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14
23
第三章
统计热力学
——
另设选修课
第四章
溶液
7
8
17
第五章
相平衡
9
13
第六章
化学平衡
第七章
电解质溶液
第八章
可逆电池
25
第九章
不可逆电极过程
5
6
16
第十章
化学动力学基础
(一)
29
第十一章
化学动力学基础
(二)
4
第十二章
表面现象
第十三章
胶体和大分子溶液
使用教材及主要教学参考书
使用教材:
本课程以傅献彩、沈文霞、姚天扬等编《物理化学》(上、下册)。
高教出版社,
2006年第五版为主要教材。
主要教学参考书:
1.高师院校教材:
上海师大等五校合编《物理化学》(上、下册)。
高教出版社。
1991年第三版。
2.《物理化学》,高师院校试用教材,第三版,高等教育出版社,1991
3.《物理化学》,韩德刚,高执棣,高盘良编,高等教育出版社,2002
4.《物理化学简明教程》,印永嘉等编,第三版,高等教育出版社,1993
5.朱文涛编,《物理化学》,北京:
清华大学出版社,1995.
三.课程教学基本要求
第零章绪论
教学基本要求:
着重阐明物理化学的发展及物理化学基本内容,介绍物理化学的学习方法。
理论教学内容:
1.物理化学的基本内容
2.物理化学发展简史
3.学习物理化学的意义
4.怎样学习物理化学
本章学时1学时
第一章热力学第-定律及其应用
通过对热力学第一定律的学习,了解热力学方法的特点,特别是要了解状态函数,准静态过程和可逆过程的概念。
其次是了解热力学第一定律的应用,如热化学和理想气体在几种过程中功和热量的计算等。
具体要求如下:
1.理解热力学的一些基本概念。
2.掌握热,功及内能三者的区别与联系,熟知功与热正负号的取号惯例。
3.理解准静态过程和可逆过程的意义。
4.充分理解状态函数的意义及其数学性质,应将此概念贯穿与整个热力学函数的讲解
中。
(重点,难点)
5.明确焓的意义及性质。
(重点)
6.熟练掌握热力学第一定律在计算理想气体等温,等压,等容及绝热过程中△U,
△H,Q及W的应用。
7.能应用生成焓,燃烧焓来计算反应热。
8.了解第一定律与盖斯定律的关系,了解基尔霍夫定律的由来,会应用这两个定律,
重点掌握基尔霍夫定律。
1、热力学概论和热力学的基本概念
热力学的目的、内容、方法与局限性
体系与环境
体系的状态和性质(状态、状态性质、容量性质、强度性质)
过程与途径(等温过程、等压过程、等容过程、相变过程、化学过程、循环过程)
状态方程和过程方程
状态函数的全微分性质
2、热和功
热
功(体积功与非体积功,功的一般计算公式,体积功的计算)
3、热力学第一定律
热力学能
热力学第一定律文字表述和数学表达式
4、焓(等压热容、等容热容、焓的定义)
5、热容(Cp与Cv及其相互关系,Cp与温度的关系),热量的计算
6、准静态过程与可逆过程
7、热力学第一定律对理想气体的应用
理想气体的内能和焓
理想气体△U和△H的计算
理想气体Cp与Cv的关系
理想气体的等温可逆过程
理想气体的绝热过程
理想气体的卡诺循环
8、热力学第一定律对相变化的应用
9、热力学第一定律对实际气体的应用
焦耳—汤姆逊实验
焦—汤系数及转化温度
实际气体的热力学能和焓
10、热力学第一定律对化学反应过程的应用
化学反应的热效应(等压热效应、等容热效应、反应进度和热化学方程式、化学反应热效应的表示)
盖斯定律
化学反应热效应的计算(生成焓与标准生成焓,燃烧焓,离子生成焓,键焓)
反应热效应与温度的关系(基尔霍夫定律,非等温反应和绝热反应热效应的计算)
11、热力学第一定律的微观说明(内能,功,热,热容一能量均分原理)
【作业题】习题:
2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、13、14、15、16、18、19、20、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31
(二)课外教学内容和基本要求
课外教学内容:
本章习题解答及答疑
本章学时11学时
第二章热力学第二定律
本章基本要求:
本章主要讨论热力学过程的方向与限度。
熵与熵增加原理是本章的重点和难点。
熵的统计意义能使学生初步理解熵与第二定律的微观含义。
热力学第三定律为以后计算物质的熵值与其它热力学函数提供根据。
由于化学反应一般可控制在恒温恒压下进行,所以,自由能的使用也是本章的重要内容之一。
1.明确热力学第二定律的意义,了解自发变化的共同性质。
