物理化学教学大纲.docx
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物理化学教学大纲
《物理化学》教学大纲
一、课程性质、目的及开课对象
物理化学是高校化学专业本科学生的一门主要基础理论课.其目的是要求学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法,并初步具有分析和解决一些实际问题的能力.本课程的任务是学习化学热力学,统计热力学,电化学,化学动力学,表面现象和胶体化学的基本知识,原理和方法.通过课堂讲授,自学,课堂讨论,习题课,考试等教学环节达到目的.本课程总学时数为126学时.
二、先修课程
三、教学方式与考核方式
（一）教学方式：
主要采用多媒体教学
（二）考核方式：
笔试
四、学时分配
总学时：
126其中理论：
104习题：
22
五、教学内容与学时
绪论1学时
主要内容:
1、物理化学课程的目的和内容
2、*物理化学发展简史
3、*物理化学的研究方法
4、物理化学课程的学习方法
（1）
学生掌握要点：
物理化学的发展及其物理化学的基本内容
说明:
注"*"的内容可根据具体情况取舍或由学生自学为主.以下同.
第一章热力学第一定律18学时
一、主要内容:
1.1、热力学的任务,方法及局限性.
1.2、基本概念:
体系与环境,强度性质与容量性质,状态与状态函数,过程与途径,热力学的平衡态.
（1）
1.3、状态函数及其全微分的性质.
（1）
1.4、功和热:
功的定义,计算.热和热容的定义,热量的计算.
（2）
1.5、可逆过程与不可逆过程的概念.
（2）
1.6、热力学第一定律:
第一定律,内能,焓,Cp与Cv的关系.
（2）
1.7、第一定律对理想气体的应用,理想气体的内能和焓及Cp与Cv的关系,理想气体在等温过程,等压过程,等容过程,绝热过程,循环过程中△U,△H,Q,W的计算.理想气体绝热可逆过程的过程方程式.（4）
1.8、第一定律对实际气体的应用
实际气体的几种状态方程式——范德华方程,*贝塞罗方程,*维里方程.
焦耳—汤姆逊效应,实际气体在等温过程中△U,△H的计算公式.
（1）
1.9、热化学
等压反应热Qp,等容反应热Qv及与△U,△H的关系,Qp与Qv的相互关系,反应进度,热化学反应方程式,化学反应热效应的单位,盖斯定律.生成焓,用键焓估计生成焓,离子生成焓,*溶解热和稀释热.反应热效应的计算,基尔霍夫定律,等压绝热反应.
（2）
1.10、热力学第一定律的微观解释.
（1）
习题：
（2）
重点难点：
重点：
热力学第一定律的应用，可逆过程，
难点：
热力学第一定律的应用，可逆过程，
学生掌握要点：
通过本章的教学使学生初步了解热力学方法及其基本特点，掌握状态、状态函数、可逆过程等基本概念，理解状态函数的性质，理解热力学第一定律并能对物理化学过程（状态变化、相变化、化学反应等）进行有关计算。
1．使学生准确掌握热力学的基本概念。
2．使学生领会热、功、热力学能之间的区别与联系。
3．使学生充分理解状态函数的意义及其数学特性。
4．明确焓的定义和意义。
5．明确可逆过程及其意义。
6．熟练地应用热力学第一定律计算物理化学过程的△U、△H、Q和W。
7．熟练地应用△fHm（B）、△cHm（B）计算反应热效应。
掌握盖斯定律和基尔霍夫定律应用。
8．了解卡诺循环的意义及理想气体在诸过程的热和功的计算。
第二章热力学第二定律18学时
主要内容:
2.1、自发过程的共同特征.
2.2、热力学第二定律的克劳修斯说法与开尔文说法.
（2）
2.3、卡诺原理.
