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1、物理化学课程教学大纲一、课程基本信息（一）课程中文名称：物理化学（二）课程英文名称：Physical Chemistry（三）课程代码： （四）课程属性及模块：专业必修课（五）授课学院：理学院（六）开课学院：理学院（七）教材及参考书目教材：物理化学（第五版）上册，傅献彩，沈文霞等编，高等教育出版社，2005年物理化学（第五版）下册，傅献彩，沈文霞等编，高等教育出版社，2006年参考书：物理化学核心教程（第二版），沈文霞编，科学出版社，2009年物理化学，万洪文，詹正坤主编，高等教育出版社，2009年物理化学简明教程（第四版），印永嘉等编，高等教育出版社，2009年物理化学学习指导，孙德坤 沈文
2、霞等编，高等教育出版社，2009年物理化学核心教程学习指导，沈文霞等编，科学出版社，2009年化学热力学基础，李大珍编，北京师范大学出版社，1982年物理化学，朱文涛编，清华大学出版社，1995年物理化学教程（修订版），姚允斌，朱志昂编，湖南科技出版社,1995年（八）课程定位及课程简介物理化学是化学及相关学科的理论基础。是化学、化工、冶金、材料等专业本科生必修的专业主干基础课之一。它是从化学现象与物理现象的联系入手，借助数学、物理学等基础科学的理论及其提供的实验手段，来探求化学变化中最具普遍性的基本规律的一门学科。它是先行课程无机化学、分析化学、有机化学普适规律的理论归纳和定量探讨，是后续专
3、业知识深造和科研工作的理论基础，也是连接化学与其它学科的桥梁。（九）课程设计基本理念依据“以学生为中心”的教育教学理念，本课程的教学目的主要是：（1）使学生在已学过的一些先行课程（无机化学、有机化学、分析化学、高等数学、普通物理学）的基础上，对化学运动作理论和定量探讨。（2）使学生能系统地掌握物理化学的基本知识和基本原理，加深对自然现象本质的认识；（3）使学生学会物理化学的科学思维方法，培养学生提出问题、研究问题的能力，培养他们获取知识并用来解决实际问题的能力。（十）课程学分：6（物理化学I、物理化学II各3学分）授课时数：108（3学时/周，一学年两学期完成）学时数的具体分配：教 学 内 容
4、讲授实验/实践合计第一章 绪 论11第二章 热力学第一定律1313第三章 热力学第二定律1010第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用66第五章 相 平 衡1010第六章 化 学 平 衡66第七章 统计热力学基础66第八章 电解质溶液66第九章 可逆电池的电动势及其应用88第十章 电解与极化作用44第十一章 化学动力学基础（一）1010第十二章 化学动力学基础（二）44第十三章 表面物理化学66第十四章 胶体分散系统和大分子溶液44期 中 考 试44机 动1010合 计108108（十一）课程教学建议1初步掌握热力学的研究方法特点,理解热力学的基本原理,并能运用热力学基本原理和方法处理溶液
5、、相平衡、化学平衡等方面的一些基本问题。2.了解统计热力学的初步知识。3理解电现象与化学现象及热力学的关系，基本掌握可逆电池热力学的基本原理和不可逆电极过程的一些情况。4了解动力学方法的特点，掌握化学动力学的基本内容以及浓度、温度等因素对化学反应速率的影响。了解反应速率理论，理解催化作用的共同特征，初步掌握链反应、光化学反应。5理解表面现象和胶体分散体系的基本特性，并能运用热力学及有关理论来讨论某些性质。（十二）课程评价建议本课程采用平时成绩与期末考试成绩相结合的成绩评定方式。平时成绩的评定包括学习态度、作业、课堂讨论及小组合作、期中考试等部分，平时成绩占课程考核成绩的40%，期末考试成绩占课
6、程考核成绩的60%。 （十三）课程资源开发与利用本课程主要以课堂讲授（多媒体）、习题课、学生自学、教师辅导答疑、小组讨论等教学方式进行。二、教学内容及安排第一章 绪论 1学时 基本要求：了解物理化学的内容、任务，研究方法和特点，了解物理化学的发展简史，了解物理化学的学习方法。重点：物理化学的研究内容及方法；学习物理化学的目的和方法难点：物理化学的研究方法主要内容：1.1 物理化学的建立与发展1.2 物理化学的目的和内容1.3物理化学的研究方法1.4 物理化学课程的学习方法第二章 热力学第一定律 13学时 基本要求：初步了解热力学方法的特点，正确理解几个热力学基本概念，掌握状态函数的意义及其全微
