工程热力学课程纲要物理化学上海交通大学Word格式文档下载.docx
《工程热力学课程纲要物理化学上海交通大学Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学课程纲要物理化学上海交通大学Word格式文档下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
PhysicalChemistry.6thed.,AtkinsP.W.，OxfordUniversityPress.（有中译本）
《物理化学习题精解与考研指导》，高丕英李江波编，上海交通大学出版社；
PhysicalChemistry.7thed.,AtkinsP.W.，OxfordUniversityPress.（有中译本）
附：
关于教材
本课程采用的教材是由南京大学教师编写高等教育出版社出版（2005年）的《物理化学》（第五版），它是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
第五版是在第四版的基础上，遵照教育部高等学校化学与化工学科教学指导委员会2004年通过的“化学专业和应用化学专业化学教学基本内容”进行了适当的调整和增删，并总结近年来教学研究和教学改革成果修订而成的。
全书重点阐述了物理化学的基本概念和基本理论，同时考虑到不同读者的需要也适当介绍了一些与学科发展趋势有关的前沿内容。
★本课程的性质、地位、作用和任务
本课程是高等院校化学专业的一门重要基础课，为化学专业二级学科。
课程以化学热力学、化学动力学、电化学、表面化学和胶体化学为基本结构，主要内容有化学热力学第一、二、三定律、相平衡和化学平衡；
电解质溶液、可逆电池的电动势、电解与极化作用；
化学动力学基础一、二；
表面化学和胶体化学。
通过对本课程的学习，一方面使学生掌握物理化学的基本知识，掌握处理问题的基本方法；
了解该研究领域的一些新进展，从而进一步扩大知识面，打好专业基础，加深对先行课程如无机化学、有机化学、分析化学的理解，做到知识面宽、基础深。
另一面进一步培养学生的独立工作能力，提高学生的自学能力，学习前人提出问题、考虑问题和解决问题的方法，逐步培养独立思考和独立解决问题的能力，以便在生产实践和科学研究中碰到问题时，能得到一些启发和帮助。
★实施本课程教学任务的方法、手段
本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，采用多媒体投影辅助教学手段，并通过阅读主要参考书目、网上查询、资料整理和专题讨论，加深对物理化学基本原理的了解，并掌握该学科的前沿发展动态。
对每章进行一次习题课，以巩固难掌握的知识点，并掌握运用物理化学方法初步解决问题的能力。
物理化学课堂教学纲要
绪论（1学时）
一、知识点
着重阐明物理化学的意义、介绍物理化学的研究内容以及学习物理化学的方法。
二、教学内容与教学方法
教学内容
1.物理化学的建立与发展
2.物理化学的目的和内容
3.物理化学的研究方法
4.物理化学课程的学习方法
教学方法
以教师讲授为主，穿插大量实例，启发学生思考，重点为介绍物理化学的学习方法。
第二章热力学第一定律（9学时）
一、知识点群
●系统、环境
●热力学平衡态、状态函数、热和功
●准静态过程、可逆过程
●热力学第一定律
●Joule-Thomson效应
●热效应、Hess定律
●Kirchhoff定律
2.1热力学概论
2.2热平衡和热力学第零定律----温度的概念
2.3热力学的一些基本概念
系统与环境系统的状态和性质热力学平衡态与状态函数状态系数热和功
2.4热力学第一定律
热力学第一定律的表述法与数学表达式；
热力学能；
准静态过程与可逆过程；
功与过程
2.5准静态过程与可逆过程
功与过程准静态过程可逆过程
2.6焓
2.7热容
热容及热量的计算Cp与CV之间的关系
