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化学平衡
第五章
多相平衡
第六章
电化学
6
第八章
表面现象与分散系统
第九章
化学动力学基本原理
第十章
复合反应动力学
总计
36
四、课程教学内容与基本要求
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,ΔU、ΔH、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.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
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=ΔU,Qp=ΔH及H的定义
第2节过程热的计算
一、Cv.m与Cp.mCp.m=f(T).Cp.m与Cv.m的关系
二、由Cp.m计算Qp和ΔH,
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,ΔrHθm、ΔfHθm与ΔcHθm由ΔfHθm计算ΔrHθm
由ΔcHθm计算ΔrHθm
基尔戈夫公式:
ΔrHθm=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
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。
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、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ΔS和ΔG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,ΔG和ΔA判据
3.热力学基本方程,麦克斯韦关系式
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
ΔA与ΔG判据
一些基本过程ΔG的计算与应用
第8节热力学基本方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
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。
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ΔG判据过渡到化学势判据,掌握化学势的表示式,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。
1.拉乌尔定律与享利定律
2.稀溶液的依数性
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节实际溶液的活度和活度系数、标准态
第四章化学平衡
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。
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Kθ、Kθp、Kc、Ky和Kn的换算。
4.理解ΔfGθm、ΔrGθm和ΔrGm的意义,掌握利用ΔfGθm计算ΔrGθm;
利用ΔfHθm,Sθm计算
ΔrGθm及ΔrGθm=-RTlnKθ的计算。
5.了解从吉布斯——亥姆霍兹方程推导化学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
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
第1节Kθ与反应等温方程式
一、
二、
三、ΔrGθm=-RTlnKθ,ΔrHθm=Δ
;
四、
第2节有关标准平衡常数的计算与应用
一、Kθ的实验测定法
二、理想气体反应的Kθ、Kp、Kθc、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、温度对化学平衡的影响Kθ=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
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)。
1.相率
2.克劳修斯-克拉贝龙方程
3.完全及部分互溶双液系相图
4.简单低共熔物的相图
多媒体与讲授相结合的方法
第1节相律f=C-Φ+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、生成稳定化合物与不稳定化合物凝聚系统相图。
第七章电化学
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。
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,首先使学生掌握电池过程的热力学函数的改变量ΔγGm,ΔγSm,ΔγHm。
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
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,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ΔγGm,ΔγSm,ΔγHm。
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
Ⅰ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节德——休极限公式
Ⅱ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Eθ的测定,电动势法测定电解质溶液的γ±
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
Ⅲ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
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。
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
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
讲授法
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
阐明化学动力学的意义与一些基本内容,随后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
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几个能量的关系
授课方法:
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
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。
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
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
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、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:
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,2006
[2]韩德刚,高执棣,高盘良。
物理化学。
高等教育出版社,2001
[3]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,1999
[4]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,2007
[5]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。
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
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。
燃烧热的测定
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T—X图,并找出恒沸点混合物的组成和最低恒沸点。
电导法测定醋酸电离平衡常数
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。
蔗糖水解反应速度常数的测定
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。
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