《物理化学》教学大纲

一、本课程的地位、作用和目的

《物理化学》是化学专业一门必修的基础理论课。其先行课是无机化学、有机化学、分析化学、高等数学和普通物理,在专业课程体系中,物理化学课程居于承上启下的枢纽地位。本课程的目的是在先行课的基础上,运用现代物理和数学的有关理论和方法理解、研究和解决化学问题,进一步定量地研究物质化学变化的普遍规律。

二、本课程的基本要求

《物理化学》是一门理论性很强的课程,因此要注意贯彻理论联系实际与少而精的原则,使学生一方面了解并掌握物理化学的基础知识、基本理论和基本方法,另一方面系统掌握基本的物理化学实验研究方法和基本技术,同时注重培养学生对待事物的科学态度和逻辑推理能力,以增强他们在今后工作中分析问题、解决问题的能力。

三、教学方法、手段的建议

本课程在第五,六两个学期完成,总课时为108,采用理论与实践相结合的方法,除一般教学方法外,应尽可能地采用现代化的教学手段和多媒体的教学手段。

每学期期末考试按高等师范院校化学专业物理化学学科的考试大纲进行,试题从试题库中随机抽取,实行教考分离。

《物理化学实验》作为一门独立课程另开设,实验教学大纲及要求另列。

四、本课程的基本内容及学时分配

物理化学是研究物质的结构、性质及其变化规律的一门基础学科。其主要研究内容是:(1)化学反应的方向和限度;(2)化学反应的速率和机理;(3)物质的结构与性质间的关系(有关内容在《物质结构》课程中单独开设)。本课程主要包括化学热力学、化学动力学、电化学、表面现象与分散体系四大部分,通过教学的各个环节使学生达到各章中所提出的基本要求。讲授内容应分清主次,在注意系统性的原则下,针对本学科解决问题的思想和方法,着重讲解教材的重点与难点,必须重视习题课,课外辅导和批改作业等各个重要教学环节。

 

总教学课时计划表

讲授内容

讲授课时

习题课时

绪论

2

0

1. 热力学第一定律

10

2

2. 热力学第二定律

12

2

3. 溶液

8

0

4. 化学平衡

8

0

5. 相平衡

8

2

6. 统计热力学初步

自学

0

7. 化学动力学

18

2

8. 电解质溶液

6

0

9. 可逆电池

6

0

10. 不可逆电极过程

6

2

11. 表面现象

6

2

12. 胶体和大分子溶液

6

0

94

12

108学时

 

五、本课程的重、难点

重点:热力学第一定律、热力学第二定律,状态函数及其变化值的计算,化学过程的反应方向和能量衡算、限度的判断,组分的化学势,离子活度及平均活度,相律,单、双组分相图,反应平衡常数,可逆电池热力学及电动势的测定与应用,统计热力学基本原理,配分函数及其计算,波尔兹曼分布律,简单级数反应动力学,阿仑尼乌斯公式,复杂反应动力学近似处理,碰撞理论,过渡态理论,表面自由能及表面现象,吸附理论,胶体的结构、性质和稳定性。

难点:热力学第二定律,状态函数,可逆过程,偏摩尔量,化学势的表达式,物质的标态,活度理论,相律,三元相图,原电池设计,可逆电池电动势的测定与应用,配分函数,反应机理的确定,过渡态理论,吉布斯吸附理论,胶体的电学性质。

六、各章的基本要求及基本内容

绪论(2课时)

[基本要求]

着重阐明物理化学的意义,介绍学习物理化学的方法。

[基本内容]

1.物理化学的内容和任务。

2.物理化学的形成、发展和前景。

3.物理化学的研究方法。

4.怎样学习物理化学。

5.物理化学和中学化学教学。

 

第一章  热力学第一定律(10+2课时)

[基本要求]

1.弄清楚热力学的一些基本概念。

2.掌握热、功与内能三者的区别与联系。

3.充分理解焓、内能等状态函数的意义及其特点,掌握其计算方法。

4.熟悉气体在等温、等容、等压与绝热过程中的ΔUΔHΔQW的计算。

5.理解盖斯定律和基尔戈夫定律的意义,掌握计算热效应的方法。

6.可逆过程与最大功是本章的重点和难点,学生必须较好的掌握这两个基本概念。

[基本内容]

1.热力学基本概念

2.热和功

3.热力学第一定律

4.

