物理化学

《物理化学》教学大纲课程编号：095105课程名称：物理化学学时/学分：104/6.5先修课程：无机化学，高等数学，普通物理适用专业：化学工程与工艺专业开课系或教研室：化学与化工系一、课程性质与任务1．课程性质：物理化学是化学工程与工艺专业的一门必修基础理论课。

该学科综合运用数学、物理等基础科学的理论和实验方法来研究化学过程（包括化学变化、相变化和pVT 变化）中的平衡规律和速率规律，为后续专业课程学习奠定基础。

2．课程任务：使学生进一步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，并培养学生分析问题、解决问题的能力。

为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。

带星号（*）的章节，可按教学的实际情况取舍或作为课外阅读材料。

二、课程教学基本要求1. 理解物理化学课程中的基本概念与基本原理，掌握其应用。

2. 掌握物理化学课程中的基本公式、适用条件及其应用。

3. 学习课程中研究问题、解决问题的一般科学方法以及四个重要分支的研究方法：热力学方法、动力学方法、量子力学方法和统计热力学方法。

4. 通过课堂讲授、多媒体教学、习题课、实验验证、考试等教学环节达到本课程的目的。

5. 为了培养学生的独立工作能力，讲授基本内容应分清主次，在注意系统性的原则下，着重讲解教材的重点与难点。

习题课也是重要的教学环节，教师必须予以重视。

6. 考核方法：闭卷；出题方式：A、B、C卷；时数：110分钟；成绩：期末考试成绩。

三、课程教学内容（一）绪论1.物理化学研究的对象、内容和方法。

2.物理化学的分支、发展和前景。

3.物理化学的任务和目的。

4.物理化学的学习方法。

（二）气体的PVT性质1. 理想气体的微观模型、状态方程及其应用2. 理想气体混合物3. 实际气体的液化及临界参数4. 真实气体状态方程5. 实际气体对应状态原理及普遍化压缩因子图重点：理想气体的状态方程及应用；运用分压、分体积作计算；道尔顿定律及阿马加定律难点：应用范德华方程，对应状态原理与压缩因子图作计算。

