物理化学化学工艺专业厦门大学化学化工学院.docx

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物理化学化学工艺专业厦门大学化学化工学院

物理化学（化学工艺专业）

（PhysicalChemistry）

目的和要求

为化工专业开设的物理化学课程的教学思路是以理科教材为主导，突出工科教学的特点，并力求贯串化学哲学与唯物辩证观的思想，以适应理工渗透、学科交叉的发展潮流，培养具有丰厚科学涵养、勇于创新精神的应用化学人才。

物理化学是化学学科的重要理论基础，更是化工专业一门智能型、交叉性的主干基础课。

该课程主要介绍化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、界面及胶体化学的基本原理、科研方法与实际应用。

通过课堂讲授及其相关辅助的诸教学环节手段，既要让学生能系统掌握物理化学学科的基本知识、基本理论与物理化学家独特的思维方式方法，以提升人才的物理化学的科学素质与智慧，更要使学生能灵活应用物理化学基本概念知识点，善于借助数学和其他学科方法，在逻辑分析思维的基础上发挥多元化思维技巧，达到有深度的质疑、有创新性的见解并具备独立解决问题的能力。

基本内容和学时分配

第一章气体（4学时）

1.1绪论

物理化学的基本内容、研究方法、学习方法及教学环节与要求。

1.2理想气体状态方程

理想气体状态方程，摩尔气体常数R，理想气体定义及其微观模型。

1.3理想气体混合物及其定律

理想气体混合物,道尔顿分压定律,阿马格分体积定律。

1.4实际气体与理想气体的偏差

压缩因子Z，Z~P曲线、波义耳温度TB。

1.5实际气体的液化和临界状态

实际气体的P~Vm图，典型液化等温线，临界参数（TC、PC、VC.m）

1.6实际气体状态方程式

范德华方程,范德华常数与临界参数的关系,维里方程及其他状态方程.

1.7对比态与压缩因子图

对比状态参数（Tr、Pr、Vr），热膨胀系数，压缩系数，对应态原理，普遍化压缩因子图

第二章热力学第一定律（8学时）

2.1基本概念及术语

系统与环境，状态与状态函数，广度性质与强度性质，平衡态与热力学平衡，过程与途径

2.2热力学第一定律

热，功，热力学能（内能），第一定律表达式

2.3功与可逆过程

膨胀功，平衡过程（或准静态过程），可逆过程与最大功

2.4热容

热容定义，等容热容与等压热容，焓、Cp与Cv差值，热容随温度变化关系。

2.5理想气体的热力学性质

理想气体的热力学能与焓,理想气体的等温过程与绝热过程

2.6理想气体的卡诺循环

热机效率，卡诺循环

2.7焦耳—汤姆生效应

节流膨胀实验，焦耳—汤姆生系数，气体液化与致冷技术。

2.8热化学

反应热与相变热，反应进度与反应体系的摩尔热力学量变，等压热效应与等容热效应，热化学方程式，盖斯定律。

2.9各种热效应

生成热，燃烧热，溶解热与稀释热，溶液中离子生成热，热效应随温度变化关系，键焓法估算生成热

第三章热力学第二定律（10学时）

3.1自然界过程的方向和限度

自发过程与非自发过程,自发过程的共同特征,过程方向限度判据的例证

3.2热力学第二定律

热力学第二定律的经典表述,可逆过程与不可逆过程,卡诺定理及其推论

3.3热力学第二定律的熵表述

热温商,可逆循环热温商，热力学函数—熵，熵增加原理

3.4熵变计算与过程方向判据

体系熵随T、V变化，体系熵随T、P变化，理想气体的熵变，理想气体的混合熵，固体与液体的熵变，不可逆过程熵变，温—熵图

3.5热力学第二定律的本质与熵的统计意义

热力学概率与第二定律,概率、混乱度与熵，玻尔茨曼熵定理

3.6热力学第三定律

热力学第三定律表述,规定熵与标准熵,化学反应熵变计算

3.7自由能与热力学基本方程

热力学第一、二定律的联合公式，HelmHoltz自由能F及其减少原理，Gibbs自由能G及其减少原理,热力学基本方程,特性函数,Maxwell关系,热力学函数关系变换的基本方法

