物理化学楚雄师范学院.docx

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物理化学楚雄师范学院

楚雄师范学院化学与生命科学院

化学专业《物理化学》教学大纲

一、课程基本信息

课程代码：

032105112

课程中文名称：

物理化学

课程英文名称：

PhysicalChemistry

课程性质：

专业必修课

使用专业：

化学专业

开课学期：

5学期

总学时：

108学时

总学分：

3学分

预修课程：

无机化学、有机化学、分析化学、高等数学、大学物理

课程简介：

《物理化学》是四年制师范院校化学专业的必修课程，它是从物理现象和化学现象的联系入手，运用物理学的基本原理和方法研究化学现象和化学过程的一门学科。

本课程分为两个学期，在第五、六学期课；每学期54课时，共108课时。

第五学期学习化学热力学，包括六章内容：

第一章气体；第二章热力学第一定律；第三章热力学第二定律；第四章多组分系统热力学及其在溶液中的应用；第五章相平衡；第六章化学平衡；。

第六学期学习电化学；化学动力学；表面物理化学和胶体化学；教材中包括六章内容：

第七章电解质溶液；第八章可逆电池的电动势及其应用；第九章电解与极化作用；第十章化学动力学基础

（一）；第十一章表面物理化学；第十二章胶体分散系统和大分子溶液。

教材建议：

选用傅献彩等编《物理化学》教材（第五版）为教材。

参考书：

印永嘉，李大珍合编《物理化学简明教程》（第四版）作教学参考书。

二、课程性质、目的及总体教学要求

课程的基本特性：

《物理化学》是化学专业一门重要的必修专业基础课程。

课程的教学目的：

通过本课程的学习，学会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、量子力学方法和统计热力学方法等）及其中包括的一般科学方法，使学生具备和掌握针对问题建立假设和模型上升到理论，并结合具体问题分析、解决的能力。

