物理化学课程简介及教学大纲

“物理化学”课程简介及教学大纲

课程代码：

课程名称：物理化学

课程类别：学科基础课

总学时/学分： 54 / 3 （其中含实验或实践学时：32 ）

开课学期：每学年第一学期

适用对象：生化、食品、药学类专业本科生

先修课程：高等数学、普通物理学、无机化学、分析化学和有机化学

内容简介：物理化学也称为理论化学，是化学的重要分支之一。物理化学是用数学和物理学的方法研究化学中最具有普遍性的一般规律。本课程介绍研究化学变化和相变化的平衡规律和化学反应的速率规律的宏观层次理论方法，从微观到宏观层次的研究方法和多相系统的研究方法等。包括热力学三大定律和基本方程、多组分系统热力学、相平衡、化学平衡、电化学、化学反应动力学、表面现象和胶体等。

一、课程性质、目的和任务

【课程性质】物理化学是学生在具备了必要的高等数学、普通物理、无机化学、分析化学等基础知识之后必修的理论基础课，是应用化学、化学工程、生物化学等专业的一门主干基础理论课程，同时也是后继化学专业课程的基础。

【教学目的】通过本课程的学习使学生建立一个系统、完整的物理化学基本理论和方法的框架，掌握热力学、动力学、电化学、统计热力学中的普遍规律和实验方法；在强化基础的同时，逐步培养学生的思维能力和创造能力。

【教学任务】本课程共分十章：气体、热力学第一定律、热力学第二定律、多组分系统热力学、化学平衡、相平衡、化学动力学、电化学、表面现象、胶体分散系统。本课程重点在于化学基础理论、基本知识的教学，在阐述基本原理时应着重讲清整个问题的思路、介绍问题的提出背景和形成理论的思维方法，使学生学到有关知识的同时能学到探索问题的思路和方法，培养解决问题的能力；在基础层次上选择有代表性的科学研究成果和实际，着眼于前沿涉及的新思想和新方法。

二、课程教学内容及要求

绪 论（1学时）

§ 1 物理化学的学科特点和发展史

§ 2 物理化学的研究内容和研究方法

§ 3 必要的数学知识

§ 4 物理化学的学习方法和学习要求

【基本要求】

1. 了解学生的心理特点和学科特点，探讨物理化学的学习方法，使学生确立学好物理化学的信心。

第一章 气体（由于无机化学比较详细的做了讲解，不再单独进行讲解）

第二章 热力学第一定律（8学时、其中习题课2学时）

§ 1 热力学概论：热力学的特点和局限性，热力学的基本概念。

§ 2 热和功：热和功的定义、性质、常见过程体积功的计算，可逆过程 § 3 热力学第一定律：热力学第一定律经典说法和数学表达式

§ 4 等容热 等压热及焓

§ 5 热力学第一定律在理想气体中的应用

§ 6 热容及热的计算

§ 7 化学反应的焓变

【基本要求】

1. 掌握热力学基础的概念。

2. 熟练掌握热力学第一定律，明确热和功只在体系与环境有能量交换时才有意义，熟知功和热正、负号的取号惯例。

3. 明确准静态过程与可逆过程的意义。

4. 掌握理想气体的热力学能及焓只是温度的函数，常见过程U，H，Q，W的计算。

5. 掌握等容热效应和等压热效应之间的关系，会应用赫斯定律、物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓计算化学反应热效应。