7、分性质。掌握热力学第一定律并能运用于物理化学过程。熟练理想气体在等温、等容、等压和绝热过程中的U、H、Q、W计算。重点：内能、焓、可逆过程、最大体积功等一些重要概念的理解和应用；内能、热、功的区别与联系。难点：理想气体在等温、等容、等压和绝热过程中U、H、Q、W的熟练计算。主要内容：2.1 热力学概论热力学的基本内容，热力学的方法和局限性。2.3 热力学的一些基本概念系统与环境，系统的性质，热力学平衡态，状态函数，状态方程，过程与途径，热与功2.4 热力学第一定律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2.8 热力学第一定律对理想气体的应用理想气体的内
8、能和焓，理想气体的CP与CV的关系，理想气体的绝热过程。2.9 Carnot循环Carnot循环，热机效率，冷冻系数。2.10 实际气体的内能和焓Joule-Thomson效应，实际气体的U和H2.11 热化学化学反应的热效应，反应进度，热化学方程,标准摩尔焓变。2.12 Hess定律2.13 几种热效应化合物的生成焓，燃烧热，由键焓估算生成焓，离子生成焓等。2.14 反应焓变与温度的关系Kirchhoff定律2.15 绝热反应非等温反应第三章 热力学第二定律 10学时 基本要求：了解自发过程的共同特征，明确热力学第二定律的意义。了解热力学函数S、A、G的引出过程，理解并熟记S、A、G的定义，
9、理解其物理意义。会计算一些简单过程的S、A、G。初步了解热力学第三定律。熟记热力学函数（S、A、G、H、U等）间关系式。掌握各种判据的适用条件以及在不同条件下的应用。重点：S、A、G的定义及其物理意义；一些简单过程的S、A、G的计算。热力学函数（S、A、G、H、U等）间的关系式；各种判据的适用条件及其在不同条件下的应用。难点：S、A、G概念的理解；S、A、G的熟练计算及其判据的正确应用。主要内容：3.1 自发过程的共同特征不可逆性3.2 热力学第二定律3.3 卡诺定理3.4 熵的概念3.5 Clausius不等式与熵增加原理3.7 熵变的计算等温过程熵的变化值，非等温过程熵的变化值。3.9 热
10、力学第二定律的本质和熵的统计意义3.10 Helmholtz自由能和Gibbs自由能3.11 变化的方向与平衡条件3.12 DG的计算物理过程的DG，化学过程的DG3.13 几个热力学函数之间的关系基本公式，特性函数，Maxwell关系及其应用，Gibb自由能与温度、压力的关系。3.14 热力学第三定律与规定熵第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用 6学时基本要求：熟悉多组分系统组成的表示法及其相互之间的关系；理解偏摩尔量和化学势的定义；理解理想溶液、稀溶液与实际溶液三者的区别和联系，加深对拉乌尔定律、亨利定律的理解并熟悉其应用；掌握各种状态物质化学势的表示方法并理解活度、标准态的概念和意
11、义；掌握稀溶液的依数性并了解化学势的应用。重点：理解偏摩尔量和化学势的定义；理解理想溶液、稀溶液与实际溶液三者的区别和联系；掌握各种状态物质化学势的表示方法并理解活度、标准态的概念和意义；理解稀溶液的依数性。难点：对偏摩尔量、化学势、活度、标准态等概念的正确理解；化学势的灵活应用。主要内容：4.1 引言4.2 多组分系统的组成表示法4.3 偏摩尔量偏摩尔量的定义，偏摩尔量的集合公式，Gibbs-Duhem公式。4.4 化学势化学势的定义，化学势在相平衡中的应用，化学势与温度、压力的关系。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，非理想气体及其混合物的化学势。4.6 稀溶液中
12、的两个经验定律拉乌尔定律，亨利定律4.7 理想液态混合物理想液态混合物的概念，理想液体混合物中任一组分的化学势，理想液体混合物的通性。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4.11 活度与活度因子4.13 分配定律第五章 相平衡 10学时 基本要求：了解克劳修斯-克拉贝龙方程的推导并掌握其应用；明确相、组分和自由度的概念，了解相律的推导思路并能应用相律来说明相图中点、线、面的意义以及自由度的含义，能根据相图来分析体系在不同过程中所发生的相变化情况并进行有关计算。重点：相律、二组分体系的相图及其应用。难点：相、组分、自由度概念的理解；相律的应用和识图主要内容：5.1 引言5.