（1）
2.4、熵（3）
克劳修斯原理，可逆过程热温商和熵变，热力学第二定律的数学表达式，熵增原理，熵变的计算及熵判据的应用
熵的统计意义
2.5、亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能
（2）
定义,等温等容和等温等压下过程方向与限度的判据
△C的计算示例
（2）
2.6、热力学基本关系式及其应用，基本关系式,对应系数关系式,麦克斯韦关系式以及它们的简单应用
（2）
2.7、吉布斯—亥姆霍兹公式
（2）
2.8、热力学第三定律
（2）
热力学第三定律,规定熵,标准熵
习题：
（2）
重点难点：
热力学第二定律及熵、吉布斯自由能、亥母霍斯自由能。
学生掌握要点：
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．明确从卡诺原理到熵函数引出的逻辑性，从而理解克劳修斯不等式的重要性。
3．熟记并理解热力学函数S、F、G的定义与各热力学函数间的关系。
4．明确每一热力学函数只是在各自的特定条件下才能作为过程进行方向与限度的判据，熟练△S与△G的计算与应用。
5．熵的统计意义和热力学第三定律只作一般性了解。
第三章多组分体系热力学在溶液中的应用10学时
主要内容:
3.1、偏摩尔量
定义,偏摩尔量的集合公式,吉布斯—杜亥姆公式,*偏摩尔量的求法
（1）
3.2、化学势
（1）
化学势的定义及其在相平衡体系中的应用,化学势与温度,压力的关系
3.3、理想气体,非理想气体的化学势及气体的标准态和标准态选择
（2）
3.4、液态混合物和液中组分的化学势
（2）
溶液浓度的各种表示方法及相互关系
理想溶液中各组分的化学势,理想溶液的通性,拉乌尔定律与享利定律.
理想稀溶液中各组分的化学势及依数性
实际溶液中各组分的化学势及活度的概念
实际溶液中各组分的标准态和标准态的选择
活度的测定
渗透系数,超额函数
3.5、杜亥姆一马居耳公式
（2）
3.6、分配定律与萃取效率
3.7、理想溶液通性的微观解释
习题：
（2）
重点难点：
重点：
化学势及其表示式。
难点：
活度的概念与标准态的选用及溶液中各组分化学势的表示，是本章的一个难点
学生掌握要点：
本章讨论溶液的热力学性质。
使学生了解偏摩尔量和化学势概念；了解拉乌尔定律及亨利定律、稀溶液、理想溶液的意义；实际溶液与理想溶液的区别；活度的概念与意义，以及标准态的选用。
掌握稀溶液与理想溶液、非理想溶液三者的区别、关系及各自性质。
加深对拉乌尔定律及亨利定律的理解并熟悉其应用。
第四章相平衡12学时
教学内容:
4.1、相律
（2）
相,组分数,自由度的概念,相律的推导.
4.2、单组份体系的相图
（1）
水的相图,*硫的相图
4.3、二组分液—液体系相图（4）
完全互溶双液系（P-X图,T-X图,杠杆规则,蒸馏与精馏原理）
杜亥姆—马居耳公式的应用
部分互溶双液系,不互溶双液系及水蒸汽蒸镏原理.
4.4、二组分固—液体系相图
（2）
形成简单低共熔混合物的固—液体系（热分析法,溶解度法绘制相图）相图.
形成稳定化合物和形成不稳定化合物的固—液体系相图.
固态完全互溶,部分互溶的固液体系,区域熔炼原理.
4.5、三组分体系的相图
（1）
三组分体系的组成在等边三角形相图中的表示法,部分互溶的三液系,三组分盐水体系,三元低共熔混合物体系
习题：
（2）
重点难点：
重点：
相律，单组分体系、二组分完全互溶的双液体系、合金体系和盐水体系的相图。
难点：
相图的识别
学生掌握要点：
本章应用热力学方法讨论相平衡体系的一般规律。
学习一些典型相图的绘制、分析与应用。
克拉贝龙—克劳修斯方程、相律与相图的分析及应用是本章的主要内容。
相图分析着重于二组分体系。
对三组分体系只作一般性介绍。
1．理解克拉贝龙—克劳修斯方程的推导与应用。
2．明确相、组分数、和自由度的概念，了解相律的推导、物理意义与用途。
3．了解绘制相图的常用方法；能根据热分析法得出的步冷曲线从而绘制出相图。
4．能应用相律说明相图中区、线及点的意义，并能根据相图来说明体系在不同过程中所发生相变化的情况。
第五章化学平衡10学时
主要内容:
5.1、化学反应的方向和限度
（1）
平衡条件,化学反应等温方程式
5.2、平衡常数及其应用
（2）
理想气体反应,实际气体反应,液相反应,复相反应的平衡常数及其各种表示式,平衡常数的测定,平衡组成及平衡转化率的计算.