2.了解热力学第二定律与卡诺定律的联系。
理解克劳修斯不等式的重要性。
3.熟记热力学函数U、H、S、F、G的定义,了解其物理意义。
4.明确△G在特殊条件下的物理意义,如何利用它来判别变化的方向和平衡条件。
5.较熟练地计算一些简单过程的△S、△H和△G,以及如何利用范霍夫等温式来判
别化学变化的方向。
6.较熟练地运用吉布斯-亥姆霍兹公式、克拉贝龙和克劳修斯-克拉贝龙方程式。
(重
点)
7.了解熵的统计意义。
8.明确偏摩尔量和化学势的意义,了解它们之间的区别。
(难点)
9.了解热力学第三定律的内容,明确规定熵的意义、计算及其应用。
1.一切自发过程的共同特征
2.热力学第二定律的表达法:
克劳修斯的说法与开尔文的说法
3.卡诺原理
4.过程的热温商与熵函数
可逆过程的热温商和熵的概念
不可逆过程的热温商与熵变
5.热力学第二定律的数学表达式与熵判据
热力学第二定律的数学表达式
熵增加原理
6.熵的统计意义
过程自发进行的微观本质
微观状态数与最可几分布
熵与微观状态数的关系
7.熵变的计算与熵判据的应用
各种简单状态变化过程
相变过程
等温下的化学反应过程
8.热力学第三定律、规定熵
热力学第三定律
规定熵
化学反应熵变的计算
9.自由能
自由能(F、G)
自由能判据
自由能变化的焓效应与熵效应(△G=△H–T△S)
10.等温过程△G的计算与应用
无化学变化与无相变化的等温过程△G
纯物质相变过程的△G
化学反应的△G
11.热力学函数间的基本关系式
热力学函数间的关系
特征微分方程、特征函数
对应系数关系、麦克斯韦关系
吉布斯—赫姆霍兹方程
12.克拉贝龙—克劳修斯方程
克拉贝龙方程
克拉贝龙—克劳修斯方程
13.热力学第三定律
热力学第三定律的内容
规定熵的意义、计算及其应用
14.不可逆过程热力学简介
熵产生和熵流
熵产生的一般公式
2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、15、19、20、21、22、23、24、25、28、29、30、32
本章习题解答及答疑
本章学时14学时
第三章统计热力学基础(暂放在选修课中讲)
本章基本要求
统计热力学是从物质的微观结构出发来研究由大量微观粒子所构成的宏观物质处于平衡态时的性质,采用统计力学的方法推求体系的热力学性质。
本章要求了解统计体系的分类,主要掌握玻兹曼统计对定位、非定位体系的处理结果,理解并熟练掌握配分函数与热力学函数之间的关系,了解利用统计热力学中的配分函数来计算各种体系的热力学函数。
1.了解什么是最概然分布。
2.为什么可以用最概然分布的微观状态数来代替整个体系的微观状态数。
3.何为配分函数?
它有什么物理意义。
4.定位体系与非定位体系的热力学函数有什么差别?
5.了解平动、转动、振动对热力学函数的贡献,了解公式的推导过程。
6.了解什么是玻色-爱因斯坦统计和费密-狄拉克统计。
1.统计热力学概论
统计热力学的研究方法和目的
统计体系的分类
统计热力学的基本假定
2.玻兹曼统计
定位体系的最概然分布
α、β值的推导
玻兹曼公式的讨论一一非定位体系的最概然分布
玻兹曼公式的其他形式
摘取最大项法及其原理
3.玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计
玻色-爱因斯坦统计
费米-狄拉克统计
4.三种统计的比较
5.配分函数
配分函数的定义
配分函数与热力学函数的关系
配分函数的分离
6.各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献(原子核配分函数,电子配分函数,平
动配分函数,单原子理想气体的热力学函数,转动配分函数,振动配分函数)
7.分子的全配分函数
【作业题】
第四章溶液----多组分体系热力学在溶液中的应用
本章讨论溶液的热力学性质。
使学生了解偏摩尔量和化学势概念;
了解拉乌尔定律及亨利定律、稀溶液、理想溶液的意义;
实际溶液与理想溶液的区别;
活度的概念与意义,以及标准态的选用。
掌握稀溶液与理想溶液、非理想溶液三者的区别、关系及各自性质。
加深对拉乌尔定律及亨利定律的理解并熟悉其应用。
活度的概念与标准态的选用及溶液中各组分化学势的表示,是本章的一个难点,必须使学生理解这些概念及其意义。
1.熟悉溶液浓度的各种表示法及其相互关系。
2.什么是理想溶液?
理想溶液有哪些通性。
3.了解拉乌尔定律和亨利定律的区别。
4.了解逸度和活度的概念。
5.如何表示溶液中各组分的化学势?
各组分的标准态有什么不同?
