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1、2010年度双语教学示范课程建设项目高等物理化学双语课程 （Advanced Physical Chemistry）沈阳师范大大学 刘跃跃 目录录一 教学大大纲 第2页Syllaabuss 第3页二 简写版版授课教教案 第7页三 习题、实实践（实实验、实实训、实实习）指指导 第39页 精讲部分分文献 第440页 自学部分分文献 第445页四 试卷及及参考答答案 第39页 杨雪007学生生结课报报告录像像 曲艳镁镁07学学生结课课报告录录像五 参考文文献目录录等材料料 第40页 精讲部分分文献 第40页 自学部分分文献 第45页六 现场教教学录像像 第47页 刘跃跃项目主主持人现现场教学学录像片
2、片段 杜晓晓慧研究究生助课课1 杜晓晓慧研究究生助课课2课程概述本课程体系系包括全全校通识识选修课课、化学学专业的的专业选选修课、和和应用化化学专业业研究生生必修课课三个部部分，通通过文献献组织教教学；课课程内容容包括物物理化学学、化学学物理、和和数学物物理等,涉及学学科交叉叉；本课程程关注课课程结束束后的自自我提高高，建有有“高等等物理化化学（双双语）”课课程资源源网站，为为学生提提供结课课后自我我学习的的资源。本本课程强强调能力力培养。能能力培养养包括：培养学学生自己通过过英文文文献获取取新知识的的能力； 通过过阅读原原始文献献培养学学生的研研究能力力；通过过文献培培养学生生自己的的拓展能
3、能力，学学会自己己思考，而而不仅仅仅是对基基本概念念的记忆忆和理解解。教师师团队由化化学、数数学、物物理教师师组成。一 教学大大纲高等物理理化学双双语课程程教学大大纲（Advaanceed PPhyssicaal CChemmisttry）课程说明课程编码：0233015560 (化学学类), 25570115800（全校校通识选选修课）、课程总学时30、周学时4，学分3，开课学期：第六学期(但是对各年级开放)。1课程性性质： 高等物理理化学双双语是选选修课，它它以继承承人类教教学研究究成果为为宗旨，主主要讲授授还没有有进入教教材、大大学层次次的化学学基础理理论成就就。在教教师的帮帮助下让让学
4、生通通过英语语学习没有有进入教教材的教教学研究究成果。使学生今后能够沿着这条思路发展，在提高专业素质和英语能力的基础上达到独立运用英语学习新的化学基本知识的能力、为走向社会或继续深造建立基础。2适用专专业与学学时分配配： 适用于化学学双语专专业、化化学教育育专业、和和应用化化学专业业，欢迎迎物理专专业、数数学专业业、英语语专业学学生选修修。每篇英文文文献是一一个专业业内容，专专业内容容可以用用中文讲讲授。每每篇文献献平均用用2学时时。教师师可以根根据情况况灵活选选取专业业内容和和文献。每每年可以以选用不不同论文文。选讲讲文献标标准可以以参照下下表。讲授内容容包含主主要章节节和备用用章节两两个部
5、分分。主要要章节四四章，备备用章节节两章，共共六章。主主要章节节包含化化学平衡衡理论、原原子光谱谱项、分分子光谱谱项、有有趣的物物理化学学现象等等教学研研究方面面的专业内内容，继继续深化化专业基基础课的的教学内内容。备备用章节节包含化化学研究究、基础础理论研研究。教 学 内内 容 与 时时 间 安 排排 表章次内 容容总课时理论课时实践课时一化学平衡理理论66二原子光谱项项88三分子光谱项项88四有趣的物理理化学现现象88五化学研究可选可选六基础理论研研究可选可选3本门课课程与其其它课程程关系： 先行课：普普通物理理，高等等数学，英英语，物物理化学学，结构化化学。非化学学专业学学生在选选课前要
6、要 与与任课教教师联系系。4推荐教教材及参参考书： 主要是美国国化学教教育、美美国物理理上发表表的教学学论文，由授课教师提供pdf电子文档。6课程教教学方法法与手段段： 教学内容主主要载体体是英文文文献。本本课程通通过教学学研究的的英文文献献、多媒媒体教学学手段讲讲授较深深入的专专业知识识。7课程考考试方法法与要求求： 目目标：考考察在没没有教师师帮助下下理解专专业基础础文献的的程度。 形形式：分分组查阅阅文献，组组内共同同讨论，撰撰写论文文，分组组报告。 要要求：阅阅读的文文献必须须在一定定程度上上反映教教学成就就，要求求有所收收获，按按组给分分。 成成绩分三三个等级级：优秀秀、合格格、不合
7、合格。标准：优秀秀与合格格根据文文献的难难度、理理解程度度区分，优优秀组要求用用英文向向全班做做报告。（见见 学学生录像像）Coursse ccodee: 02230115600 (cchemmisttry majjor), 22570015880 (othher majjorss)Advanncedd Phhysiicall Chhemiistrry (Billingguall cooursse)3 Creeditts30 Hoourss1. Coursse PPhillosoophyy annd OObjeectiivess“Advaanceed PPhyssicaal CChemmist