13、2 多相体系平衡的一般条件5.3 相律相、组分数、自由度等概念，相律的推导。5.4 单组分体系的相平衡两相间的平衡和相图，克拉柏龙方程，压力对蒸气压的影响，单组分体系的三相平衡和水的相图。5.5 二组分体系的相图及其应用完全互溶双液系（杠杆规则，精馏原理）；部分互溶双液系；完全不互溶双液系。固相完全不互溶的二组分固液体系（简单的低共熔体系，形成化合物的体系）；液固相都完全互溶的二组分固液体系；固相部分互溶二组分固液体系；区域熔炼。第六章 化学平衡 6学时基本要求：能够从化学势的角度理解化学平衡的意义；了解从G-H方程推导反应等压方程式的思路，理解并掌握化学反应等温方程的意义与应用；掌握标准生成
14、自由能和化学反应过程的自由能变的概念和意义，并能用以计算典型反应的平衡常数；熟悉理想气体反应的平衡常数Kp、Kp、Kc与Kx的关系，熟练平衡常数和平衡组成的计算并掌握一些因素（温度、压力、惰性气体等）对化学平衡的影响。重点：化学反应等温方程的意义与应用；标准生成自由能和化学反应过程自由能变的概念和意义；理想气体反应的平衡常数Kp、Kp、Kc、Kx的关系，平衡常数和平衡组成的计算，温度、压力、惰性气体对化学平衡的影响。难点：平衡常数和平衡组成的熟练计算主要内容：6.1 化学反应的平衡条件化学反应的平衡条件与反应进度的关系，化学反应的亲和势。6.2 化学反应的平衡常数和等温方程6.3 平衡常数表示
15、式多种平衡常数表示式及相互关系。6.4 复相化学平衡6.5 标准摩尔生成吉布斯自由能6.6 温度、压力及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 近似计算第七章 统计热力学基础 6学时基本要求：明确最可几分布的概念，懂得用最可几分布的微观状态数代替整个体系的微观状态数的理由。明确配分函数的物理意义与计算。学会用配分函数计算简单分子的热力学函数。重点：最可几分布的概念，配分函数的物理意义与计算，用配分函数计算简单分子的热力学函数。难点：对一些基本概念（最可几分布、配分函数等）的物理意义的理解；用配分函数计算热力学函数。主要内容：7.1 概论统计热力学的研究对象和方法，
16、统计体系的分类，统计热力学的基本假设。7.2 Boltzmann统计宏观状态与微观状态，能量分布，最概然分布，玻兹曼分布定律。7.4 配分函数配分函数的定义，配分函数与热力学函数的关系，配分函数的分离。7.5 各配分函数的求算及其对热力学函数的贡献平动配分函数，转动配分函数，振动配分函数，电子配分函数，核配分函数。7.7粒子的全配分函数及其应用第八章 电解质溶液 6学时基本要求：理解电解质水溶液的导电机理和离子的迁移；明确电导、电导率、摩尔电导率、迁移数、迁移率等概念；理解离子独立移动定律，掌握电导的测定及其应用；明确离子活度、平均活度和平均活度系数的概念，了解强电解质溶液理论的基本观点和公式
17、。重点：电解质水溶液的导电机理；电导、电导率、摩尔电导率、迁移数、迁移率等概念；电导的测定及其应用。难点：对电解质溶液电导、电导率、摩尔电导率等概念及其计算公式的理解和应用。主要内容：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，粒子的电迁移率和迁移数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，离子独立移动定律及离子极限摩尔电导率，电导测定的一些应用。8.4 电解质的平均活度和平均活度系数电解质的平均活度和平均活度系数，粒子强度。8.5 强电解质溶液理论简介第九章 可逆电池 8