5.3、标准生成吉布斯自由能和液相反应的标准吉布斯自由能.
（1）
标准态下反应的吉布斯自由能的变化值△rGmo,标准生成吉布斯自由能△fGmo,液相反应的△rGm.
5.4、平衡常数与温度的关系
（2）
5.5、浓度,压力,惰性组分等因素对化学平衡的影响.
（1）
5.6、同时平衡
5.7、反应的耦合
（1）
5.8、*高压下气体反应平衡常数
习题：
（2）
重点难点：
平衡常数与温度的关系
学生掌握要点：
本章根据热力学的平衡条件得出反应的等温方程式，并根据物质的热力学函数值计算反应的平衡常数，再进一步讨论浓度、温度、压力与惰性气体对平衡的定量影响。
最后列举一些实例说明应用热力学平衡条件来分析反应条件的重要性与实际意义。
1．从热力学平衡条件导出化学反应等温方程式以及该方程的意义是本章的重点。
2．熟练平衡常数与平衡组成的计算。
3．熟练理想气体反应的Kp、Kx、Kc间的关系。
4．学会使用牛顿图，计算实际气体反应的Kf。
5．理解物质生成自由能与反应过程△G的意义，掌握△rGmӨ=-RTlnKӨ的有关计算。
6．了解从吉布斯—赫姆霍兹方程推导反应等压方程式的思路及有关该方程的计算，熟悉一些因素对反应平衡的定量影响。
7．一些热力学分析的实例。
第六章统计热力学基础10学时
主要内容:
6.1、概论
（1）
统计热力学的研究方向和目的,统计体系的分类,统计热力学的基本假定
6.2、近独立粒子体系的统计分布
（1）
经典统计法,最可几分布,玻兹曼公式的推导和玻兹曼公式的讨论,摘取最大项原理,量子体系统计简介.
6.3、配分函数
（2）
定义,配分函数与热力学函数的关系,配分函数的分离
6.4、配分函数的计算及其对热力学函数的贡献
（2）
原子核,电子,平动,转动,振动配分函数及其分子的仝配分函数,*晶体的热容问题
（2）
6.5、最低能级的选择对热力学函数的影响
6.6、从配分函数求平衡常数
（1）
6.7、理想气体反应平衡常数的计算
（1）
吉布斯自由能函数—焓函数,平衡常数的配分函数表达式,吉布斯自由能函数求化学平衡常数.
习题：
2
重点难点：
配分函数与热力学函数的关系
学生掌握要点：
统计热力学是从物质的微观结构出发来研究由大量微观粒子所构成的宏观物质处于平衡态时的性质，采用统计力学的方法推求体系的热力学性质。
要求了解统计体系的分类，主要掌握玻兹曼统计对定位、非定位体系的处理结果，搞清楚配分函数与热力学函数之间的关系，了解利用统计热力学中的配分函数来计算各种体系的热力学函数。
第七章电解质溶液6学时
主要内容:
7.1、电化学基本概念和法拉第定律
（1）
7.2、离子的电迁移迁移数的定义及测定方法
（1）
7.3、电解质溶液的电导
（1）
电导,电导率,电解质的摩尔电导率,离子独立运动定律,极限迁移数与离子淌度及离子电导
7.4、电导测定的一些应用.
（1）
电导的测定,电离度与电离常数,难溶盐的溶解度和溶度积.
7.5、电解质的离子活度和离子平均活度及平均活度系数.
（1）
7.6、强电解质溶液理论
离子强度,德拜—休格尔离子互吸理论,翁萨格电导理论
（1）
习题：
（2）
重点难点：
离子独立移动定律，电导概念及其应用，电解质溶液的活度。
学生掌握要点：
本章讨论电解质溶液的性质与理论。
1．理解离子在外电场下的迁移情况。
2．明确电导、电导率、摩尔电导率、迁移数、离子淌度与离子独立移动定律等概念及其关系式。
3．了解强电解质溶液的德拜—尤格尔互吸理论、翁萨格电导理论的基本观点与公式推导。
4．了解离子活度、平均活度、和平均活度系数的概念。
第八章可逆电池的电动势及其应用10学时
主要内容:
8.1、可逆电池的热力学（3）
可逆电池定义和图式表示法,可逆电极的类型,可逆电池反应热力学
8.2、电动势的测定
（1）
对消法测电动势,韦斯顿标准电池
8.3、电动势产生的机理
（1）
电极与电解质溶液界面间电势差的形成,接触电势,电动势的产生.
