.○理想气体热力学能和焓变的计算

3.△理想气体的 与 的关系和 的估算

4.○理想气体的绝热可逆过程

5.焦耳-汤姆孙实验

第六节 几种热效应

要点：

1.相变热

2.化学反应热

3.溶解热和稀释热

第七节 化学反应的焓变

要点：

1.△反应进度

2.化学反应焓变的计算

3.△赫斯定律

4.标准摩尔生成焓

5.标准摩尔燃烧焓

6.基尔霍夫定律

第3章 热力学第二定律

一、教学基本要求

1.热力学第二定律是人类经验的总结，指出了变化的方向和限度，对化工生产和科学研究有十分重要的作用；

2.卡诺循环指出了可逆热机的效率最高，但还是小于1，指出了热能转变成机械能的极限；

3.吉布斯自由能因其使用条件与大多数化学反应的条件一致，在等温等压和不做非体积功的条件下，吉布斯自由能变化值的大小、正负可以预示反应的方向和限度，成为相变化、化学变化中用的最多的判据。

二、教学内容

第一节 热力学第二定律的表述

要点：

1.自发过程的共同特征

2.△热力学第二定律

第二节 卡诺循环和卡诺定理

要点：

1.△卡诺循环

2.△热机效率

3.○卡诺定理及其推论

4.制冷机的效率

第三节 熵的概念

要点：

1.熵的引出

2.△克劳修斯不等式

3.○熵增加原理和熵判据

第四节 熵的物理意义和规定熵

要点：

1.○熵的物理意义

2.规定熵

3.○熵变的计算

第五节 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能

要点：

1.亥姆霍兹自由能的定义和判据

2.△吉布斯自由能的定义和判据

3.△ 的计算

第六节 热力学函数间的关系

要点：

1.△四个热力学基本公式

2. 与温度和压强的关系

第4章 多组分系统热力学

一、教学基本要求

1.多组分系统中组成也是状态变量之一，任一广延量不再是组成多组分系统的纯物广延量的加和，而要用偏摩尔量的加和公式计算；

2.狭义化学势与广义化学势；

3.液态混合物和溶液是化学反应研究的最多的系统；

4.两个稀溶液的经验定律，稀溶液的依数性。

二、教学内容

第一节 多组分系统

要点：

1.混合物和溶液

2.△多组分系统的组成表示法

第二节 偏摩尔量

要点：

1.△单组分与多组分系统的区别

2.△偏摩尔量的定义

3.○偏摩尔量的加和公式

第三节 化学势

要点：

1.多组分系统的热力学公式

2.△化学势的定义

3.化学势与温度、压强的关系

第四节 稀溶液的两个经验定律

要点：

1.△拉乌尔定律

2.△亨利定律

第五节 气体及其混合物中各组分的化学势

要点：

1.△单种理想气体的化学势

2.△混合理想气体的化学势

3.非理想气体的化学势

第六节 理想液态混合物及稀溶液的化学势

要点：

1.△理想液态混合物

2.○理想液态混合物中任一组分的化学势

3.稀溶液中各组分的化学势

第七节 相对活度的概念

要点：

1.非理想液态混合物

2.非理想稀溶液中溶剂的活度

3.非理想稀溶液中溶质的活度

第八节 稀溶液的依数性

要点：

1.△溶剂蒸气压降低

2.○凝固点下降

3.○沸点升高

4.○渗透压

第5章 化学平衡

一、教学基本要求

1.将参与反应的各物质的化学势表示式带入偏摩尔量的加和公式，可以用来判断化学变化的方向和限度；

2.标准平衡常数是重要的物理量，仅是温度的函数；

3.在工业生产中，根据化学平衡的知识，综合考虑制定合理的操作条件。

二、教学内容

第一节 化学反应的等温式

要点：

1.化学反应概述

2.△化学反应的方向和限度

3.△化学反应等温式

第二节 标准平衡常数

要点：

1.△标准平衡常数的定义

2.气相反应的标准平衡常数

3.液相反应的标准平衡常数

4.○有凝聚态参与的气体反应的标准平衡常数

5.○平衡常数值与化学反应式的关系

