物理化学教学大纲基础化学试验教学示范中心.docx
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物理化学教学大纲基础化学试验教学示范中心
物理化学教学大纲
课程名称:
物理化学
英文名称:
Physical Chemistry
课程编号:
10192107
课程总学时:
96
课程学分:
4
适用专业:
化学(师范)
一、课程简介(课程性质、教学目的与任务)
《物理化学》是高等院校化学相关专业一门必修的基础理论课,本课程的目的是在先行课的基础上,运用物理和数学的有关理论和方法进一步定量地研究物质化学变化的普遍规律。
本大纲贯彻理论联系实际与少而精的原则,使学生了解并掌握物理化学的基础知识、基本理论和基本方法,以增强他们在今后的教学和科学研究中分析问题、解决问题的能力。
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。
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。
通过本课程学习要培养一种理论思维能力,体会和理解根据实验现象做出假设、建立模型,通过归纳或演绎上升为理论的科学研究和思维方法;用物理化学的观点和方法来看待一切与化学运动相关的问题,即用热力学观点分析其“可能性”,用动力学观点分析其“可行性”,用分子、原子结构的观点分析其内在原因,并结合具体条件运用理论解决实际问题。
二、课程内容与基本要求
本课程总学时:
(师范96),具体分配如下:
讲授内容
讲授
绪论
2
1.热力学第一定律
10
2.热力学第二定律
12
3.溶液
8
4.化学平衡
4
5.相平衡
8
6.统计热力学初步
4
7.电解质溶液
8
8.可逆电池
6
9.不可逆电极过程
5
10.化学动力学
10
11.反应速率度理论和催化作用
5
12.表面现象
8
13.胶体和大分子溶液
6
总计
96
各章的基本要求
绪论
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。
6.气体知识复习
7.简单数学知识复习
第二章 热力学第一定律
基本要求:
1.了解热力学的一些基本概念,如系统、环境、功、热、状态函数、过程和途径等。
2.明确热力学第一定律和热力学能的概念。
明确热和功只在系统与环境有能量交换时才有意义。
熟练掌握热和功的符号规定及各种过程中功与热的计算。
3.明确准静态过程与可逆过程的意义。
4.明确U及H都是状态函数,以及状态函数的特性。
5.熟练应用热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的∆U,∆H,Q和W。
6.能熟练地应用生成焓、燃烧焓来计算反应焓变。
会应用Hess定律和Kirchhoff定律。
7.了解Carnot循环的意义以及理想气体在诸过程中热、功的计算。
8.从微观角度了解能量均分原理和热力学第一定律的本质。
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.可逆过程与最大功
5.焓
6.热容
7.焦耳——汤姆逊效应
8.热化学
9.反应热效应的计算
10.反应热效应与温度的关系
★重点:
⑴体系热力学性质、过程的特点
⑵状态函数与全微分、常用偏微分关系式
⑶各类过程的热与功计算
⑷内能与焓的性质
⑸ΔU与QV、ΔH与QP的关系
⑹热力学第一定律的应用
⑺可逆过程与最大体积功
⑻焦耳-汤姆逊效应
⑼反应进度与反应热效应
⑽利用生成热、燃烧热等计算反应热效应
⑾基尔霍夫定律应用
◆难点:
⑴状态函数的全微分性质
⑵ΔU与QV、ΔH与QP的关系
⑶可逆过程概念
⑷理想气体绝热可逆、绝热不可逆过程计算
⑸焦耳-汤姆逊效应
[6]基尔霍夫定律及其应用
第三章 热力学第二定律
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.了解热力学第二定律与Carnot定理的联系。
理解Clausius不等式的重要性。
注意在导出熵函数的过程中,公式推导的逻辑推理。
3.熟记热力学函数S的含义及A、G的定义,了解其物理意义。
4.能熟练地计算一些简单过程中的∆H、ΔS、ΔA和ΔG,学会如何设计可逆过程。
