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《物理化学》教学大纲(2007年修订)

一、本课程的性质、目的、学时与学分

二、本课程的教学基本要求

三、先修课程

四、适用专业

五、课程内容及学时分配

六、课程考核方式

七、  所用教材和参考书 

一、本课程的性质、目的、学时与学分

    物理化学主要研究化学变化和相变化的平衡规律和变化的速率规律, 是化学、化工、轻工、食品、材料、制药、生物等专业及部分机械类专业的一门必修基础课,它包括理论教学及实验教学。实验教学单独开课。

    通过本门课程的学习, 学生应比较牢固地掌握物理化学基本概念及计算方法, 同时还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。这种训练和培养应贯穿在课程教学的整个过程中,使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎,或由假设和模型上升为理论,并结合具体条件应用理论解决实际问题的方法。

理论教学时数:

    应用化学专业,84学时,5.5学分        化工、高分子等专业, 64学时, 4学分

  其它专业      48学时,3学分

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二、本课程的教学基本要求

    物理化学的理论研究方法有热力学方法、动力学方法、统计力学方法和量子力学方法。从研究内容来说包括宏观上的、微观上的、以及亚微观上的,对工科学生来说,热力学方法及宏观上内容是主要的、基本的,后两种方法及内容的重要性正在日益增加。理论教学时数少的专业,要求学生较好地掌握热力学方法及宏观内容,理论教学时数较多的专业,还要求初步了解统计热力学方法。对工科专业,由于教学学时有限的关系,量子力学方法一般不作要求或另设课程。

    下面按化学热力学, 统计热力学初步, 化学动力学, 电化学, 界面现象和胶体化学六个部分列出基本要求,其中统计热力学初步和胶体化学可供选一部分。基本要求按深入的程度分"了解"、"理解"(或"明了")和"掌握"(或"会用")三个层次。对于理论教学时数少于80学时的专业,△号标明的内容,不属基本要求。

(I) 化学热力学

1、 热力学基础

    理解下列热力学基本概念:平衡状态,状态函数,可逆过程。

    理解热力学第一、第二、第三定律的叙述及数学表达式。明了内能、焓、熵、霍姆兹函数和吉布斯函数等热力学函数以及标准燃烧焓, 标准生成焓,标准摩尔熵和标准生成吉布斯函数等概念。

    掌握在物质的pVT 化、相变化和化学变化过程中计算热、功和各种状态函数变值的原理和方法。在将热力学一般关系式应用于特定系统时, 会应用状态方程(主要是理想气体状态方程,其次是范德华方程)和物性数据(热容、相变热、蒸气压等)。