第三节 标准平衡常数的测定与计算

要点：

1.△标准平衡常数的测定

2.用热力学方法计算标准平衡常数

3.○平衡转化率及平衡组成的计算

4.△经验平衡常数

第四节 各种因素对化学平衡的影响

要点：

1.温度对化学平衡的影响

2.压强对化学平衡的影响

3.惰性气体对化学平衡的影响

第6章 相平衡

一、教学基本要求

1.理解相律的含义；

2.会认识常见的相图；

3.会根据实验数据画简单的p-x图和T-x图；

4.了解相平衡的有关知识。

二、教学内容

第一节 相律

要点：

1.研究相平衡的意义

2.△几个重要的概念

第二节 单组分系统相图

要点：

1.△相律在单组分系统中的应用

2.○水的相图

3.二氧化碳相图及超临界流体萃取

4.△单组分系统的两相平衡——克拉贝龙方程

5.○克劳修斯—克拉贝龙方程

第三节 二组分理想液态混合物的相图

要点：

1.△p-x图和T-x图

2.○杠杆规则

3.△蒸馏（或精馏）原理

第四节 二组分非理想液态混合物的相图

要点：

1.△最低恒沸混合物

2.△最高恒沸混合物

第五节 部分互溶双液系的相图

要点：

1.具有最高会溶温度的相图

2.具有最低会溶温度的相图

第六节 完全不互溶双液系

要点：

1.完全不互溶双液系的蒸气压和沸点

2.水蒸气蒸馏

第7章 化学反应动力学

一、教学基本要求

1.化学动力学是物理化学的重要部分，化工生产、科学研究以及生命过程都与反应动力学有关；

2.阿伦尼乌斯经验公式揭示了温度、活化能对速率系数的影响，选择合适的温度可以是平行反应中的主反应占主导地位；

3.了解反应的机理就掌握了反应的本质，可以更好的驾驭反应。

二、教学内容

第一节 化学动力学的基本概念

要点：

1.化学动力学的研究对象

2.△动力学曲线

3.△转化速率

4.△化学反应速率

5.○基元反应和非基元反应

6.△反应的速率方程和速率常数

7.△反应分子数和质量作用定律

8.△反应级数和准级数反应

第二节 具有简单级数反应的特点

要点：

1.零级反应

2.△一级反应

3.二级反应

4.根据特点确定反应级数

第三节 温度对反应速率的影响

要点：

1.范特霍夫近似规律

2.△阿伦尼乌斯经验式

3.○活化能

4.温度对速率影响的热力学分析

第四节 典型的复杂反应

要点：

1.△对峙反应

2.△平行反应

3.△连续反应

4.△复杂反应速率的近似处理法

5.链反应

第五节 反应速率理论简介

要点：

1.简单碰撞理论

2.过渡态理论

第8章 电化学

一、教学基本要求

1.电解质溶液在液相反应中占有重要的地位；

2.可逆电池是将化学能转变为电能的极限，对提高各种化学电源的性能有指导作用；

3.电解池的应用十分广泛。

二、教学内容

第一节 电化学的基本概念

要点：

1.△原电池和电解池

2.△正极、负极，阴极、阳极

3.△法拉第定律

4.○离子的电迁移率和迁移数

第二节 电导及其应用

要点：

1.△电导、电导率、摩尔电导率

2.○电导率、摩尔电导率与浓度的关系

3.电导测定的应用

第三节 强电解质溶液理论简介

要点：

1.强电解质的离子平均活度和平均强度因子

2.离子强度

3.△德拜—休克尔极限定律

第四节 可逆电池和可逆电极

要点：

1.△组成可逆电池的必要条件及其研究意义

2.△可逆电极的类型

3.可逆电池的书面表示法

4.○可逆电池电动势的测定

5.标准电池

第五节 可逆电池热力学

要点：

1.可逆电池电动势与各组分活度的关系

2.△用可逆电池的测定值求热力学函数的变化值

第六节 电极电势和电池的电动势

要点：

1.电极与溶液界面的电势差

2.△标准氢电极及二级标准电极

3.○标准电极电势

4.○电池的电动势

5.浓差电池和盐桥