5.会运用Gibbs-Helmholtz公式。
6.了解熵的统计意义和热力学第三定律,知道规定熵值的意义、计算及其应用。
7.初步了解还可逆过程热力学关于熵流产生等基本内容。
基本内容:
1.自发过程的共同特征
2.热力学第二定律的表述
3.卡诺原理
4.过程的热温商与熵函数
5.熵变的计算及应用
6.过程的方向与限度的判据
7.熵的统计意义
8.热力学函数之间的基本关系式
9.ΔG、ΔA的计算与应用
10.热力学第三定律与规定熵
★重点:
⑴自发过程的共同特征
⑵热力学第二定律表述
⑶卡诺原理与克劳修斯原理
⑷熵函数引出、定义、热温商与熵变
⑸热力学第二定律数学表达式、过程方向与限度判据
⑹熵增加原理、熵的微观本质、熵产生与熵流
⑺热力学第三定律与反应熵变计算
⑻吉布斯自由能与亥姆霍兹功函引出及其应用
⑼封闭体系简单状态变化、相变化、化学反应过程ΔS、ΔF、ΔG的计算与判据
⑽热力学基本方程与热力学函数之间的基本关系式,吉布斯-亥姆霍兹(G-H)公式
⑾偏摩尔量与化学势定义
⑿化学势与温度、压力关系,化学势判据
⒀理想气体与实际气体化学势、气体化学势标准态
⒁逸度与逸度系数及其求算
◆难点:
⑴熵函数引出意义
⑵可逆过程设计与ΔS计算
⑶吉布斯自由能的概念与应用
⑷热力学函数关系式及其证明
⑸偏摩尔量与化学势判据、气体化学势与标准态
⑹实际气体逸度与逸度系数及其计算
第四章溶液(8课时)
基本要求:
1.熟练多组分系统的组成表示法及其相互之间的关系。
2.掌握偏摩尔量和化学势的定义,了解它们之间的区别和在多组分系统中引入偏摩尔量和化学势的意义。
3.掌握理想气体化学势的表示式及标准态的含义,了解理想的和非理想气体化学势的表示式,知道它们的共同之处,了解逸度的概念。
4.掌握Roult定律和Henry定律的用处,了解它们的适用条件和还同之处。
5.了解理想液态混合物的通性及化学势的表示方法。
6.了解理想稀溶液中各组分化学势的表示法。
7.熟悉稀溶液的依数性,会利用依数性计算未知物的摩尔质量。
8.了解相对活度的概念,知道如何描述溶剂的非理想程度。
基本内容:
1.溶液
2.液态理想混合物
3.非理想混合物
4.稀溶液的依数性
5.分配定律
6.超额函数
★重点:
⑴拉乌尔定律、亨利定律的意义及计算
⑵溶液中各组分化学势及其标准态
⑶理想化混合物(溶液)的定义及特性⑷非理想溶液活度与活度系数
⑸吉布斯-杜亥姆(G-D)公式及应用
⑹稀溶液依数性及有关计算
◆难点:
⑴偏摩尔量与偏摩尔体积及计算
⑵理想稀溶液、非理想溶液中各组分化学势表达式及其标准态选择
⑶稀溶液依数性与活度、活度系数计算
第五章相平衡
基本要求:
1.了解相、组分数、自由度等相平衡中的基本概念。
2.了解相律的推导过程,熟练掌握相律在相图中的应用。
3.能看懂各种类型的相图,并进行简单分析,理解相图中各相区、线和特殊点所代表的意义,了解其自由度的变化情况。
4.在双液系相图中,了解完全互溶、部分互溶和完全不互溶相图的特点,掌握如何利用相图进行有机物的分离提纯。
5.学会用步冷曲线绘制二组分低共熔相图,会对相图进行分析,并了解二组分低共熔相图和水盐相图在冶金、分离、提纯等方面的应用。
6.了解三组分系统相图中点、线、面的含义,学会将三组分系统相图用于盐类的分离、提纯和有机物的萃取等方面。
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—液相图
5.三组分体系
★重点:
⑴相、组分、自由度概念及相律
⑵克拉贝龙方程与克拉贝龙-克劳修斯方程应用
⑶单组分体系P-T相图分析与应用
⑷热分析法与二组分凝聚体系T-X相图分析与应用、步冷曲线绘制
⑸双液系T-X与P-X相图的分析与应用、恒沸物体系分离
⑹相点与物质关系,杠杆规则与水气蒸馏原则及计
⑺三组分盐水体系的等边三角形相图分析及在分离、提纯方面的应用
⑻分配定律与萃取计算
◆难点:
⑴独立组分数确定与相律计算
⑵物系点与相点的关系
⑶固态部分互溶二组分凝聚体系相图各相态分析与步冷曲线绘制
⑷有恒沸点的双液系相图的应用
⑸有水合物、形成复盐三组分盐水体系相图分析与应用
第六章化学平衡
基本要求:
1.了解如何从平衡条件导出化学反应等温式。
掌握如何使用这个公式?
2.了解如何从化学势导出标准平衡常数。
3.均相和多相反应的平稳常数表示式有什么还同?