    掌握熵增原理和各种平衡判据。明了热力学公式的适用条件。

    理解热力学基本方程和麦克斯韦关系式。

    △了解用热力学基本方程和麦克斯韦关系式推导重要热力学公式的演绎方法

2、 溶液和相平衡

    理解偏摩尔量和化学势的概念。

    会从相平衡条件推导克拉佩龙和克拉佩龙克劳修斯方程,并能应用这些方程进行有关的计算。

    掌握拉乌尔定律和亨利定律以及它们的应用。理解理想系统(理想液体及理想稀溶液)中各组分化学势的表达式。

    理解逸度和活度的概念。△了解逸度、活度的标准态和组分活度系数的简单计算方法。

    理解相律的推导和意义。

    掌握单组分系统和二组分系统典型相图的特点和应用。△能用杠杆规则进行计算。△能用相律分析相图。

3、化学平衡

    明了标准平衡常数的定义。了解等温方程的推导。掌握用等温方程来判断化学反应的方向和限度。

    会用热力学数据计算平衡常数。了解等压方程的推导。理解温度对标准平衡常数的影响。会用等压方程计算不同温度下的标准平衡常数。

    了解压力和惰性气体对化学反应平衡组成的影响。

     △理解同时平衡。

(II) 统计热力学初步

    了解独立子系统的微观状态,能量分布和宏观状态间的关系。

    明了统计热力学的基本假设。

    理解玻尔兹曼能量分布及其适用条件。

    理解配分函数的定义, 物理意义和析因子性质。掌握双原子分子的移动, 转动和振动配分函数的计算。

    理解独立子系统的能量和熵与配分函数的关系。

(III) 化学动力学

    明了化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念。掌握通过实验建立速率方程的方法。

    掌握一级和二级反应的速率方程及其应用。

    理解对行反应、连串反应和平行反应的动力学特征。

    理解基元反应及反应分子数的概念。△掌握由反应机理建立速率方程的近似方法(稳定态近似法,平衡态似法)。了解链锁反应机理的特点及支链反应与爆炸的关系。

    △了解多相反应的步骤。 △了解催化作用、光化学反应、溶液中反应的特征及分子反应动力学。

    掌握阿仑尼乌斯方程及其应用。明了活化能及指前因子的物理意义。

    了解简单有效碰撞理论的基本思想和结果。△理解经典过渡状态理论的基本思想、基本公式及有关概念。

(IV) 电化学

    了解电解质溶液的导电机理。理解离子迁移数和法拉第定律。

    理解表征电解质溶液导电能力的物理量(电导率、摩尔电导率)。

    理解电解质活度和离子平均活度系数的概念。

    △了解离子氛的概念和德拜--许克尔极限公式。

    理解原电池电动势与热力学函数的关系。掌握能斯特方程及其计算。

    掌握各种类型电极的特征和电动势测定的主要应用。

    △理解产生电极极化的原因和超电势的概念。

(V) 界面现象

    理解表面张力和表面吉布斯函数的概念。了解表面相的吉布斯模型。

    理解曲面的附加压力概念和拉普拉斯公式。

    理解开尔文公式及其对介稳状态的解释。

    了解铺展和铺展系数。了解润湿与接触角的关系和杨氏方程)。

    了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用。理解吉布斯吸附等温式及其计算。

    了解物理吸附与化学吸附的含义和区别。掌握兰缪尔单分子层吸附模型和吸附等温式。

(VI)胶体化学

    了解胶体的制备方法。

    了解胶体的若干重要性质: 丁达尔效应,布朗运动,沉降平衡,电泳和电渗。

    理解胶团的结构和扩散双电层概念。

    了解憎液溶胶的DLVO理论。理解电解质对高分子溶液稳定性的作用。

    了解乳状液的类型及稳定和破坏的方法

    了解纳米材料与胶体的差别与联系,了解纳米材料的制备、性质和特点

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三、先修课程

         高等数学(微分、积分)、物理、无机化学、有机化学

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四、适用专业

    应用化学,化工、食品、生化、高分子材料、轻工、制药、环境,机械类

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五、课程内容及学时分配

     应用化学专业(A):总学时 84,分两学期讲授,分配为44+40学时(01级开始实施)。

     其它化工相关专业93 - 96级及以前总学时为88, 与应化专业要求相同; 97级开始总学时82,01级开始一学期结束。03级开始缩减到 64 学时(B)48(C) 学时,教学在一学期内完成

     具体学时分配,其中A、B、C表示84、64、48学时专业的建议学时安排;带D和*表示总学时64(及以下)不属要求部分:

\学时

84(A)

64(B)

48(C)

绪论与气体

3

3

2

第一定律

10

10

8

第二定律

10

9

8

多组分

6

6

4

化学平衡

5

5

4

相平衡

8

7

6

电化学

12

9(7)

6

统计热力学

8

0

0

界面现象

7

7

4

动力学

11

8

4

胶体化学

4

0(2)

2

     说明:对于64学时 及以下专业提供两套教学安排方案,第1套方案符合教育部制定的;第2套方案是根据学科的系统性而安排的,但教学任务很重,学生不一定容易掌握,目前主要按这套进行教学,但胶体化学内容通常不作考试要求。

1. 绪论与气体性质(A 3学时,B 3学时,C 2学时)

(1)    了解物理化学的研究对象、方法和学习目的

(2)     掌握理想气体状态方程和混合气体的性质(道尔顿分压定律、阿马格分容定律)。

(3)   了解实际气体的状态方程(范德华方程)。

(4)    了解实际气体的液化和临界性质。

(5)    D 了解对应状态原理与压缩因子图。

2. 热力学第一定律(A 10学时,B 10学时,C 8学时)