18、学时基本要求：熟悉电化学惯用的电极名称和符号，掌握电池表示方法及其与电池反应的“互译”，掌握能斯特方程及其应用，理解标准电极电位的意义和用途，掌握电动势的测量原理和计算方法，熟悉热力学函数变化值、平衡常数与电动势、电极电位的关系，了解电动势和电极电位产生的原因。重点：电池表示式与电池反应的“互译”，能斯特方程及其应用。难点：有关电动势的计算及其应用主要内容：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可逆电池的书写方法，可逆电池电动势的取号。9.4 可逆电池的热力学Nernst方程，由标准电动势求
19、电池反应的平衡常数，由电动势及其温度系数求反应rHm和rSm。9.5 电动势产生的机理电极界面电位差的形成，接触电势，液接电势，电池电动势的产生。9.6 电极电势和电池的电动势标准电极电势，电池电动势的计算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，测定溶液的pH值第十章 电解与极化作用 4学时基本要求：了解电极极化的原因、极化的分类、极化的机理，理解过电位、分解电压等概念，掌握分解电压和析出电位的计算方法，了解电化学腐蚀的机理和防腐方法，了解几种常见的化学电源。重点：极化、过电位、分解电压等概念，分解电压和析出电位的计算及其应用。难点：分解电压和析出电位的计算及其应
20、用主要内容：10.1 分解电压理论分解电压，实际分解电压。10.2 极化作用浓差极化，电化学极化，极化曲线，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，金属离子的分离和共同沉积，电解过程的一些应用。10.4 金属的腐蚀与防腐金属的电化学腐蚀，金属的防腐。10.5 化学电源简介几种常见的化学电源。第十一章 化学动力学基础（一）（10学时）基本要求：明确基元反应、简单反应、复杂反应、反应分子数、反应级数、速率常数等概念，熟悉反应速率的表示方法。掌握具有简单级数反应的速率公式（微分式和积分式）及其应用，掌握简单级数反应的特征和测定反应级数的几种方法。了解典型复杂反应和链反应的动力
21、学特征及其速率方程的建立，基本掌握复杂反应速率的近似处理方法，了解反应机理的探索方法。掌握温度对反应速率的影响阿累尼乌斯公式的应用，正确理解活化能的概念，并会用实验数据进行相关计算。重点：简单级数反应的特征及其速率公式（微分式和积分式）的应用，测定反应级数的方法，复杂反应速率的近似处理方法，阿累尼乌斯公式及其应用。难点：动力学基本公式的综合应用主要内容：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，反应级数、反应分子数和反应速率常数11.4 具有简单级数的反应 零级反应，一级反应，二级反应，三级反应，反应级数的测定11.5 几种
22、典型的复杂反应 对峙反应，平行反应，连续反应11.7 温度对反应速率的影响速率常数与温度的关系，反应速率与温度关系的几种类型11.8 活化能活化能的物理意义，活化能的估算11.9 链反应直链反应，支链反应，稳态近似和平衡态近似第十二章 化学动力学基础（二） 4学时基本要求：了解碰撞理论、过渡态理论和单分子理论的基本思想，了解公式的物理意义，理解Ea、E0、Ec的异同和几个基本概念阈能（临界能）、频率因子、活化分子与活化络合物、活化熵、活化焓等。了解溶液中反应的特点和溶剂对反应的影响。理解光化学反应的基本定律（光化当量定律、量子产率），掌握光化学反应的动力学特征。理解催化反应的特点，明确催化作用
