物理化学大纲化学师范.docx
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物理化学大纲化学师范
物理化学教学大纲
课程编码：
36110052
课程英文译名：
PhysicalChemistry
课程类别：
专业基础课
开课对象：
化学专业
开课学期：
5，6
学分：
6学分总学时：
96学时讲课：
96学时
一、说明
【目的任务】
物理化学是化学（师范）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比较牢固地掌握物理化学的基本原理和方法，得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养，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。
【注意事项】
1、执行教学大纲应根据教学计划、学生状况选取教材，拟定比较详细的符合教学大纲的进度。
大纲中规定的时数分配仅供参考，内容次序也可适当变动。
2、教学大纲的基本内容必须认真执行，但在深广度上应根据学生的情况作恰当的处理。
3、思考题、习题和习题课中选题的内容应既全面又有重点，重点应是对基本概念和基本理论的理解上。
必须演算足够数量的习题，完成规定的作业，进行一定的综合练习。
但注意不用不适当的难题、偏题去引偏学生的学习方向。
4、对于过分繁复的数学推导可予以适当的简化，引导学生的学习方法。
5、对大纲内有*内容可根据具体情况取舍或由学生自学为主。
【教学安排】
本课程为考试课，在第5、6学期完成，总学时数为96学时。
二、学时分配
章节
内容
学时
绪论
1
一
热力学第一定律
11
二
热力学第二定律
12
三
统计热力学基础
7
四
溶液－多组分体系热力学在溶液中的应用
8
五
相平衡
6
六
化学平衡
8
七
电解质溶液
6
八
可逆电池电动势及其应用
8
九
电解和极化
5
十
化学动力学基础
（一）
8
十一
化学动力学基础
（二）
6
十二
界面现象
6
十三
胶体分散体系和大分子溶液
4
合计
96
三、课程内容与教学要求
绪论（1学时）
【教学要求】
1、介绍物理化学学科，阐明物理化学课程的内容和任务。
2、介绍物理化学课程的学习方法。
【教学内容】
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。
第一章热力学第一定律（11学时）
【教学要求】
1、明确体系与环境，强度性质与容量性质，状态函数，过程与途径，热力学平衡态，可逆过程与不可逆过程，反应进度，内能与标准摩尔生成焓等概念，掌握功，热，焓，恒压热容，恒容热容，焦耳－汤姆逊系数等定义。
2、明确功和热都是与过程相联系的物理量；掌握状态函数的全微分性质及其应用。
3、掌握热力学第一定律，并能熟练地计算体系在相变过程，理想气体在自由膨胀过程，等温过程，等容过程，绝热过程，循环过程中的∆U，∆H及Q，W的值。
4、掌握计算化学反应热效应的方法。
5、了解热力学第一定律对实际气体的应用。
6、了解卡诺循环的意义。
【教学内容】
1、热力学的任务，方法及局限性。
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。
3、状态函数及其全微分的性质。
4、功和热：
功的定义，计算；热和热容的定义，热量的计算。
5、可逆过程与不可逆过程的概念。
6、热力学第一定律：
第一定律，内能，焓，Cp与Cv的关系。
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。
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。
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。
10、卡诺循环
11、热力学第一定律的微观解释
第二章热力学第二定律（12学时）
【教学要求】
1、了解自发过程的共同特征，正确理解第二定律的几种说法，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原理和熵函数的逻辑性，从而理解克劳修斯不等式的重要性与熵函数概念。
3、熟记并理解亥姆霍兹自由能F，吉布斯自由能G的定义，熟记热力学基本关系式。
4、明确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，并掌握熵判据和吉布斯自由能判据的使用条件。
5、能熟练地计算一些简单过程的∆S，∆G与∆F值并正确理解∆G与∆F在特定条件下的物理意义。
6、能较熟练地运用吉布斯－亥姆霍兹公式，克拉贝龙方程及克拉贝龙－克劳修斯方程。
7、运用范霍夫等温方程式判别化学变化的方向。
8、明确偏摩尔量与化学势的的要领与意义，了解它们之间的区别。
9、了解热力学第三定律的内容，明确规定熵，标准熵的概念及其计算，应用。
10、了解熵的统计意义。
11、*初步了解不可逆过程热力学中关于熵流，熵产生的概念。
【教学内容】
1、自发过程的共同特征。
2、热力学第二定律的克劳修斯说法与开尔文说法。
3、卡诺原理。
4、熵。
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。
5、亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能定义，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
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。
7、吉布斯－亥姆霍兹公式
8、热力学对单组分体系的应用
克拉贝龙方程式和克拉贝龙－克劳修斯方程式的推导与应用，楚顿规则
9、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
10、化学势
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
11、热力学第三定律
热力学第三定律，规定熵，标准熵
第三章统计热力学基础（7学时）
【教学要求】
1、理解统计热力学中的一些基本概念（如：
定位体系与非定位体系，独立粒子体系与相依粒子体系，微观状态，分布，最可几分布与平衡分布，配分函数）
