教学大纲四川大学化学学院.docx

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教学大纲四川大学化学学院

教学大纲

　　一、课程基本信息

课程名称：

物理化学（PhysicalChemistry）

课程号（代码）：

20307130,20307030,20306930,20306830,20315930,20320840,30829720，30829840

课程类别：

类级平台课（必修）

学时学分：

理科类：

102学时，6学分，工科类：

72学时，4学分；

医药类：

药学68学时，4学分；医检、卫检：

51学时，3学分。

前修课程：

无机化学、分析化学、有机化学、大学物理、大学数学等

开课时间：

大学二、三年级

课程教材：

理科：

《物理化学》（上、下册）,袁永明,何玉萼,薛英，胡常伟编，四川大学出版社，1998年

工科：

《物理化学教程》，周鲁主编，科学出版社，2002年

医药类：

《物理化学》（第5版），侯新朴，詹先成等编，人民卫生出版社，2003年

开课单位：

四川大学物理化学教研室

任课教师：

周鲁（教授）、薛英（教授）、卫永祉（教授）、何玉萼（教授）、李象远（教授）、龚茂初（教授）、高翔（副教授）、杨华清（副教授）、翟淑华（讲师）、谈宁馨（讲师）、童冬梅（讲师）、林涛（讲师）、唐星烁（讲师）、胡安明（讲师）、张文华（讲师）、周歌（讲师）。

适用专业：

四川大学化学学院、生命学院、化学工程学院、高分子材料与工程学院、材料科学与工程学院、轻纺与食品学院、建筑与环境学院、制造科学与工程学院、药学院、临床医学院、公共卫生学院等11个学院化学、应用化学、材料化学、生命科学、生物技术、化学工程、化学工艺、化学冶金、生物化工、药学、医检、卫检、安全工程、皮革、食品、纺织、塑料、铸造、无机材料、高分子材料、金属材料、环境科学、环境工程、给排水工程、生物医学工程、制药工程等27个专业本科生。

二、课程的内容和任务

物理化学是化学科学的一个重要分支学科。

它借助于数学、物理学等基础科学的理论及实验方法，从物质的物理现象和化学现象的联系入手,研究化学反应的平衡规律和速率规律，以及这些规律在科研、生产、生活实践中的应用。

物理化学研究化学反应遵循的基本原理，是整个化学科学的理论基础。

学生通过该课程的学习，不仅可以掌握有关化学反应的方向和限度，化学反应的能量改变，化学反应的平衡组成，化学反应的机理和速率，多相平衡体系及界面特征等方面的知识。

同时它对于学生科研综合素质的培养，实验动手能力和创新能力的提高,起着至关重要的作用。

该课程将为各专业学生后继专业课的提高学习提供重要的理论基础，也为他们今后从事新材料、新药物的合成，新能源、新产品的开发，新的工艺过程设计等起重要指导作用。

三、课程的目的

物理化学课程以提高学生知识水平和创新素质为目标，确定了基础与发展，理论与应用，知识传授与能力培养并重的教学原则。

在遵循教学规律和科学发展规律的基础上，教学中将在传授基础知识的同时，通过引入学科发展的新内容，介绍科学创新思维方法和科学研究方法，使学生在初步掌握物理化学基本理论的同时，能主动学习，使自觉接受新信息,新思路的科学素养以及逻辑思维能力、表达能力、计算能力以及分析和解决实际问题能力均得到提高。

四、课程教学网站

物理化学课程教学音像资料，课程辅导答疑请访问物理化学课程教学网站：

http:

