5化工专业《物理化学》教学大纲张引沁.docx

1、5化工专业物理化学教学大纲张引沁物理化学教学大纲课程编码：0412100204、0412100303课程名称：物理化学学时/学分：104/6.5先修课程：大学物理、高等数学、无机化学、有机化学适用专业：化学工程与工艺开课教研室：物理化学教研室一、课程性质与任务1课程性质：本课程是化学工程与工艺专业的必修专业基础课，是该专业的核心课程。2课程任务：通过本课程的学习，使学生了解物理化学研究问题的一些特殊方法（热力学方法、动力学方法、理想化模型等）及其中包括的一般科学方法；使学生熟悉物理化学的基本概念，掌握化学热力学和化学动力学原理，并具备利用物理化学知识和基本原理分析、解决相关实际问题的能力；为后

2、续课程的学习和进一步掌握新的科技成果打下必要的基础。二、课程教学基本要求通过本课程的学习，加深学生对先行课程的理解，并为专业课学习打好基础。该课程重点要求学生掌握化学热力学原理及其处理问题的方法，掌握化学动力学的基本知识，了解学科的一些新进展。引导学生学习前人提出问题、思考问题和解决问题的方法。培养学生独立思考和独立学习的能力，提高学生的自学能力。本课程共计104学时，教学周期为两个学期，第一个学期学习前七章，56学时，第二个学期学习后四章，48学时。成绩考核形式：期末成绩（闭卷考试）（70%）平时成绩（作业、期中考试等）（30%)。成绩评定采用百分制，60分为及格。3、课程教学内容第一章 绪

3、论1.教学基本要求了解物理化学的建立与发展，明确物理化学课程的目的、内容及课程的知识框架；了解物理化学的研究方法；熟悉物理量的正确表示及运算。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生明确物理化学课程的研究内容、学习目的及课程的知识框架；熟悉物理量的正确表示及运算。3.教学重点和难点教学重点是物理化学课程的目的、内容及课程的知识框架；物理量的表示及运算。教学难点是物理化学课程的知识框架；物理化学的研究方法。4.教学内容（1）物理化学-一门无处不在的学科主要知识点：物理化学的建立与发展；物理化学课程的目的和内容；物理化学的研究方法。（2）学习物理化学的要求与方法主要知识点：物理化

4、学课程的学习要求；物理化学课程的学习方法。（3）物理量的表示及运算主要知识点：物理量的表示；对数中的物理量；量值的计算。第二章 气体的pVT关系1.教学基本要求熟悉气体的pVT关系；为后续研究准备一个简单的研究对象（系统）。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生理解理想气体、分压力、分体积概念；掌握饱和蒸气压、临界状态参数、对比参数等概念；掌握理想气体状态方程、道尔顿定律、阿马加定律、范德华方程、对应状态原理。应用压缩因子图解决真实气体的pVT关系。3.教学重点和难点教学重点是道尔顿定律，阿马加定律；范德华方程；对应状态原理和压缩因子图。教学难点是范德华方程，压缩因子图的应

5、用。4.教学内容（1）理想气体状态方程 主要知识点：理想气体状态方程；理想气体模型；摩尔气体常数。（2）理想气体混合物主要知识点：理想气体混合物的组成；道尔顿定律；阿马加定律。（3）真实气体的液化及临界参数主要知识点：液体的饱和蒸气压；临界参数；真实气体的p-Vm图及气体的液化。 （4）真实气体状态方程主要知识点：真实气体的pVm-p图及波义尔温度；范德华方程；维里方程。（5）对应状态原理及普遍化压缩因子图主要知识点：压缩因子；对应状态原理；普遍化压缩因子图。第三章 热力学第一定律1.教学基本要求理解热力学基本概念；掌握热力学第一定律；掌握各类过程（pVT变化、相变化和化学反应）的Q、W、U、