4.理解ΔGmo的意义以及与标准平衡常数的关系,掌握∆rGm0的求算和应用。
5.理解∆rGm0的意义并掌握其用途。
6.熟悉温度、压力和惰性气体对平衡的影响。
7.了解对同时平衡、反应耦合、近似计算的处理方法。
基本内容:
1.化学反应的等温方程式与平衡常数
2.ΔfGm0与平衡常数的关系
3.影响化学平衡的因素
4.同时平衡
5.反应耦合
6.应用热力学分析的实例
★重点:
⑴化学平衡等温式与标准平衡常数
⑵理想气体各类平衡常数的关系及计算
⑶复相反应平衡常数及计算、分解压力与平衡常数关系
⑷外界因素对平衡常数影响及定量计算
◆难点:
⑴化学反应亲和势判据
⑵G=-RTLnK的理解
⑶为什么会存在化学平衡
⑷范特霍夫等压方程式使用条件及计算
⑸化学平衡与其他章节内容的综合运用与计算
第七章统计热力学初步
基本要求:
1.了解统计系统的分类和统计热力学的基本假定。
2.了解最概然分布和撷取最大项原理。
3.了解配分函数的定义及其物理意义,知道配分函数与热力学函数的关系。
4.了解各种配分函数的计算方法,学会用配分函数计算简单分子的热力学函数,掌握理想气体简单分子平动熵的计算。
5.了解分子配分函数的分离和全配分函数的组成。
6.了解什么是自由能函数和热函函数,学会用自由能函数和配分函数计算平衡常数了。
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
★重点:
⑴玻兹曼分布定律及有关计算
⑵配分函数与热力学性质的计算
⑶理想气体反应平衡常数的计算
◆难点:
⑴如何理解N、U、V确定条件下,体系每一种微观状态出现几率相等;体系微观状态不断变化,
而宏观热力学性质是确定的。
⑵玻兹曼统计定律的推导
⑶关于最可几分布、平衡分布、摘取最大项原则的理解
⑷关于配分函数的计算
⑸配分函数与热力学关系的公式较多
第八章电解质溶液
基本要求:
1.掌握电化学的基本概念和电解定律,了解迁移数的意义及常用的测定迁移数的方法。
2.掌握电导、电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系。
3.熟悉离子独立移动定律及电导测定的一些应用。
4.掌握迁移数与摩尔电导率、离子电迁移率之间的关系,能熟练地进行计算。
5.理解电解质的离子平均活度、平均活度因子的意义及其计算方法。
6.了解强电解质溶液理论的基本内容及适用范围,并会计算离子强度及使用Debye-Huckel极限公式。
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
★重点:
⑴电导、电导率、摩尔电导率的意义及其与浓度的关系
⑵柯尔劳施方程与离子独立移动定律
⑶电导测量应用与计算
⑷离子迁移数测量与计算
⑸电解质活度、离子平均活度、离子平均活度与活度系数计算
⑹德拜-尤格尔极限公式、盐效应对溶解度的影响及其计算
◆难点:
⑴电导率、摩尔电导率、当量电导率、迁移数等的关系
⑵离子迁移数的测量(希托夫法、界面移动法)
⑶强电解质理论
⑷盐效应对溶解度影响与计算
第九章可逆电池的电动势及其应用
基本要求:
1.掌握形成可逆电池的必要条件、可逆电极的类型和电池的书面表示该当,能熟练、正确地写出电极反应和电池反应在。
2.了解对消法测电动势的基本原理和标准电池的作用。
3.在正确写出电极和电池反应的基础上,熟练地用Nernst方程计算电极电势和电池的电动势。
4.了解电动势产生的机理和氢标准电极的作用。
5.掌握热力学与电化学之间的联系,会利用电化学测定的数据计算热力学函数的变化值。
6.熟悉电动势测定的主要应用,会从可逆电池测定数据计算平均活度因子、解离平衡常数和溶液的pH等。
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
★重点:
⑴可逆电池条件
⑵电极反应、电池反应与电池电动势测量
⑶由化学反应设计可逆电池
⑷电池电动势与电池反应热力学计算
⑸标准电极电位与能斯特方程
⑹浓差电池与液体接界电位计算
⑺电池电动势测量的应用
◆难点:
⑴电池电动势与电极电势符号
⑵由化学反应设计可逆电池
⑶电极-溶液界面电势差与标准电极电位
⑷液体接界电势及计算
⑸电池电动势测量的应用
⑹电池热力学与化学热力学的综合与计算
第十章电解与极化作用
基本要求:
1.了解分解电压的意义,要使电解池不断地进行工作必须克服哪几种阻力?