【重点】

1. 状态函数、可逆过程、内能和焓、热和功等概念，热力学第一定律。

2. 计算理想气体在等温、等压、绝热过程中的△U、△H、Q和W的计算。

3. 化学反应热△rHm的计算。

【难点】

1. 状态函数的特点。

第三章 热力学第二定律（10学时、其中习题课2学时）

§ 1 引言：自发过程的共性

§ 2 热力学第二定律的经验说法

§ 3 卡诺定理

§ 4 熵的概念：熵的概念, 第二定律的数学表达式, 熵增加原理。

§ 5 熵变的计算

§ 6 熵的统计意义和热力学第三定律

§ 7 吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能

§ 8 热力学基本关系式

【基本要求】

1. 了解自发过程的特征和热力学第二定律的经典说法。掌握热力学第二定律的数学表达式，即克劳修斯不等式。

2. 熟练掌握熵增加原理。会使用规定熵来计算化学变化的熵变。

5. 理解为什么定义亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能，它们的用处及适用条件。

6. 会熟练计算简单状态变化过程和相变化过程的△S、△F、△G，并用以判断过程方向，学会设计简单的可逆过程。

7. 掌握热力学基本方程的表达式及应用条件，了解麦克斯韦关系式。

【重点】

1. △S、△F、△G的方向性判据。

2. 常见过程中的△S、△H和△G的计算。

【难点】

1. 一些常见过程的△S计算，对熵的统计意义的理解。

第四章 多组分系统热力学（5学时）

§ 1 偏摩尔量 § 2 化学势

§ 3 气体化学势等温式

§ 3 溶液组成的表示法

§ 4 稀溶液中的两个经验定律

§ 5 理想溶液: 理想溶液的定义、通性及各组分的化学势

§ 6 稀溶液: 稀溶液的定义，各组分的化学势，稀溶液的依数性

§ 7 非理想溶液: 各组分化学势，活度、活度系数。

【基本要求】

1. 了解偏摩尔量和化学势的概念及它们之间的区别和相同点。

2. 掌握拉乌尔（Raoult）定律和亨利（Henry）定律以及它们的应用。

3. 了解标准态的概念，理解理想系统（理想溶液及理想稀溶液）中各组分化学势的表达式。

4. 熟练掌握理想溶液和理想稀溶液的气、液两相的平衡组成计算。

5. 熟练掌握稀溶液依数性的有关计算。

6. 理解逸度和活度的概念及标准态。

【重点】

1. 利用拉乌尔定律和亨利定律的简单计算。

2. 理想溶液和理想稀溶液的气、液两相的平衡组成计算。

3. 稀溶液依数性的有关计算。

第五章 化学平衡 （6学时）

§ 1 化学反应的方向和限度

§ 2 范特荷夫等温方程

§ 3 平衡常数的表示法

§ 4 平衡常数的测定和平衡转化率的计算。

§ 5 温度，压力，惰性气体对平衡常数的影响。

【基本要求】 本章是重点但不属难点章节，通过对该章节的学习，要求有下列几点:

1. 熟练掌握根据范特霍夫等温方程，由KӨ及J的相对大小判断反应方向。

2. 掌握标准生成吉布斯自由能的意义及标准反应吉布斯自由能的计算方法。

3. 理解对任何反应系统的标准平衡常数都只是温度的函数。

4. 熟悉Kp、KP、KX和KC间的关系。

5. 掌握利用标准平衡常数计算平衡转化率、平衡组成、化合物的分解压力、分解温度等。

6. 掌握各种因素对平衡的影响。

【重点】

1. 化学反应平衡常数的表达式。

2. 利用平衡常数计算平衡组成，范特霍夫公式的有关计算。

3. 温度对化学平衡的影响。

第六章 相平衡（6学时）

§ 1 相律：相、组分、组分数、自由度的概念；相律的引出和意义。

§ 2 单组分系统相图：克劳修斯-克拉贝龙方程。水的相图分析。

§ 3 双组分系统相图：完全互溶双组分系统；部分互溶双液系；完全不互溶双液系；热分析法和溶解度法绘制相图。

【基本要求】

1. 熟练掌握相平衡的基本概念，相律。

2. 理解单组分系统相图中点，线和面的含义及自由度。掌握水的相图，掌握三相点和冰点的区别。

4. 熟练掌握完全互溶双组分系统相图，了解蒸馏和精溜原理。

5. 了解部分互溶双液系相图和不互溶双液系相图和水蒸气蒸馏的原理。

6. 掌握热分析法和溶解度法绘制相图的方法。

【重点】

1. 组分数和自由度和相数的计算。

2. 完全互溶双液系相图。

3. 杠杆规则在相图中的应用。

【难点】

1. 杠杆规则在相图中的应用。

2. 相图的动态分析和绘制。

第七章 化学反应动力学（10学时、其中习题课2学时）

§ 1 基本概念

§ 2 简单级数反应：一级反应，二级反应，零级反应。

§ 3 温度对反应速率的影响：阿伦尼乌斯方程，活化能。

§ 4 复杂反应：对峙反应，连串反应，平行反应，链反应。

§ 5 反应机理：稳态近似，平衡假设，速控步。

§ 6 反应速率理论：碰撞理论，过渡态理论。

§ 7 催化反应：均相催化，多相催化，酶催化。

【基本要求】 本章是物理化学重要章节之一。

1. 掌握反应速率的表示法及基元反应、反应级数等基本概念。

2. 对于有简单级数的反应各种特征并能够由实验数据确定简单反应的级数。

3. 要掌握三个典型的复杂反应各自的特点。

4. 熟练掌握温度、活化能对反应速率的影响，阿仑尼乌斯经验式中各项的含义，会计算Ea、A、k等物理量。

5. 掌握链反应的特点，会应用稳态近似、平衡假设等近似处理的方法。

6. 了解化学反应动力学的碰撞、过渡态理论的基本内容。

7.了解催化作用的基本知识及常见的催化反应的类型。

【重点】

1. 基本概念（元反应；复杂反应；反应分子数；反应速率方程；反应级数；速率常数）。

2. 简单级数反应的速率公式（积分式），各种特征。

3. 由实验数据确定简单级数反应。

3. 阿仑尼乌斯的有关计算。温度、活化能对反应速率的影响。

4. 稳态近似，平衡假设的有关应用。

【难点】

1. 复杂反应（对峙、平行和连续反应）的处理方法。

2. 碰撞理论和过渡态理论的理解。

第八章 电化学（与无机化学内容重复较多，不作讲解）

第九章 界面现象（4学时）

§ 1 表面自由能和表面张力

§ 2 弯曲表面的表面现象：附加压力，毛细管现象，开尔文公式

§ 3 溶液的表面吸附：溶液表面层的吸附现象，吉布斯等温吸附方程，表面活性物质的基本性质及分类。

§ 4 表面活性剂及其作用