1、物理化学09111物理化学课程（09111）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：物理化学课程编号：09111学时/学分：3学分，54学时（其中理论课教学36学时，实验教学18学时）课程性质：必修授课对象：生物工程专业二、课程教学目标与任务1课程性质：物理化学是化学类（理科）专业和化工类（工科）的一门必修基础理论课。该学科综合运用数学、物理等基础科学的理论和实验方法来研究化学过程（包括化学变化、相变化和pVT 变化）中的平衡规律和速率规律，也为后续专业课程学习奠定基础。2课程目标与任务：本课程的任务是介绍化学热力学、统计热力学、溶液与相平衡、电化学、化学动力学、界面化学和胶体化学的基本原理、方
2、法及其应用。涵盖从宏观到微观与性质的关系规律、化学过程机理及其控制的研究，它是化学以及分子层次上研究物质变化的其他学科领域的理论基础，应用领域广泛。通过本课程的学习使学生在已学过一些先行课程的基础上，运用物理和数学的有关理论和方法，进一步学习和研究物质化学运动形式的普遍规律，掌握物理化学的基本理论内容，了解基本应用，熟悉科学研究规律，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，增强他们在教学与科研中分析问题与解决问题的能力。为了培养学生的独立工作能力，讲授基本内容应分清主次，在注意系统性的原则下，着重讲解教材的重点与难点，不
3、需面面俱到，要“授之以渔而不是授之以鱼”。习题课是重要的教学环节，教师必须予以重视。三、学时安排课程内容与学时分配表章 节内容学时绪 论2第一章热力学第一定律4第二章热力学第二定律4第三章化学势4第四章化学平衡4第五章多相平衡2第六章电化学6第八章表面现象与分散系统4第九章化学动力学基本原理4第十章复合反应动力学2总计36四、课程教学内容与基本要求绪 论教学目的：着重阐明物理化学的意义，介绍学习物理化学的方法。基本要求：1.了解物理化学的主要任务。2.了解物理化学的研究方法和学习方法。教学方法：讲授，课堂讨论主要内容：一、 物理化学基本内容简介二、 学习物理化学的意义三、 怎样学习物理化学第一
4、章 热力学第一定律教学目的通过本章的教学初步理解热力学的研究方法状态函数法，并贯彻到整个化学热力学教学的始终。建立内能与焓是状态函数的概念及其物理意义，并理解状态函数的性质，理解热力学第一定律，并能应用于物理化学过程。基本要求1. 必须使学生弄清楚热力学的一些基本概念。2. 应使学生知道热、功与内能这三者的区别与联系。3. 必须使学生理解状态函数的意义及其数学性质。4. 明确焓的定义及其意义，明确焓和内能一样也是状态函数。5. 学生应熟练理想气体在等温、等容、等压及绝热过程中，U、H、W及Q的计算。6. 理解盖斯定律是热力学第一定律的必然结果，理解基希霍夫公式的由来，并熟悉这两个定律的应用。7
5、. 可逆过程与可逆功是本章的一个重点与难点。学生必须较好地掌握这两个基本概念。重点和难点：1. 热力学基本概念2. 封闭系统热力学第一定律3. 过程热计算4. 可逆过程与可逆体积功计算教学方法：讲授法主要内容第1节 热力学第一定律一、 热力学基本概念及术语二、 热力学第一定律的表述与数学表达式三、 Qv=U,Qp=H及H的定义第2节 过程热的计算一、 Cv.m与Cp.m Cp.m=f(T). Cp.m与Cv.m的关系二、 由Cp.m计算Qp和H,三、 相变焓、相变过程、相变热的计算四、 化学变化过程，化学反应热效应的计算化学反应进展度，rHm、fHm与cHm由fHm计算rHm由cHm计算rHm
6、基尔戈夫公式：rHm=f(T)第3节 功的计算：功的一般计算公式 W=-P环dv理想气体的等温可逆过程与绝热可逆过程的功的计算。其他常见过程功的计算。第二章 热力学第二定律教学目的本章主要讨论系统变化过程的方向与限度，熵与熵增原理是本章的难点与重点。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等物质的规定熵与其他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，所以吉布斯函数的使用也是本章的重要内容之一。基本要求1了解一切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S、A、