23、的基本原理，了解催化反应的类型。重点：碰撞理论、过渡态理论和单分子理论的基本思想，Ea、E0、Ec的异同。光化学反应的动力学特征。催化反应的特点。难点：碰撞理论、过渡态理论、单分子理论的应用，一些基本概念（阈能、频率因子、活化熵、活化焓等）的理解。主要内容：12.1 碰撞理论碰撞理论基本思想，速率常数公式，概率因子。12.2 过渡状态理论过渡状态理论基本思想，速率常数公式，活化熵，活化焓。12.3 单分子反应理论单分子反应理论基本思想，速率公式。12.5 在溶液中进行的反应 笼效应，溶剂效应，原盐效应， 12.7 光化学反应光化学基本定律，量子产率，光化反应动力学，光化学平衡和热化学平衡。12
24、.9催化反应动力学 催化剂与催化作用，催化作用原理。第十三章 表面物理化学 6学时基本要求：明确表面自由能、表面张力的概念，会用杨-拉普拉斯公式、Kelvin公式、吉布斯吸附等温式等解释一些现象。了解表面活性物质的性质和用途。理解物理吸附与化学吸附的区别、化学吸附与催化反应之间的关系，掌握朗格缪尔吸附理论要点，了解弗伦德利希等温式、BET多分子层吸附等温式。重点：表面自由能、表面张力等概念，杨-拉普拉斯公式、Kelvin公式、吉布斯吸附等温式的应用。理解物理吸附与化学吸附的区别、化学吸附与催化反应之间的关系，朗格缪尔吸附理论要点。难点：对表面自由能、表面张力等概念的理解，一些基本公式（杨-拉普
25、拉斯公式、Kelvin公式、吉布斯吸附等温式、朗格缪尔吸附等温式）的应用。主要内容：13.1 表面张力及表面吉布斯自由能表面张力，表面热力学基本公式，界面张力与温度的关系，溶液的表面张力与溶液浓度的关系。13.2 弯曲液面的附加压力和蒸气压弯曲液面的附加压力，Young-Laplace公式，Kelvin公式13.3 溶液的表面吸附溶液表面的吸附Gibbs吸附公式13.6 液-固界面润湿作用13.7 表面活性物质及其作用表面活性剂的分类，表面活性剂的一些重要作用及其应用13.8 固体表面的吸附 固体表面的特点，吸附曲线，Langmuir等温式，Freundlich等温式，BET公式，乔姆金方程式
26、，吸附现象的本质化学吸附和物理吸附13.9 气-固相表面催化反应化学吸附与催化反应，气-固相表面催化反应速率。第十四章 胶体和大分子溶液 4学时基本要求：理解胶体分散体系的超微不均匀性以及由此产生的胶体分散体系的动力性质、光学性质及电学性质；了解大分子溶液的性质。重点：胶体分散体系的特点。难点：双电层理论和电势；Donnan平衡。主要内容：14.1 胶体和胶体的基本特征分散系统的分类，胶团的结构14.2 胶体的制备和净化胶体的制备，胶体的净化，胶体的应用14.3 胶体的动力性质Brown运动，扩散和渗透压，沉降和沉降平衡14.4 胶体的光学性质Tyndall效应和Rayleigh公式14.5 胶体的电学性质电动现象，电泳，电渗14.6 双电层理论和电势14.7 胶体的稳定性和聚沉作用溶胶的稳定性，影响聚沉作用的一些因素，高分子化合物对溶胶的絮凝和稳定作用14.8 乳状液两种乳状液O/W型和W/O型乳状液。14.10 大分子溶液大分子溶液的界定，聚合物的分级14.11 Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压Donnan平衡，聚电解质溶液的渗透压大纲编写责任人：何英 大纲编写组人员：黄笃树、张举成院系审核领导：