物理化学课程教案

《物理化学》课程教学大纲

制定人：王琳琳 教学团队审核人：徐菁利 开课学院审核人：饶品华

课程名称：物理化学（上、下）／Physical chemistry Ⅰ，Ⅱ

课程代码：040109-040110

学时：96学分：6 讲课学时：96 上机学时0 实验学时：独立设课 考核方式：考试

先修课程：高等数学、无机化学、分析化学、有机化学

适用专业：化学工程与工艺、高分子材料与工程、环境工程、制药工程

教材：南京大学付献彩等编著“物理化学”（第五版），高等教育出版社，2005

主要参考书：

1、天津大学编著“物理化学”（第四版），高等教育出版社，1998年

2、华东理工大学胡英等编著“物理化学”（第四版），高等教育出版社，2000年

一、 本课程在课程体系中的定位

“物理化学”是化学专业的一门核心基础理论课程。通过本课程的学习，使学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法，并能用以分析和解决一些实际问题。进一步扩大知识面，打好专业基础。进一步培养学生的独立工作能力，提高自学能力；掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法，从而加深对物理化学基本理论和概念的理解，增强解决实际问题的能力。使学生既具有坚实的实验基础，又具有初步的研究能力，实现由学习知识、技能到进行科学研究的初步转变，成为化学专业高素质的专门人才。

二、 教学目标

1．使学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法，运用物理和数学的有关理论和方法研究物质的性质和变化规律。；

2．培养学生理论思维能力，能定量地描述和处理化学运动的规律与问题；

3．使学生了解物理化学一般研究方法与特有研究方法，树立正确的自然观，掌握和应用科学方法论，增强他们在工作、科学研究中分析问题与解决问题的能力。

三、 教学效果

通过本课程的学习，学生可具备：

1．系统地掌握物理化学的基本原理和方法

2. 从全局的角度，思考问题、解决问题的意识；

3．掌握和应用科学方法论，增强他们在工作、科学研究中分析问题与解决问题的能力。

摘要：近年来,新能源在世界范围内得到迅速发展。作为当代大学生，关心环境和未来是我们的责任。因此，笔者查证文献，分析了国内新能源技术发展现状、前景，希望能对关心新能源开发利用的朋友有所帮助。

英文摘要：In recent years, new energy have been developed rapidly

around the world. As a contemporary college student, being concerned about

the environment and the future is our responsibility. Therefore, I verify

documents, analyze the domestic development and prospects of the new

energy technologies, with the hope that friends who concern for new energy

development and utilization can gain some help from this text.

中文关键字：新能源 发展 现状 开发利用 可持续发展

英文关键字：new energy；development；the present situation ；development and utilization；sustainable development；

引言：能源问题已经刻不容缓,减少碳排放让世界目光聚焦新能源。虽然传统能源在国际能源消费中的比例仍然居多,但许多国家都把发展新能源作为缓解高油价压力、应对气候变暧以及实现可持续发展的重要途径和长远战略。而在我国,支持新能源发展的方针被明确写进了今年的政府工作报告,这意味着发展新能源的春天已经到来。