7、G的定义与各热力学函数的关系。4明确每一热力学函数只是在各自特定条件下才能作为过程进行方向与限度的判据，熟练S和G的计算与应用。5熵的统计意认和热力学第三定义只作一般性了解。6第二定律的应用举例克拉贝龙方程重点和难点1 熵函数，熵判据，熵差的计算2 亥氏函数、吉氏函数，G和A判据3 热力学基本方程，麦克斯韦关系式教学方法：讲授法主要内容第1节 卡诺循环第2节 自发过程的共同特征第3节 卡诺定理与热力学第二定律，熵增原理第4节 熵函数，熵判据第5节 各种典型过程熵变的计算第6节 热力学第三定律，规定熵与标准熵第7节 亥姆霍兹函数与吉布斯函数A与G判据一些基本过程G的计算与应用第8节 热力学基本方
8、程与麦克斯韦关系式，吉布斯亥姆霍兹方程第9节 第二定律应用举例克拉贝龙方程及其应用第三章 化学势教学目的：本章讨论多组分系统热力学，使学生理解偏摩尔量的概念与意义，进而引入化学势这个讨论敞开系统与多组分系统非常重要的函数；理想液态混合物，拉乌尔定律，享利定律的意义；实际溶液与理想液态混合物和理想稀溶液的区别；稀溶液的依数性；活度与活度系数的概念与意义，以及标准态的选用。基本要求1. 必须使学生理解多组分系统引入偏摩尔数量的原由，掌握偏摩尔数量的定义及其与化学势的关系。对集合公式只要了解其物理意义与用途。2. 化学势是一个非常重要的概念，通过教学使学生理解如何由G判据过渡到化学势判据，掌握化学势
9、的表示式，理解化学势表示式的应用。3. 掌握理想液态混合物。理想稀溶液与实际溶液的区别与关系，加深对拉乌尔定律与享利定律的理解及其应用及稀溶液的依数性4. 活度的概念与标准态的选用是本章的难点，使学生了解这两个概念及其意义。重点和难点1 拉乌尔定律与享利定律2 稀溶液的依数性教学方法：讲授法主要内容：第1节 复习组成的表示法第2节 偏摩尔数量一、 偏摩尔数量二、 偏摩尔数量的集合公式第3节 化学势的定义与各类系统，化学势的表示式。化学势判据。第4节 拉乌尔定律与享利定律第5节 理想液态混合物的定义及其特征组成理想液态混合物过程中，系统的诸类热力学函数的改变量。第6节 稀溶液的定义及其依数性第7
10、节 实际溶液的活度和活度系数、标准态第四章 化学平衡教学目的本章根据热力学的平衡条件，由化学势的表示式得出理想气体化学反应的等温方程，并根据物质的标准热力学函数值计等化学反应的标准常数，再进一步讨论压力、温度、惰性组分等对平衡的定量影响。基本要求1. 从热力学平衡条件及化学势表示式导出化学反应等温方程，以及正确理解该方程的意义是本章的重点。2. 熟练标准平衡常数与平衡组成的计算。3. 熟练理想气体反应的K、Kp、Kc、Ky和Kn的换算。4. 理解fGm、rGm和rGm的意义，掌握利用fGm计算rGm；利用fHm，Sm计算rGm及rGm=-RTlnK的计算。5. 了解从吉布斯亥姆霍兹方程推导化学
11、反应的等压方程的思路。熟练该议程的有关计算。6. 熟悉一些因素对反应平衡的定量影响7. 了解同时平衡组成的计算8. 了解实际气体反应、及溶液中反应的热力学处理方法重点和难点1 标准平衡常数与平衡组成的计算2 标准平衡常数与温度、压力的关系及惰性气体对平衡组成的影响，计算方法3 根据标准热力学常数计算平衡常数教学方法：讲授法主要内容第1节 K与反应等温方程式一、 二、 三、 rGm=-RTlnK ,rHm=； 四、 第2节 有关标准平衡常数的计算与应用一、 K的实验测定法二、 理想气体反应的K、Kp、Kc、Ky和Kn之间的关系三、 复相反应的平衡问题第3节 一些因素对化学平衡的影响一、 温度对化
12、学平衡的影响K=f(T)二、 压力对化学平衡的影响三、 惰性组分对平衡转化率的影响四、 反应物配比对平衡转化率的影响第4节 同时平衡第五章 多相平衡教学目的本章用热力学方法讨论相平衡系统的一般规律。学习一些典型相图的制法，分析与应用。相律与相图分析及应用是本章的主要内容。基本要求:1. 明确相数、组分数和自由度数的概念，了解相律的推导与物理意义，学会以相律指导看相图。2. 了解绘制相图的常用方法，能根据热分析方法绘制出步冷曲线而得出相图。3. 能应用相律来说明相图中点线面的意义，并能根据相图说明系统在不同变化中所发生相变化的情况。（包括杠杆规则的使用）。重点和难点1 相率2 克劳修斯-克拉贝龙