2.8热力学第一定律对理想气体的应用
盖·
吕萨克—焦耳实验相变过程和化学过程绝热过程的功和过程方程式
2.9Carnot循环
Carnot循环热机效率冷冻系数
2.10Joule-Thomson效应----实际气体的ΔU和ΔH
J-T效应J-T系数与J-T转化温度实际气体的ΔU和ΔH
2.11热化学
化学反应的热效应反应进度热化学方程式
2.12盖斯定律
2.13几种热效应
标准摩尔生成焓燃烧焓溶解热和稀释热由键焓估算反应热
2.14反应焓变与温度的关系----基尔霍夫定律
2.15绝热反应----非等温反应
2.16*热力学第一定律的微观说明
以教师讲授为主，学生自学和课堂讨论为辅，学习重点为热力学的基本概念和热力学第一定律，可通过实例辅以课后习题加深学生对其理解，以及对准静态过程和可逆过程的理解。
三、教学目标
通过对热力学第一定律的学习使学生了解热力学的一些基本概念，如体系、环境、状态、功等；
明确热力学第一定律和内能的概念；
了解热力学方法的特点，特别是要了解状态函数、准静态过程和可逆过程的概念；
了解热力学第一定律的一些应用，如热化学和理想气体在几种过程中功和热量的计算等，能够较熟练地应用热力学第一定律，从微观角度了解热力学第一定律的本质。
第三章热力学第二定律（12学时）
●热力学第二定律
●Carnot定理
●熵、Clausius不等式
●Helmbolz自由能、Gibbs自由能
●热力学第三定律
3.1自发变化过程的共同特征----不可逆性
3.2热力学第二定律
3.3卡诺定律
3.4熵的概念
3.5Clausius不等式与熵增加原理
Clausius不等式熵增加原理
3.6热力学基本方程与T-S图
T—S图及其应用
3.7熵变的计算
等温过程ΔS的计算非等温过程ΔS的计算
3.8熵和能量退降
3.9热力学第二定律的本质和熵的统计意义
热力学第二定律的本质Boltyman公式
3.10亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能
Helmbolz自由能Gibbs自由能
3.11变化的方向和平衡条件
3.12ΔG的计算示例
等温物理变化过程ΔG化学变化过程ΔG—化学反应等温式
3.13几个热力学函数的关系
基本公式特性函数Maxwell关系式及其应用Gibbs自由能与温度、压力的关系
3.14热力学第三定律与规定熵
热力学第三定律规定熵值化学反应过程中的ΔS计算
3.15绝对零度不能达到原理----热力学第三定律的另一种表述法
3.16不可逆过程热力学简介
以教师讲授为主，学生自学和课堂讨论为辅，学习重点为热力学第二定律、熵的意义及ΔG、ΔS的计算。
通过本章的学习使学生明确热力学第二定律的意义，了解自发变化的共同性质；
了解热力学第二定律与卡诺定理的联系，理解克劳修斯不等式的重要性；
熟记热力学函数U、H、S、F、G的定义，了解其物理意义；
能熟练运用吉布斯-亥姆霍兹公式、克拉贝龙和克劳修斯-克拉贝龙方程式，能够利用范霍夫等温式来判别化学变化的方向；
了解熵的统计意义，明确偏摩尔量和化学势的意义及它们之间的区别；
初步了解热力学第三定律的内容。
第四章多组分系统热力学及其在溶液中的应用（7学时）
一、知识点群
●偏摩尔量
●化学势
●Raoult定律、Henry定律
●稀溶液的依数性
●活度、活度因子
●分配定律
4.1引言
4.2多组分系统的组成表示法
4.3偏摩尔量与化学势
偏摩尔量的定义及其集合公式Gibbs-Duhem公式
4.4化学势
化学式的定义及其在相平衡中的应用化学势与T、P的关系
4.5气体混合物中各组分的化学势
理想气体及其混合物的化学势非理想气体混合物的化学势----逸度的概念逸度因子的求法
4.6稀溶液中的两个经验定律
Raoult定律Henry定律
4.7理想液态混合物
理想液态混合物的定义理想液态混合物中任一组分的化学势理想液态混合物的通性