5.热容

6.焦耳一汤姆逊效应

7.化学反应的热效应

8.热化学基本定律及反应热效应的计算

9.反应热效应与温度的关系

10.可逆过程与最大功

 

第二章  热力学第二定律(12+2课时)

[基本要求]

1.了解自发过程的共同特征,明确热力学第二定律的意义

2.明确从卡诺热机得出克劳修斯原理和熵函数的逻辑性,从而理解克劳修斯不等式的重要性与熵函数的概念。

3.熟记并理解热力学函数SFG的定义及与其他热力学函数间的关系。

4.掌握不同特定条件下过程进行方向与限度的判据,熟练ΔGΔFΔS的计算与应用。

5.理解多组分体系中引入偏摩尔量的必要性,掌握偏摩尔量、化学势等的定义及其区别,能用化学势讨论平衡问题。

6.掌握气体化学势的表达式,逸度概念。了解对比态原理,会用牛顿图计算逸度。

7.了解熵的统计意义和热力学第三定律。

[基本内容]

1.热力学第二定律的表述

2.卡诺原理

3.过程的热温商与熵函数

4.过程方向与限度的判据

5.熵变的计算与熵判据的应用

6.熵的统计意义

7.热力学第三定律 规定熵

8.自由能

9.△G的汁算与应用

10.热力学函数间的基本关系式

11.多组分体系中物质的偏摩尔量与化学势 

12.气体体系中物质的化学势

 

第三章  溶液(8课时)

[基本要求]

1.掌握溶液的浓标表示方法及其换算关系。

2.熟练掌握拉乌尔定律和亨利定律。

3.掌握理想溶液、稀溶液中各组分化学势的表达式,标准态的含义。

3.掌握理想溶液的通性。

4.明确理想溶液、稀溶液与非理想溶液三者的区别。

5.掌握稀溶液的四个依数性。

6.活度的概念与标准态的选用是本章的一个难点,必须使学生理解这二个概念及其意义。

[基本内容]

1.溶液的不同浓标及其关系

2.拉乌尔定律和亨利定律

3.溶液中组分的化学势及其标准态

4.实际溶液与溶质的相对活度

5.稀溶液的依数性

6.液态理想混合物

7.非理想混合物

 

第四章  化学平衡(8课时)

[基本要求]

1.明确化学平衡的热力学条件及平衡常数的意义,掌握化学反应等温方程式的意义及其应用,明确ΔGΔG0的区别和联系。

2.熟悉平衡常数和平衡组成的有关计算,掌握理想气体反应的KpKcKx之间的换算关系。

3.明确标准生成吉布斯自由能ΔG0f的意义,掌握ΔG0= RTlnK的有关计算。

4.了解各种因素对平衡的影响,重点掌握温度对平衡常数的影响——范特荷夫等压方程。

5.了解非电解质溶液反应ΔG0的意义及其计算,了解液相反应平衡常数的计算。

6.了解复相反应ΔG0的意义及其计算,掌握气-固相反应平衡常数的计算。

[基本内容]

1.反应的等温方程与平衡常数

2.物质标准生成自由能及其求法

3.ΔfGm0与平衡常数的关系

4.不同反应体系的平衡常数

5.一些因素对平衡的影响

6.应用热力学分析的实例

 

第五章  相平衡(8+2课时)

[基本要求]

1.掌握Clapeyron方程,Clausius-Clapeyron方程的推导及其意义。

2.明确相、组分数和自由度的概念,了解相律的推导及意义。

3.了解绘制不同类型相图的基本方法,能根据由热分析法绘制出的步冷曲线得出相图。

4.能看懂相图,并能用相律来说明相图中点、线、面的意义及物系在不同情况下的相变过程,掌握杠杆规则的使用。

5.了解三组分体系相图组成的表示方法,了解部分互溶的三液体系、三组分盐水体系的相图及其应用。

[基本内容]

1.相律

2.单组分体系相图

3.二组分体系相图

4.双液系的气一液平衡

5.三组分体系

 

第六章  统计热力学初步 (自学)

[基本要求]

1.理解统计热力学的一些基本概念。

2.能够从微观角度解释热力学定律。

3.掌握配分函数概念,能利用配分函数计算热力学函数(内能、熵、热容)。

4.能计算简单反应的平衡常数。

[基本内容]

1.统计分布的基本知识

2.Maxwell—Boltzmann统计

3.配分函数与热力学函数的关系

4.分子配分函数的计算

5.体系热力学性质的计算

6.气体分子运动论

7.理想气体反应平衡常数的计算

 

第七章  化学动力学(18+2课时)

[基本要求]

1. 熟悉反应速率的表示方法,

2.明确基元反应、简单反应、复杂反应、反应分子数、反应级数、反应速率常数等基本概念。

3.掌握简单反应(如零级、一级、二级、三级)的动力学方程式及半衰期,明确不同级数反应的特殊浓度形式与时间的线性关系。

4.了解反应速度的实验测定法。

5.掌握反应级数的确定方法。

6.掌握阿累尼乌斯经验公式和活化能的意义,了解活化能的计算方法。

7.了解简单对峙反应、平行反应和连串反应动力学方程式公式,应着重了解速度方程式的建立以及温度的影响规律。

8.掌握稳态近似法和平衡态处理法在确定反应机理中的应用,明确探索反应机理的一般方法。

9.了解链反应的步骤、类型以及爆炸界限等概念。

10.明确碰撞理论的基本论点,弄懂公式的推导思路。

11.明确过渡状态理论的基本论点,弄懂公式的推导思路,能对碰撞理论与过渡状态理论作一比较,明确阿累尼乌斯经验活化能,碰撞理论活化能和过渡状态理论活化能(能垒)的概念及三者的相互关系。