13、方程3 完全及部分互溶双液系相图4 简单低共熔物的相图教学方法：多媒体与讲授相结合的方法主要内容：第1节 相律f=C-+2第2节 单组分系统相图。第3节 二组分气液平衡相图及杠杆规则一、 二组分理想液态混合物的气液平衡相图二、 二组分真实液态混合物的气液平衡相图三、 精馏原理，掌握精馏的结果四、 二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气液平衡相图。水蒸气蒸馏。第4节 二组分系统液固平衡相图一、 二组分固态不互溶凝聚系统相图(一) 相图分析(二) 热分析法制相图及溶解度法制相图(三) 重结晶原理二、 二组固态互溶系统相图(一) 固态完全互溶系统相图(二) 固态部分互溶系统相图三、 生成稳定化合
14、物与不稳定化合物凝聚系统相图。第七章 电化学教学目的本章分为三部分：第一部分讨论电解质溶液的性质与理论。第二部分为可逆电池电动势，使学生理解产生电动势的机理，熟悉电化学中一套惯用符号，掌握有关电动势的计算与电动势测定的应用。第三部分为不可逆电极过程，介绍不可逆情况下，电极上所发生的过程。基本要求：1. 理解离子水化作用及其在外电场作用下溶液中的迁移情况。2. 明确电导、电导率、摩尔电导率、迁移数、离子电迁移率与离子独立运动定律等概念，意义及它们之间的关系。3. 了解强电解溶液的德许离子互吸理论4. 理解离子的活度，平均活度系数，平均活度、平均浓度，离子强度等概念。5. 对于可逆电池部分，首先使
15、学生掌握电池过程的热力学函数的改变量Gm，Sm，Hm。与电功、电动势及电动的温度系数之间的关系。了解电动势产生的原因。熟悉电化学的惯用符号。6. 熟练地从所给电池、电极写出其电池反应和电极反应。初步掌握根据所给化学反应设计电池。7. 能斯特方程、电极电势表与电动势测定的应用是本部分的主要内容之一。教师可列举一些例题使学生掌握有关内容。8. 了解双电层结构9. 了解分解电压的意义与用途10. 了解产生极化作用的原因、极化的分类11. 了解电解时的电极反应重点和难点1 电解质溶液导电机理及法拉第定律2 电导、电导率、摩尔电导率、迁移数、离子电迁移率、离子的活度，平均活度系数，平 均活度、平均浓度，
16、离子强度的计算3 电导测定的应用4 德拜-休克儿极限公式5 电动势与热力学函数的改变量Gm，Sm，Hm。的关系6 正确书写电池反应和电极反应及计算电动势，根据简单反应设计电池7 温度对电动势的影响8 分解电压及极化超电势的计算，金属离子分离的计算，电化学腐蚀与防腐教学方法：讲授法主要内容：电解质溶液第1节 电解池，原电池和法拉第定律。正极负极和阴极阳极的定义。第2节 离子的电迁移及迁移数第3节 电解质溶液的电导一、 电导率与摩尔电导率二、 离子独立运动定律三、 电导率、摩尔电导率与浓度的关系第4节 离子的摩尔电导率与离子的迁移率第5节 电导测定的应用第6节 a、b、c和I的定义及其关系第7节
17、德休极限公式 可逆电池第8节 可逆电池的概念第9节 可逆电极的分类第10节 可逆电池热力学第11节 电池电动势和电极电势的能斯特方程第12节 E和E的测定，电动势法测定电解质溶液的第13节 电极电势和标准电极电势第一类电极和相应的第二类电极的电极电势的关系第一类电极和相应的第三类电极的电极电势的关系第14节 原电池设计 不可逆电极过程第15节 分解电压第16节 电极的极化第17节 电解时的电极反应第八章 表面现象与分散系统教学目的阐述由于物相高度分散后的一些性质及表面活性物质的一些基本性质。基本要求1. 明确表面张力。表面功及表面吉布斯函数的概念，了解表面曲率与附加压力、蒸气压的关系。2. 了
18、解吉布斯吸附公式3. 理解朗格缪尔等温吸附公式4. 了解表面活性物质的结构，基本性质与用途重点和难点1 表面张力，表面功及表面吉布斯函数的概念2 表面曲率与附加压力、蒸气压的关系，各种毛细现象3 溶液表面的吸附，吉布斯吸附等温式教学方法： 讲授法主要内容第1节 张力、表面功与表面吉布斯函数第2节 曲表面现象一、 弯曲液面的附加压力二、 蒸气压与表面曲率的关系第3节 润湿现象第4节 亚稳状态与新相的生成第5节 固体表面上的吸附作用及等温吸附公式第6节 溶液表面的吸附作用及吉布斯吸附公式第7节 表面活性物质的结构及其应用第九章 化学反应动力学基本原理教学目的阐明化学动力学的意义与一些基本内容，随后