8.4、电极电位与电池的电动势
（2）
标准氢电极和标准电极电位,电池电动势的计算
8.5、浓差电池和液体接界电势的计算
8.6、电动势测定的应用
（1）
电解质溶液平均活度系数的测定,求难溶盐的活度积,PH值的测定.
重点难点：
电动势产生的机理，电极电势的能斯特方程，电动势的能斯特方程。
学生掌握要点：
本章讨论可逆电池的电动势，使学生理解产生电动势的机理。
熟悉电化学中的一套惯用符号。
掌握有关电动势的计算与电动势测定的应用。
1．使学生理解电池过程的热力学函数改变△G、△H、△S与电功、电动势的关系，了解电动势产生的原因和熟悉电化学的惯用符号。
2．熟练地从所给电池、电极写出有关的电化学反应方程式以及根据所给化学反应设计原电池。
3．电池电动势、电极电势的能斯特方程与电动势测定的应用是本部分的主要内容之一。
第九章电解与极化作用4学时
主要内容
9.1、分解电压
（1）
9.2、极化作用
（1）
极化现象与超电势,浓差极化,超电势的测定.
9.3、电解时电极上的反应
（1）
金属的折出与氢的超电势,塔菲尔公式,氢折出的迟缓放电理论和复合理论,金属离子的分离,*电解还原与氧化作用.
9.4、*金属的电化学腐蚀,金属的防腐,金属的钝化.
9.5、*化学电源的类型及应用.
（1）
重点难点：
电极的极化，金属的腐蚀
学生掌握要点：
讨论在有电流通过电解池时的不可逆电极过程，要求掌握一些重要概念—分解电压和超电势，了解电解时电极上的反应规律，以及电化学腐蚀、防腐的有关知识。
第十章化学动力学基础
（一）10学时
主要内容：
10.1、化学动力学的任务和目的
10.2、化学反应速率表示法
（1）
10.3、反应速率与浓度的关系（3）
速率常数,零级,一级,二级,三级反应速率方程式及其特点,反应级数和反应速率常数的测定——尝试法,图解法,微分法,改变物质数量比例法,半衰期法.
10.4、基元反应,反应分子数
10.5、温度对反应速率的影响，阿累尼乌斯经验式,活化能的概念,测定与估算
（2）
10.6、反应速率理论:
（2）
碰撞理论:
气体分子的碰撞频率,碰撞截面,碰撞参数,角度分面,碰撞理论公式,微观反应与宏观反应,阈能与活化能,单分子反应碰撞理论
过渡态理论:
过渡态,活化络合物,势能面,能垒,活化熵,活化焓,活化吉布斯自由能的概念,过渡态理论公式（介绍统计热力学求k的方法）
习题：
（2）
重点难点：
重点：
动力学方程的积分式和微分式，简单级数反应的动力学方程，阿伦尼乌斯公式
难点：
动力学方程的实际应用
学生掌握要点：
1．明确反应分子数与反应级数的区别与联系。
2．熟悉反应速率表示法以及简单反应的浓度与时间的关系式。
3．了解反应级数的实验测定法。
4．理解活化能的概念及其对反应速率的影响。
5．明确碰撞理论与过渡状态理论的基本论点，弄懂公式的推导思路，并能对所述二理论作出一些比较。
第十一章化学动力学基础
（二）8学时
主要内容：
11.1、几种典型的复杂反应和链反应对峙反应,平行反应,连续反应和爆炸反应.