8、try” iss a billingguall ellecttivee cooursse. Thee gooal of thiis ccourrse is to hellp sstuddentts llearrn witth tthe aidd off thhe tteaccherr thhe rreseearcch aachiieveemennts conncerrninng ccurrricuulumm coonteentss thhat havve nnot beeen iinclludeed iin ttexttboooks, annd ffurttherr moore, inntri
9、iguiing theem tto llearrn kknowwleddge thaat ttheyy arre nnot fammiliiar witth tthrooughh enngliish, ennabllingg thhem to impprovve tthemmsellvess inn thhe ffutuure, annd mmakiing theem mmoree coompeetittivee inn thheirr caareeers.2. Enrolllmeent reccommmenddatiionThis couursee iss reecommmenndedd f
10、oor mmajoors inccluddingg chhemiicall edducaatioon (inccluddingg biilinnguaal cclasss), annd aapplliedd chhemiistrry. Phyysiccs, matth aand engglissh mmajoors aree allso wellcomme tto rregiisteer.3. Coursse cconttentts aand schheduuleThis couursee iss scchedduleed tto oopenn att thhe ssixtth ssemees
11、teer, fouur hhourrs aa weeek. Thhe cconttentts oof tthiss cooursse, whiich mayy vaary froom yyearr too yeear, arre mmainnly sellectted froom iinteernaatioonall edducaatioon jjourrnalls. Theere aree cuurreentlly ffourr coore chaapteers andd twwo eelecctivve cchappterrs. Thee coore chaapteers aree “eq
12、uuiliibriium theeoryy”, “atoomicc teermss”, “mollecuularr teermss”, aand “inttereestiing pheenommenaa inn phhysiicall chhemiistrry”. TThe eleectiive chaapteers inccludde “sciienttifiic rreseearcch iin cchemmisttry” annd “ressearrch in currricculuum conntennts”.ChaptterConteentssLectuure houurs1Chemi
13、icall eqquillibrriumm thheorry62Atomiic ttermms83Molecculaar ttermms84Interresttingg Phhenoomenna iin PPhyssicaal CChemmisttry85Scienntiffic ressearrch in cheemisstryyelecttivee6Reseaarchh inn currricculuum conntenntselecttivee(Thiss sccheddulee iss suubjeect to chaangees.)4. PrereequiisittesGenerra