//physchem.3322.org/

物理化学课程教学大纲（理、工、医药类相关专业）

说明：

以下为多学时大纲，各专业根据教学要求及学时数，可在此基础上作适当调整。

第一章热力学基础（14学时）

本章基本内容：

§1-1基本概念

1.系统与环境2.性质与状态3.过程与途径4.热力学平衡态5.热和功

§1-2热力学第一定律

1.热力学第一定律2.热力学第一定律的数学表达式3.内能4.焓5.理想气体的内能和焓6.理想气体的绝热过程

§1-3恒容热效应和恒压热效应

1.热容2.恒容热效应3.恒压热效应4.Cp与Cv的关系5.简单PVT变化过程热效应的计算

§1-4体积功可逆过程

1.体积功2.可逆过程3.理想气体恒温过程和绝热过程体积功的计算

§1-5热力学第二定律

1.自发过程的共同特征2.热力学第二定律3.卡诺循环4.卡诺定律及推论

§1-6熵和熵增原理

1.熵函数的导出2.克劳修斯不等式3.熵增原理4.熵判据5.简单PVT变化过程熵变的计算

§1-7亥姆霍兹函数和吉布斯函数

1.亥姆霍兹函数2.吉布斯函数

§1-8热力学函数关系

1.封闭体系的吉布斯方程2.对应系数关系3.麦克斯韦关系4.热力学关系式及应用5.ΔA和ΔG的计算

本章基本要求：

正确理解系统与环境、性质与状态、过程与途径、热力学平衡态和热和功等基本概念，掌握状态函数及数学特征。

了解热力学第一定律的表述，熟练掌握封闭体系热力学第一定律的数学表达式。

准确理解内能和焓的物理意义。

理解理想气体的内能和焓的特征，熟练掌握理想气体简单状态变化过程热效应和体积功的计算。

准确理解可逆过程和自发过程的概念及意义，了解卡诺循环和卡诺定理以及在第二定律建立过程中的作用，准确理解热力学第二定律的两种表述。

了解熵函数的导出方法，理解熵变的定义，掌握克劳修斯不等式及熵增原理和熵判据，熟练掌握理想气体简单PVT变化过程熵变的计算方法。

了解亥姆霍兹函数和吉布斯函数的定义，作为过程自发进行方向和限度判据的条件及ΔA和ΔG的计算方法。

正确理解吉布斯方程的使用条件，熟悉麦克斯韦关系及重要的热力学关系式，掌握用可测量代换不可测量的处理方法。

重点：

基本概念、克劳修斯不等式及熵增原理和熵判据，亥姆霍兹函数和吉布斯函数判据，简单pVT变化过程的热效应和体积功以及ΔU、ΔH、ΔS、ΔA和ΔG的计算方法。

难点：

状态函数及数学特征、可逆过程和自发过程、熵函数的导出、熵判据的条件及结论，亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据的应用条件及结论、热力学关系式的推导及应用。