(1)    理解下列热力学基本概念: 平衡状态,状态函数,可逆过程,热力学标准态

(2)    热力学第一定律:  理解热力学第一定律的叙述及数学表达式。掌握内能、功、热的计算

(3)    热函(焓): 明了热力学焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓、标准摩尔反应焓等概念及掌握其计算方法

     (4) 掌握标准摩尔反应焓与温度关系。

     (5) 掌握理想气体绝热可逆过程的PVT关系及理解其功的计算。

     (6) 了解节流膨胀。

3. 热力学第二定律(A 10学时,B 9学时,C 8学时)

     (1) 了解卡诺循环。

     (2) 热力学第二定律: 理解热力学第二定律的叙述及数学表达式,掌握熵增原理

     (3) 熵: 掌握理想气体PVT变化、相变化和化学变化过程中系统熵变的计算方法和环境熵变的计算方法,以及掌握用总熵变判断过程的方法

     (4) 了解热力学第三定律。

     (5)  亥姆霍兹和吉布斯函数: 明了Helmholtz函数和Gibbs函数以及标准生成Gibbs函数等概念并掌握其计算方法和各种平衡依据。明了热力学公式的适用条件.

(6)    理解热力学基本方程和Maxwell关系。

*了解用它们推导重要热力学公式的演绎方法。

(7) 热力学第二定律应用克拉佩龙方程。会从相平衡条件推导Clapeyron方程和Clapeyron-Clausius方程,并能应用这些方程进行有关的计算。

4. 多组分系统热力学((A 6学时,B 6学时,C 4学时)

(1) 掌握Raoult定律和Henry定律以及它们的应用。

(2) 理解偏摩尔量和化学势的概念。理解理想系统(理想溶体及理想稀溶体)中各组分化学势的表达式。

(3) 理解能斯特分配定律。

(4) 了解稀溶液的依数性。

(5)    了解逸度和活度的概念。 *了解逸度和活度的标准态和对组份的活度系数的简单计算方法。

5. 化学平衡(A 5学时,B 5学时,C 4学时)

       (1) 等温方程及标准平衡常数。

       明了标准平衡常数的定义。会用热力学数据计算标准平衡常数。了解等温方程的推导。 掌握用等温方程判断化学反应的方向和限度的方法。

      (2) 理解平衡常数的测定,掌握平衡组成的计算。

      (3) 温度对标准平衡常数的影响。

     了解等压方程的推导。理解温度对标准平衡常数的影响。 会用等压方程计算不同温度下的标准平衡常数。

(4)    影响理想气体反应平衡的其它因素。

     了解压力和惰性气体对化学平衡组成的影响

     (5) *了解同时平衡。

6. 相平衡(A 8学时,B 7学时,C 6学时)

      (1) 理解相律的推导和定义。

      (2) 掌握单组分系统相图的特点和应用。

      (3) 掌握二组分系统气--液平衡相图的特点(包括温度组成图,压力组成图,气相组成液相组成图)。

      (4) 掌握二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气液平衡相图。

      (5) 掌握二组分系统固液平衡相图(包括生成稳定,不稳定化合物及固态部分互溶相图)

      (6) D了解三组分系统相图的画法和特点

      相图部分要求会填写相图中各区域存在的物质; D 能用杠杆规则进行计算。

      能用相律分析相图和计算自由度数;能从实验数据绘制相图。

7. 电化学(A 12学时,B 9学时,C 6学时)

      (1) 了解电解质溶液的导电机理和法拉第定律。

      (2) 理解离子迁移数。

      (3) 理解表征电解质溶液导电能力的物理量(电导率, 摩尔电导率)。

      (4) 了解离子独立运动定律。

      (5) 理解电导测定的应用。

      (6) 理解电解质活度和离子平均活度系数的概念。

     *(7) 了解离子氛的概念和Debye-Huckel极限公式。

      (8)  理解可逆电池及韦斯顿标准电池

      (9) 理解原电池电动势与热力学函数的关系。

      (10) 掌握Nernst方程及其计算。

      (11) 掌握各种类型电极的特征。

      (12) 掌握电动势测定的主要应用。

      (13) 掌握把一般的电池反应设计成电池。

     *(14) 理解产生电极极化的原因和超电势的概念。

D 8. 统计热力学初步(A 8学时,B 0学时,C 0学时)