4.8理想稀溶液中任一组分的化学势
4.9稀溶液的依数性
4.10Duhem-Margules公式
4.11活度与活度因子
非理想溶液中各组分的化学势—活度的概念非理想稀溶液双液系中活度因子之间的关系
4.12渗透因子和超额函数
溶剂A的渗透因子超额函数
4.13分配定律—溶质在两互不相溶液相中的分配
4.15绝对活度
教师讲授和引导学生共同思考方式。
本章主要介绍溶液的热力学（即热力学第一、第二定律在多组分体系中的一些应用），引入了理想溶液、活度、逸度、标准态、超额函数等概念，介绍了理想溶液以及非理想溶液中任一组分的化学势的表示法。
这些表示法在处理溶液中的问题（相平衡和化学平衡）是很有用。
此外还介绍了稀溶液中两大经验定律：
拉乌尔定律和亨利定律。
学习本章的具体要求是：
熟悉溶液浓度的各种表示法及其相互关系；
了解什么是理想溶液、理想溶液的通性；
了解拉乌尔定律和亨利定律的区别；
了解活度和逸度的概念；
能够熟练表示溶液中各组分的化学势，了解从微观角度讨论溶液形成是一些热力学函数的变化；
了解稀溶液依数性公式的推导，以及分配定律的推导，了解热力学处理溶液问题的一般方法。
第五章相平衡（10学时）
●相率
●单组分系统的相平衡
●Clapeyron方程
●二组分系统的相图
5.1引言
5.2多相体系平衡的一般条件
5.3相律
5.4单组分体系相图
单组分体系的两相平衡—Clapeyron方程外压与蒸气压关系水的相图
硫的相图*
5.5二组分体系相图及应用
5.6三组分体系相图
以教师课堂讲授为主，辅以学生自学，通过习题加深对基本概念的理解。
本章应用热力学方法讨论相平衡体系的一般规律。
本章学习结束要求学生能够了解相、组分数和自由度的意义；
了解相律的推导过程及其在相图中的应用；
根据相图能够绘出步冷曲线，或者根据步冷曲线能绘制简单的相图；
在双液系中已完全互溶的双液系为重点了解其p-x图和T-x图，了解蒸馏和精馏的基本原理；
在二组分液-固体系中，以简单低共熔物的相图为重点，了解相图的绘制和应用。
第六章化学平衡（5学时）
●反应进度、化学反应的亲和势
●平衡常数、化学反应等温式
●标准摩尔生成Gibbs自由能
●温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响
6.1化学反应的平衡条件和化学反应亲和势
化学反应的平衡条件化学反应的亲和势
6.2化学反应的平衡常数和等温方程式
化学反应平衡常数的导出化学反应等温式溶液中反应的平衡常数
6.3平衡常数的表示式
热力学平衡常数的表示Kp,Kx,Kc的表示及关系
6.4复相化学平衡
6.5标准摩尔生成Gibbs自由能
△rGθm的一些应用标准摩尔Gibbs生成自由能如何求算△fGθm
6.6温度、压力、惰性气体对化学平衡的影响
6.7同时化学平衡
6.8*反应的耦合
6.9*近似计算
6.10*生物能学简介
教师课堂讲授为主，辅以学生自由讨论、自学。
本章根据热力学的平衡条件导出化学反应等温方程式和平衡常数表达式，前者用以判别化学反应的方向，后者则反应达平衡时反应体系中各物质的活度（浓度）之间的关系。
根据平衡常数就能求出在给定条件下反应所能达到的程度。
并讨论了各种因素如浓度、温度、压力及惰性气体对平衡常数的影响。
重点在于计算平衡组成。
对学生的具体要求是：
了解如何从平衡条件导出化学反应等温式、如何使用这个公式；
理解△Gθm的意义，能够由△Gθm估计反应的可能性；
熟悉Kθp，Kp，Kx，和Kc之间的关系；
了解平衡常数与温度、压力的关系和惰性气体对平衡组成的影响，并掌握其计算方法。
第七章统计热力学基础（8学时）
1、了解什么是最概然分布？
2、为什么可以用最概然分布的微观状态数来代替整个体系的微观状态数？
3、理解配分函数及其意义。
4、明确定位体系与非定位体系热力学函数的区别。
5、了解平动、转动、振动对热力学函数的贡献。