2.了解极化现象、超电势的概念,并熟知极化作用的种类及降低极化作用的方法。
3.了解极化曲线,掌握电解池与原电池极化曲线的异同点,从而了解其各自的缺点和可利用之处。
4.掌握氢气超电势的计算方法,理解电解中考虑氢超电势的作用。
5.在电解过程中,能用计算的方法判断在两个电极上首先发生反应的物质。
了解电解的一般过程及其应用。
6.了解金属腐蚀的类型,了解常用的防止金属腐蚀的方法。
7.了解常见化学电源的基本原理、类型及目前的发展概况,特别是燃料电池的应用前景。
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
★重点:
⑴法拉第电解定律、分解电压测量
⑵极化现象与不同电极的极化曲线形状
⑶电化学极化、氢过电位产生原因、塔菲尔公式
⑷电化腐蚀与阴极保护、阳极保护、钝化曲线
⑸电解时离子放电顺序,离子分离及计算
◆难点:
⑴不同电极极化曲线形状
⑵电化学极化机理
⑶塔菲尔公式理论推导
⑷阳极保护与钝化曲线
⑸电解时阴、阳极上离子放电顺序与外加电压
第十一章化学动力学基础一
基本要求:
1.掌握宏观动力学的一些基本概念,如:
反应速率的表示法,基元反应和非基元反应,反应级数、反应分子数和速率常数等。
2.掌握具有简单级数反应(如一级反应、二级反应和零级)的特点,不但会从实验数据利用各种方法判断反应级数,还要能熟练地利用速率方程计算速率常数、半衰期等。
3.对三种典型的复杂反应(对峙反应、平等反应和连续反应)根掌握它们的特点,学会使用合理的近似方法,作一些简单的计算。
4.掌握温度对反应速率的影响,特别是在平等反应中如何进行温度调控,以提高所需产物的产量。
5.掌握Arrhenius经验式的各种表示形式,知道活化能的含义,它对反应速率的影响和掌握活化能的求算方法。
6.掌握链反应的特点,会用稳近似、平衡假设和速控步等近似方法从复杂反应的机理推导出速率方程。
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
★重点:
⑴反应速率方程表示,速率常数
⑵反应级数及其确定
⑶简单级数反应动力学特征与计算
⑷简单复杂反应的动力学特征与计算
⑸平衡近似法、稳态近似法推导速率方程
⑹温度对反应速率影响
⑺基元反应活化能与表观活化能关系
◆难点:
⑴反应级数与反应分子数区别与联系
⑵反应机理的确定
⑶连串反应、链反应速率方程推导
⑷弛豫法对快速反应的研究
⑸温度对速率常数的影响及表观活化能计算
第十二章化学动力学基础二
基本要求:
1.了解目前较常用的反应速率理论,特别是对碰撞理论和过渡态理论知道它们分别采用的模型,推导过程中引进的假定、计算速率常数的公式及理论的优缺点。
会利用这两个理论来计算一些简单反应的速率常数,掌握活化能、阀能和活化焓等能量之间的关系。
2.了解单分子反应的林德曼机理。
3.了解微观反应动力学的发展概况、常用的实验方法和该研究在理论上的意义。
4.了解溶液反应的特点和溶剂对反应的影响,会判断离子强度对不同反应速率的影响(即原盐效应)。
了解扩散对反应的影响。
5.了解较常用的测试快速反应的方法,学会用驰豫法来计算简单快速对峙反应的两个速率常数。
6.了解光化学反应的基本定律、发展趋势和应用前景。
7.了解化学激光的原理、发展趋势和应用前景。
8.了解催化反应特别是酶催化反应的特点、催化剂之所以能改变反应速率的本质和常用催化剂的类型。
9.了解自催化反应原特点和产生化学振荡的的原因。
基本内容:
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
★重点:
⑴碰撞理论基本假设与基本名词术语意义
⑵异种分子、同种分子碰撞次数计算
⑶过渡状态理论基本假设与基本术语
⑷过渡状态理论速率方程及活化能、活化焓、活化熵计算
⑸溶剂、离子强度对液相反应速率影响
⑹光化学反应特点与量子产率计算
⑺酸碱催化本质
⑻物理吸附与化学吸附、兰格缪尔吸附等温式
⑼气固相催化反应机理及动力学特征
◆难点:
⑴分子碰撞频率计算
⑵碰撞理论速率常数计算与物理量单位变换
⑶过渡状态中能势面与速率常数、活化能、活化焓、活化熵计算