       (1)  掌握粒子各运动形式的能量计算及统计权重。

       (2) 了解独立子系统的微观状态, 能量分布和宏观状态的关系。

       (3) 明了统计热力学的基本假设。

       (4) 理解Boltzmann能量分布及其适用条件。

       (5) 理解配分函数的定义,物理意义和析因子性质。掌握双原子分子移动、转动和振动配分函数的计算。

       (6) 理解独立子系统的能量、热容、 熵与配分函数的关系。

9. 表面现象(A 7学时,B 6学时,C 4学时)

      (1)  理解表面张力和表面Gibbs函数的概念。

      (2) 了解铺展和铺展系数。了解润湿、接触角和Young方程。

      (3) 理解弯曲界面的附加压力概念和Laplace方程。

      (4) 理解Kelvin公式及其应用。解释亚稳状态和新相生成现象

      (5) 了解物理吸附与化学吸附的含义和区别。掌握Langmuir吸附、单分子层吸附模型和吸附等温式。

      (6) 了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用。理解Gibbs吸附等温式。

10. 化学动力学基础(A 8学时,B 8学时,C 4学时)

      (1) 明了化学反应速率定义及测定方法。

      (2) 明了反应速率常数及反应级数的概念。理解基元反应及反应分子数的概念。

      (3) 掌握零级、一级和二级反应的速率方程的积分式及其应用。

      (4) 掌握通过实验建立速率方程的方法。

      (5) 掌握Arrhennius方程及其应用。明了活化能及指前因子的定义和物理意义。

 4学时教学方案如下内容不要求:

     (6) 理解对行反应、连串反应和平行反应的动力学特征。

      (7)  掌握由反应机理建立速率方程的近似方法: 稳定态近似方法,平衡态近似法。

      (8) 了解单分子反应的Lindemann(林德曼)机理。

      (9) 了解链反应机理的特点及支链反应与爆炸的关系。

      (10) 了解简单碰撞理论的基本思想和结果。

  (11) 理解经典过渡状态理论的基本思想、基本公式及有关概念。

 D 各类应用反应动力学(A 3学时,B 0学时,C 0学时,D 0学时)

      (1) 了解溶液中的反应特征。

      (2) 光化学(理解光化学第一、第二定律,掌握量子效率的概念及计算方法,了解光化学反应特征)

      (3) 了解催化作用的特征。

      (4) 了解多相反应的步骤。

 11. D胶体化学(A 4学时,B 0学时,C 2学时)

       (1) 了解胶体的制备方法。

       (2) 了解胶体的若干重要性质: Tyndall效应,Brown运动,沉降平衡,电泳和电渗。

       (3) 明了胶团的结构和扩散双电层概念和憎液溶胶的聚沉。

       (4) 了解憎液溶胶的DLVO理论,理解电解质对溶胶和高分子溶液稳定性的作用。

       (5) 了解乳状液的类型及稳定和破坏的方法。

12. 机动学时不另外安排

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   课程考核方式

 长学时的专业分两个学期完成,分别进行两次期末统一闭卷考试。短学时(<80学时)专业一学期结束。

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.    所用教材

1. 葛华才,袁高清,彭程. 物理化学(多媒体版).高等教育出版社:北京,2008年

2.天津大学物理化学教研室. 物理化学(第四版).高等教育出版社出版:北京,2001年

3. 南京大学.物理化学(第五版):上册,下册.高等教育出版社出版:北京,2005年和2006年

  参考书:

 1. 霍瑞贞主编。物理化学学习与解题指导。华南理工大学出版社:广州,2000年

     本书概括了各章的学习要点和公式,提供800题左右的综合练习题(选择、填空、计算、问答),同时还附有本校1996-1998年本科期末考试和1997-1999年研究生入学考试考试试题。全书637页,大32开本,定价29.5元。

     2. 华南理工大学物理化学教研室编。物理化学实验。华南理工大学出版社:广州,2003年

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网站管理:葛华才   更新: 2009年09月08日15:33