第二章多组分系统热力学（10学时）

本章基本内容：

§2-1偏摩尔量与化学势

1.偏摩尔量2.偏摩尔量的集合公式及吉布斯—杜亥姆方程3.化学势4.化学势与T、P的关系

§2-2多组分系统组成的表示

1.物质B的物质的量分数2.物质B的质量分数3.物质B的物质的量浓度4.物质B的质量摩尔浓度

§2-3实际气体

1.实际气体的状态方程2.压缩因子3.气体的液化，临界状态4.对比态定律5.压缩因子图及应用

§2-4理想气体和非理想气体的化学势

1.理想气体的化学势和标准态的规定2.非理想气体的化学势和标准态的规定

3.逸度，逸度系数及求算

§2-5拉乌尔定律和亨利定律

1.拉乌尔定律2.亨利定律

§2-6理想溶液与理想稀溶液的化学势

1.理想溶液中各组分的化学势及标准态规定2.理想溶液的混合热力学性质3.理想稀溶液中各组分的化学势及标准态规定4.稀溶液依数性公式的导出及应用

§2-7非理想溶液和非理想稀溶液的化学势

1.非理想溶液中各组分的化学势及标准态规定2.活度与活度系数3.非理想稀溶液中各组分的化学势及标准态规定4.非理想溶液的混合热力学性质

本章基本要求：

了解偏摩尔量与化学势的定义及物理意义，理解广义化学势及影响化学势的因素，了解利用化学势处理平衡问题的一般步骤，热力学关系式在多组分体系中的扩展。

了解多组分系统组成的表示方法（量分数、物质B的质量分数、物质B的物质的量浓度、物质B的质量摩尔浓度）。

掌握理想气体的化学势的表示方法和标准态的规定，了解非理想气体的化学势的表达式及标准态规定，了解逸度的求算方法。

准确掌握拉乌尔定律和亨利定律的表述，熟练掌握有关计算；

了解理想稀溶液中各组分的化学势的表示及标准态规定，了解稀溶液的依数性公式的导出，熟练掌握其相关计算。

准确掌握理想溶液的定义、各组分化学势的表示式及标准态规定，掌握理想溶液的混合热力学性质。

了解非理想溶液的定义及非理想稀溶液中各组分的化学势及标准态规定，了解非理想溶液的混合热力学性质，了解活度和活度的求算方法。

重点：

多组分系统组成的表示方法及相互换算，化学势及及有关热力学关系式，化学势与T、P的关系，理想气体化学势的表示式，拉乌尔定律和亨利定律，理想溶液中各组分化学势的表达式及标准态规定，理想溶液的混合性质，稀溶液的依数性。

难点：

化学势的概念，各种体系中各组分化学势的表示法及标准态的规定，特别是非理想气体的化学势和非理想溶液各组分化学势的表达式及标准态规定，逸度、活度的概念及计算。

第三章统计热力学（14学时）

本章基本内容：

§3-1引言

1.统计热力学的研究方法和目的、统计体系的分类2.基本概念（几率等几率定理宏观态和微观态粒子的运动形式和能级公式）3.数学准备（排列组合问题Stirling近似公式Lagrange乘因子法）

§3-2玻兹曼统计

1.玻兹曼熵定理2.近独立定位粒子体系（最可几分布玻兹曼分布定律的导出最可几分布的微观状态数与体系总微观数的关系）3.近独立非定位粒子体系（最可几分布玻兹曼分布定律的表达式）

§3-3粒子配分函数

1.粒子体系的能量分布和和微观状态数（近独立定位粒子体系近独立非定位粒子体系）2.粒子配分函数的物理意义粒子配分函数与热力学函数的关系

3.配分函数的析因子性质

§3-4配分函数的求算及对热力学函数的贡献

1.平动配分函数2.转动配分函数3.振动配分函数4.电子配分函数5.核配分函数6.粒子的全配分函数（单原子分子双原子分子多原子分子）

§3-5晶体热容理论

1.杜隆－柏特经验规则2.爱因斯坦晶体热容理论3.德拜的校正

§3-6热力学定律的统计解释

1.热力学第一定律2.热力学第二定律3.热力学第三定律残熵

本章基本要求:

了解统计热力学方法和热力学方法的异同及相互关系；

了解玻兹曼统计的适用范围及玻兹曼分布定律的导出及物理意义。

掌握粒子配分函数的物理意义和析因子性质，熟练掌握配分函数与热力学函数之间的关系，定位粒子体系与非定位粒子体系表达式的差异。

掌握各种运动形式配分函数的计算公式，掌握理想气体分子平动、转动、振动、电子和核运动配分函数的计算公式，能应用其结果计算各种运动形式对理想气体热力学函数的贡献。

了解热力学三大定律的微观解释。

重点：

各种运动形式配分函数的计算及对单原子、双原子分子理想气体热力学函数的贡献。

第四章化学反应热力学（10学时）

本章基本内容：

§4-1化学反应的焓变

1.反应进度2.摩尔反应焓与标准摩尔反应焓3.标准摩尔生成焓4.标准摩尔燃烧焓5.键焓

§4-2化学反应的熵变

1.热力学第三定律2.物质的规定熵和标准熵3.标准摩尔反应熵变

§4-3化学反应摩尔焓变和摩尔熵变与温度的关系

1.化学反应摩尔焓变与温度的关系2.化学反应摩尔熵变与温度的关系

§4-4恒容反应和绝热反应

1.恒容反应2.绝热反应3.反应最高温度

§4-5化学平衡

1.化学反应方向和平衡的化学势判据2.化学反应等温方程式

§4-6标准平衡常数

1.标准平衡常数的定义2.标准平衡常数的热力学计算3.物质B的标准摩尔生成Gibbs函数4.各类反应标准平衡常数与实验平衡常数的关系及相互换算5.平衡组成和平衡转化率的计算6.分解压力的计算

