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《物理化学》课程教学大纲一、课程基本信息（一）课程中文名称：物理化学（二）课程英文名称：Physical Chemistry（三）课程代码：（四）课程属性及模块：专业必修课（五）授课学院：理学院（六）开课学院：理学院（七）教材及参考书目教材：《物理化学》（第五版）上册，傅献彩，沈文霞等编，高等教育出版社，2005年《物理化学》（第五版）下册，傅献彩，沈文霞等编，高等教育出版社，2006年参考书：《物理化学核心教程》（第二版），沈文霞编，科学出版社，2009年《物理化学》，万洪文，詹正坤主编，高等教育出版社，2009年《物理化学简明教程》（第四版），印永嘉等编，高等教育出版社，2009年《物理化学学习指导》，孙德坤沈文霞等编，高等教育出版社，2009年《物理化学核心教程学习指导》，沈文霞等编，科学出版社，2009年《化学热力学基础》，李大珍编，北京师范大学出版社，1982年《物理化学》，朱文涛编，清华大学出版社，1995年《物理化学教程》（修订版），姚允斌，朱志昂编，湖南科技出版社,1995年（八）课程定位及课程简介《物理化学》是化学及相关学科的理论基础。
是化学、化工、冶金、材料等专业本科生必修的专业主干基础课之一。
它是从化学现象与物理现象的联系入手，借助数学、物理学等基础科学的理论及其提供的实验手段，来探求化学变化中最具普遍性的基本规律的一门学科。
它是先行课程无机化学、分析化学、有机化学普适规律的理论归纳和定量探讨，是后续专业知识深造和科研工作的理论基础，也是连接化学与其它学科的桥梁。
（九）课程设计基本理念依据“以学生为中心”的教育教学理念，本课程的教学目的主要是：（1）使学生在已学过的一些先行课程（无机化学、有机化学、分析化学、高等数学、普通物理学）的基础上，对化学运动作理论和定量探讨。
（2）使学生能系统地掌握物理化学的基本知识和基本原理，加深对自然现象本质的认识；（3）使学生学会物理化学的科学思维方法，培养学生提出问题、研究问题的能力，培养他们获取知识并用来解决实际问题的能力。
第五章电化学电化学：研究电能学能与化学能之间相互转化规律以及转化过程中有关现象的科学。
或研究化学现象与电现象之间关系的学科。
在物理化学中，电化学占有特别重要的地位，其涉及领域极为广泛，从生产实践一直到自然科学的各个组成部分，经常牵连到电化学问题。
电化学在国民经济中起着重要的作用。
在近代，随着电化学的发展，它与其它学科相互渗透，出现了生物电化学、环境电化学等新的领域。
通过一定的装置，可将电能转化为化学能，也可将化学能转化为电能。
将电能转化为化学能的装置————电解池。
将化学能转化为电能的装置————原电池。
电极：在电化学装置中，分别进行氧化过程与还原过程的部分称为电极。
电化学装置的电极命名法：电势（位）高者称为正极，电势（位）底者称为负极；发生氧化反应的极为阳极，发生还原反应的极为阴极。
一般来说，对原电池以正负极命名；对电解池以阴阳极命名。
对应关系：(1) 电解质溶液（2）可逆电池的电动势（3）电解与极化§5-1 电解质溶的导电机理及法拉第定律电解质溶液—实现化学能与电能相互转化过程的介质（通常称作第二类导体）。
一、电导机理：第一类导体：金属（靠自由电子的定向迁移）。
第二类导体：电解质溶液或熔融的电解质。
（1）离子的定向迁移（2）电极反应例如：图7-1（电解池）左电极：2H+ +2e−→−H2↑右电极：2Cl-–2e−→−Cl2↑若为原电池，则：左电极：H2+–2e−→−2H+右电极：Cl2+2e−→−2Cl-–由以上两种情况得出：由于离子的迁移和电极反应的发生，使得电子的转移构成了回路。