14、l phyysiccs, Callcullus, Enngliish, Phhysiicall chhemiistrry, Strructturee chhemiistrry or perrmisssioon oof tthe insstruuctoor. 5. Recommmenndedd reeferrencces“Jourrnall off Chhemiicall Edducaatioon”, “Ameericcan Jouurnaal oof PPhyssicss”.6. Teachhingg meethoodsThe tteacchinng pproccesss iss maainl
15、ly ccarrriedd ouut bby sstuddyinng jjourrnall paaperrs aand aniimatted viddeoss.7. EvaluuatiionGroupp Prreseentaatioon: Claass is divvideed iintoo seeverral grooupss. EEachh grroupp iss reespoonsiiblee foor rreseearcchinng lliteeratturee, ddisccusssingg abboutt thhe lliteeratturee, wwrittingg paaper
16、rs, andd evventtuallly, maakinng aa prreseentaatioon aabouut tthe papper theey hhavee sttudiied.Gradees aare claasseed aas “Exccelllentt”, “Passs”, “Faiil”.教学内容纲纲要第一部分 主要章章节第一章 化学平平衡理论论（任选6学时）1教学目目的与要要求 重点讲讲授加入入一种物物质,化化学平衡衡向生成成这种物物质的方方向移动动的理论论2主要内内容第一节 新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理的严格格热力学学推导 2学时
17、第二节 新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理的斜率率解释 2学时时第三节 新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理的严格格微分推推导 2学时第四节 反反应物配配比与新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理 22学时第五节 溶溶解度随随温度变变化与新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理 22学时第六节 一一些热力力学概念念的更深深入讨论论 22学时第七节 相平衡衡的更深深入讨论论 2学时时第二章 原子光光谱项（任选8学时）1教学目目的与要要求 讲讲授专业业课结构构化学或高高等无机机化学中
18、没有讲讲到的原原子光谱谱项的推推求方法法2主要内内容第一节 微微观状态态法和谱谱项本征征函数法法推求原原子光谱谱项 2学时 第二节节 原子基态态光谱项项推求方方法 1学学时第三节 电子自旋分分类方法法推求原原子光谱谱项 2学时时第四节 杨图法推求求原子光光谱项 22学时第五节 部部分谱项项方法推推求原子子光谱项项 2学时时第六节 jj耦耦合光谱谱项推求求 2学时时第三章 分子光光谱项（任选8学时）1.教学目目的与要要求讲授专业课课中分子子轨道理理论和配配位场理理论部分分没有讲讲到的分分子光谱谱项的推推求方法法2.主要内内容 第一节节 对称称操作与与分子谱谱项波函函数 2学时第二节 对对称直积积
19、和反对对称直积积法推求求分子光光谱项 2学时第三节 部部分谱项项法推求求分子光光谱项 2学时时第四节 杨杨图法推求分分子光谱谱项 2学时第四章 有趣的的物理化化学现象象（任选8学时）1 教学目的与与要求本章介绍有有趣的物物理化学学现象,包括汞汞心脏、振振荡反应应、蓝瓶瓶反应、记记忆反应应、超导导体、 磁流流体、化化学发光光等2 主要内容第一节 MMerccuryy Beeatiing Heaart 汞心脏脏 2学时第二节 OOsciillaatinng RReacctioon 振荡反反应 2学时第三节 BBluee Boottlle 蓝蓝瓶反应应 2学时第四节 MMemoory Mettal
20、记忆反反应 2学时第五节 SSupeercoonduuctiivitty超导导体 2学时第六节 FFerrroflluidd 磁流流体 22学时第七节 CChemmiluuminnesccencce 化化学发光光 2学时时 第二部分 备用章章节 第五章 化学研研究1.教学目目的与要要求结合我们的的理论研研究，讲讲授光致致变色材材料、热热致变色色材料、催催化聚合合材料的的研究结结果。2.主要内内容第一节 光光致变色色材料研研究 22学时第二节 热热致变色色材料研研究 22学时第三节 催催化聚合合材料研研究 2学时第六章 基础础理论研研究1.教学目目的与要要求大多数是结结构化学学课程的的延伸，内内
