物理化学工科教学大纲

物理化学工科教学大纲

一、  课程信息

二、课程内容

1、      课程教学目标

物理化学课程主要包括化学热力学、化学动力学、相平衡、电化学、表面现象、胶体化学、量子力学基础和统计热力学。对物理化学B的教学，量子力学基础和统计热力学可不做要求；其它内容根据不同专业的学生，可以在教学内容上适当调整和选讲。

本课程的教学目标是在学生已学过一些先行课的基础上，从化学现象和物理现象相关联的角度去寻找化学变化的规律，运用物理的理论和实验方法来研究化学变化的一般理论问题，使学生熟练掌握物理化学基本原理和基本概念，领会物理化学解决实际问题的科学方法，努力学会运用所学理论分析和解决实际问题。为后续课程的学习打下必要的基础。

在有关的计算和表述中，应注意采用标准单位制（SI制）。在物理化学实验的相关内容中，要求掌握常用的物理化学实验方法和测试技术。

2、      教学内容基本要求

第一章气体的PVT关系

（1）    掌握理想气体的状态方程及有关计算，理解理想气体模型；

（2）    了解理想气体混合物，分压定律和分体积定律及适用范围；

（3）    理解液体的饱和蒸汽压，理解真实气体P-V_m图各线、点、段的意义；

（4）    了解超临界流体的性质和应用；

（5）    理解真实气体范德华方程，了解维里方程和其它方程；

（6）    理解对应状态原理和普遍化压缩因子图；

第二章热力学第一定律

（1）    理解系统、环境、状态、状态函数等一些热力学的基本概念，着重掌握平衡态和状态函数的特点；

（2）    理解功和热是能量的两种交换方式，掌握体积功的计算定义式，掌握热力学第一定律及其数学表达式；

（3）    理解恒容热、恒压热、热容等基本概念，掌握焓的定义式和Q_p=DH, Q_V = DU两式的使用条件；

（4）    掌握在物质单纯pVT变化、相变化、化学变化过程中计算热和功，以及利用状态函数法计算热力学能和焓等状态函数值的变化。

（5）    理解实际气体Joule-Thomson效应；

（6）    确切掌握可逆过程和不可逆过程的概念与意义，掌握理想气体绝热可逆过程方程式，掌握理想气体体积功的计算；

（7）    掌握相变焓，标准摩尔反应焓和标准摩尔燃烧焓的定义并能进行相关的计算，会运用基尔霍夫公式，理解恒压反应热和恒容反应热的关系；

（8）    理解节流膨胀的热力学特征以及焦耳-汤姆逊系数的意义；

第三章热力学第二定律

（1）    了解卡诺循环、卡诺热机效率以及卡诺定律；

（2）    理解自发过程的共同特征，理解热力学第二定律的两种说法；

（3）    理解墒变的物理意义，掌握克劳休斯不等式，掌握墒判据及其应用条件；

（4）    掌握单纯pVT变化和相变化过程中的墒变计算；

（5）    了解热力学第三定律，理解规定墒和标准墒的定义，掌握化学反应中熵变的计算；

（6）    掌握吉布斯函数和亥姆霍兹函数的定义和有关计算，掌握吉布斯函数判踞和亥姆霍兹函数判据的使用条件；

（7）    掌握热力学函数间的关系、热力学基本方程和由热力学基本方程计算纯物质的DG和DA；

（8）    掌握克拉佩龙方程和克劳休斯－克拉佩龙方程；

（9）    掌握吉布斯－亥姆霍兹方程，理解麦克斯韦关系式的推导及其应用条件；

第四章多组分系统热力学

（1）    理解偏摩尔量与化学势的概念；

（2）    掌握理想气体、非理想气体的化学势；

（3）    掌握稀溶液中的两个经验定律－Henry定律和Raoult定律及其适用条件，并熟悉其应用；

（4）    理解理想液态混合物及理想稀溶液中各组分化学势的表示式，了解真实气体化学势定义，理解标准态的选择；

（5）    理解稀溶液的依数性，会进行相关的简单计算；

（6）    理解逸度和逸度因子、活度和活度因子的概念。

第五章化学平衡

（1）    了解化学平衡的条件，了解化学反应等温方程的推导；

（2）    掌握化学反应等温方程的意义及其应用，明确标准平衡常数的K^q的定义，掌握平衡常数和平衡组成的计算，了解其它平衡常数；

（3）    理解温度对标准平衡常数的影响，会使用范特霍夫方程进行相关的计算；

（4）    了解压力、惰性气体、反应物的摩尔比对平衡移动的影响及其计算方法；