一 研究背景

物理化学课程的兴趣教学　

朱　捷　（徐州工程学院化学化＿Ｔ学院，江苏徐州　２２１ｌ１１）　摘　要：物理化学是化学化工专业的专业基础课，特点是概　念多且抽象，公式繁多且条件苛刻．因此，物理化学是很多学生最　畏惧的一门学科，虽然花费大量精力．但效果却很不理想。作者在　教学过程中把物理化学中的知识点和日常生活、生产及科研活动　联系起来．使学生感到物理化学是解决实际问题的工具，是一门　有用的学科，从而提高学习热情．收到良好的教学效果。　关键词：物理化学课程　兴趣教学课堂教学　课后作业　物理化学是化学化工专业的专业基础课。也是众多理工　科专业，如环境、食品、生物、制药、材料等的专业基础课。物理　化学的特点是概念多且抽象．公式繁多且条件苛刻，以天津大　学编的物理化学第五版为例．仅热力学第一、二定律两帝就有　１２０个公式，且数学推导较多。因此，很多学生往往在学习过程　中把大量时间花在背诵公式上。然而，公式的记忆是建立在对　概念理解的基础上的。如何理解物理化学里的抽象的概念．是　学生学习过程中遇到的最大的障碍。如果一味地背公式，物理　化学就变成一门枯燥乏味的课程．而且会造成生搬硬套公式　的现象，不仅浪费大量精力，而且效果不理想。　然而，物理化学作为一门基础理论课程，和日常生活、生　产及科研活动密切联系，即使是一些司空见惯的日常现象．背　后也蕴含着深刻的物理化学原理。因此，物理化学教学完全有　条件打破枯燥乏味的传统模式，把生动有趣的生活、生产、科　研中的实例带到课堂上．使学生感到物理化学是能解决实际　问题的工具，是一门有用的学科。　一、课堂教学的改进　１．教学前的引导　在开始一个概念的教学前，先引入一些能引起学生兴趣　的问题：比如人为什么会衰老（熵增原理），为什么冰川水都是　淡水（二组分固态不互溶体系相图），为什么高原上煮饭要用　高压锅（温度和饱和蒸气压的关系），夏天开冰箱门能降温吗　（热力学第二定律），什么是锄地保墒（毛细现象），等等。让学　生带着问题进入课堂学习，从而激起学生的求知欲，大大提高　学生学习的积极性和主动性。　２．教学过程中的改进　在课堂教学过程中。可以在抽象的概念讲述和公式推导　中，恰当地引人合适的比喻，以便更形象地说明抽象的概念。比　如，熵的概念是热力学中最抽象的一个概念。笔者在讲述熵的　统计学意义的时候，就曾经以这样一个脑筋急转弯说明问题：　“一个人在炒一锅豆子，豆子有两种颜色，分别是红色和绿色　当他炒完了，他就将一锅豆子泼了出去，可是两种颜色的豆子　却自动分开了，为什么？”答案是：两颗豆。学生在会心一笑的同　时理解了熵是宏观概念，是大量微观粒子集合的混乱程度。　每讲授完一个物理化学的概念，都尽量结合它在生产生　活中的应用加以解释．使学生真正有“学以致用”的感觉．从而　觉得物理化学这门课不只是“纸上谈兵”。比如讲授完卡诺循　环后，就可以结合实际讲解冷冻机的制冷原理；讲完克劳修　斯・克拉佩龙方程后，就可以介绍工业中减压蒸馏的操作。　另外，在课堂教学中，还可以选择适当的时机讲述一些有　关的学说（如热寂说）或物理学家的逸事，既能拓宽学生视野．　又能调节课堂气氛。　二、课后作业的改进　课后作业是巩固学生课堂所学知识的重要途径，对物理化　学课程来说，尤其是一个不可缺少的过程。物化教材，尤其是国　内的教材，其习题大多偏于模型化、理想化，通常是“某理想气　体Ａ……”或是“在一个刚性密闭的容器中发生如下过程……”．　等等，好像这些物理化学过程只会存在于作业题里。当然这种　理想化的模型是必需的．但如果所有的习题都是这种类型的．　则学生往往会有“算这个这有什么意义？”或者“这和我们有什　么关系”的疑惑。因此，应该尝试给学生布置多样化的练习题。　１．和生活现象结合　比如：“人们常说：不要往伤口上撒盐，而医院里却常用生理盐　水清洗伤口，这是为什么？”又如：“为什么钢针能够浮在水面上？”这　些都是生活中司空见惯的现象．每个人都有这样的生活经验，只是　学生可能从来没深入地想过其中蕴含的科学道理。通过课后习题　引导学生思考并最终得出结论，使学生的生活经验上升到理论高　度，大大调动学生的积极性，使学生感到物理化学不再是一门高高　在上的包括深奥晦涩的理论的学科，而是一个有用的工具。　２．和生产设计结合　比如，在讲完热力学第二定律之后，可以举１８８１年甘姆埃　设计“零度发动机”的例子．并提出问题：假如你是美国总统．　你会同意军队对此设计进行投资吗？又如，在讲过状态函数的　性质后，可以结合８０年代曾轰动一时的骗局的“水变油”神话．　向学生提问：如果王洪成向你推销他的专利技术．你会购买　吗？这类题目让学生处于决策者的地位，使学生意识到学好物　理化学的重要性，对学习物理化学更加有兴趣。　３．和科学实验结合　比如：“结冰的溶液解冻时，如果不等溶液完全化冻就取用，　是否合理？”又如：“某学生做实验时。希望在１２Ｏ度的条件下进行水　解反应．他将反应烧杯置于１２０度的油浴中，并加盖表面皿防止蒸　气逸出，请问该同学的做法能成功吗？”很多大学生都会在课余时　间跟随老师参加科研活动，而在科研实验过程中，细节反映了学生　对基础知识的掌握程度和应用能力。通过提出一些科学实验中常　见的和物理化学有关的问题．引导学生思考，对学生的科研活动是　一种促进，同时让学生对物理化学知识的认识更深刻，掌握更牢固。　４．和其他学科结合　比如．笔者出过这样一道题目：　请估算脂肪和葡萄糖的比燃烧焓．并解释为什么动物体　内更适合以脂肪而非碳水化合物的形式储存能量．是结合了　生物化学里糖类化学和脂质化学的有关知识　又如：以下过程中熵减小的是（）　Ａ．“焙炬成灰泪始千”　Ｂ．“灰化肥挥发化飞灰”　Ｃ．“打翻五味瓶”　Ｄ．“大河上下．顿失滔滔”　则是结合诗、词、俗语、绕口令等文学形式。虽然题的难度　并不大，却提高了学生的学习兴趣。　总之，利用理论联系实际，结合生产、生活、科研的实例进　行课堂教学及课后强化．完全可以培养学生学习物理化学的　兴趣，调动学生的学习积极性，从而增强物理化学的教学效　果，达到教学改革的目的。　参考文献：　［１］韩时琳．注重师生互动，提高教学效果［Ｊ］．中国高教研　究，２００３（４）：９０—９１．　［２］杨宏伟，郑立庆，白建峰．物理化学教学中激发学生学　习的几点尝试［Ｊ］　安阳工学院学报，２０１０（９）：１０３—１０４．　［３］Ａｔｋｉｎｓ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（８　ｄｉｔｉｏｎ）［Ｍ］．Ｏｘｆｏｒｄ　Ｕｎｉ—　ｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ．　

