教学大纲.docx
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教学大纲
[教学大纲]
[教师简介]
[课程简介]
[习题讲解]
[课程录像]
[教学资源]
[电子教案]
[教学团队]
[教学大纲]
课程名称:
物理化学PhysicalChemistry
课程类别:
必修课编号:
学时:
90
主编姓名:
童叶翔单位:
化学学院职称:
教授
主审姓名:
陈六平单位:
化学学院职称:
教授
授课对象:
本科生专业:
化学年级:
三年级
一、课程目的与教学基本要求
物理化学是化学学科的一个重要分支,是化学类专业本科生的一门主干基础课。
学习本课程的目的主要有两个:
(1)学生能系统地掌握物理化学的基本知识和基本原理,加深对自然现象本质的认识,这些知识和原理不仅是化学的理论基础,也是其它与化学有关的技术科学的发展基础;
(2)学生学会物理化学的科学思维方法,培养学生提出问题、研究问题、分析问题的能力,培养他们获取知识并用来解决实际问题的能力。
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、界面化学和胶体化学的基本原理、方法及其应用。
通过课堂讲授、学生自习、学科前沿介绍、习题课、讨论课、计算机辅助教学、考试等教学环节达到本课程的目的,其教学基本要求如下:
1.化学热力学:
牢固掌握热力学四大定律、相平衡和化学平衡的基本原理及其在实际问题中的应用,牢固掌握热力学在溶液中的应用和非理想体系处理的一般方法。
明确重要热力学公式的物理意义、应用条件及其相互关系,牢固掌握各热力学函数变化值的计算方法,据以判断化学变化的方向和限度。
一般了解非平衡态热力学的基本概念。
2.统计热力学:
牢固掌握玻兹曼统计的基本原理,能从微观角度解释体系的一些热力学性质,一般掌握从分子配分函数和自由能函数表计算简单气相反应的平衡常数、理想气体及晶体热力学函数的方法。
3.化学动力学:
牢固掌握化学动力学的基本概念、反应速率常数、活化能的测定和计算方法,一般掌握推导速率方程、求算反应级数及推测反应机理的基本方法,了解基元反应速率理论、分子反应动力学的实验方法及其理论研究上的意义、均相和多相催化原理、光化学的基本原理。
4.电化学:
牢固掌握电解质溶液的基本概念和理论、电导及其应用,可逆电池热力学及其应用,了解电极过程动力学的基本内容及其应用。
5.界面化学:
牢固掌握掌握表面吉布斯自由能及表面张力的概念及其应用,了解不同相界面的热力学性质和动力学基本规律,表面活性剂的作用等。
6.胶体化学:
了解胶体分散体系的超微不均匀性以及由此而产生的胶体分散体系的动力性质、光学性质、电学性质及胶体分散体系的稳定性。
二、课程内容
绪论(1学时)
§0.1物理化学的研究对象和内容
§0.2物理化学的研究方法
§0.3物理化学的发展简史
§0.4物理化学的学习方法和学习要求
第一章热力学第一定律与热化学(7学时)
§1.1热力学的研究对象和基本概念(0.5学时)
§1.2热力学第零定律(0.5学时)
§1.3热力学第一定律(1学时)
§1.4可逆过程和最大功(1学时)
§1.5焓和热容(1学时)
§1.6热力学第一定律对气体的应用(2学时)
理想气体的内能和焓,理想气体的绝热过程,实际气体的内能和焓
§1.7热化学(1学时)
化学反应的热效应,反应进度,热化学方程,盖斯定律,化合物的生成焓,燃烧热,由键焓估算生成焓,离子生成热,溶解热和稀释热,反应热与温度的关系
第二章热力学第二定律(8学时)
§2.1自发过程的共同特点和热力学第二定律的经典表述(0.5学时)
§2.2熵的概念及有关计算(1.5学时)
卡诺定理,可逆过程的热温商-熵函数,不可逆过程的热温商,热力学第二定律的数学表达式,绝热过程的熵变,熵变的计算
§2.3亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能(2学时)
亥姆霍兹自由能,吉布斯自由能,变化的方向及平衡条件
§2.4自由能改变量DG的计算(2学时)
等温物理过程的DG,等温化学过程的DG,DG随温度的变化─吉布斯-亥姆霍兹方程式
§2.5热力学函数之间的关系(1学时)
基本公式,麦克斯韦关系式及其应用
§2.6非平衡热力学简介(1学时)
第三章多组分体系热力学(8学时)
§3.1偏摩尔量(1学时)
偏摩尔量的定义,偏摩尔量的集合公式
§3.2化学势(2学时)
化学势的定义,化学势在相平衡中的应用,化学势与温度、压力的关系,吉布斯-杜亥姆公式