6、H的计算。了解焦耳-汤姆逊效应及其应用。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生理解系统与环境、状态、状态函数、可逆过程等基本概念；理解功、热、热力学能、恒容热、恒压热、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。掌握热力学第一定律。掌握各种过程的功、热、热力学能变、焓变的计算方法。掌握状态函数法解决问题的方法。3.教学重点和难点教学重点是热力学基本概念；状态函数法；热力学第一定律在各类过程中的应用。教学难点是状态函数法；恒容热；恒压热；可逆过程及其意义。4.教学内容（1）基本概念及术语主要知识点：系统、环境、状态函数、平衡态、过程、途径、功、

7、热、热力学能。（2）热力学第一定律主要知识点：热力学第一定律；焦耳实验。（3）恒容热、恒压热及焓主要知识点：恒容热；恒压热及焓；QV =U,QP =H关系式的意义。（4）摩尔热容主要知识点：摩尔定容热容；摩尔定压热容；摩尔定容热容与摩尔定压热容的关系；摩尔定压热容随温度的变化；平均摩尔热容。（5）相变焓主要知识点：摩尔相变焓；摩尔相变焓随温度的变化。（6）化学反应焓主要知识点：反应进度；摩尔反应焓；标准摩尔反应焓；QV,m与Qp,m的关系。（7）标准摩尔反应焓的计算主要知识点：标准摩尔生成焓；标准摩尔燃烧焓；基希霍夫公式；非恒温反应过程热的计算应用。（8）可逆过程与可逆体积功主要知识点：可逆过

8、程；可逆体积功的计算；理想气体绝热可逆过程方程。（9）节流膨胀与焦耳-汤姆逊实验主要知识点：焦耳-汤姆逊实验；节流膨胀系数；节流膨胀的热力学特征。第四章 热力学第二定律1.教学基本要求掌握热力学第二定律；熟悉各类过程方向和限度的判据（熵判据、亥姆赫兹函数判据和吉布斯函数判据）。了解热力学第三定律，掌握标准摩尔反应熵的计算；掌握热力学基本方程和麦克斯韦关系式及其应用；掌握克拉佩龙方程、克劳修斯-克拉佩龙方程。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生理解自发过程、熵、规定熵、标准熵等概念；掌握熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数定义；理解卡诺定理，热力学第二定律；理解熵增原理、熵判据、亥

9、姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据；掌握物质在pVT变化、相变化过程中熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数的计算及热力学第二定律的应用。掌握标准摩尔反应熵的计算；掌握热力学基本方程和麦克斯韦关系式及其应用；掌握克拉佩龙方程、克劳修斯-克拉佩龙方程。3.教学重点和难点教学重点是克劳修斯不等式；熵判据；吉布斯函数及判据；各类过程S、A、G的计算；热力学基本方程和麦克斯韦关系式；克劳修斯-克拉佩龙方程。教学难点是克劳修斯不等式及熵判据；热力学基本方程及其应用。4.教学内容（1）热力学第二定律主要知识点：自发过程的共同特征；热力学第二定律的文字表述。（2）卡诺循环及卡诺定理主要知识点：卡诺循环；可逆热机效率；卡诺

10、定理。（3）熵与克劳修斯不等式主要知识点：熵函数；克劳修斯不等式；熵增原理及熵判据。（4）熵变的计算主要知识点：环境熵变的计算；单纯pVT变化过程熵变计算；相变过程熵变计算。（5）热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算主要知识点：热力学第三定律；规定熵、标准熵；标准摩尔反应熵变。（6）亥姆霍兹函数和吉布斯函数主要知识点：亥姆霍兹函数和吉布斯函数的定义；亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据；亥姆霍兹函数变与吉布斯函数变的计算。（7）热力学基本方程及麦克斯韦关系式主要知识点：热力学基本方程；对应系数关系式；麦克斯韦关系式及其他重要关系式。（8）热力学第二定律在单组分系统相平衡中的应用主要知识点：克拉佩