6、了解什么是玻色—爱因斯坦统计和费米—狄拉克统计。
引言
7-1、粒子体系统计分布的基本知识
7-2、麦克斯韦－玻尔兹曼分布。
（其中最可几分布与平衡分布推导部分学生自学）
定位系统的最概然分布α、β值的推导Boltzmann公式的讨论摘取最大项法及其原理
7-3、配分函数
配分函数的定义二、配分函数与热力学函数的关系三、配分函数的分离
7-4、各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献
原子核配分函数电子配分函数平动配分函数单原子理想气体的热力学函数
转动配分函数振动配分函数。
7-5、分子的全配分函数
7-6、用配分函数计算△rGm和反应的平衡常数
化学平衡系统的公共能量标度从自由能函数计算平衡常数热函函数
从配分函数求平衡常数。
了解统计系统的分类核统计热力学的基本假定,了解最概然分布及其与体系微观状态数的关系。
理解配分函数及其物理意义，明确定位体系与非定位体系的热力学函数间的差别。
熟悉平动、转动、振动对热力学函数的贡献。
第八章电解质溶液（7学时）
●原电池和电解池
●离子的电迁移现象、电迁移率和迁移数
●电导率
●Debye-Hickel极限公式
8.1电化学中的基本概念和电解定律
原电池和电解池法拉第电解定律
8.2离子的电迁移率和迁移数
离子的电迁移现象离子迁移数迁移数测定
8.3电解质溶液的电导
电导、电导率、摩尔电导率电导的测定电导率、摩尔电导率与浓度的关系离子独立移动定律和离子的摩尔电导率电导测定的一些应用
8.4电解质的平均活度和平均活度因子
电解质的平均活度和平均活度因子离子强度
8.5强电解质溶液理论简介
离子互吸理论Debye-Hickel极限公式
本章主要讨论电解质溶液的性质及理论，通过学习须使学生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；
掌握电导率、摩尔电导率的意义及它们与溶液浓度的关系；
熟悉离子独立移动定律及电导测定的一些应用；
掌握迁移数与摩尔电导率、离子电迁移率之间的关系，能熟练进行计算；
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；
了解强电解质溶液理论的基本内容及使用范围，并会计算离子强度及使用Debye-Hickel极限公式。
第九章可逆电池的电动势及其应用（10学时）
●可逆电池、可逆电极
●电动势的测定
●可逆电池的热力学
●电极电势
●电动势测定应用
9.1可逆电池和可逆电极
可逆电池可逆电极和电极反应
9.2电动势的测定
对消法测电动势标准电池
9.3可逆电池的书写方法及电动势的取号
9.4可逆电池的热力学
9.5电动势产生的机理
电极与电解质溶液界面间电势差的形成接触电势与液接触电势电动势的产生
9.6电极电势和电池的电动势
标准电极电位电池电动势的计算内电位与外电位
9.7电动势测定的应用
求电解质溶液的平均活度因子求难溶盐的活度积pH的测定
9.8内电位、外电位和电化学势
本章讨论了热力学函数ΔG、ΔH、ΔS与电动势的关系以及电动势产生的机理，电动势的计算应用。
须掌握形成可逆电池的必要条件、可逆电池的类型和电池的书面表示方法，能熟练、正确地写出电极反应和电池反应；
了解对消法测电动势的基本原理和标准电池的应用；
在正确写出电极和电池反应的基础上，熟练运用Nernst方程计算电极电势和电池的电动势；
了解电动势产生的基里和氢标准电极的作用；
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；
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、竭力平衡常数和溶液的pH等。
第十章电解与极化作用（5学时）
●分解电压
●极化、浓差极化、电化学极化
●极化曲线