2、了解平动，转动，振动对热力学函数的贡献，了解公式的推导过程、
【教学内容】
1、概论
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
2、近独立粒子体系的统计分布
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。
3、配分函数
定义，配分函数与热力学函数的关系，配分函数的分离
4、配分函数的计算及其对热力学函数的贡献
原子核，电子，平动，转动，振动配分函数及其分子的全配分函数，*晶体的热容问题
第四章溶液－多组分体系热力学在溶液中的应用（8学时）
【教学要求】
1、掌握理想气体，非理想气体的化学势。
2、明确气体逸度的定义并了解逸度的几种求法，掌握状态方程式法求逸度的方法。
3、明确混合物与溶液的区别，掌握液态混合物，理想溶液，理想稀溶液中各组分的化学势公式，明确标准态的选择。
4、掌握理想溶液的通性和稀溶液的依数性
5、*理想溶液通性的微观解释
6、通过相平衡条件讨论稀溶液依数性公式及分配定律的证明，初步了解用热力学解决溶液问题的方法。
7、掌握活度的概念，掌握蒸气压法求活度的方法。
【教学内容】
1、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、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、*杜亥姆－马居耳公式
4、分配定律与萃取效率
5、*理想溶液通性的微观解释
第五章相平衡（6学时）
【教学要求】
1、明确相，组分数和自由度的概念，理解相律的推导过程及相律在相图中的应用。
2、了解相图绘制的几种常用方法，要求能根据热分析数据绘出步冷曲线进而绘出相图或由相图绘出步冷曲线。
3、掌握单组份，二组份，三组份体系的一些典型相图，并会应用相律来说明相图中点，线，区的意义及体系在不同过程中发生的相变化。
4、学会使用杠杆规则。
5、了解杜亥姆－马居耳公式的应用。
6、了解相图在实际生产中的一些应用。
【教学内容】
1、相律
相，组分数，自由度的概念，相律的推导。
2、单组份体系的相图
水的相图，*硫的相图
3、二组分液—液体系相图
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、二组分固－液体系相图
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。
5、三组分体系的相图
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
第六章化学平衡（8学时）
【教学要求】
1、明确化学平衡的热力学条件及如何由平衡条件导出化学反应等温方程式，掌握化学反应等温方程式的意义及其应用。
2、明确标准平衡常数Kө的意义，熟练掌握平衡常数和平衡组成的计算以及理想气体反应的经验平衡常数Kp，Kc，Kx之间的换算。
3、了解均相反应，多相反应∆rGm的意义及二者平衡常数表示式的不同。
4、掌握各种因素（T，P，惰性组分）对平衡的影响。
5、理解物质的标准摩尔生成吉布斯自由能∆fGmө与化学反应∆rGm的意义，掌握∆rGmө=-RTInKө的有关计算
6、了解实际气体反应平衡常数的计算方法、
【教学内容】
1、化学反应的方向和限度
平衡条件，化学反应等温方程式
2、平衡常数及其应用
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。
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。
标准状态下反应的吉布斯自由能的变化值∆rGmө，标准生成吉布斯自由能∆fGmө，液相反应的∆rGm。
4、平衡常数与温度的关系
5、浓度，压力，惰性组分等因素对化学平衡的影响。
6、同时平衡
7、反应的耦合
8、*高压下气体反应平衡常数
第七章电解质溶液（6学时）
【教学要求】
1、明确迁移数和淌度的概念，学会测定迁移数的希托夫法和界面移动法。
2、明确电导，电导率，摩尔电导率，极限摩尔电导率，离子摩尔电导率的概念，学会测定电导的方法并了解其应用。
3、明确离子强度，离子活度，离子平均活度和平均活度系数的概念，了解德拜－休格尔理论与昂萨格理论要点，并学会使用德拜－休格尔极限公式。
【教学内容】
1、电化学基本概念和法拉第定律
2、离子的电迁移迁移数的定义及测定方法
3、电解质溶液的电导
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
4、电导测定的一些应用。
电导的测定，电离度与电离常数，难溶盐的溶解度和溶度积。
5、电解质的离子活度和离子平均活度及平均活度系数。
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
第八章可逆电池的电动势及其应用（8学时）
【教学要求】
1、明确可逆电池与不可逆电池的概念，常握电池图式的表示方法，了解电动势产生机理。
2、掌握电池反应的∆rGm，∆rHm，∆rSm和平衡常数的求算方法，掌握Nernst方程。
3、熟悉标准电极，参比电极，标准电极电位，掌握从电极电位计算电池电动势的方法，了解可逆电极的几种类型。
4、了解原电池的分类，了解浓差电池的特性，了解液体接界电位的近似计算方法。
5、掌握电池电动势的测定方法，学会电动势法测定难溶盐溶度积的方法，了解测定电池电动势求电解质平均活度系数的方法。
【教学内容】
1、可逆电池的热力学
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
2、电动势的测定
对消法测电动势，韦斯顿标准电池
3、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，电动势的产生。
4、电极电位与电池的电动势
标准氢电极和标准电极电位，电池电动势的计算
5、浓差电池和液体接界电势的计算
6、电动势测定的应用
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。
第九章电解与极化作用（8学时）
【教学要求】
1、明确电解和分解电压的意义，了解电极反应动力学和影响电极极化的因素，学会估计给定电解池在给定电压下的电极反应。