§4-7平衡常数的统计计算

1.化学反应体系的公共能量标度2.平衡常数的统计表达式3.ΔrUθm（0K）的计算

4.平衡常数的统计计算

§4-8影响化学平衡的因素

1.温度对化学平衡的影响2.压力对化学平衡的影响3.惰性气体加入对化学平衡的影响

§4-9同时平衡和反应耦合

1.同时平衡2.反应耦合

本章基本要求：

掌握化学反应反应进度的定义，掌握标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓、键焓的定义的数据获取方法，能熟练地应用标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓及键焓数据计算化学反应的标准摩尔反应焓，理解基尔霍夫公式的导出方法，掌握反应摩尔焓变与温度的关系，并能计算非等温条件下的摩尔反应焓。

准确掌握热力学第三定律的表述，理解物质的规定熵和标准熵并能熟练地用标准熵计算标准摩尔反应熵，掌握反应摩尔熵与温度的关系。

正确理解化学反应的方向和平衡的化学势判据，掌握化学反应等温方程式，掌握标准平衡常数的定义及标准平衡常数的热力学计算方法，了解各实验平衡常数的表示法及与标准平衡常数的相互换算，熟练掌握化学平衡的相关计算。

了解多相平衡及平衡常数的表示方法，理解分解压力、分解温度的定义及掌握相关的计算。

掌握影响化学平衡的各种（温度、压力、惰性气体）因素，能定性讨论影响结果并作定量计算。

了解同时平衡的处理方法，了解反应耦合在新的化学工艺路线设计中的作用。

重点：

标准摩尔反应焓、标准摩尔反应熵的计算，反应摩尔焓变、摩尔熵变与温度的关系，化学反应的等温方程式及应用，标准平衡常数的定义及标准平衡常数的热力学计算方法，化学平衡的相关计算。

难点：

标准平衡常数的定义与实验平衡常数的关系及相互换算平衡常数的统计表达及计算

第五章化学反应动力学（18学时）

本章基本内容：

§5-1化学反应的速率

1.反应速率的定义及表示法2.反应速率的实验测定3.基元反应和复杂反应4.化学反应的速率方程5.反应级数和速率常数6.基元反应的质量作用定律

§5-2简单级数反应

1.一级反应2.二级反应3.三级反应4.零级反应

§5-3典型复杂反应的速率方程

1.对峙反应2.平行反应3.连串反应

§5-4复杂反应机理的近似处理方法

1.建立复杂反应速率方程组的方法2.控制步骤法3.稳态近似法4.平衡态近似法

§5-5速率方程的确定

1.微分法2.积分法3.半衰期法4.改变初浓度法

§5-6温度对反应速率的影响

1.阿累尼乌斯公式2.指前因子和活化能3.基元反应活化能的估算4.反应最适宜温度

§5-7基元反应速率理论

1.简单碰撞理论（基本假设，碰撞截面，有效碰撞数，双分子反应的速率常数，几率因子）2.过渡态理论（基本假设，位能面，过渡态，双分子反应速率常数的统计表达式，活化热力学函数）

§5-8链反应

1.直链反应2.支链反应3.爆炸极限

§5-9溶液中的反应

1.溶剂笼效应2.扩散控制反应3.活化控制反应4.原盐效应5.溶液中的快速反应—弛豫法

§5-10光反应

1.光反应特征2.光化学基本定律3.量子效率4.光化反应动力学

5.光化学平衡

本章基本要求：

理解化学反应速率的定义，了解反应速率的实验测定，掌握基元反应和复杂反应机理差异，能由质量作用定律得出基元反应的速率方程。

熟练掌握简单级数反应速率方程的微分式和积分形式，能熟练地运用于计算反应速率常数反应的半衰期及不同时刻的转化率或浓度。

理解阿累尼乌斯公式的各种表达形式，并能熟练地进行温度对反应速率影响的相关计算，理解活化能的定义及物理意义。

了解典型复杂反应（对峙反应、平行反应、连串反应）的速率方程及动力学处理方法，了解复杂反应机理近似处理的原则，掌握稳态近似法和平衡态近似法处理复杂反应机理并导出速率方程。