3.8自由能的有关性质及其改变量的计算

F和G的有关性质,△F和△G的计算及其应用，Gibbs—HelmHoltz方程

3.9不可逆过程热力学简介

自然界的有序现象，熵产生和熵流，熵产生原理，耗散结构

第四章多组份体系的热力学（8小时）

4.1化学势

化学势,化学势等温式,组成可变体系的热力学基本方程及其应用

4.2偏摩尔数量

偏摩尔量,偏摩尔量集合公式,Gibbs—DuHem方程,*偏摩尔量的测量方法,偏摩尔量之间的函数关系

4.3理想气体的化学势

纯理想气体化学势,混合理想气体中某组份化学势,理想气体混合过程中热力学性质的变化

4.4非理想气体的化学势

非理想气体化学势,逸度和逸度系数的定义及其求算,普遍化逸度系数图,实际气体的标准态

4.5理想溶液与理想稀溶液

Raoult定律与理想溶液概念,理想溶液化学势及其热力学性质,Henry定律与理想稀溶液,Gibbs—Margules方程,理想稀溶液中溶剂和溶质的化学势,分配定律

4.6稀溶液的依数性

蒸气压下降，沸点升高，凝固点降低，渗透压

4.7非理想溶液

真实溶液中溶剂和溶质的化学势，非电解质溶液各组份的活度与活度系数的定义、计算及标准态，*渗透系数，*超额函数

第五章相变热力学及相图（7学时）

5.1相律

相，组份数，自由度数，相律的推导及应用

5.2单组份体系热力学及相图

单组份体系相图举例，Clapeyron-clausius方程及其应用，外压对蒸气压的影响，*二级相变（超导与超流）

5.3二级份体系气—液平衡及相图

理想的完全互溶双液系，杠杆规则，蒸溜与精溜原理，非理想的完全互溶双液系，部份互溶双液系与气液平衡，完全不互溶双液系与水蒸汽蒸溜

5.4二组份体系的固—液平衡及相图

形成低共熔物的固相不互溶体系相图与绘制，形成化合物的固相不互溶体系，固相完全互溶体系与区域提纯法，固相部份互溶体系

5.5三组份体系相图

等边三角坐标系及其特点，部份互溶的三液体系，三组份体系的固—液平衡，具有最低共熔点的三组份体系

第六章化学反应热力学（5学时）

6.1化学反应平衡条件和化学反应亲合势

化学反应平衡条件，化学反应亲合势，摩尔反应吉布斯函数变，化学反应的方向与限度

6.2标准平衡常数与化学反应平衡等温方程

化学反应平衡常数各种表示式，平衡常数的测定，平衡组成及平衡转化率的计算

6.3标准摩尔反应Gibbbs自由能变的测定

标准生成Gibbbs自由能法，量热法，反应的耦合

6.4非理想体系的化学平衡

真实气体反应平衡等温式与平衡常数，压力对热焓及热容的影响，真实溶液化学反应平衡

6.5温度对化学反应平衡的影响

平衡常数与温度的关系，VantHoff等压方程与等容方程，△rG0m（T）与反应转折温度的估算

6.6其他因素对化学反应平衡的影响

浓度（或气相分压）、压力（总压）、惰性气体及物料配比对平衡的影响

*6.7多种化学反应同时平衡

同时反应与独立反应,同时反应平衡组成的计算

第七章统计热力学基础（9学时）

7.1概论

统计热力学的基本内容,研究目的方法,统计体系分类,统计平均方法与特点,统计热力学基本假定

7.2Boltzmann统计分布

量子态（微观状态），能级简并度，级级分布与状态分布，最概率分布与平衡分布，Lagrange待定系数法，Boltzmann分布律

7.3配分函数和热力学性质的关系

粒子配分函数和体系配分函数的意义与表达式,可分辩独立子体系的粒子配分函数与热力学函数间的关系,不可分辩独立子体系的粒子配分函数与热力学函数间的关系

7.4配分函数的性质与计算

配分函数的析因子性质,各种运动形式（平动、转动、振动、电子、核）配分函数的推导及表达，分子全配分函数

7.5单原子、双原子及多原子气体的热力学函数统计表达式