了解从微观角度讨论溶液形成时一些热力学函数的变化。
(重点,难点)
6.掌握稀溶液依数性公式的推导(重点),以及分配定律公式的推导,了解热力学处理溶液问题的一般方法。
理论教学内容
1.概述与组成表示法
2.溶液的基本性质和两个经验定律
拉乌尔定律
亨利定律
3.混合气体中各组分的化学势。
理想气体的化学势
非理想气体的化学势一一逸度的概念
逸度系数的求法
4.稀溶液
各组分的化学势与标准态
依数性
5.理想溶液
理想溶液的定义
理想溶液的化学势、通性
组成理想溶液过程中,体系各热力学函数的改变
6.非理想溶液
非理想溶液中各组分的化学势
活度的概念
7.分配定律一一溶质在两互不相溶液相中的分配定律
3、4、5、6、7、8、11、12、14、16、18、20、21、22、24、25、26
本章学时8学时
第五章相平衡
本章应用热力学方法讨论相平衡体系的一般规律。
学习一些典型相图的绘制、分析与应用。
克拉贝龙方程的应用、相律与相图的分析及应用是本章的主要内容。
相图分析着重于二组分体系。
对三组分体系只作一般性介绍。
1.了解相、组分数和自由度的意义。
2.了解相律的推导过程及其在相图中的应用。
3.了解杠杆规则在相图中的应用。
4.根据相图能绘出步冷曲线,或者根据步冷曲线能绘制简单的相图。
5.在双液系中以完全互溶的双液系为重点了解其p-x图和T-x图,了解蒸馏和精馏的
基本原理。
(重点)
6.在二组分液-固体系中,以简单低共熔物的相图为重点,了解相图的绘制及其应用。
能应用相律说明相图中区、线及点的意义,并能根据相图来说明体系在不同过程中
所发生相变化的情况。
7.对三组分体系,了解相图在萃取过程中的应用。
1.相律
相、组分数与自由度
相律的推导
相律的应用举例
2.单组分体系
水的相图
克拉贝龙方程的应用
3.双液系的气液平衡
二组分理想溶液
二组分完全互溶的实际溶液(分馏原理)
杠杆规则
完全不互溶与部分互溶的双液系(水蒸气蒸馏原理)
4.二组分凝聚体系
具有简单低共熔点的凝聚体系
熔融液的冷却过程—步冷曲线
二组分盐水体系
形成稳定固态化合物的体系
形成不稳定固态化合物的体系
二组分在液态与固态时均能完全互溶的体系
二组分固态时部分互溶的体系
具有转熔温度的固态部分互溶体系
5.三组分体系
三组分体系的组成表示法
部分互溶三液系
二盐一水体系
【作业题】习题:
2、4、5、8、9、10、13、14、17、18、20、22、24
本章学时10学时
第六章化学平衡
本章根据热力学的平衡条件得出反应的等温方程式,并根据物质的热力学函数值计算反应的平衡常数,再进一步讨论浓度、温度、压力与惰性气体对平衡的定量影响。
最后列举一些实例说明应用热力学平衡条件来分析反应条件的重要性与实际意义。
1.从热力学平衡条件导出化学反应等温方程式以及该方程的意义是本章的重点。
2.熟练掌握平衡常数与平衡组成的计算。
3.熟练掌握理想气体反应的Kp、Kx、Kc间的关系。
4.理解物质生成自由能与反应过程△G的意义,掌握△rGmӨ=-RTlnKӨ的有关计算。
5.了解从吉布斯—赫姆霍兹方程推导反应等压方程式的思路及有关该方程的计算,熟悉一些因素对反应平衡的定量影响。
6.一些热力学分析的实例。
1.反应的平衡条件和化学反应的亲和势
化学反应的平衡条件
化学反应的亲和势
2.衡常数与反应等温方程式
气相反应的平衡常数一一化学反应的等温方程式
溶液中反应的平衡常数
平衡常数的表示式
复相化学平衡
平衡常数的测定和平衡转化率的计算
平衡常数的直接测定
平衡转化率的计算
3.标准生成吉布斯自由能
标准生成吉布斯自由能
标准生成自由能的求法及用途。
4.有关平衡常数的计算与应用
理想气体反应的Kp、Kc与Kx之间的关系
实际气体反应的平衡常数
液相反应的平衡常数
复相反应的平衡常数(固体的分解压)
5.一些因素对化学平衡的影响
浓度对化学平衡的影响
温度对化学平衡的影响
压力对化学平衡的影响
惰性气体对化学平衡的影响
6.同时平衡和反应的藕合
7.近似计算
8.生物能力学简介
生物化学中的标准态
ATP的水解
糖酵解的作用
2、4、6、9、10、12、13、16、17、18、20、21、22、23、25、26、27、29、30、31、32、33、34
第七章电解质溶液
本章讨论电解质溶液的性质与理论。
1.了解离子在外电场下的迁移情况,理解迁移数的意义及常用测定迁移数的方法。
2.理解并掌握电导、电导率、摩尔电导率、迁移数、离子淌度与离子独立移动定律等概念及其关系式。
3.熟悉离子独立移动定律及电导测定的一些应用。
4.熟练掌握迁移数与摩尔电导率、离子迁移之间的关系。