11、龙方程；克劳修斯-克拉佩龙方程。第五章 多组分系统热力学1.教学基本要求理解偏摩尔量、化学势概念，了解吉布斯-杜亥姆方程。熟悉多组分多相系统的热力学基本方程，理解化学势判据，熟悉化学势表达式及其应用。了解稀溶液依数性的推导，掌握其应用。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生理解偏摩尔量及化学势的概念，熟悉逸度、逸度因子、活度及活度因子的概念。掌握化学势判据的应用。理解拉乌尔定律、享利定律，掌握其有关计算。理解理想液态混合物的定义及其混合性质。掌握理想气体化学势的表达式；掌握稀溶液依数性的应用。3.教学重点和难点教学重点是偏摩尔量、化学势概念；化学势判据；拉乌尔定律、享利定律

12、；化学势表达式。教学难点是偏摩尔量；化学势判据应用；各真实系统化学势表达式。4.教学内容（1）偏摩尔量主要知识点：偏摩尔量定义；偏摩尔量的测定法举例；偏摩尔量与摩尔量的差别；吉布斯-杜亥姆方程；偏摩尔量之间的函数关系。（2）化学势主要知识点：化学势定义；多相多组分系统的热力学基本方程；化学势判据及应用举例。（3）气体组分的化学势主要知识点：理想气体的化学势（纯态和混合物）；真实气体的化学势（纯态和混合物）。（4）逸度及逸度因子主要知识点：逸度及逸度因子定义式；逸度因子的计算及普遍化逸度因子图；路易斯-兰德尔逸度规则。（5）拉乌尔定律和亨利定律主要知识点：拉乌尔定律；亨利定律；拉乌尔定律与亨利定

13、律的对比。（6）理想液态混合物主要知识点：理想液态混合物中任一组分的化学势；理想液态混合物的混合性质。（7）理想稀溶液主要知识点：溶剂、溶质的化学势；分配定律。（8）活度及活度因子主要知识点：真实液态混合物；真实溶液。（9）稀溶液的依数性主要知识点：溶剂蒸气压下降；凝固点降低；沸点升高；渗透压。第六章 化学平衡1.教学基本要求掌握化学反应方向和限度的判断；掌握化学平衡移动及平衡组成的计算。了解真实气体反应的化学平衡。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生理解摩尔反应吉布斯函数、标准摩尔反应吉布斯函数、标准平衡常数的定义及应用。掌握化学反应等温方程和范特霍夫方程。掌握平衡常数

14、及平衡组成的计算；判断在一定条件下化学反应可能进行的方向；掌握温度、压力、组成等因素对平衡的影响。3.教学重点和难点教学重点是理想气体化学反应等温方程；范特霍夫方程；平衡移动；平衡组成计算。教学难点是真实气体反应化学平衡。4.教学内容（1）化学反应的方向及平衡条件主要知识点：反应的吉布斯函数变化；化学反应平衡的条件。（2）理想气体反应的等温方程及标准平衡常数主要知识点：理想气体反应等温方程式；标准平衡常数；有纯凝聚态物质参加的理想气体化学反应；理想气体反应平衡常数的不同表示法。（3）平衡常数及平衡组成的计算主要知识点：标准摩尔反应吉布斯函数、标准平衡常数的计算；标准平衡常数的实验测定及平衡组成

15、的计算。（4）温度对标准平衡常数的影响主要知识点：范特霍夫方程；不同温度下平衡常数的求算。（5）其它因素对理想气体反应平衡移动的影响主要知识点：压力、惰性组分、反应物配比对理想气体反应平衡移动的影响。（6）真实气体反应的化学平衡主要知识点：真实气体反应标准平衡常数；真实气体反应等温方程。第七章 相平衡1.教学基本要求掌握相律；了解简单相图的绘制方法；掌握相图分析及应用。了解三组分系统相图的构成。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生理解相律的意义、推导，掌握其应用。掌握单组分系统、二组分气-液平衡系统和二组分凝聚系统典型相图的分析和应用。掌握杠杆规则。3.教学重点和难点教学