1 《物理化学A》教案 Physical chemistry 教案说明： 1．本教案内容参照傅献彩主编《物理化学》（高教第五版，2005）确定。 2．本教案适用于应化和化工本科各专业。 3．根据本学科发展的前沿和专业方向，介绍本学科的最新成就和发展动态。 4．除绪论外，每一部分结束后进行归纳总结，并安排2学时习题课。 5．本课程授课采用板书与多媒体课件相结合的方式进行。 2第0章 绪 论（1学时） 教学目的与要求： 了解物理化学课程的内容、任务、研究方法、特点和学习方法。 本章主要内容： 0.1 物理化学的建立与发展 0.2 物理化学课程的内容与任务 0.3 理化学课程的研究方法 0.4 理化学课程的特点和学习方法 本章重点： 1. 物理化学课程的内容与任务 2. 理化学课程的研究方法 3. 理化学课程的特点和学习方法 本章难点： 1. 物理化学课程的内容与任务 2. 理化学课程的研究方法 第1章 气 体（7学时） 教学目的与要求： 1. 了解气体分子动理论、及其有关计算； 2. 掌握对比状态和对比状态定律。 本章主要内容： 1.1气体分子动理论 1.2 实际气体 1.3 压缩因子图 本章重点： 1. 气体分子动理论的基本公式。 2. 实际气体的行为。 3. 对比状态和对比状态定律。 本章难点： 1．对比状态和对比状态定律； 2. 压缩因子图的应用。 第2章 热力学第一定律（12学时） 教学目的与要求： 1. 理解并掌握状态与状态函数、热力学平衡态、热力学能、热与功、热容、焓、可逆过程等热力学基本概念。 2. 熟练掌握热力学第一定律的叙述及数学表达式；体积功和过程热的计算；热力学第一定律对理想气体及相变过程的应用。 33. 熟练掌握标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓，Hess定律。 4. 了解用基希霍夫定律处理问题的方法。 本章主要内容： 2.1 热力学总论及热力学基本概念 2.2 热力学第一定律 2.3 等容过程热、等压过程热与焓 2.4 可逆过程和最大功 2.5 热容 2.6 热力学第一定律对理想气体及相变过程的应用 2.7 热力学第一定律对实际气体的应用 2.8 热化学 2.9 绝热反应 本章重点： 1．理解状态函数、可逆过程、焓、标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓五个基本概念； 2．热力学第一定律对理想气体及相变过程的应用。 3. 反应热的计算方法 本章难点： 1．对状态函数、焓和热力学可逆过程的理解； 2．热力学第一定律对不可逆相变过程的应用 第3章 热力学第二定律（14学时） 教学目的与要求： 1. 了解热力学第二定律的语言表述方法。 2. 理解并掌握熵函数、吉布斯函数和亥姆霍兹函数及其判据。 3. 掌握热力学第二定律的数学表达式、克劳修斯不等式、熵增原理、热力学第三定律和克拉佩龙－克劳修斯方程。 4. 掌握熵变的计算方法。 5. 了解熵的统计意义。 6. 掌握各种热力学关系式，。 本章主要内容： 3.1 自发过程的共同特征 3.2 热力学第二定律 3.3 克劳休斯不等式与熵增加原理 3.4 熵函数与熵变的计算 3.5 热力学第三定律与化学反应熵变的计算 3.6 亥姆霍兹函数及吉布斯函数 3.7 热力学函数之间的关系 3.8 吉布斯函数变的计算 4本章重点： 1．理解熵函数、吉布斯函数和亥姆霍兹函数及其判据。 2．掌握熵变、吉布斯函数变和亥姆霍兹函数变的计算方法。 3. 判断各类过程的方向和限度。 4. 掌握热力学函数之间的关系 本章难点： 1．对熵函数、吉布斯函数和亥姆霍兹函数及其判据的理解。 2．不可逆相变过程的熵变、吉布斯函数变和亥姆霍兹函数变的计算方法。 3. 熟悉热力学函数之间的关系 第4章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用（6学时） 教学目的与要求： 1. 