5.了解离子活度、平均活度、和平均活度系数的概念。
掌握电解质的离子平均活度系
数的意义及计算方法。
(重点,难点)
6.了解强电解质溶液理论(主要是离子氛的概念),并会使用德拜-休克尔极限公式。
1.化学的基本概念和法拉第定律
基本概念
法拉第电解定律
2.离子迁移和迁移数及其测定
迁移数的定义
希托夫法
界面移动法
3.电解质溶液的电导
电导、电导率、摩尔电导率
离子独立移动定律
电导、摩尔电导率与浓度的关系
4.离子迁移数、离子淌度与离子电导
5.电导测定的应用
电离度与电离常数
pH值
难溶盐的溶解度和溶度积
电导滴定
6.强电解质溶液理论简介
电解质的平均活度和平均活度系数
从测定溶解度求平均活度系数
离子强度
强电解质溶液的离子互吸理论
德拜-休克尔-昂萨格电导理论
德拜-休克尔极限公式
1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、15、16、17、19、20、21、22、23、24、26、27、28、29、30
第八章可逆电池的电动势及其应用
本章讨论可逆电池的电动势,使学生理解产生电动势的机理。
熟悉电化学中的一套惯用符号。
掌握有关电动势的计算与电动势测定的应用。
电池电动势、电极电势的能斯特方程与电动势测定的应用是本部分的主要内容之一。
1.使学生理解电池过程的热力学函数改变△G、△H、△S与电功、电动势的关系,了解电动势产生的原因和熟悉电化学的惯用符号。
2.熟悉标准电极电势表的应用。
3.对于给定电池能正确地书写电极反应和电池反应并能计算其电动势。
4.能根据简单的化学反应来设计电池。
5.明确温度对电动势的影响及了解△rHm和△rSm的计算。
6.了解电动势产生的机理及电动势测定法的一些应用。
1.可逆电池的热力学
可逆电池和可逆电极
可逆电池和不可边电池
可逆电极的类型和电极反应
可逆电池的书写方法
可逆电池电动势的取号
可逆电池电动势E与参加反应各组分活度的关系
从标准电动势Eф求反应的平衡常数Kфa
从电动势E及其温度系数求反应的△rHm和△rSm
2.电动势产生的机理
电极与电解质溶液界面间电势差的形成
接触电势
液体接界电势
3.电极电势和电池的电动势
标准氢电极和标准电极电势
电池电动势的计算
关于标准电极电势的符号和电池电动势的计算方法
膜电势
4.浓差电池和液体接界电势的计算公式
浓差电池
液接电势的计算公式
5.电动势的测定及其应用
对消法测电动势
电解质溶液平均活度系数的测定
求难榕盐的活度积
PH值的测定
6.离子选择性电极
7.化学传感器简介
8.电势-pH图及其应用
9.生物电化学
细胞膜与膜电势
电化学在生物体中的应用
1、2、4、5、6、8、10、11、12、13、14、16、17、19、20、22、23、25、29、30、31、32、34、35、37
第九章电解与极化作用
讨论在有电流通过电解池时的不可逆电极过程,要求掌握分解电压和超电势等重要概念,了解电解时电极上的反应规律,以及电化学腐蚀、防腐的有关知识。
1.了解分解电压的意义。
2.了解产生极化作用的原因。
了解超电势在电解中的作用。
(难点,重点)
3.能计算一些简单的电解分离问题。
4.了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。
5.了解化学电源的类型及应用。
1.电压
2.极化作用
浓差极化
电化学极化
超电势的测定
氢超电势
3.电解时电极上的反应
金属的析出与氢的超电势
金属离子的分离
电解还原与氧化的应用
4.金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化
金属的电化学腐蚀
金属的防腐
金属的钝化
5.化学电源
1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、18
本章学时6学时
第十章化学动力学基础(-)
化学动力学基础
(一)阐明化学动力学的意义与一些基本内容,随后分析几个复杂反应的速率方程。
在化学反应机理的内容中可适当地介绍一些近代微观动力学知识。
1.掌握等容反应速率的表示法及基元反应、反应级数等基本概念。
明确反应分子数与反应级数的区别与联系。
2.对于简单级数的反应如零级、一级、二级反应,要掌握其速率公式的各种特征并能
够由实验数据确定简单反应的级数。
3.了解反应级数的实验测定法。
4.对三种典型的复杂反应(对峙反应、平行反应、连续反应)要掌握其各自的特点并
能对其中
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