§3.3气体热力学(1学时)
理想气体的化学势,理想混合气体,非理想气体的化学势
§3.4溶液热力学(3学时)
拉乌尔定律,亨利定律,理想溶液及其通性,理想溶液、稀溶液中溶质和溶剂的化学势,稀溶液的依数性(沸点升高、凝固点降低和渗透压),非理想溶液
§3.5分配定律(1学时)
第四章化学平衡(6学时)
§4.1化学反应的方向与限度(1学时)
反应体系的吉布斯自由能,化学反应的平衡条件,化学反应等温式
§4.2反应的标准吉布斯自由能变化(1学时)
化学反应的与,物质的标准摩尔生成吉布斯自由能
§4.3热力学第三定律及标准摩尔熵(1学时)
§4.4平衡常数的各种表示方法(1学时)
§4.5平衡常数的求算及其应用(1学时)
§4.6温度对平衡常数的影响(1学时)
第五章相平衡(10学时)
§5.1多相体系平衡的一般条件(0.5学时)
§5.2相律(0.5学时)
相,组分数,自由度,相律的推导
§5.3单组分体系(1学时)
两相间的平衡和相图,克拉柏龙方程,压力对蒸气压的影响,单组分体系的三相平衡和水的相图
§5.4二组分体系(4学时)
完全互溶的双液体系(杠杆规则,精馏,杜亥姆-马居耳方程及其应用),部分互溶的双液体系,完全不互溶的双液体系,固相完全不互溶的二组分固液体系,形成固溶体的二组分固液体系,区域熔炼,二组分固液体系相图的一些规律
§5.5三组分体系(3学时)
三组分体系的组成表示法,部分互溶的三液体系,二盐-水体系,具有低共熔混合物的三组分体系
§5.6二级相变(0.5学时)
§5.7超临界流体及其应用(0.5学时)
第六章统计热力学基础(8学时)
§6.1概论(0.5学时)
统计热力学的研究方法和任务,统计体系的分类,数学知识
§6.2分子的运动形式及能级公式(0.5学时)
分子的运动形式,平动、转动、振动能级,电子运动能级和核运动能级,分子能级
§6.3粒子的能量分布和独立粒子体系的微观状态数(1.5学时)
宏观状态和微观状态,能量分布,定位体系的微观状态数,非定位体系的微观状态数
§6.4最可几分布(0.5学时)
统计热力学的基本假定,玻兹曼定律,最可几分布
§6.5玻兹曼分布定律(1学时)
§6.6配分函数与热力学函数的关系(0.5学时)
§6.7热力学三大定律的本质(0.5学时)
§6.8配分函数的计算(1学时)
配分函数的分离,平动配分函数,转动配分函数,振动配分函数,电子配分函数,核配分函数,粒子的全配分函数
§6.9统计熵的计算(0.5学时)
§6.10统计热力学原理应用示例(1学时)
理想气体状态方程的导出,气体热容的计算,原子晶体的热容,
理想气体反应平衡常数的计算
§6.11波色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计(0.5学时)
第七章化学动力学(18学时)
§7.1化学动力学的任务和目的(0.5学时)
§7.2化学反应的速率方程(1学时)
化学反应速率表示法,化学反应的速率方程,反应级数和反应分子
数,速率常数
§7.3具有简单级数反应的速率方程(2.5学时)
零级反应,一级反应,二级反应,三级反应,反应级数的测定
§7.4几种典型的复杂反应(1学时)
对峙反应,平行反应,连续反应
§7.5温度对反应速率的影响(1学时)
经验规则,活化能的物理意义,活化能的求算
§7.6反应机理(2学时)
直链反应,支链反应,稳态近似和平衡态近似,微观可逆性原理,拟定反应机理的一般方法
§7.7碰撞理论(1.5学时)
碰撞频率,反应硬球碰撞模型,反应硬球碰撞模型与实验结果的比较
§7.8过渡状态理论(1.5学时)
势能面,过渡态理论
§7.9单分子反应理论(1.5学时)
§7.10溶液反应(1.5学时)
笼效应,溶剂效应,原盐效应,压力效应
§7.11光化学反应(1.5学时)
光化学基本定律,量子产率,光化反应动力学,光化稳定态和温度对光化学反应的影响,激光化学介绍
§7.12催化反应动力学(1.5学时)
催化作用原理,均相酸碱催化,络合催化,酶催化
§7.13分子反应动力学简介(1学时)
第八章电化学(12学时)
§8.1电解质溶液的导电现象(1学时)
第二类导体的导电机理及法拉第定律,离子迁移,电解质溶液的电导,离子独立移动定律及离子摩尔电导率
§8.2电解质溶液理论(1学时)
阿伦尼乌斯电离理论,强电解质溶液的离子互吸理论,强电解质溶液电导理论,离子互吸理论在强电解质活度系数上的应用
§8.3可逆电池的电动势(2学时)