16、重点是相律；二组分理想液态混合物系统气-液平衡相图；二组分固态不互溶系统液-固平衡相图；生成化合物的二组分凝聚系统相图。教学难点是相律；相图分析；三组分系统的图解表示法。4.教学内容（1）相律主要知识点：相；组分数；自由度数；相律。（2）单组分系统相平衡主要知识点：水的相图；硫的相图。（3）二组分系统理想液态混合物的气-液平衡相图主要知识点：理想液态混合物的p-x图,T-x图；杠杆规则。（4）二组分系统真实液态混合物的气-液平衡相图主要知识点：真实液态混合物的p-x图、T-x图；恒沸混合物；精馏原理。（5）二组分液态部分互溶及完全不互溶系统的气-液平衡相图主要知识点：部分互溶系统的温度-溶解度

17、图；共轭溶液的饱和蒸气压；部分互溶系统的T-x图；完全不互溶系统的T-x图。（6）二组分固态不互溶系统液一固平衡相图主要知识点：相图分析；热分析法绘制相图；溶解度法绘制相图。（7）生成化合物的二组分凝聚系统相图主要知识点：生成稳定化合物系统；生成不稳定化合物系统。（8）二组分固态互溶系统液-固平衡相图主要知识点：固态完全互溶系统；固态部分互溶系统。（9）三组分系统液-液平衡相图主要知识点：三组分系统的图解表示法。第八章 电化学1.教学基本要求理解电解质溶液的导电机理，掌握法拉第定律，掌握离子的电迁移率、迁移数、溶液电导、电导率、摩尔电导率等概念；掌握能斯特方程、电池电动势与电池反应的热力学函数

18、变之间的关系及其应用；了解极化作用，掌握超电势的概念及其应用。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握电解质溶液的导电机理以及电导、电导率、摩尔电导率、迁移数、电解质溶液的平均活度和平均活度因子等概念及具体应用，掌握离子独立运动定律；对于所给的电池能熟练、正确地写出电极反应和电池反应并能计算其电动势；掌握对消法测定原电池电动势的原理及电池电动势测定的应用；理解原电池的设计原理；掌握超电势的概念及其应用。3.教学重点和难点教学重点是电解质溶液的导电机理；离子的电迁移率、迁移数；溶液电导、电导率、摩尔电导率的关系及电导测定的运用；电解质溶液的平均活度、平均活度因子的定义及计算

19、；原电池热力学计算；电池电动势的测定及其应用。教学难点是离子迁移数的测定及计算；电解质的平均活度和平均活度因子的定义及计算；电导测定的应用；原电池的设计；电池电动势测定的应用。4.教学内容（1）电极过程、电解质溶液及法拉第定律主要知识点：原电池；电解池；正极、负极；阴极、阳极；电解质溶液的导电机理；电极反应；法拉第定律。（2）离子的迁移数主要知识点：离子的电迁移率；离子的迁移数；离子迁移数的测定方法。（3）电导、电导率和摩尔电导率主要知识点：电导；电导率；摩尔电导率；极限摩尔电导率；离子独立运动定律；离子的摩尔电导率；溶液电导的测定及应用。（4）电解质溶液的活度、活度因子及德拜-休克尔极限公式

20、主要知识点：平均离子活度和平均离子活度因子；离子强度；德拜-休克尔极限公式。（5）可逆电池及其电动势的测定主要知识点：可逆电池；电池的图式表示法；电池电动势的测定。（6）原电池热力学主要知识点：可逆电池电动势与电池反应的吉布斯函数变之间的关系；可逆电池反应的摩尔熵变、焓变、可逆热的计算；能斯特方程。 （7）电极电势和液体接界电势主要知识点：电极电势；标准电极电势；标准氢电极；电极反应的能斯特方程；原电池电动势的计算；液体接界电势及其消除；盐桥及其作用。（8）电极的种类主要知识点：第一类电极；第二类电极；第三类电极；参比电极。（9）原电池的设计主要知识点：化学反应与原电池的互译；原电池的设计方法