为化学、化工类等专业的后续课程学习和进一步掌握新的科技成果打下必要的基础。

课程的总体教学要求：

1．理解热力学的基本原理和热力学研究的方法特点，并运用热力学原理处理相平衡和化学平衡中较基本的问题。

2．理解化学反应动力学的意义，初步掌握动力学的基本内容。

了解影响反应进度的各种因素和反应速度理论的大意；了解催化作用的特性。

3．理解电化学中电能与化学能之间的相互转化及转化过程中的规律，掌握可逆电池的热力学基本内容和不可逆电极过程的一些情况。

4．了解表面化学现象和胶体分散体系的基本特性。

了解纳米粒子及纳米材料的应用。

5．在教学中应贯穿该学科的新成就、新动向。

根据教学目的和要求，教学实际情况及学生的接受能力确定教学内容。

三、教学内容的安排

本课程总学时为108学，其中讲授96学时，习题8学时，机动3学时。

具体分配如下。

章节内容讲授学时习题及讨论学时

绪论1

第一章气体2

第二章热力学第一定律122

第三章热力学第二定律102

第四章多组分系统热力学在溶液中的应用4

第五章相平衡1

第六章化学平衡6

第七章电解质溶液6

第八章可逆电池的电动势及其应用82

第九章电解与极化作用6

第十章化学动力学基础102

第十一章表面物理化学4

第十二章胶体分散体系和大分子溶液6

机动3

绪论

1．物理化学的目的和内容。

2．物理化学的建立与发展。

3．学习物理化学的方法

第一章气体

基本要求：

１．能熟练运用理想气体状态方程和道尔顿分压定律。

２．了解气体常数R的测定方法，熟记其数值和单位。

３．了解范德华气体状态方程及其修正项的意义，明确压缩因子图的使用方法。

教学内容：

§1.１　理想气体

（1）理想气体的微观模型；

（2）通用气体常数（R）及其应用举例；（3）道尔顿分压定律；（4）阿玛格分体积定律。

§1.2　真实气体

（1）真实气体对理想气体的偏差；

（2）范德华气体状态方程；（3）气体液化临介点。

（4）对比状态原理与对比状态方程；（5）压缩因子图

第二章热力学第一定律

基本要求：

1.掌握状态函数等热力学基本概念，理解内能和焓是状态函数，热和功只是在体系和环境有能量交换时才有意义。

熟知功与热正负号的取号惯例。

2.知道准静态过程与可逆过程的意义。

3.熟练应用热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的ΔU、ΔH、Q及W。

4.能熟练地应用生成焓、燃烧焓等数据求算常温下的反应热。

5.会应用盖斯定律和基尔霍夫定律。

教学内容：

§2.1热力学概论

（1）热力学的目的和内容；

（2）热力学方法及局限性；

§2.2热力学的一些基本概念

（1）系统与环境；

（2）状态函数与状态方程；（3）过程与途径（介绍几种典型的热力学过程）；（4）热和功。

§2.3热力学第一定律

§2.4准静态过程与可逆过程

（1）功与过程；

（2）准静态过程；（3）可逆过程。

§2.5焓

§2.6热容

（1）恒容下的热容；

（2）恒压下的热容。

§2.7热力学第一定律对理想气体的应用

（1）理想气体的热力学能和焓——Gay-Lussac—Joule实验；

（2）理想气体的Cp与Cv之差；（3）绝热过程的功和过程方程；（4）理想气体的卡诺循环。

§2.7热化学

（1）化学反应热效应—等压热效应与等容热效应；

（2）反应进度；（3）标准摩尔焓变

§2.8盖斯定律

§2.9几种热效应

（1）标准摩尔生成热；

（2）自键焓估算反应焓变；（3）标准摩尔离子生成焓；（4）标准摩尔燃烧焓。

§2.10反应热与温度的关系——基尔霍夫定律

第三章热力学第二定律

基本要求：

1．了解自发过程的共同特征，理解热力学第二定律的表述及意义。

2．了解热力学第二定律与卡诺定理的联系。

理解克劳修斯不等式的重要性。

注意在导出熵函数的过程中，公式推导的逻辑推理。

3．熟记热力学函数U、H、S、A、G的定义，了解其物理意义。

4．理解ΔG在特殊条件下的物理意义，如何利用它来判断变化的方向和平衡条件。

5．较熟练地计算一些简单过程的ΔS、ΔH、ΔG以及如何利用范霍夫等温式来判别化学变化的方向。

6．了解热力学第三定律和熵的统计意义。

教学内容：

§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

（1）可逆循环过程与不可逆过程的热温熵—熵函数；

（2）不可逆循环过程与不可逆过程的热温熵；（3）绝热过程中的熵变。

§3.5Clausius不等式与熵增加原理

Clausius不等式——热力学第二定律的数学表达式

§3.6熵变的计算

（1）等温过程中熵的变化值；

（2）非等温过程中熵的变化值（3）相变化过程中熵变计算；（4）化学反应中熵的计算；（5）T-S图及其应用。

§3.7亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能

（1）亥姆霍兹自由能；

（2）吉布斯自由能；（3）变化的方向和平衡条件。

§3.8ΔG的计算示例

（1）等温物理变化中的ΔG；

（2）化学变化中的ΔG—范哈甫等温式。

§3.9几个热力学函数之间的关系

（1）基本公式；

（2）特性函数；（3）麦克斯韦关系式及其简单应用。

§3.10热力学第三定律与规定熵值

第四章多组分系统热力学及其在溶液中的应用

基本要求：

1.掌握偏摩尔量、化学势的定义以及化学势在相平衡中的作用；

2．了解气体混合物中各组分化学势的表示法；

3.了解拉乌尔定律和享利定律的区别，理想稀溶液中任一组分的化学势表示。

4．了解稀溶液的依数性。

基本内容：

§4.1多组分系统中的组成表示法

§4.2多组分体系中物质的偏摩尔量

（1）偏摩尔量的定义及集合公式；

（2）偏摩尔量的加和公式；（3）吉布斯—杜亥姆公式。

§4.2化学势

（1）化学势的定义；

（2）化学势在相平衡中的应用；（3）化学势与温度、压力的关系。

§4.3气体混合物中各组分的化学势

（1）理想气体及其混合物的化学势；

（2）非理想气体混合物的化学势。

§4.4稀溶液中的两个经验定律

（1）Raoult定律；

（2）Henry定律；

§4.5理想液态混合物

（1）理想液态混合物的定义；

（2）理想液态混合物中任一组分的化学势；（3）理想液态混合物的通性

§4.6理想稀溶液中任一组分的化学势

§4.7稀溶液的依数性

§4.8活度与活度因子

（1）非理想液态混合物中各组分的化学势——活度的概念；

（2）非理想稀溶液。

第五章相平衡

基本要求：

1.理解相、组分数、自由度的概念。

2.了解相律的推导过程及其在相图中的应用。

3．了解杠杆规则在相图中的应用。

4．掌握单组分系统的两相平衡特点，水、二氧化碳的相图。

理解溶解度法和热分析法绘制相图原理，二组分完全互溶的双液系、部分互溶的双液系、完全不互溶的双液和简单低共熔体系的固-液体系的相图。

5．了解三组分相图。

教学内容：

§5.1引言

（1）相；

（2）组分数；（3）自由度的概念。

§5.2多相体系平衡的一般条件

§5.3相律

§5.4单组分体系的相图

（1）水的相图；

（2）CO2的相图

§5.5二组分体系的相图及其应用

（1）理想的完全互溶的双液系；

（2）杠杆规则；（3）精馏原理；（4）部分互溶的双液系；（5）完全不互溶的双液—水蒸气蒸馏；（6）简单低共熔体系的固-液体系；（7）完全互溶的固溶体；（8）部分互溶的固溶体；

