物理化学教程课程设计

《物理化学》课程标准

课程编号：

课程名称：物理化学

适用专业：精细化工 应用化工 煤化工 生物化工 食品工程

教学模式：“教、学、做”一体化教学

计划学时：66

第一部分 前言

一、课程的性质

《物理化学》是化工、食品类各专业的一门重要的基础理论课程，它运用数学、物理学等基础科学的理论和实验方法，研究化学变化包括相变化和pVT 变化中的平衡规律和速率规律，为后面的专业课程和实践课提供更直接的理论基础。它也是培养应用型技术人才的整体知识结构及能力结构的重要组成部分。

先修课：《无机化学》、《分析化学》、《高等数学》等

后续课： 《化工原理》、《化工工艺学》、《反应工程》、《化工生产技术》、《化工工艺设计》等

二、课程的基本理念

1.遵循以服务为宗旨、以就业为导向、以能力为本位的职业教育原则。在理论与实践教学中紧密围绕培养应用型技术人才的基本职业能力进行设计。

2.注重培养学生将理论知识与实践结合，进行分析问题、解决问题的能力。

3.把创新素质的培养贯穿于教学中。采用行之有效的教学方法，注意发展学生专业思维和专业应用能力。

三、课程的设计思路

《物理化学》课程以“突出职业能力培养”为教育理念，内容以：必须、够用为原则，教学中要力求以经典理论为主线，以掌握概念、强化应用为重点，以培养能力、提高素质为中心，体现理论与实践内容一体化的教学模式，实现内容的项目化、模块化。

一、课程目标

教学目标和总体要求

1．通过本课程的学习，使学生明确物理化学的重要概念及基本原理，牢固地掌握物理化学基础理论知识，掌握物理化学的基本计算方法。为后续课程的学习打下良好基础。

2．通过本课程的学习，使学生增强分析和解决化学问题的能力。特别是使学生进一步具备根据具体条件应用理论解决实际问题的职业能力。

3．通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人效、沟通及合作等方面的态度和能力。

1 化学教学设计

化学新课程主张实施观念教学，促使学生形成从化学的视角认识事物和解决问题的思想、观点和方法，即植根于学生头脑中的化学基本观念。毕华林教授有一个经典的比喻：没有观念统领的知识教学是把“种子”磨成“面粉”的教学，每一个知识上都镌刻着观念。也就是说我们要交给学生的是当学生把所学化学知识都忘掉之后所剩下的化学观念性的东西。化学基本观念主要包括元素观、微粒观、变化观、守恒观、动态平衡观、分类观、实验观、计量观、化学价值观、结构决定性质，性质决定用途等观念。

在化学课堂教学中，如何挖掘具体知识所蕴含的观念？如何帮助学生建立这些观念呢？针对这些问题，我以“元素”的教学设计为例和大家一起探讨。

一、课题分析与学情分析

1.课题分析

《元素》内容是义务教育教科书九年级化学（人教版）第三单元课题3的内容。该内容安排在了物质构成微粒的学习之后，化学方程式的学习之前，它是化学世界中独特的化学语言表达方式的开始，有承上启下的关键作用。是分子原子知识的延伸，也为后续化学式书写、离子符号书写和化学方程式的学习做铺垫。本节课内容是化学味很浓但很抽象的概念性的教学，包括元素、元素符号和元素周期表简介三部分内容。

同时本课题也是是元素观构建的起点教学，是元素观体现较为集中的一个课题，上好本课题对构建元素观起着至关重要的作用。在教学中还可以借助物质由分子、原子、离子等构成渗透微粒观；借助化学变化中原子、元素种类不变渗透 2 守恒观；借助元素分类、元素周期表的内在规律渗透分类观；借助徐寿创造元素符号中文名称来培养学生的民族自尊心、自信心、自豪感和热爱祖国的情感；借助从海水中提取化学元素来体会学习化学的价值观。

2.学情分析

在学习本课之前，学生已经学习了分子、原子，知道分子、原子可以直接构成物质，分子由原子构成，一个氧分子是由两个氧原子构成的，并初步了解了原子的内部结构和原子结构示意图。虽然学生在生活中也经常听说“中国元素、时装元素、车元素”等，但是对“元素”这个抽象的化学概念的建构和理解仍然存在一定的困难。学生已经具备了一定的知识经验，比如26个英文字母组成无数的单词，这26个英文字母就是构成单词的要素，这些要素就类似化学上的元素。教学时，可以从身边的事物出发进行类比，降低学生接受的难度。

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

物理化学

Physical Chemistry

一、课程基本情况

课程类别：学科基础课

课程学分：3学分

课程总学时：48 学时，其中讲课：48 学时

课程性质：必修

开课学期：第3学期

先修课程：高等数学、大学物理、材料化学

适用专业：应用化学，材料物理等

教 材：沈文霞编，《物理化学核心教程》，科学出版社， 2009年。

开课单位：物理与光电工程学院材料物理系

二、课程性质、教学目标和任务

本课程是适用于应用化学，材料物理等相关专业的学科基础课，本课程主要解决化学反应的方向和限度、化学反应的速率和机理等方面的问题，着重研究学科内更具普遍性的、更本质的化学运动内在规律，研究化学中的物质运动基本规律。通过本课程的学习，要求学生了解和理解物理化学中重要的基本概念和基本知识，掌握各基本原理、定律、规则，并能进行计算和综合运用，解决一些实际问题，使学生在今后的实际工作中能有意识的运用化学观点去思考、认识和解决问题。该课程的任务是激发学生学习化学的兴趣，将化学知识体系和思维方法传授给学生，培养学生分析和解决一般化学问题的能力，提高学生的化学素质，从而为后继课程以及今后从事生产和科研打下一定的化学基础。

三、教学内容和要求

第1章 绪论（1学时）

（1）明确为什么要学习物理化学，了解物理化学课程内容；

（2）掌握物理化学研究与学习的方法；

（3）掌握物理量的表示与运算。

重点：物理量的表示

难点：物理量的表示与运算

第2章 气体 （2学时）

（1）了解低压气体的经验定律、真实气体的状态方程；

（2）理解液体的饱和蒸汽压和临界状态；

（3）理解道尔顿分压定律和阿马格分体积定律 （4）掌握理想气体的状态方程、混合物组成表示法；

重点：混合物组成表示法；

难点：液体的饱和蒸汽压和临界状态；道尔顿分压定律和阿马格分体积定律；

第3章 热力学第一定律 （7学时）

3.1 热力学概论 （0.5学时）

（1）了解热力学的研究对象；热力学的研究方法和