21、容广泛泛。2.主要内内容第一节 节节面与原原子核位位置 2学时第二节 尖尖晶石与与反式尖尖晶石的的稳定性性 2学时时第三节 球球对称性性中原子子轨道的的特征标标 2学时第四节 位位置对称称性与杂杂化轨道道 2学时第五节 结结构化学学课程相相关基础础文献 2学时撰写人： 刘跃跃 审审定人： 院（系系）主管管领导： 学院盖章： 20006年年7月99日二 教案案第一章 化学平衡理理论结合我们自自己的工工作,重重点讲授授加入一一种物质质,化学学平衡向向生成这这种物质质的方向向移动理理论的英英文文献献中文文献导导入 22学时1 刘刘跃,刘刘颖,杨杨小震,化学通通报,220044,3,512 刘刘跃,贺
22、贺子如，刘刘颖,平平衡理论论，化化学工业业出版社社，199953 刘刘颖，刘刘跃理理论化学学，黑黑龙江科科学技术术出版社社，20002英文文献导导读 6学时时, 在在精讲文献献中任选选三篇文文献讲解解,每篇篇2学时时.以下这些文文献的数数学推导导过程在在平衡衡理论、理理论化学学、化化学通报报,20004,3,551中有有详细论论述。第一节 新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理的严格格热力学学推导精讲文献 4 JJ. dde HHEERR，The prrincciplle oof LLe CChatteliier andd Brraunn, JJOURRNALL O
23、FF CHHEMIICALL EDDUCAATIOON, VOLLUMEE 344, NNO. 8, AUGGUSTT, 119577:3775这是一篇经经典文献献，它指指出Lee Chhateelieer aand Braaun原原理的问问题，从从热力学学角度用用数学方方法给出出了一个个更严格格、更准准确地LLe CChatteliier andd Brraunn原理。通过文献讲解，详细进行整个数学推导过程。该文献有一定深度，是一篇好文章。详见平衡理论11-13页、理论化学38-42页因为A是VV和的函函数，AA(S，VV，) = 00，有(0-1)A = AA(S,V,x) = 0由式（2
24、-9），有有(0-2)将式（2-17）和和式（22-188）代入入式（22-166），有有(0-3)根据式（22-155）知，式式（2-19）右右边第二二项的分分母为负负，所以以有(0-4)在绝热条件件下增加加平衡体体系的体体积，由由式（22-200）可得得式（22-211）(0-5)式（2-221）的的右边是是体系中中的平衡衡不发生生移动（反反应进度度不变）时时体系总总体积增增加时, 体系系总压强强下降的的值；左左边为平平衡发生生移动（AA恒定为为零时）后后体系压压强下降降的总结结果，即即体积不不变，单单项变化化所引起起压强的的变化（仅仅仅因为为平衡移移动所引引起的压压强变化化）和 x 不变
25、变，仅仅仅因为体体积变化化所引起起的压强强变化（假假设体系系中不存存在平衡衡的情况况）这两两项的总总和。注注意式（22-211）两边边均为负负数，式式（2-21）右右边的绝绝对值大大于左边边的绝对对值。(2-21)由此可知平平衡移动动是向减减小体积积变化所所产生的的效果的的方向进进行，即即向阻止止压强变变化的方方向进行行，符合合Le Chaatellierr原理的的简单表表述。若若体系的的体积减减小，为为负，（22-200）两边边同乘一一个负数数有结合式（22-211）可得得无论dV是正正是负，平平衡移动动都是向向减小体体积变化化所产生生的效果果的方向向进行。同同理，由由式（22-200）可得
26、得(0-6)式（2-222）说说明无论论dP是正正是负，平平衡向增增加压强强变化所所产生的的效果的的方向移移动，与与Le Chaatellierr原理的的简单表表述相矛矛盾。与精讲文献献1有关的的两篇自自学文献献1，22。1 JJ. dde HHEERR，LE CHAATELLIERR, SSCIEENTIIFICC PRRINCCIPLLE, ORSACCREDD COOW， JOUURNAAL OOF CCHEMMICAAL EEDUCCATIION, VOOLUMME 335, NNO. 3, MMARCCH, 19558:11332 AANTHHONYY STTANDDEN，LE CH