二、法拉第（Farady）定律1833年，Farady在研究电解作用时，从实验归纳出一个定律——法拉第定律。
该定律不论是对电解反应还是电池反应都是适用的。
其内容是：（1）给定电极上发生化学变化的（起作用的）物质的质量与通过的电量成正比。
例如：反应 Cu2+ + 2e → Cu↓消耗两个电子,可得到一个铜原子.。
物理化学第9章可逆电池第九章可逆电池本章从化学热力学的角度讨论了电极反应的可逆行为。
主电池是一种将化学能转化为电能的装置。
双电极和电解质溶液是电池最重要的组成部分。
电极电位是本章的主要概念之一。
它是相对于标准氢电极的电位。
它是一个相对值，即电极和标准氢电极形成一个消除了液体连接电位的原电池，其电动势是给定电极的标准电极电位。
对于可逆化学电池，电极两极之间的电位差称为电池的电动势，可通过电池反应的能斯特方程计算。
由于电池电动势和热力学量之间有着密切的关系，所以本章主要讨论电动势。
一、基本内容（一）什么？rgm=－zfe式中?rgm为电池反应的摩尔吉布斯自由能变；z是电池反应的电子的物质的量；e为电池的电动势。
此式运用于等温等压的可逆过程，所以e为可逆电池的电动势。
此式表明，在可逆电池中，化学反应的化学能（?rgm）全部转变成了电能zfe。
该式将化学反应的性质与电池的性质联系起来，是电化学的基本公式之一。
若参与电池反应的所有物质均处于各自的标准态，则上式成为=－ zfe？？RGM e在哪里？它被称为电池的标准电动势。
对于指定的电池，e？这只是温度的函数。
（2）能量电池的反应式若电池反应为aa+bb＝gg+hhghrtag？ahe=e-rabzfaa？ab？此式表明，电池的电动势取决于参加反应的各物质的状态，它对如何改变电池电动势具有指导的意义，计算时首先要正确写出电池反应式。
(三)电极反应的能斯特公式如果电极反应为AA+BB+Ze-=GG+HHghrtag?ahe=e-rabzfaa?ab?一式中e和e?分别为该电极的电极电势和标准电极电势。
此式表明，一个电极的电势取决于参与电极还原的各物质的状态。
计算的关键是要正确写出电极上的还原反应。
（4） E=E正-E负，E=E正-E负？？E和E在哪里？它们分别是可逆电池的电动势和标准电动势；E阳性（E阳性）和E阴性（E阴性）分别为正极和负极的电极电势（标准电极电势）。
第八章、第九章和第十章 电化学【复习内容提纲】1、电解质溶液的导电机理是什么？（原电池和电解池装置是怎么有持续的电流的）2、什么是法拉第电解定律？公式?这定律在电化学中有何用处？3、离子迁移数的定义？计算离子迁移数的几个公式？ 知道离子迁移数的测定方法？4、电导、电导率、摩尔电导率的定义、公式、物理意义和单位？P16页例题 P18页例题5、电导率和摩尔电导率与浓度的变化关系？（一定要理解为什么） 图8.11和 图8。
126、什么是离子独立运动定律？ 会计算电解质溶液无限稀释摩尔电导率的两种方法？ P22页7、电导测定的应用。
【计算题】会计算电离度和平衡常数P26页例题 P57页 习题19 ；P58页 习题21 ；会计算难溶盐的溶度积 P28页例题 P57页 习题158、离子的平均活度，平均质量摩尔浓度，平均活度系数的计算公式 P58页 习题25离子强度的计算公式 P58页 习题249、什么是可逆电池（可逆电池具备的条件）？10、可逆电极的种类(有哪三类）,会写电极反应和电极符号11、电池表示式和电池反应的“互译" P109页 习题1 ;P109页 习题212、电动势E 及其温度系数与有关热力学量的关系 【计算题】类似于P110页 习题5 习题613、电池电动势产生的机理？（电池电动势是怎么产生的）14、标准氢电极和参比电极（甘汞电极）的构造？优缺点？15、电池的分类和各类电池电动势的两种计算方法？ P82页 例题1 例题2 例题316、电极电势及电池电动势的应用。