（三）热力学第一定律1. 基本概念：体系与环境；强度性质与容量性质；状态与状态函数；过程与途径；热力学的平衡态热容；内能U、焓H、热容C、热Q和功W的基本概念。

2. 状态函数及其全微分的性质。

3. 热力学第一定律数学表达式及本质。

4. 理想气体的内能和焓及恒压热效应与恒容热效应及相互间的关系。

5 .理想气体在等温过程、等压过程、绝热过程中△U、△H、Q、W的计算；理想气体绝热可逆过程的过程方程式。

7. 实际气体的范德华方程；焦耳—汤姆逊效应。

8. 应用标准摩尔生成焓、燃烧焓计算反应焓。

9. 赫斯定律和基尔霍夫定律。

重点：状态函数的性质和热力学第一定律，以及运用热力学第一定律对状态变化、相变化、化学反应等物理化学过程进行∆U、∆H、Q与W计算。

难点：△U、△H及Q、W的计算；基尔霍夫定律。

（四）热力学第二定律1.自发过程的共同特征——不可逆性。

2.卡诺循环及卡诺定律。

3.热力学第二定律及其本质；可逆过程热温商和熵变；熵增原理。

4. 赫姆霍兹自由能、吉布斯自由能的定义。

5.熵判据、赫姆霍兹自由能判据、吉布斯自由能判据。

6.热力学基本关系式、麦克斯韦关系式及其应用。

7. 理想气体的PVT变化过程、相变过程、化学变化过程的熵、赫姆霍兹自由能、吉布斯自由能变化的计算。

8.热力学第三定律。

重点：可逆过程热温商和熵变；熵增原理；理想气体的PVT变化过程、相变过程、化学变化过程的熵、赫姆霍兹自由能、吉布斯自由能变化的计算。

难点：理想气体的PVT变化过程、相变过程、化学变化过程的熵、赫姆霍兹自由能、吉布斯自由能变化的计算；麦克斯韦关系式及其应用。

（五）多组分系统热力学1. 多组分体系组成的表示法。

2. 偏摩尔量定义及集合公式、吉布斯—杜亥姆公式。

3. 化学势的定义及其在相平衡及化学平衡体系中的应用；化学势与温度、压力的关系。

4. 纯态及混合气体中各组分化学势的表示法及标准态的选择；实际气体逸度的定义及求算。

5. 拉乌尔定律和享利定律及其应用。

6. 理想溶液的定义及通性。

7.理想稀溶液和实际溶液中各组分的化学势及标准态和标准态的选择；活度的概念及求算。

8. 稀溶液的依数性。

重点：纯态理想气体及实际气体的化学势；拉乌尔定律与享利定律；理想稀溶液的依数性。

难点：混合气体、理想稀溶液、实际溶液中各组分的化学势表示法、标准态及标准态的选择；逸度、活度的概念及其计算。

（六）化学平衡1. 化学反应的方向和限度、平衡条件及化学反应等温方程式2. 平衡常数及其应用：理想气体反应、实际气体反应、液相反应、复相反应的平衡常数及其各种表示式；平衡常数的测定及平衡混合物组成的计算。

3. 标准摩尔生成吉布斯自由能；标准摩尔反应吉布斯自由能；摩尔反应吉布斯自由能及其求算方法。

4. 温度对标准平衡常数的影响。

5. 温度、压力、惰性组分等因素对化学平衡的影响。

6. 同时反应平衡组成的计算。

重点：化学反应等温方程式；平衡常数及其各种表示式；平衡常数的测定及平衡混合物组成的计算；温度、压力、惰性组分等因素对化学平衡的影响。

难点：平衡常数的测定及平衡混合物组成的计算。

（七）相平衡1. 相律及其应用。

2. 单组份体系的相图：水的相图。

3. 克拉贝龙方程式和克劳修斯—克拉贝龙方程式的推导与应用。

4. 二组分液—液体系相图：完全互溶双液系(p-x图、T-x图、杠杆规则、蒸馏与精馏原理) 、部分互溶双液系、不互溶双液系相图。

5. 二组分固—液体系相图：形成简单低共熔混合物、形成稳定和不稳定化合物、形成固熔体的相图及其应用。

6．三组分体系的相图及其应用。

7. 杠杆规则在相图中的应用。

重点：相律及其应用；二组分理想液态混合物的P-x图、T-x图；杠杆规则及其应用；二组分固—液体系相图。

难点：相律及其应用；二组分生成简单的低共熔混合物、生成稳定与不稳定的化合物、生成固熔体的相图及其应用。

（八）电化学1. 电解质溶液的导电机理及法拉第定律。

2. 电化学基本概念：电导、电导率、摩尔电导率、离子迁移数、离子电迁移率（离子淌度）、离子独立运动定律。

3. 电导的测定及应用：电导的测定；电离度与电离常数、难溶盐的溶解度和溶度积的求算。

4. 电解质的活度、离子活度和离子平均活度及平均活度系数的意义及计算。

5. 强电解质溶液理论：离子强度；德拜—休格尔离子互吸理论；昂萨格电导理论。

6. 可逆电池的条件。

7. 可逆电极的种类及电极反应。

8. 电动势的测定方法及其应用。

9. 电极反应、电池反应的能斯特方程。

10. 电池反应的热力学函数的计算。

11. 由化学反应来设计原电池。

12. 分解电压；极化现象与超电势；浓差极化、超电势的测定；金属的析出与氢的超电势；塔菲尔公式；金属离子的分离。

重点：电导、电导率、摩尔电导率的关系及电导测定的应用；电解质的平均活度和平均活度系数的意义及计算；可逆电池的条件；电动势的测定方法及其应用；电极反应、电池反应的能斯特方程；电池反应的热力学函数的计算；由化学反应来设计原电池；极化现象与超电势；难点：电解质的平均活度和平均活度系数的意义及计算；电动势测定的应用；由化学反应设计原电池；金属离子的分离。