●氢超电势
●电解的应用
10.1分解电压
10.2极化作用
浓差极化电化学极化氢超电势
10.3电解时电极上的竞争反应
金属的析出与氢的超电势金属离子的分离金属的电化学腐蚀、防腐与钝化
10.4金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化
10.5*化学电源
燃料电池蓄电池
10.6电有机合成简介
本章主要介绍了通电使体系发生了化学变化及电解作用的一些规律，对于有电流通过时电极上的极化作用也作了介绍。
学习的重点和难点是极化作用以及电极极化的原因，此外还要了解分解电压的意义、超电势的概念、计划作用的种类；
了解极化曲线，清楚电解池与原电池的极化曲线的异同点、各自的缺点及可利用之处；
了解电解的一般过程及其应用，例如能用计算的方法判断两个电极上首先反应的物质；
了解金属腐蚀的类型及常用的防止金属腐蚀的方法等。
第十一章化学动力学基础
（一）（10学时）
●化学动力学
●化学反应速率
●基元反应、非基元反应
●反应级数、一级反应、二级反应、三级反应、零级反应
●阿伦尼乌斯公式
●活化能
11.1化学动力学的任务和目的
11.2化学反应速率的表示法
11.3化学反应的速率方程
基元反应和非基元反应反应的级数、反应分子数和反应的速率常数
11.4具有简单级数的反应
一级反应二级反应三级反应零级反应和准级反应反应级数的测定法
11.5几种典型的复杂反应
对峙反应平行反应连续反应
11.6基元反应的微观可逆性原理
11.7温度对反应速度影响
阿仑尼乌斯理论表现活化能
11.8关于活化能
活化能的概念活化能与温度的关系活化能的估算
11.9链反应
11.10拟定反应机理的一般方法
掌握宏观动力学的一些基本概念，如反应速率的表示方法，什么是基元反应和非基元反应？
什么是反应级数、反应分子数和速率常数等；
掌握具有简单级数反应（如一级、二级和零级）的特点，不但会从试验数据中利用各种方法判断反应级数，还要能熟练得利用速率方程计算速率常数、半衰期等；
掌握三种典型的复杂反应（对峙反应、平行反应、连续反应）的特点，学会使用合理的近似方法作一些简单的计算；
掌握温度对反应速率的影响；
掌握阿伦尼乌斯经验式的各种表示形式，知道活化能的含义及其对反应速率的影响，掌握活化能的求算方法。
第十二章化学动力学基础
（二）（5学时）
●碰撞理论
●过渡态理论
●单分子反应理论
●笼效应、原盐效应
●光化学反应
12.1碰撞理论
双分子的互碰频率和速率常数的推导概率因子
12.2过渡态理论
势能面有过渡态理论计算反应速率常数
12.3单分子反应理论
12.5在溶液中进行的反应
溶剂对反应速率的影响-笼效应原盐效应
12.7光化学反应
光化学反应与热化学反应的区别光化学反应的初级过程和次级过程光化学最基本定律量子产率光化学反应动力学光化学平衡和热化学平衡
12.9催化反应动力学
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，要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、阈能和活化焓等能量之间的关系；
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（及原盐效应），了解扩散对反应的影响；
了解光化学反应的基本定律、光化学平衡与热化学平衡的区别以及这类反应的发展趋势和应用前景。
第十三章表面物理化学（7学时）
●表面自由能及表面Gibbs自由能
●拉普拉斯公式
●溶液的表面吸附--Gibbs吸附公式
●液-液界面的性质
●液-固界面-----润湿作用
●表面活性剂
●吸附等温线、Langmuir等温式
●化学吸附和物理吸附
13.1表面自由能及表面Gibbs自由能
表面张力表面热力学的基本公式界面张力与温度的关系溶液的表面张力与溶
升级会员 