*§5.6三组分体系的相图及其应用

第六章化学平衡

基本要求：

1.理解化学反应等温方程式的意义及应用。

2.理解ΔG0意义，如何由ΔG0估计反应的可能性。

3.理解Kp、Kx和Kc间的关系，并掌握其计算方法。

4.了解平衡常数与温度、压力的关系和惰性气体对平衡组成的影响，并能计算。

教学内容：

§6.1化学反应的平衡条件

§6.2化学反应的平衡常数和等温方程式

§6.3平衡常数的表示式

§6.4复相化学平衡

§6.5平衡常数的测定和平衡转化率的计算

（1）平衡常数的直接测定；

（2）平衡转化率的计算。

§6.6标准生成吉布斯自由能

（1）标准状态下反应的自由能变化值；

（2）标准摩尔生成吉布斯自由能。

§6.7温度、压力、惰性气体对化学平衡的影响

（1）温度对化学平衡的影响；

（2）压力对化学平衡的影响；（3）惰性气体对化学平衡的影响。

第七章电解质溶液

基本要求：

1．了解电导率、摩尔电导率的意义及与溶液浓度的关系。

2．了解迁移数的意义及与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系。

3．理解离子独立移动定律及电导测定的一些应用。

4．理解电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。

5．了解强电解质溶液理论，会使用德拜-休格尔的极限公式。

教学内容：

§7.1电化学的基本概念和法拉第定律

（1）原电池和电解池；

（2）法拉第定律。

§7.2离子的电迁移和迁移数

（1）离子的电迁移现象；

（2）离子迁移率和迁移数。

§7.3电导

（1）电导、电率导和摩尔电导率概念；

（2）电导的测定；（3）电导率、摩尔电导率与浓度的关系；（4）离子独立移动定律和离子的摩尔电导率；（5）电导测定的一些应用。

§7.3电解质的离子平均活度和平均活度因子

（1）电解质的离子平均活度和平均活度因子；

（2）离子强度

§7.4强电解质溶液理论简介

（1）Debye-huckcl离子互吸理论

（2）Debye-huckcl-Onsager电导理论（3）Debye-huckcl极限公式的推导（选讲）

第八章可逆电池的电动势及其应用

基本要求：

1.明确电动势与ΔG的关系。

熟悉电极电势的一套贯例。

2.理解标准电极电位表的应用。

3.能正确写出电池电极反应并能计算其电动势。

4.能根据简单的化学反应设计电池。

5.了解电动势产生的机理及电动势测定法的一些应用。

教学内容：

§8.1可逆电池和可逆电极

（1）可逆电池和不可逆电池；

（2）可逆电极的类型和电极反应。

§8.2电动势的测定

（1）对消法测电动势；

（2）标准电池

§8.3可逆电池的书写方法及电动势的取号

1）可逆电池的书写方法；

（2）可逆电池电动势的取号。

§8.4可逆电池的热力学

（1）Nernst方程；

（2）从标准电动势求反应的平衡常数；（3）从电动势及其温度系数求反应的ΔrSm和ΔrHm。

§8.5电动势产生的机理

（1）电极与电解质溶液界面间电位差的形成；

（2）接触电势、液体接界电势；（3）电动势的产生。

§8.6电极电势和电池的电动势

（1）标准电极电势—标准氢电极；

（2）电池电动势的计算；（3）关于标准电极电势的符号和电池电动势的计算方法。

§8.7电动势测定的应用

（1）电解质溶液的平均活度系数的测定；

（2）求难溶盐的活度积；（3）pH值的测定；（4）电势—pH图及其应用。

第九章电解与极化作用

基本要求：

1.了解分解电压的意义，了解产生极化作用的原因以及超电势在电解中的作用。

2.理解离子析出电位的计算方法，能由析出电位判断离子析出反应的顺序。

3.了解金属电化学腐蚀机理和防护的方法。

4.了解化学电源的类型及应用。

教学内容：

§9.1分解电压

§9.2极化作用

（1）浓差极化；

（2）电化学极化；（3）超电势的测定；（4）氢超电势。

§9.3电解时电极上的反应

（1）金属的析出与氢的超电势；

（2）金属离子的分离；（3）电解还原与氧化的应用。

§9.4金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化

（1）金属的电化学腐蚀；

（2）金属的防腐；（3）金属的钝化。

*§9.5化学电源

第十章化学动力学基础

基本要求：

1.理解反应速度表示法及基元反应、反应级数等基本概念。

2.会根据速率公式的各种特征依据实验数据确定简单反应级数的级数，并计算反应的半衰期、速率常数。