*（九）量子力学基础1. 量子力学的基本假设。

2. 势箱中粒子的薛定谔方程求解。

3. 一维谐振子；二体刚性转子。

4. 类氢离子及多电子原子结构。

5. 分子轨道理论；分子光谱。

*（十）统计热力学初步1．统计热力学体系的分类；统计热力学方法的特点。

2．玻兹曼统计对定位、非定位体系的处理结果。

3．分子配分函数的概念、意义、性质和计算。

4．分子配分函数与热力学函数之间的关系。

5．利用分子配分函数来计算各种体系的热力学函数。

重点：由配分函数的分离求算简单分子的热力学函数。

难点：统计热力学方法的特点；微观状态数的计算；分子配分函数的概念、物理意义、计算及应用。

（十一）界面现象1. 表面吉布斯自由能、表面张力、表面张力与温度的关系。

2. 弯曲表面下的附加压力，杨—拉普拉斯公式、弯曲表面上的蒸汽压。

3. 液体的润湿与铺展。

4. 溶液表面层的吸附现象；吉布斯等温吸附方程式。

5. 表面活性剂的概念、种类、结构和选择及其一些重要作用 (乳化、增溶、起泡作用) 。

6. 固体表面的吸附：吸附等温线、Langmuir吸附等温式、BET公式、化学吸附与物理吸附、吸附位能曲线、化学吸附热。

7. 吸附与解吸速率方程式。

8. 气—固表面催化反应：化学吸附与催化反应；气一固表面催化反应速率。

重点：表面吉布斯自由能；表面张力；弯曲表面下的附加压力；Langmuir单分子层吸附模型和吸附等温式。

难点：表面张力；附加压力；弯曲液面的饱和蒸气压和毛细管现象；表面吸附量 的概念及Gibbs吸附公式的应用。

（十二）化学动力学基础1. 反应速率的表示法。

2. 基元反应、反应分子数、反应级数、速率常数及质量作用定律的概念。

3. 具有简单级数反应的速率方程式及其特点。

4. 反应级数和反应速率常数的测定——尝试法、图解法、微分法，改变物质数量比例法、半衰期法。

5. 三种典型复杂反应的特点及其复杂反应的近似处理方法；复杂反应的表观活化能的推算。

6. 温度对反应速率的影响--即Arrhrnnius方程及其应用。

7. 链反应的特点。

8. 由反应机理写出速率方程的表达式。

9.拟定反应历程的一般方法。

10. 反应速率理论一—过渡态理论（活化络合物理论）；碰撞理论。

11. 光化学基本概念及定律；光化学反应的特点及量子产率的计算。

12. 溶液中反应的特点和溶剂对反应的影响。

13. 催化反应的特点及常见催化反应的类型。

重点：具有简单级数反应的速率方程式及其特点；反应级数和反应速率常数的测定；三种典型复杂反应的特点及其复杂反应的近似处理方法；温度对反应速率的影响；过渡态理论；拟定反应历程的一般方法。

难点：反应级数的确定；典型复杂反应的速率方程；由反应机理写出速率方程的表达式；简单碰撞理论与过渡状态理论的物理模型；拟定反应历程的一般方法；过渡态理论。

（十三）胶体化学1. 胶体的分类、基本特性、溶胶的制备和净化。

2. 胶体的动力性质：布朗运动、扩散和渗透压。

3. 胶体的光学性质：丁铎尔效应、瑞利公式。

4. 胶体的电学性质：电泳和电渗现象、胶粒带电原因、胶团结构、双电层结构和电动电势。

5. 胶体的稳定性和聚沉作用：胶体的稳定性、影响聚沉作用的一些因素、电解质聚沉能力的规律。

6. 大分子溶液及膜平衡：大分子溶液性质及分子量测定、唐南平衡。

重点：胶体的电学性质、胶团结构；唐南平衡。

难点：双电层结构和电动电势 的概念与计算。