27、AATELLIERR, CCOMMMON SENNSE, ANND MEETAPPHYSSICSS， JOUURNAAL OOF CCHEMMICAAL EEDUCCATIION, VOOLUMME 335, NNO. 3, MMARCCH, 19558:1132第二节 新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理的斜率率解释精讲文献5 RRichhardd S. Trrepffow，Le Chaatellierrs Priinciiplee, A rreexxamiinattionn annd mmethhod of graaphiic iilluustrratiion
28、，JOUURNAAL OOF CCHEMMICAAL EEDUCCATIION,Vollumee 577, NNumbber 6, Junne 119800:4177该文献从作作图斜率率角度讨讨论Lee Chhateelieer aand Braaun原原理，结结果与精精讲文献献1一致。详见平平衡理论论155-177页、理论论化学445-448页QT1234123VP第三节 新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理的严格格微分推推导精讲文献6 LLewiis KKatzz，A SSysttemaaticc Waay tto AAvoiid LLe CChattelii
29、ers Priinciiplee inn Chhemiicall Reeacttionns，JOUURNAAL OOF CCHEMMICAAL EEDUCCATIION, Voolumme 338, Nummberr 7, Juuly 19661:3755经典文献, 从从微分角角度讨论论Le Chaatellierr原理理，比文文献11容易易理解。通通过文献献讲解，详详细进行行整个数数学推导导过程。该该文献有有一定深深度，是是一篇好好文章。详见平衡理论30-32页、理论化学104-107页.(0-7)当时，随着氮氮气的加加入，QQp加大大，平衡衡要向逆逆反应的的方向移移动。增增加的百百分数比比
30、nT增加的的百分数数大，起起主导作作用。当当时，随着氮氮气的加加入，QQp减小小，平衡衡要向正正反应的的方向移移动，向向增加氮氮气的方方向移动动，与LLe CChatteliier原原理的简简单表述述结论相相反。这这里nT的次方大大，起主主导作用用。第四节 反反应物配配比与新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理精讲文献7 FFrieedriich G. Hellffeericch，Le Chaatellierr-Riightt orr Wrrongg，JOUURNAAL OOF CCHEMMICAAL EEDUCCATIION, Voolumme 662 NNumbb
31、er 4 AApriil 119855:3055经典文献, 从从反应物物配比角角度讲解解Le Chaatellierr原理理，比文文献11容易易理解。通通过文献献讲解，详详细进行行整个数数学推导导过程。该该文献有有一定深深度，是是一篇好好文章。详见平衡理论32-36页、理论化学72-77页。(0-8)(0-9)(0-10)(0-11)当时有(0-12)(0-13)(0-14)(0-15)式（3-885）说说明欲使使达到极极大，反反应物和和产物之之间的初初始摩尔尔数之间间没有比比例关系系的要求求。式（3-85）和（3-84）要求反应物和除产物p外的所有产物的初始摩尔数配比应该分别等于反应方程式中
32、计量系数之比。由式（3-82）还还可以得得到(0-16)(0-17)式 (3-86） (33-877），可可以得到到使 x 达到极极值的条条件式（3-77）或式（3-75）但式（3-77）和和（3-75）的的配比值值已不同同于式（3-86）和（3-87）的配比值。第五节 溶溶解度随随温度变变化与新新Le Chaatellierr annd BBrauun原理理精讲文献8 GGeorrge M. Boddnerr, Onn thhe MMisuuse of Le Chaatellierrs Priinciiplee forr thhe PPreddicttionn off thhe TTempp
33、eraaturre Deppenddencce oof tthe Sollubiilitty oof SSaltts, JOUURNAAL OOF CCHEMMICAAL EEDUCCATIION, Voolumme 557, Nummberr 2, Feebruuaryy 19980:11779 RR. FFernnanddez-Priini，Le Chaatellierrs Priinciiplee annd tthe Preedicctioon oof tthe Efffectt of Temmperratuure on sollubiilittiess, JOOURNNAL OF CH