⑷三种不同概念的活化能
⑸微观反应动力学简介
⑹液相中离子强度对反应速率影响
⑺红外激光化学反应
⑻酶催化反应动力学方程
⑼气固相催化反应动力学方程的确定
第十三章表面物理化学
基本要求:
1.明确表面张力和表面Gibbs自由能的概念,了解表面张力与温度的关系。
2.理解弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系,学会使用Young-Laplace公式。
3.了解弯曲表面上的蒸气压与平面相比有何不同,掌握Kelvin公式,并会用其基本原理来解释人工降雨、毛细管现象等常见的表面现象。
4.掌握Gibbs吸附等温式的表示形式及各项的物理意义,并能应用该式作简单计算。
5.理解什么叫表面活性剂,了解它在表面上作定向排列及降低表面自由能的情况,了解表面活性剂的大致分类及它的几种重要作用。
6.了解液-液、液-固界面的铺展与润湿情况,理解气-固表面的吸附本质及吸附等温线的主要类型,能解释简单的表面反应动力学,为何在不同的压力下有不同的反应级数等。
7.了解化学吸附与物理吸附的区别,了解影响固体吸附的主要因素。
8.了解化学吸附与多相催化反应的关系,了解气-固相表面催化反应速率的特点及反应机理。
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.气——固相表面催化反应
★重点:
⑴表面自由能与表面张力概念
⑵表面热力学及计算
⑶弯曲液面下的附加压力与拉普拉斯公式
⑷蒸气压与表面曲率关系的开尔文公式
⑸溶质浓度对溶液表面张力影响及吉布斯表面吸附方程式
⑹表面活化物质的结构与特性
⑺几种表面现象
◆难点:
⑴表面自由能与表面张力概念
⑵弯曲液面下的附加压力与拉普拉斯公式推导
⑶蒸气压与表面曲率关系的开尔文公式推导
⑷溶液表面吸附的吉布斯公式推导
⑸表面活性剂的HLB值与CMC值
第十四章胶体分散系统和大分子溶液
基本要求:
1.了解溶胶的制备与净化方法。
2.了解憎液溶胶的动力学性质,光学性质与电学性质方面的特点。
3.明确胶团结构的组成部分及其表示方法,了解溶胶在稳定性方面的特点,掌握什么是电动电位以及电解质对溶胶稳定性的影响,会判断电解质聚沉能力的大小。
4.了解凝胶的分类、形成及主要性质。
了解大分子溶液与溶胶的异同点。
5.了解大分子溶液的性质和相对分子量的测定。
6.了解唐南平衡及其意义。
7.对纳米材料的制备、特性等有简单的了解,关注介观科学的发展。
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
★重点:
⑴溶胶的定义与基本性质
⑵溶胶的制备与胶团结构式表示
⑶溶胶的动力学性质
⑷溶胶的光学性质
⑸胶粒的双电层结构,ζ电位与电动现象
⑹胶体的稳定性与聚沉规律
⑺大分子溶液特性
⑻大分子溶液渗透压与唐南平衡及计算
⑼大分子溶液几种粘度与相对平均分子量测量
◆难点:
⑴溶胶与大分子溶液的特性与区别
⑵溶胶的光学性质及自然现象解释
⑶胶团的双电层结构
⑷电动现象与ζ电位计算
⑸胶团稳定的DLVO理论
⑹唐南平衡的计算
⑺粘度法测大分子相对分子量
考核方式:
闭卷考试
成绩构成:
期末成绩70%+平时成绩30%
三、本课程与其它课程的联系与分工
本课程以无机化学、有机化学、分析化学、高等数学和大学物理等先行课程为基础,通过掌握上述课程的基本内容,进一步学习本课程相关内容,为今后学习其他专业课程、为学习物理化学的后续课程和提高发展能力(继续学习的能力,表述和应用知识的能力,发展和创造知识的能力等)打下基础。
四、教材和参考资料
推荐教材:
傅献彩、沈文霞、姚天扬等编《物理化学》(上、下册)。
高教出版社。
2005年第五版。
参考资料:
1.沈文霞物理化学核心教程。
科学出版社,2009(第二版)
2.《PhysicalChemistry》P.W.Atkins,7thed.OxfordUn
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- 物理化学 教学大纲 基础 化学 试验 教学 示范 中心