（2）
11.2、拟定反应历程的一般方法
（2）
11.3、溶液中的反应
（1）
11.4、*快速反应的测试
改进经典法,流动法,驰豫法,闪光光解法
11.5、光化学反应
光化学基本定律,量子产率,光化反应动力学,光化平衡和温度对光化学反应的影响,*感光反应,*化学发光
11.6、催化作用,均相酸碱催化,络合催化,酶催化反应,*自催化与化学振荡
（1）
11.7、*分子反应动态学简介
研究分子反应的实验方法,分子碰撞与态—态反应,直接反应碰撞与形成络合物碰撞
重点难点：
重点：
典型复合反应的动力学方程，反应机理的拟订
难点：
稳态处理法和平衡假设的运用
学生掌握要点：
1．对于对峙反应、平行反应和连串反应的动力学公式应着重了解速率方程式的建立及浓度与时间的关系式。
2．了解稳态法与平衡浓度法处理速率方程的意义。
3．了解链反应的特征与爆炸反应的机理。
4．光化学反应的基本规律只要求一般性了解。
5．明确有关催化反应的一些术语的意义（如均相催化、多相催化、催化剂及其活性、载体、助催化剂、中毒等）。
第十二章表面物理化学6学时
教学内容:
12.1、表面吉布斯自由能与表面张力
（1）
表面吉布斯自由能,表面张力,表面张力与温度的关系.
12.2、弯曲表面下的附加压力,杨—拉普拉斯公式,弯曲表面上的蒸汽压
（1）
12.3、液体的铺展与润湿
12.4、溶液界面的吸附
（1）
溶液表面层的吸附现象,吉布斯等温吸附方程式,分子在两相界面上的定向排列.
12.5、液—固界面现象
12.6、表面活性剂
（1）
定义,种类和结构,表面活性物质在吸附层的定向排列,表面活性剂的选择—HLB法,表面活性剂的一些重要作用（乳化,加溶,起泡作用）
12.7、固体表面的吸附
（1）
吸附等温线,兰格缪尔等温式,费伦德利希等温式,BET公式,化学吸附与物理吸附,吸附位能曲线,化学吸附热.
12.8、吸附与解吸速率方程式——吸附速率
12.9、气——固表面催化反应
（1）
化学吸附与催化反应.气一固表面催化反应速率.
重点难点：
重点：
表面自由能和表面张力、吸附等概念。
郎格谬尔吸附等温式。
难点：
表面张力的物理意义。
学生掌握要点：
1．表面自由能和表面张力。
2．弯曲表面下的附加压力和蒸气压。
3．溶液表面的吸附现象。
4．液—固界面现象。
5．表面活性剂的性质及其应用。
6．气体在固体表面的吸附。
7．气—固相表面催化反应。
第十三章胶体分散体系和大分子溶液3学时
主要内容:
13.1、胶体的分类,基本特性,溶胶的制备和净化.
13.2、胶体的动力性质
（1）
布朗运动,*扩散和渗透压,沉降,沉降平衡
13.3、胶体的光学性质
丁铎尔效应,瑞利公式,*乳光的偏振性,*光散射测分子量
13.4、胶体的电学性质
电泳和电渗现象,胶粒带电原因,胶团结构,双电层结构和电动电势
13.5、胶体的稳定性和聚沉作用
（1）
胶体的稳定性,影响聚沉作用的一些因素,电解质聚沉能力的规律,胶体稳定性的PLVO理论.
13.6、*乳状液
13.7、大分子溶液及膜平衡，大分子溶液性质及分子量测定,唐南平衡
习题：
（1）
重点难点：
重点：
胶体的性质及大分子溶液的性质。
难点：
胶体的性质
学生掌握要点：
1、了解分散体系的基本特性
2、了解溶胶的动力学性质,光学性质与电性质.
3、了解胶体粒子带电原因,胶团结构,双电层结构和电动电势的概念.
4、了解胶体的稳定性与聚沉作用
5、*了解乳状液种类,乳化剂的作用及应用.
6、了解大分子溶液性质及分子量的测定方法.
7、理解什么是唐南平衡,如何较准确地用渗透压法测定电离大分子物质的相对分子量.
参考书
[1]傅献彩,沈文霞,姚天扬编《物理化学》第四版（1990年高等教育出版社
[2]上海师范大学等五所师院合编《物理化学》第三版（1991年）高等教育出版社
[3]天津大学物理化学教研室编《物理化学》第二版（1983年高等教育出版社
[4]印永嘉等编《物理化学简明教程》（1980年）人民教育出版社
白城师范学院化学系物理化学教研室制
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