掌握表观速率方程的参数确定的各种方法：

微分法、积分法、半衰期法。

了解两个速率理论的基本观点，由其结论计算双分子反应的速率常数或活化热力学函数。

了解链式反应的基本特征，能由稳态近似导出速率方程。

掌握溶液中反应的动力学处理方法。

光化学反应的一般特征，量子效率的计算方法。

溶液中快速反应的动力学处理方法。

重点：

各种简单级数反应速率方程的微分和积分形式，反应速率常数及不同时刻的转化率或浓度的有关计算，温度对反应速率的影响，活化能的实验测算，速率方程的确定，复杂反应的近似处理方法：

稳态近似法和平衡态近似法。

两个速率理论的速率常数的表达式及应用。

难点：

复杂反应的动力学处理及反应机理的近似处理方法，两个速率理论基本内容及应用。

第六章相变热力学（10学时）

本章基本内容：

§6-1相变焓和相变熵

1.相变焓2.相变焓与温度的关系3.可逆相变过程的相变熵4.不可逆相变过程的相变熵5.相变过程的自发性判据

§6-2相律

1.基本概念（组分数相数和自由度）及定义2.多相平衡的热力学条件及判据3.相律的推导

§6-3单组分系统相平衡

1.克拉佩龙方程2.克拉佩龙—克劳修斯方程3.单组分系统相图4.相图举例

§6-4二组分系统相平衡热力学方程

1.二组分系统两相平衡热力学方程2.二组分系统气液平衡热力学3.二组分系统固液平衡热力学

§6-5二组分系统的气液平衡

1.液相完全互溶体系的气液平衡相图2.液相部分互溶体系的气液平衡相图3.液相完全不互溶体系的气液平衡相图4.精馏分离原理

§6-6二组分部分互溶体系液—液平衡

1.液相部分互溶体系液—液平衡相图2.液相完全不互溶体系3.水气蒸馏

§6-7二组分系统的固液平衡相图

1.固相完全不互溶的固液平衡相图（简单低共熔型，生成化合物型）2.固相部分互溶的固液平衡相图（简单低共熔型，转熔温度型）3.固相完全互溶的固液平衡相图

本章基本要求：

正确理解相、相变、相变焓的概念，掌握相变焓的计算原则和方法；掌握可逆相变过程和不可逆相变过程的相变熵的计算方法；相变熵与温度的关系及相变过程的自发性判据

正确理解相、自由度、独立组分数的概念及定义，了解相律的推导方法，并能应用相律对相图进行分析或预测相分离特点。

了解克拉佩龙方程的导出方法，能熟练应用克拉佩龙、克拉佩龙—克劳修斯方程计算纯物质的两相平衡的T，P关系，了解单组分系统相图（以水为例）的特点。

了解二组分系统相平衡热力学方程，了解二组分系统气液平衡体系的几种类型：

理想的完全互溶双液体系和产生正、负偏差体系的气—液平衡相图特征，了解这类相图的绘制方法，能利用相图讨论分离特点，掌握杠杆规则，应用于平衡两相数量的计算。

了解二组分系统的固液平衡相图的绘制方法：

热分析法和溶解度法。

掌握固相完全不互溶、固相部分互溶、固相完全互溶体系的固液平衡相图分析及分离特点。

重点：

相变焓和相变熵的计算，相律及应用，克拉佩龙、克拉佩龙—克劳修斯方程，二组分系统的相图，杠杆规则，由相图设计蒸馏、结晶、溶液等分离提纯操作工艺。

难点：

不可逆相变过程的相变熵的计算，由实验数据绘制相图，复杂相图分析，相图应用于分离、提纯工艺路线的设计。

第七章电化学（14学时）

本章基本内容：

§7-1电解质溶液

1.电解质溶液的导电机理2.法拉弟定律

§7-2离子的电迁移

1.离子的电迁移数和迁移数2.迁移数的实验测定3.离子淌度

§7-3电解质溶液的电导

1.电导、电导率和摩尔电导率2.离子独立移动定律3.电解质和离子极限摩尔电导率4.电导测定的应用

§7-4电解质溶液的热力学性质

1.电解质溶液的活度和活度系数2.电解质离子的平均活度系数的实验测定3.电解质离子的平均活度系数与离子强度的关系4.德拜-休克尔理论（离子氛，离子氛电位，离子氛半径）5.德拜-休克尔极限公式