可逆电池和不可逆电池,电动势的符号及电池的标记,可逆电池的电动势与参加反应物质活度的关系,可逆电池电动势与平衡常数的关系,电动势及其温度系数与DrHm和DrSm的关系
§8.4电极电势(1学时)
双电层,电极电势,电极电势与反应物质活度的关系,几种类型的可逆电极
§8.5浓差电池和液体接界电势(1学时)
浓差电池,液体接界电势的计算
§8.6电动势测定的应用(2学时)
计算热力学参数,判断反应趋势,计算平衡常数,计算难溶盐的溶度积,测定活度系数,测定迁移数,测定pH值,电势-pH图,离子选择电极,细胞膜与膜电势
§8.7电解和极化现象(0.5学时)
分解电压,极化作用,极化曲线
§8.8电解时电极上的反应(1学时)
电化学极化与氢的超电势,金属的析出,金属离子的分离和共同沉积,电解还原与氧化
§8.9金属的腐蚀与防腐(0.5学时)
§8.10化学电源(1学时)
§8.11电化学基础研究的前沿领域(1学时)
表面(界面)电化学,电催化,生物电化学,电化学传感器,半导体(光)电化学,谱学电化学,化学修饰电极
第九章界面现象(6学时)
§9.1表面吉布斯自由能和表面张力(0.5学时)
§9.2弯曲液面下的附加压力和蒸气压(0.5学时)
§9.3溶液表面的吸附现象(1学时)
溶液表面的吸附,吉布斯吸附公式,表面活性物质的吸附层结构
§9.4液-固界面的润湿作用(1学时)
§9.5固体表面的吸附(1学时)
兰缪尔等温式,弗伦得利希等温式,BET公式,乔姆金方程式
§9.6化学吸附和物理吸附(1学时)
§9.7吸附和脱附速率方程式(0.5学时)
理想吸附层的速率方程式,真实吸附层的速率方程式
§9.8气-固相表面催化反应(0.5学时)
化学吸附与催化反应,气-固相表面催化反应速率方程式
第十章胶体化学(4学时)
§10.1胶体和胶体的基本特征(0.5学时)
§10.2胶体的制备和净化(0.5学时)
§10.3胶体的动力性质(0.5学时)
§10.4胶体的光学性质(0.5学时)
§10.5胶体的电学性质(0.5学时)
§10.6胶体的稳定性和聚沉作用(0.5学时)
§10.7乳状液(0.2学时)
§10.8凝胶(0.2学时)
§10.9纳米化学(0.6学时)
三、使用说明
(1)本物理化学教学大纲的学时安排需使用多媒体教室,利用电子教案授课方可完成教学内容和教学进度。
(2)每次上课后布置2-4题课外作业,要求学生按时完成。
作业由教师全部批改,并登记有关情况。
每章讲授完毕后,安排习题课或讨论课各一次。
(3)在课堂学习之余,学生可以通过Internet访问本课程组建立的"物理化学与实验"网站和我院建立的"化学专业教学资源库"网站,进一步学习,扩充自己的知识和视野;并可通过师生互动网页进行答疑和交流。
(4)安排热力学、动力学、电化学方面的学科前沿讲座3-5次。
(5)物理化学实验已作为"现代化学实验与技术"的一部分独立开设,故本大纲不包括物理化学实验内容。
(6)"高分子基础"已作为化学类专业的基础课程开设,故有关大分子溶液的内容不再包括在本教学大纲中。
(7)期中测验2学时,习题课、讨论课和前沿讲座以及期末考试另安排时间
四、主要参考书目
1.刘冠昆,车冠全,陈六平,童叶翔编著,《物理化学》,广州:
中山大学出版社,2000.
2.胡英主编,吕瑞东,刘国杰,叶汝强等编,《物理化学》(上、中、下,第四版),北京:
高等教育出版社,1999.
3.邓景发,范康年编著,《物理化学》,北京:
高等教育出版社,1993.
4.姚允斌等编,《物理化学教程》(修订本),长沙:
湖南教育出版社,1991.
5.朱文涛编,《物理化学》,北京:
清华大学出版社,1995.
6.傅献彩,沈文霞,姚天扬编著,《物理化学》(第四版),北京:
高等教育出版社,1990.
7.P.W.Atkins.PhysicalChemistry.5thed.,OxfordUniversityPress,1994.
8.P.W.Atkins.PhysicalChemistry.6thed.,OxfordUniversityPress,1999.
9.IRA.N.Levine.PhysicalChemistry.4thed.,McGraw-Hill,1995.
10.G.M.Barrow.PhysicalChemistry.6thed.,McGraw-Hill,1996.
11.杨绮琴,方北龙,童叶翔编著,《应用电化学》,中山大学出版社,2001.
典型教案已在本课程的网页(
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