掌握拉乌尔定律和亨利定律。 2. 掌握偏摩尔量和化学势的定义及表达式。 3. 掌握理想溶液的通性和稀溶液的依数性。 4. 掌握活度及活度系数。 5. 了解处理实际溶液问题的方法。 本章主要内容： 4.1 偏摩尔量和化学势 4.2 稀溶液中的两个经验定律 4.3 气体混合物中任一组分的化学势 4.4 理想液体混合物的性质及各组分的化学势 4.5 理想稀溶液的性质及各组分的化学势 4.6 实际溶液、活度及活度系数 4.5 溶液的扩散 本章重点： 1．掌握拉乌尔定律和亨利定律异同点。 2．掌握理想溶液的通性和稀溶液的依数性。 3. 掌握活度及活度系数。 本章难点： 1．对偏摩尔量和化学势的理解。 2．理想溶液的通性和稀溶液的依数性的推导方法。 3. 活度及活度系数的应用。 第5章 相平衡（8学时） 教学目的与要求： 1.了解相律的推导方法并掌握相律的数学表达式。 2.掌握单组分系统相图的分析方法。 53.掌握二组分凝聚系统相图的分析方法及应用。 本章主要内容： 5.1 相律 5.2 单组分系统相图 5.3 二组分凝聚系统相图 5.4二组分凝聚系统复杂相图的分析 本章重点： 1．掌握相律的数学表达式。 2. 掌握单组分系统相图的分析方法。 3. 掌握二组分凝聚系统相图的分析方法。 本章难点： 1．相律的应用 2．二组分凝聚系统复杂相图的分析方法。 第6章 化学平衡（6学时） 教学目的与要求： 1. 掌握标准平衡常数和实验平衡常数的定义与区别。 2. 掌握等温方程、标准平衡常数及有关的计算方法。 3. 掌握各种因素对平衡的影响。 4. 了解化学平衡的应用及平衡组成的计算方法。 本章主要内容： 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 6.3 标准平衡常数与温度的关系 6.4复相化学平衡 6.5 影响平衡的其它因素 6.6 同时化学平衡 本章重点： 1．掌握标准平衡常数和实验平衡常数的定义与区别。 2. 掌握等温方程、标准平衡常数及有关的计算方法。 3. 掌握各种因素对平衡的影响。 本章难点： 1．标准平衡常数和实验平衡常数的关系 2．标准平衡常数的计算方法 3. 同时平衡组成的计算 第7章 统计热力学基础（8学时） 教学目的与要求： 61. 了解统计热力学的研究方法及其基本假定。 2. 了解玻兹曼统计方法。 3. 掌握最概然分布的计算公式。 4. 掌握配分函数的定义、配分函数的分离、配分函数与热力学函数之间的关系。 本章主要内容： 7.1 统计热力学的研究方法及其基本假定 7.2 玻兹曼统计 7.3 配分函数 7.5 各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献 本章重点： 1. 玻兹曼统计方法 2. 最概然分布的计算公式 3. 配分函数的定义、配分函数的分离、配分函数与热力学函数之间的关系 本章难点： 1．玻兹曼统计和最概然分布 2. 配分函数对各热力学函数之间的贡献 第8章 电解质溶液（4学时） 教学目的与要求： 1. 掌握电化学中的基本概念和Faraday定律。 2. 了解强电解质溶液理论。 3. 掌握电解质的离子平均活度和平均活度系数的计算方法。 本章主要内容： 8.1 电化学中的基本概念和Faraday定律 8.2 离子的电迁移 8.3 电解质的离子平均活度和平均活度系数 8.4 强电解质溶液理论 本章重点： 1. 电化学中的基本概念和Faraday定律 2. 电解质的离子平均活度和平均活度系数 3. 强电解质溶液理论 本章难点： 1. 离子的电迁移 2. 强电解质溶液理论 第9章 可逆电池的电动势及其应用（6学时） 教学目的与要求： 1. 掌握可逆电极及其电极反应、可逆电池及其电池反应的表示方法。 72. 掌握可逆电池的热力学原理。 3. 了解电动势产生的机理 4. 