2、了解塔菲尔公式与氢析出的迟缓放电理论和复合理论。
3、*了解金属的电化学腐蚀原理与防腐方法，了解金属钝化现象。
4、*了解化学电源的类型与应用。
【教学内容】
1、分解电压
2、极化作用
极化现象与超电势，浓差极化，超电势的测定。
3、电解时电极上的反应
金属的析出与氢的超电势，塔菲尔公式，氢析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。
4、*金属的电化学腐蚀，金属的防腐，金属的钝化。
5、*化学电源的类型及应用。
第十章化学动力学基础一（8学时）
第十一章化学动力学基础二（6学时）
【教学要求】
1、明确反应速率，反应级数，基元反应和反应分子数的概念。
2、熟悉反应速率表示方法，掌握零级，一级，二级，三级反应动力学方程。
3、了解从实验数据确定反应级数和反应速率系数（或常数）的方法。
4、对于几种典型的复杂反应（即对峙反应，平行反应，连续（串）反应）的动力学公式应着重了解速率方程的建立以及时间－浓度关系式。
5、掌握阿累尼乌斯经验公式并能从实验数据计算表观活化能，了解活化能的估算方法。
6、掌握温度，表观活化能（Ea）对反应速率的影响。
7、能根据稳态近似法和平衡浓度近似法导出反应速率方程。
8、了解链反应的特征与爆炸反应的机理，明确探索反应机理的一般方法。
9、明确碰撞理论与过渡态理论的基本论点，弄懂公式推导思路，能对两种理论作一些比较，并明确阿累尼乌斯经验活化能，碰撞理论活化能（阈能）和过渡态理论活化能（活化焓）的概念和三者之间的关系。
10、一般了解快速反应的研究方法（驰豫法，*闪光光解法）
11、了解溶液反应的一些规律
12、了解光化反应的基本规律，以及光化反应动力学方程式的求得。
13、*分子反应动态学简介。
14、了解催化反应动力学的一般原理。
【教学内容】
1、化学动力学的任务和目的
2、化学反应速率表示法
3、反应速率与浓度的关系
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。
4、基元反应，反应分子数
5、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。
6、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
7、拟定反应历程的一般方法
8、反应速率理论:
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）
9、*溶液中的反应
10、*快速反应的测试
改进经典法，流动法，驰豫法，闪光光解法
11、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
12、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
13、*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
第十二章界面现象（6学时）
【教学要求】
1、明确表面自由能，表面张力的概念，明确表面张力与温度的关系。
2、了解表面曲率半径与蒸汽压的关系。
3、了解液体铺展的概念，理解吉布斯吸附公式的推导过程及表面超量的意义，掌握有关计算。
4、明确什么是表面活性物质，了解它在表面上定向排列及降低体系表面能的情况；了解表面活性剂的大致分类及它的几种重要作用。
5、明确化学吸附与物理吸附的区别。
6、掌握兰缪尔吸附理论和BET吸附理论的要点及兰缪尔吸附等温式与BET公式的应用。
7、了解吸附与催化反应的关系，以及气－固相催化反应的一般机理。
【教学内容】
1、表面吉布斯自由能与表面张力
表面吉布斯自由能，表面张力，表面张力与温度的关系。
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
3、液体的铺展与润湿
4、溶液界面的吸附
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。
5、液－固界面现象
6、*表面活性剂
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）
7、固体表面的吸附
吸附等温线，兰缪尔等温式，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。
8、吸附与解吸速率方程式－吸附速率
9、气－固表面催化反应
化学吸附与催化反应。
气－固表面催化反应速率。
第十三章胶体分散体系和大分子溶液（4学时）
【教学要求】
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。
【教学内容】
1、胶体的分类，基本特性，*溶胶的制备和净化。
2、胶体的动力性质
布朗运动，*扩散和渗透压，沉降，沉降平衡
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
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
5、胶体的稳定性和聚沉作用
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DLVO理论。
6、*乳状液
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
说明:
胶体部分的内容可以学生自学为主，在自学基础上进行2－3学时的讲解。
四、主要参考书
1、傅献彩，沈文霞等编:
《物理化学》，高等教育出版社，（第四版），1990年
2、上海师范大学等合编:
《物理化学》，高等教育出版社，（第三版），1991年
3、天津大学物化教研室编:
《物理化学》，高等教育出版社，（第二版），1983年
4、印永嘉等编:
《物理化学简明教程》，人民教育出版社，1980年
5、W.J.Morore:
《PhysicalChemistry》,5th.ed.1972
6、P.W.Atkins:
《PhysicalChemistry》,2nd.ed.1982
7、A.W.Adamson:
《TexbookofPhysicalChemistry》,1976
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