第六章相平衡

（1）    掌握相、组分数和自由度的概念，理解相律的推导、物理意义与用途；

（2）    掌握杠杆规则及其应用；

（3）    掌握单组分系统及二组分系统各典型相图的特点和应用，能熟练运用相律分析相图；

（4）    了解相图绘制的常用的几种方法，掌握热分析法通过步冷曲线绘制相图的方法；

第七章电化学

（1）    理解电解质溶液的导电机理，了解法拉第定律，并会进行有关计算；

（2）    掌握电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率、离子摩尔电导率的概念和它们之间的关系，能进行有关计算，掌握离子独立运动定律，了解电导测量的应用；

（3）    掌握离子强度、离子活度、离子平均活度和平均活度系数的概念，并能进行相关计算；

（4）    掌握德拜—休克尔极限公式的应用；

（5）    理解可逆电池、不可逆电池的概念；

（6）    掌握原电池电动势与热力学函数的关系及相互计算，熟练掌握能斯特方程及有关计算；

（7）    掌握电极电势的概念，掌握电极的能斯特方程的有关计算。

（8）    了解可逆电极的种类，掌握原电池的设计，并能写出电极反应和电池反应及原电池的图式；

（9）    了解各类型电极的特征和电动势测定的主要应用；

（10）了解分解电压、极化作用、电解时的电极反应以及超电势的概念。

第十章界面现象

（1）    理解表面张力和表面吉布斯函数的定义；

（2）    理解弯曲液面附加压力概念，掌握拉普拉斯方程、开尔文公式及其应用，理解亚稳状态和新相的生成；

（3）    了解化学吸附和物理吸附的主要区别，掌握朗缪尔吸附理论要点和吸附等温式；

（4）    理解杨式方程，了解润湿现象和固体在溶液中的吸附；

（5）    了解溶液表面的吸附现象，理解吉布斯吸附等温式，

（6）    了解表面活性物质的分类、基本性质和作用；

第十一章化学动力学

（1)          理解反应速率、反应速率系数、基元反应和反应分子数的概念；

（2）    掌握零级、一级、二级反应的特征，并能进行相关计算；

（3）    掌握运用微分法、尝试法和半率期法确定反应级数的方法；

（4）    掌握Arrhenius经验公式及其应用，理解活化能的概念及其与温度对反应速率的影响；

（5）    了解碰撞理论及过渡态理论的基本思想、观点及有关概念；

（6）    掌握典型复合反应速率方程的建立以及复杂反应速率方程的近似处理方法－速控步骤法、稳态近似法和平衡近似法；

（7）    了解链反应，溶液中的反应，光化学的特征，理解催化作用的通性，了解多相催化反应。

第十二章胶体化学

（1）    掌握胶体系统的定义和种类，了解胶体系统的制备，掌握溶胶的净化；

（2）    了解胶体系统的光学性质，动力学性质和电动现象，理解扩散双电层理论，能写出胶团结构的表示式；

（3）    了解DLVO理论，理解电解质和高分子溶液对胶体的稳定作用；

（4）    了解高分子溶液的性质，理解唐南平衡，掌握渗透压法测定高分子摩尔质量的方法。

3、      实践（含实验、上机等）环节要求

通过化学实验，对基础物理化学课程的知识重点进一步强化，提高学生对物理化学知识的实际应用能力和科研能力。

4、      能力培养要求

（1）分析能力的培养  培养学生运用物理化学的基本原理解释化学中遇到的具体问题的能力。

（2）自学能力的培养  通过本课程的学习，培养学生对科学问题的归纳和演绎的能力，逻辑推理能力，并能够在本课程的基础上阅读相关参考文献资料。

（3）表达能力的培养  主要通过作业和课堂讨论，学会简明扼要的表达自己解决问题的思路和步骤的能力。

（4）自主创新能力的培养  通过教学各个环节以及物理化学实验相结合，培养学生动手能力和科学研究能力。

三、学时分配

四、考核方式

按湖南大学物理化学考试办法执行

五、教材及参考书

(1)    《物理化学》上下册，第五版，天津大学物理化学教研室编，周亚平等修订，高等教育出版社，2009。

(2)    《基础物理化学》第二版，蔡炳新主编，科学出版社，2007。

六、授课手段

多媒体和板书相结合。