掌握电极电势和电动势的Nernst方程。 5. 掌握电池电动势的测定及应用。 本章主要内容： 9.1 可逆电极和可逆电池 9.2 可逆电池热力学 9.3 电动势产生的机理 9.4 电极电势和电动势的Nernst方程 9.5 电池电动势测定的应用 本章重点： 1. 可逆电池热力学 2. 电池电动势测定的应用 本章难点： 1. 电池电动势测定的应用 第10章 电解与极化（4学时） 教学目的与要求： 1. 理解分解电压和极化作用。 2. 掌握电解时电极反应的基本规律。 3. 了解金属的电化学腐蚀及腐蚀与防护的方法。 本章主要内容： 10.1 分解电压 10.2 极化作用 10.3 电解时电极上的竞争反应 10.4 金属的电化学腐蚀及腐蚀与防护的方法 本章重点： 1. 极化作用 2. 电解时电极上的竞争反应 本章难点： 1. 分解电压和极化作用 2. 电解时电极上的竞争反应 第11章 化学动力学基础（8学时） 教学目的与要求： 1.了解化学反应速率的定义及测定。 2. 掌握化学反应速率方程的确定方法。 3. 掌握简单级数反应的速率方程及其动力学特点。 84. 掌握典型复杂反应的动力学特点及复合反应速率方程的近似处理方法。 5. 掌握温度对反应速率的影响。 6. 了解催化作用的通性。 本章主要内容： 11.1 化学反应速率的表示法 11.2 化学反应的速率方程 11.3 具有简单级数的反应 11.4 典型复杂反应 11.5 温度对反应速率的影响 11.6 复合反应速率方程的近似处理方法 11.7催化反应动力学 本章重点： 1. 简单级数反应的速率方程及其动力学特点 2. 化学反应速率方程的确定方法 3. 典型复杂反应的动力学特点及复合反应速率方程的近似处理方法 4. 温度对反应速率的影响 本章难点： 1. 化学反应速率方程的确定方法 2. 复合反应速率方程的近似处理方法 第12章 表面物理化学（6学时） 教学目的与要求： 1. 掌握表面张力的定义及其影响因素。 2. 掌握弯曲液面的附加压力和蒸气压。 3. 了解溶液表面的吸附。 4. 掌握润湿与铺展现象。 5. 了解表面活性剂及其作用。 6. 掌握固体表面的吸附理论及吸附现象的本质。 本章主要内容： 12.1 表面张力及表面Gibbs自由能 12.2 弯曲液面的附加压力和蒸气压 12.3 溶液表面的吸附 12.4 液-液界面的性质 12.5润湿现象 12.6表面活性剂 12.7固体表面的吸附 本章重点： 1. 对表面张力的理解 92. 弯曲液面的附加压力和蒸气压 3. 润湿现象 4. 固体表面的吸附理论及吸附现象的本质 本章难点： 1. 弯曲液面的附加压力和蒸气压 2. 固体表面的吸附理论 第13章 胶体分散系统和大分子溶液（6学时） 教学目的与要求： 1. 了解胶体的分类、胶体的通性、胶体的制备和净化。 2. 掌握胶体的动力性质、光学性质和电学性质等通性。 3. 掌握胶体的稳定性和聚沉作用。 4. 了解乳状液和凝胶的分类及其作用 本章主要内容： 13.1胶体的分类和胶体的通性 13.2胶体的制备和净化 13.3 溶胶的动力性质 13.4 溶胶的光学性质 13.5 溶胶的电学性质 13.6 稳定性和聚沉作用 13.7 乳状液 13.8 凝胶 本章重点： 1. 胶体的动力性质、光学性质和电学性质等通性 2. 胶体的稳定性和聚沉作用 本章难点： 1. 胶体的通性 2. 胶体的稳定性 课程习题课（讨论课）的要求 本课程习题的基本要求是：巩固课堂讲授的理论知识和基本概念。掌握公式的使用条件，掌握物理化学解决问题的方法。锻炼独立思考和分析问题的能力。习题课仍是大课，习题课的课时约占授课时间的四分之一到五分之一，具体情况视习题难易程度而定。 课程教材及主要参考书 《物理化学》（第五版）傅献彩等 高等教育出版社 2005 《物理化学》（第四版）天津大学 高等教育出版社 2003 《物理化学》（第五版）胡 英等 高等教育出版社 2007