34、EEMICCAL EDUUCATTIONN, Voolumme 559, Nuumbeer 77 Juuly 19882:55010 L. K. Briice, Lee Chhateelieerss Prrincciplle: Thee Efffecct oof TTempperaaturre oon thee Soolubbiliity of Sollidss inn Liiquiids, JOOURNNAL OF CHEEMICCAL EDUUCATTIONN, Voolumme 660 NNumbber 5 MMay 19883:3877详细分析了了应用LLe CChatteliier原
35、原理分析析溶解度度随温度度变化时时出现的的问题。详详见平平衡理论论811-911页、理理论化学学1332-1144页页。和平衡常数数K之间间的关系系为(0-18)若熵变和温温度无关关，由式式（7-5）和和（7-6）可可得(0-19)(0-20)(0-21)一般而言，无无论是否否与温度度有关，有有(0-22)由式（7-6）和和（7-10）也也可以得得到式（7-8）。 一种种纯溶质质（气态态或固态态）和气气体饱和溶溶液成平平衡的溶溶解平衡衡(0-23)对溶质的平平衡活度度a2微分，有有(0-24)c2为溶液液中溶质质的浓度度。纯溶溶质标准准焓为时时（无限限稀释）溶溶液中溶溶质的偏偏摩尔焓焓值为。无
36、无限稀释释时的微微分溶解解热是溶溶液的标标准生成成热(0-25)根据式（77-8）和和（7-12），有有 (0-26)在c2恒定定条件下下，浓度度从c22变为活活度a22，有(0-27)其中g2为溶溶质在cc2时的活活度系数数。将式式（7-15）代代入式（77-144），有有 (0-28)因为g2 0, 即随随着c22的增加加，a22增加，有有。为饱和和溶液中中的偏摩摩尔焓。饱饱和浓度度处的微微分熔解解热的正正负号决决定的符符号。第六节 一一些热力力学概念念的更深深入讨论论精讲文献11 J. N. Speenceer, DG aand G/x, JOOURNNAL OF CHEEMICCAL
37、EDUUCATTIONN, Voolumme 551, Nummberr 9, Seepteembeer 119744:577712 H. R. Kemmp, Thee Efffecct oof TTempperaaturre aand Preessuure on Equuiliibriia: A DDeriivattionn off thhe vvant HHofff Ruuless, JOOURNNAL OF CHEEMICCAL EDUUCATTIONN, Voolumme 664 NNumbber 6 JJunee 19987 482213 Zheellgg Xianmiin, The
38、e Frree Eneergyy Prrediictiion of Reaactiion Dirrecttionn andd thhe PPrinncipple of Le Chaatellierr, JOOURNNAL OF CHEEMICCAL EDUUCATTIONN, Voolumme 666 NNumbber 5 MMay 19889:4011热力学概念念的深入入讨论。详见平平衡理论论922-1225页、理理论化学学1445-1190页页。和的含义不不同。 对于一一个广义义的化学学反应 (0-29) 若表示示物质AA的初始始摩尔数数，x 表表示化学学反应进进度，则则反应过过程中任任意
39、一时时刻物质质A的摩尔尔数是。恒恒温恒压压下有 (0-30)G是体系的的Gibbbs自自由能，是物质j的化学势，由式（8-137）得(0-31)反应过程中中任意时时刻，产产物和反反应物的的自由能能的差值值给出的值。是体系的总总Gibbbs自自由能GG随反应应进程x 变化的的即时速速率。一一般以表表示微商商而一般表示示差值，表表示终了了时刻和和初始时时刻的差差值。热力学自学学文献3 EE. KK. MMelllon，An Apppareent Conntraadicctioon iin tthe Apppliccatiion of thee Prrincciplle oof LLe CChatellierr，JOUURNAAL OOF CCHEMMICAAL EEDUCCATIION, Voolumme 556. Nummberr 6. Juune 19779:3804 HHuanng XXijuun aand Yann Xiiupiing