19、分析几个简单反应的速率方程，反应级数的测定方法和温度对反应速率的影响，化学反应机理中，重点介绍双分子反应的简单碰撞理论和过渡态理论，简单介绍单分子反应理论基本要求：1清楚反应分子数与反应级数的区别与联系2熟悉反应速率的表示法以及简单反应动力学方程的积分形式，并能熟练应用它进行有关计算。3了解反应级数的实验测定法 4初步掌握稳态法与平衡态浓度法处理速率方程。5理解活化能的概念，能够熟练应用阿累尼乌斯公式6了解碰撞理论与过渡态理论的基本论点与公式的物理意义。重点与难点1 基元反应和质量作用定律2 简单级数反应的相关计算3 化学反应动力学的碰撞理论和过渡态理论和单分子反应理论4 反应速率常数的计算及
20、几个能量的关系授课方法： 讲授法主要内容第1节 反应速率的定义及其实验测定第2节 反应物浓度对反应速率的影响一、 反应速率方程二、 速率常数的意义三、 基元反应，反应分子数与反应级数第3节 零级反应，一级反应，二级反应动力学方程的积分形式第4节 反应级数的测定第5节 温度对反应速度的影响阿累尼乌斯公式第6节 单分子反应机理第7节 化学反应速度理论一、 典型碰撞理论二、 过渡态理论第十章 复合反应动力学教学目的本章溶液中的反应，典型的复合反应和复合反应的近似处理应自学与讲授相结合，光化学讲授光化学基本概念与定律和光化反应，催化作用，讲授催化作用的通性，介绍催化剂的活性及影响活性的因素及活性中心理
21、论，介绍催化剂的基本构成（主催化剂、助催化剂和载体）介绍催化反应动力学。基本要求1 掌握对峙反应、平行反应和连串反应的动力学速率方程的建立与时间浓度关系式。2 掌握复合反应中间产物浓度的近似处理方法3 掌握链反应特点及机理4 了解反应机理的探索方法并学会拟定化学反应机理5 了解光反应定律和催化反应基本原理重点与难点1 复杂反应速率方程近似处理方法2 对峙反应、平行反应和连串反应的动力学速率方程授课方法 讲授法主要内容第1节 复合反应（对峙反应、平行反应和连串反应）动力学第2节 复杂反应速率方程近似处理方法第3节 链反应第4节 光化反应的基本概念与定律第5节 催化反应原理及催化作用的基本知识五、
22、课程教学方式与考核方式1.教学方式：以课堂讲授为主，辅以实践教学，配以课后作业。2.考核方式：闭卷考试成绩组成：成绩组成：平时成绩10%，期中成绩20%，实验成绩20% 期末成绩50%六、参考教材及教学参考资料推荐教材印永嘉,奚正楷,李大珍,物理化学（第三版），高等教育出版社，1996年 主要参考书1傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华。物理化学（第五版）。高等教育出版社，20062韩德刚，高执棣，高盘良。物理化学。高等教育出版社，20013胡英主编，吕瑞东，刘国杰，叶汝强等。物理化学（第四版）。高等教育出版社，19994孙德坤，沈文霞，姚天扬，侯文华。物理化学学习指导。北京：高等教育出版社，200
23、75印永嘉，王雪林，奚正楷编。物理化学简明教程例题与习题，高等教育出版社，1999年。6王正烈，周亚平，李松林，刘骏吉。物理化学（第四版）。高等教育出版社，2001七、实验教学内容与要求序号实验内容学 时实验要求1绪论2培养学生分析物理化学实验目的要求的能力，误差及误差分析，数据处理能力，加强物理化学实验的安全和防护常识教育。2燃烧热的测定4 掌握氧弹式量热计的原理、构造、使用方法及高压钢瓶的有关知识并能正确使用；了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的区别；3.通过测定萘（或苯甲酸）的燃烧热，掌握有关热化学实验的一般知识和技术，学会用雷诺图解法校正温度变化。3双液系气-液平衡相图的绘制5 认识双液体系相图的绘制方法，掌握阿贝折射仪的使用方法；绘制常压下苯-乙醇双液系的TX图，并找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点。4电导法测定醋酸电离平衡常数3 了解溶液电导、电导率的基本概念，学会电导(率)仪的使用方法；掌握溶液，并计算弱电解质溶液的电离常数。5蔗糖水解反应速度常数的测定4掌握用旋光仪测定蔗糖水解反应的反应速度常数的原理和方法；掌握旋光仪的结构及工作原理和使用方法；学会计算蔗糖水解的准一级反应的速率常数等。