§7-5电化学系统

1.电化学系统2.可逆电池与可逆电极3.可逆电池热力学4.电池电动势产生的机理5.电池电动势的实验测定（对消法）

§7-6可逆电极电势

1.电极电势的定义2.电极电势符号、大小的规约，标准氢电极3.可逆电极的分类4.电池电动势的热力学计算5.电池电动势的应用

§7-7浓差电池和液体接界电势

1.化学电池与浓差电池2.液体接界电势的计算及消除

§7-8不可逆电极过程

1.分解电压2.极化作用与超电势3.超电势的测定4.电极过程动力学5.电极反应的竞争（离子的电沉积分离）

§7-9应用电化学

1.腐蚀与防护2.膜电势与离子选择电极3.化学电源4.电解电镀

本章基本要求：

了解电解质溶液的导电机理，理解法拉弟定律。

了解电解质溶液的电导、电导率、摩尔电导率的定义、相互关系、影响因素、测定方法及应用，了解离子迁移数的定义、测定方法及应用。

正确理解电解质溶液的平均活度和平均活度系数的定义，了解电解质离子的平均活度系数的实验测定方法，了解电解质离子的平均活度系数与离子强度的关系，能用德拜-休克尔公式计算稀溶液中电解质离子的平均活度系数。

了解电化学系统，掌握可逆电池的热力学特征及研究意义，了解电池电动势产生的机理及电动势的测定方法，掌握电池的图示，电极电势符号的规约，根据电池的图示写出电极反应和电池反应。

掌握由可逆电池电动势计算电池反应的热力学函数和标准平衡常数等。

熟练掌握电池电动势的热力学计算方法。

了解浓差电池、了解液体接界电势产生的原因及消除方法。

了解分解电压的概念，了解极化产生的原因和超电势的实验测定方法，了解电极过程动力学、掌握电极反应的竞争的原则。

重点：

电导、电导率、摩尔电导率，平均活度和平均活度系数，可逆电极和可逆电池，电池电动势的能斯特方程式，电池电动势的热力学计算方法及应用。

难点：

电解质离子的平均活度和平均活度系数，由已知化学反应设计电池，超电势及应用。

第八章表面化学（6学时）

本章基本内容：

§8-1表面吉布斯函数和表面张力

1.比表面自由焓和表面张力2.纯液体的表面热力学3.影响表面张力的因素

§8-2液体的表面性质

1.弯曲液面的附加压力（拉普拉斯公式）2.弯曲液面的平衡蒸汽压（开尔文公式）3.铺展与润湿4.毛细现象

§8-3亚稳态和新相的生成

1.亚稳态2.新相生成热力学3.新相生成动力学

§8-4溶液的界面吸附

1.溶液的表面张力2.吉布斯吸附等温公式3.表面活性剂结构特征4.表面活性剂应用

§8-5固体的表面吸附

1.固体的表面吸附2.朗格缪尔吸附等温式3.BET吸附等温式

§8-6气—固催化反应

1.物理吸附和化学吸附2.气—固催化反应基本步骤3.气—固催化动力学

§8-7膜化学

1.单分子膜的形成2.单分子膜状态方程3.单分子膜的应用4.LB膜

本章基本要求：

正确理解表面吉布斯函数的物理意义，理解表面张力的概念及影响表面张力的因素，了解纯液体表面热力学基本方程及应用。

了解弯曲液面的附加压力产生的原因，掌握拉普拉斯公式和弯曲液面平衡蒸汽压的计算公式，了解铺展与润湿的热力学判据及应用，了解毛细现象产生的原因。

了解新相的生成，理解亚稳态的概念和产生的原因，了解新相生成热力学和动力学。

了解溶液界面吸附的现象及产生原因，掌握吉布斯吸附等温式并应用于计算表面过剩量和吸附分子截面积。

了解表面活性剂的结构特征，表面活性剂界面吸附和形成胶束的特征。

了解固体的表面吸附现象及产生原因，了解两类吸附的异同，了解弗罗因德利希吸附等温式，了解朗缪尔等温吸附理论，掌握朗缪尔吸附等温式。

了解BET多分子层吸附理论及BET公式。