Sackur-Tetrode平动熵，双原子及线性多原子气体的统计表达式，非线性多原子气体的统计表达式

7.6原子晶体热容

Dulong-Petit定律，Einstein模型，Debye立方定律

7.7理想气体反应平衡常数的统计热力学计算方法

化学反应的公共能量标度，由配分函数直接估算平衡常数，由标准Gibbs摩尔自由能函数和标准摩尔焓函数求算平衡常数

7.8热力学定律的统计诠释

功、热及热力学能的统计意义，热力学第二、三定律的统计诠释

*7.9Bose-Einstein和Fermi-Dirac的统计方法

Bose-Einstein统计，Fermi-Dirac统计，三种统计方法比较

*7.10系综原理简介

系综的概念,正则系综,巨正则系综,微正则系综

第八章化学动力学基础（16学时）

8.1反应速率

反应速率定义与表示,反应速率的实验测定

8.2化学反应的速率方程

基元反应与非基元反应,基元反应速率方程—质量作用定律，由机理推导速率方程，速率方程的一般形式，反应级数与反应分子数，速率常数，用气体组份的分压表示的速率方程

8.3具有简单级数的反应速率方程及特点

一级反应，二级反应，零级反应，n级反应

8.4反应级数的确定方法

试差法，半衰期法，微分法，改变物量比例法

8.5反应速率与温度的关系

Van’tHoff经验规则，Arrhenius公式，实验活化能与指前因子，基元反应活化能及其估算，微观可逆性原理，非基元反应表观活化能

8.6几种典型的复杂反应

对峙（可逆）反应，平行反应，连串反应，快速反应与弛豫法

8.7复合反应速率的近似处理与反应历程的拟定

选取控制步骤法，稳态近拟法，平衡态近似法，确定反应机理的大致步骤

8.8链反应

链反应特征，链反应机理与速率方程，支链反应与爆炸界限

8.9气体反应的碰撞理论

碰撞理论要点，碰撞数与有效碰撞数，碰撞理论的反应速率常数表达式及其与Arrhenius方程的比较，概率因子

8.10过渡态理论

过渡态理论要点，势能面与反应途径，过渡态理论速率常数表达的统计力学方法与经典热力学方法，活化熵与活化焓

8.11单分子反应速率理论简介

Lindemann理论，RRKM理论

*8.12分子反应动态学简介

研究分子反应的实验方法—交叉分子束，分子碰撞与态态反应，直接反应碰撞与形成络合物的碰撞

第九章各类特殊反应的动力学（12学时）

9.1溶液反应动力学

笼罩效应，扩散控制反应与活化控制反应，溶剂对反应速率的影响，离子强度对反应速度的影响，*压力对反应速率的影响

9.2光化学基本概念与定律

光化学反应特征，光化学定律，量子产率，光的吸收与发射，电子激发态，Jablonski图，光敏与狭灭

9.3光化学反应动力学

光化反应速率方程与反应历程，光化平衡，温度对光化反应的影响，光敏反应，化学发光，闪光光解，*激光化学

9.4催化作用的通性

催化剂基本特征，催化反应一般机理

9.5均相催化反应动力学

气相催化，酸碱催化，络合催化，酶催化和模拟酶催化，*自催化反应和化学振荡

9.6复相催化反应动力学

物理吸附与化学吸附，Langmiur吸附等温式，吸附势能曲线，复相催化反应步骤与速率方程，表面单分子反应，表面双分子反应，*温度对表面反应速率的影响

第十章电解质溶液（6学时）

10.1电化学的基本概念和法拉第定律

基本概念,电解质溶液导电机理,法拉第定律

10.2离子的电迁移和迁移数

离子的电迁移现象,离子迁移率和迁移数及其测定

10.3溶液的电导及其应用

电导、电导率和摩尔电导率，离子独立移动定律，离子的摩尔电导率，电导的测定与应用

10.4电解质离子的平均活度和平均活度系数

平均活度，平均活度系数，平均质量摩尔浓度，离子强度

10.5强电解质溶液的离子互吸理论与D-H公式

互吸理论大意，离子氛，Debye