12.了解单分子反应的林德曼机理。

13.对于分子反应动态学,快速反应的研究方法及溶液中的反应的概况有初步的了解。

14.了解溶液中反应的特点和溶剂对反应速率的影响规律。

15.了解光化反应的基本规律、量子产率以及光化反应动力学方程的推导。

16.明确催化作用的基本特征,熟悉有关催化反应的一些基本术语。

17.了解均相催化反应的类型,掌握酶催化的特点及Michaelis-Menten机理。

18.了解吸附等温线和多相催化。

[基本内容]

1.化学反应速率的表示方法及测定

2.化学反应的动力学方程式

3.反应级数的确定

4.基元反应、反应分子数

5.几种典型的复杂反应

6.链反应

7.影响反应速率的因素

8.活化能对反应速率的影响

9.拟定反应历程的一般方法

1.碰撞理论

2.过渡态理论

3.单分子反应理论

4.分子反应动态学简介

5.溶液中进行的反应

6.快速反应的测试

7.光化反应

8.催化作用

9.热裂法制乙烯的动力学分析

 

第八章  电解质溶液(6课时)

[基本要求]

1.掌握法拉第电解定律、理解在外电场作用下溶液中离子的迁移情况。

2.明确电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率等概念。

3.明确离子迁移数和离子淌度的概念。

4.掌握离子独立运动定律及其应用,熟悉电导测定的原理及其运用。

5.明确离子强度、离子活度、平均活度和平均活度系数的概念。

6.了解电解质溶液的离子互吸理论及Onsager电导理论的基本观点。

[基本内容]

1.Faraday电解定律

2.电解质溶液的电导

3.离子的迁移和迁移数

4.离子的淌度与离子电导

5.强电解质溶液理论

6.电解质溶液的活度及活度系数

 

第九章  可逆电池 6课时)

[基本要求]

1.明确可逆电池与不可逆电池、化学电池与浓差电池的概念。

2.熟练地掌握电池符号与电池反应的互译,能根据给定的化学反应方程式设计出电池。

3.掌握电池反应的ΔGΔHΔSQR与电功、电动势之间的关系及计算方法,熟练掌握能斯特方程及其应用。

4.了解电池电动势产生的原因,熟悉电化学的惯用符号,了解双电层的结构。

5.了解标准氢电极及几种参比电极的组成和用途,熟练掌握可逆电极的几种类型以及电极电势、电池电动势的计算方法。

6.明确浓差电池的特性,了解液体接界电势的计算方法。

7.熟悉电池电动势测定的原理及方法,了解电池电动势测定的一些应用。

[基本内容]

1.可逆电池与不可逆电池

2.可逆电极的种类

3.电极溶液界面电势差

4.可逆电池的表示方法和电动势的测定

5.可逆电池的热力学

6.电极电势与电池电动势的Nernst方程

7.各类电池电动势的计算

8.液体接界电势与盐桥

9.电池电动势应用

 

第十章  不可逆电极过程(6+2课时)

[基本要求]

1.了解分解电压、析出电位、超电势的概念及意义。

2.理解极化作用产生的原因及其类型。

3.理解塔菲尔(Tafel)公式的由来,了解氢析出的迟缓放电理论和复合理论。

4.掌握电解时电极反应的一般规律。

5.了解金属的电化学腐蚀机理、防腐蚀的原理。

6.了解几种类型化学电源的性能及其用途。

[基本内容]

1.分解电压与极化作用

2.电化学极化

3.浓差极化

4.电解时的电极反应

5.金属的腐蚀与防腐

6.化学电源

 

第十一章  表面现象(6+2课时)

[基本要求]

1.明确表面自由能,表面张力的概念。

2.明确弯曲液面下的附加压力、弯曲液面上的饱和蒸气压等概念,懂得Laplace公式和Kelivn公式的由来及其应用,并能解释一些常见的表面现象。

3.明确Gibbs公式的推导过程及其意义与计算。

4.了解表面活性剂的结构特点和表面活性剂的分类,解释几种重要的表面现象(润湿与铺展、乳化与加溶起泡、消泡与去污)。 

5.了解物理吸附与化学吸附与催化作用间的关系。

6.了解气——固相催化反应的一般机理。

[基本内容]

1.表面自由能和表面张力

2.界面的热力学性质

3.弯曲表面现象

4.溶液的表面吸附

5.表面活性剂及其作用

6.固体的表面吸附

7.吸附速率

8.——固相表面催化反应

 

第十二章  胶体及大分子溶液 6课时)

[基本要求]

1.了解溶胶的制备与净化方法。

2.了解溶胶的动力学性质,光学性质与电学性质。

3.明确胶团结构的组成部分及其表示方法,了解溶胶的稳定性和聚沉作用。

4.了解大分子溶液的性质和相对分子量的测定。

5.了解唐南平衡及其意义。

[基本内容]

1.胶体分散体系的特性

2.溶胶的制备与净化

3.溶胶的光散射现象

4.分散体系的动力学性质

5.电动现象及胶团结构

6.胶体的聚沉和稳定性

7.大分子化合物溶液的特征

8.大分子溶液的渗透压和唐南平衡

9.大分子溶液的粘度

10.盐析和胶凝

 



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