21、。（10）分解电压主要知识点：分解电压；反电动势。（11）极化作用主要知识点：极化作用；浓差极化；电化学极化；超电势；极化曲线的测定；电解池与原电池极化的差别。（12）电解时的电极反应主要知识点：阳极反应；阴极反应。第九章 界面现象1.教学基本要求理解和掌握界面张力的概念及产生的原因，理解弯曲液面上的附加压力和饱和蒸气压、亚稳态现象、吸附现象、润湿现象等。掌握拉普拉斯公式、开尔文公式、朗缪尔吸附等温式、吉布斯吸附等温式、以及杨氏方程等。了解朗缪尔单分子层吸附理论；了解表面活性物质的性质及应用。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握界面张力和界面吉布斯函数的概念；理解接触

22、角、润湿、附加压力、物理吸附与化学吸附等概念；掌握拉普拉斯公式、开尔文公式、朗缪尔吸附等温式、吉布斯吸附等温式、以及杨氏方程等。3.教学重点和难点教学重点是界面张力、界面吉布斯函数、附加压力的概念及应用；拉普拉斯公式、开尔文公式、润湿及杨氏方程的应用；朗缪尔吸附等温式。教学难点是界面张力的产生及方向；开尔文公式的应用；吉布斯吸附等温式的推导。4.教学内容（1）界面张力主要知识点：液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数；考虑界面功时的热力学公式；界面张力及其影响因素。（2）弯曲液面的附加压力及其后果主要知识点：拉普拉斯公式；开尔文公式；亚稳状态及新相的生成。（3）固体表面主要知识点：吸附剂；吸附

23、质；物理吸附与化学吸附的比较；等温吸附；（平衡）吸附量；朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式；吸附热力学。（4）液-固界面主要知识点：润湿；接触角与杨氏方程；几种润湿现象（沾湿、浸湿、铺展）；固体自（稀）溶液中的吸附。（5）溶液表面主要知识点：正吸附；负吸附；表面活性物质；表面惰性物质；溶质的表面吸附量；吉布斯吸附等温式；溶质的饱和吸附量；表面活性剂的结构、分类与应用；临界胶束浓度；HLB值。第十章 化学动力学1.教学基本要求掌握反应速率的表示方法；掌握简单级数反应速率方程的特征及相关计算；掌握温度对反应速率的影响（阿仑尼乌斯方程）；了解典型复合反应（对行反应、平行反应、连串反应）各自的特征；掌

24、握复合反应速率的近似处理方法；了解碰撞理论和过渡状态理论的基本内容；了解溶液中反应的特点和溶剂对反应的影响；了解光化学反应的特点，掌握量子效率的计算；掌握催化反应的特征，了解常见的催化反应类型。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握反应速率的表示方法；掌握简单级数反应速率方程的特征及相关计算，并能由实验数据确定简单反应的级数；掌握阿仑尼乌斯方程；掌握复合反应速率的近似处理方法；掌握光化学反应量子效率的计算；掌握催化反应的特征。3.教学重点和难点教学重点是反应速率的定义；简单级数反应速率方程的特征及相关计算；阿仑尼乌斯方程；复合反应速率的近似处理方法；光化学定律及量子效率

25、的计算；催化反应的特征和常见的催化反应类型。教学难点是典型复合反应的特征及动力学处理；复合反应速率方程的近似处理方法；碰撞理论；过渡状态理论。4.教学内容（1）化学反应的反应速率及速率方程主要知识点：反应速率的定义；消耗速率；生成速率；基元反应；非基元反应；反应机理；反应分子数；质量作用定律；反应分级数；反应（总）级数；用气体组分的分压表示的速率方程。（2）速率方程的积分形式主要知识点：零级反应、一级反应、二级反应、n级反应速率方程的特征及相关计算。（3）速率方程的确定主要知识点：尝试法；半衰期法；初始速率法；隔离法。（4）温度对反应速率的影响，活化能主要知识点：范特霍夫规则；阿仑尼乌斯方程；

26、活化能；活化能与反应热的关系。（5）典型复合反应主要知识点：对行反应；平行反应；连串反应。（6）复合反应速率的近似处理法主要知识点：选取控制步骤法；平衡态近似法；稳定态近似法；非基元反应表观活化能与基元反应活化能之间的关系。（7）链反应主要知识点：单链反应的特征；由单链反应的机理推导反应速率方程；支链反应与爆炸界限。（8）气体反应的碰撞理论主要知识点：气体反应的碰撞理论要点；临界能；有效碰撞。（9）势能面与过渡状态理论主要知识点：势能面；马鞍点；活化络合物；反应途径；艾林方程；艾林方程热力学表达式。（10）溶液中反应主要知识点：笼蔽效应；菲克扩散第一定律；扩散控制的反应；活化控制的反应。（11