3.理解阿仑尼乌斯公式，理解温度、活化能对反应速率的影响，会依据公式计算活化能。

4．了解碰撞理论和过渡状态理论的大意。

它们是如何计算速度常数的，并能对这两个理论作出一些比较。

5．了解催化作用基本特征，催化剂基本知识。

教学内容：

§10.1化学动力学的任务和目的

§10.2化学反应的速度表示法

§10.3化学反应的速度方程式

（1）基元反应和非基元反应；

（2）反应的级数、反应分子数和反应速率常数。

§10.4具有简单级数的反应

（1）一级反应；

（2）二级反应；（3）三级反应；（4）零级反应；（5）反应级数的测定。

§10.5几种典型的复杂反应

（1）对峙反应；

（2）平行反应；（3）连串反应

§10.6温度对反应速度的影响—阿仑尼乌斯公式

§10.7活化能对反应速率的影响

（1）活化能；

（2）活化能与温度的关系；（3）活化能的求算。

§10.8链反应

§10.9拟定反应历程的一般方法

§10.10碰撞理论和过渡状态理论

§10.11催化反应动力学

（1）催化剂与催化反应；

（2）均相酸碱催化；（3）络合催化；（4）酶催化反应。

第十一章表面现象

基本要求：

1．理解表面自由能和表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系。

2．理解弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，会运用扬—拉普拉斯公式解决一些实际问题。

3．理解气固表面上的吸附现象和单分子层吸附等温式。

4．了解吉布斯吸附等温式。

5．理解表面活性剂的作用、分类。

教学内容：

§11.1表面吉布斯自由能和表面张力

（1）表面吉布斯自由能和表面张力；

（2）表面张力与温度、浓度的关系。

§11.2弯曲表面上的附加压力和蒸气压

（1）弯曲表面上的附加压力；

（2）Young—Laplace公式；（3）弯曲表面上的蒸气压—Kelvin公式。

§11.3液体界面性质

（1）液体的铺展；

（2）溶液的表面张力与浓度的关系；（3）吉布斯吸附公式；（4）分子在两相界面上的定向排列。

§11.4液-固界面现象

（1）粘附功、浸湿功和铺展系数；

（2）接触角与润湿作用

§11.5表面活性剂及其作用

（1）表面活性剂的分类；

（2）表面活性剂的结构对其效率及有效值的影响；（3）表面活性剂的HLB值；（4）表面活性剂的几种重要作用。

§11.6固体表面的吸附

（1）固体表面的特点；

（2）Langmuir、Freundlich、BET等温式简介；（3）吸附现象的本质—化学吸附和物理吸附。

§11.7气固相表面的催化作用

（1）化学吸附与催化反应；*

（2）气—固相表面催化反应

第十二章胶体分散体系和大分子溶液

基本要求：

1．了解胶体分散体系的基本特性。

2．掌握胶体分散体系在动力学性质、光学性质、电学性质方面的基本特点。

3．了解溶胶在稳定性方面的特点及电解质对溶胶的稳定性的影响，会判断电解质的聚沉能力大小。

4．了解乳化剂的作用及影响乳状液稳定性的一些因素。

5．了解大分子溶液与溶胶的异同点及聚合反应的机理。

教学内容：

§12.1胶体和胶体的基本特性

（1）分散系统的分类；

（2）胶团的结构。

§12.1溶胶的制备和净化。

（1）溶胶的制备；

（2）溶胶的净化。

§12.2溶胶的动力学性质

（1）布郎运动；

（2）扩散和渗透压力；（3）沉降和沉降平衡。

§12.3溶胶的光学性质

§12.4溶胶的电学性质

（1）电动现象；

（2）双电层和电动电势；（3）电泳、电渗。

§12.5溶胶的稳定性和聚沉作用

（1）溶胶的稳定性；

（2）影响聚沉作用的一些因素。

§12.6乳状液

（1）O/W型和W/O型乳化液；

（2）乳化剂的作用；（3）乳状液的不稳定性。

*§12.7大分子溶液概说

§12.8凝胶

（1）凝胶的基本特征和凝胶的分类；

（2）凝胶的制备；（3）凝胶的性质。

*§12.9大分子溶液简介

*§12.10纳米粒子简介

四、作业

每次课后布置作业，每次课的课后作业量约为3～5题，每周收一次作业；

提倡并鼓励同学之间对重点和难点问题进行讨论，通过讨论加深对课堂学习内容的理解和掌握。

最终独立完成作业。

五、考核方式

期末进行一次120分钟的考试，考试采用闭卷形式。

六、成绩评定

平时每次作业和课堂小练习占总成绩的10%，期中成绩占总成绩的30%，期末考试成绩占总成绩的60%。