27、）多相反应主要知识点：多相反应的特点；影响其反应速率的因素。（12）光化学反应主要知识点：光化学反应的特点；光化学定律；量子效率；光化学反应的机理与速率方程的推导；温度对光化学反应速率的影响；光化学平衡。（13）催化作用的通性主要知识点：催化剂的基本特征；催化反应的一般机理及速率常数。（14）单相催化反应主要知识点：酸碱催化；络合催化；酶催化反应。（15）多相催化反应主要知识点：催化剂表面上的吸附；多相催化反应的步骤；表面反应控制的气固相催化反应动力学。第十一章 胶体化学1.教学基本要求熟悉分散系统的定义和分类；理解和掌握胶体分散系统的光学性质、动力学性质和电学性质；理解斯特恩扩散双电层理论；

28、理解影响溶胶稳定性与聚沉的因素。掌握电解质的聚沉作用，熟悉大分子溶液对溶胶的作用；了解乳状液的分类、鉴别，理解乳状液的稳定与去乳化作用；了解其它粗分散系统，了解高分子溶液的性质及唐南平衡。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生熟悉分散系统的定义和分类；理解和掌握胶体分散系统的光学性质、动力学性质和电学性质；理解斯特恩扩散双电层理论；掌握溶胶胶团结构式的书写；理解影响溶胶稳定性与聚沉的因素，掌握电解质的聚沉作用。3.教学重点和难点教学重点是胶体分散系统的光学性质、动力学性质和电学性质；斯特恩扩散双电层理论；溶胶胶团结构式的书写；溶胶稳定性与聚沉作用；乳状液的稳定与去乳化作用。

29、教学难点是斯特恩扩散双电层理论和唐南平衡。4.教学内容（1）溶胶的制备主要知识点：分散系统的分类；溶胶的制备；溶胶的净化。（2）溶胶的光学性质主要知识点：丁达尔效应；瑞利公式；超显微镜与粒子大小的近似测定。（3）溶胶的动力学性质主要知识点：布朗运动；溶胶粒子的扩散；溶胶粒子的沉降与沉降平衡。（4）溶胶的电学性质主要知识点：电动现象；扩散双电层理论；电动电势；溶胶的胶团结构式。（5）溶胶的稳定与聚沉主要知识点：溶胶的经典稳定理论；溶胶的聚沉；电解质的聚沉能力和聚沉值；高分子化合物的聚沉作用。（6）乳状液主要知识点：乳状液的分类及鉴别；乳状液的稳定；乳状液的去乳化。（7）泡沫主要知识点：利用泡沫技

30、术进行矿物浮选。（8）悬浮液主要知识点：沉降分析。（9）气溶胶主要知识点：粉尘的分类；粉尘的性质；气体除尘。（10）高分子化合物的渗透压和黏度主要知识点：高分子化合物的定义；高分子溶液的渗透压；唐南平衡；高分子溶液的黏度。四、学时分配表章序内容学时备注一绪论1二气体的pVT关系3三热力学第一定律12四热力学第二定律12五多组分系统热力学8六化学平衡8七相平衡12八电化学14九界面现象10十化学动力学17十一胶体化学7合计104五、教材及参考书教材：物理化学 主编：天津大学物理化学教研室编 出版社：高等教育出版社 出版时间：2009年参考书：1.物理化学简明教程 主编：印永嘉 溪正楷 张树永 出版社：高等教育出版社 出版时间：2007年2.物理化学 主编：南京大学化学化工学院 傅献彩 沈文霞 出版社：高等教育出版社 出版时间：2005年3.物理化学 主编： 胡英 出版社：高等教育出版社 出版时间：2007年执笔： 张引沁审定： 张心宽 徐绍红