【计算题】 类似于P84页 求±γ P85页 求W SP K K ;;;17、什么是电极的极化和过电势？电极极化的原因？ 图10。
418、电解时电极反应。
知道阴极和阳极的放电顺序(析出顺序)的依据?例如：电解ZnCl 2水溶液，两极均用铂电极，电解反应如何？ 若均改用锌电极，结果又如何？19、金属的腐蚀和防护（简单了解）【电化学 练习】一、填空题1、Pt|Cu 2+，Cu + 电极上的反应为Cu 2+ + e -→Cu +，当有1F 的电量通过电池时，发生反应的Cu 2+ 的物质的量为 。
电池反应式
电池是一种将化学能转化为电能的设备，它由阳极、阴极和电解质三部分组成。
电解质分成质子传导和离子传导两种，质子传导一般用于碱性电池，离子传导一般用于酸性电池。
那么，电池的反应式是什么呢？
一、碱性电池反应式
碱性电池一般采用锌电极和氢氧化钾电解液，生成氢气和钾锌合金。
反应式如下：
Zn + 2KOH → K2ZnO2 + H2↑
其中，Zn表示锌电极，KOH表示氢氧化钾电解液，K2ZnO2表示钾锌合金，H2表示氢气。
二、酸性电池反应式
酸性电池一般采用铅电极、氧化铅电极、硫酸电解液，生成SO42-和PbSO4。
反应式如下：
Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
其中，Pb表示铅电极，PbO2表示氧化铅电极，H2SO4表示硫酸电解液，PbSO4表示硫酸铅。
三、锂电池反应式
锂电池采用锂金属、电解液和正极物质组成，正极材料一般为LiCoO2、LiNiO2等，其中以LiCoO2最为常见。
反应式如下：（1）负电极反应：Li → Li+ + e−
（2）正电极反应：LiCoO2 + e− + Li+ → LiCo O2−x（0 < x ≤ 1）
（3）电池整体反应：LiCoO2 + Li → LiCoO2−x
其中，Li表示锂金属，LiCoO2表示正极材料，LiCoO2-x表示电池反应产物。
总而言之，电池反应式是衡量电池性能的重要指标之一，具体的反应式会影响电池的电化学性质和应用场景。
电池的反应式也是我们研究电池的重要基础，了解电池反应式的原理和机理有助于我们更好地应用电池。
电池表示式与电池反应的“互译”（重点）
1、电池表示式→电池反应式
要点:
A 、左边发生氧化，右边发生还原反应。
B 、介质的酸碱性，所用的是哪一类电极。
C 、 书写电池和电极反应时必须遵从物量和电量平衡
D 、 在反应中溶液要注明浓度或活度、固体注明物态、 气体注明分压。
例9-2 2Pt H HCl()AgCl(s)Ag(s)()a p ││││
左氧化,负极2H H H ()22e p a ++-
−−
→+() 右还原,正极Cl 2AgCl(s)2e 2Ag(s)2Cl a ---+−−
→+() 净反应2H 2AgCl(s)()p +H Cl H 2Ag(s)22Cl a a +-+-−−
→++()()
2、电池反应式→电池表示式
<1>指定反应中有元素的氧化态发生变化。
将发生氧化反应的有关物质的电极作为负极，将发生还原反应的有关物质的电极作为正极。
关键是选择正确的可逆电极。
设计电池的一般步骤：
A.确定电极
根据反应判断有关元素氧化还原的情况将反应构成两个半电池反应，根据半电池反应选用合适的可逆电池电极。
即:Zn(s)→ Zn2+(a1)+2e- 氧化反应 负极 Zn (s) | Zn2+
Cd2+(a2)+2e-→Cd(s) 还原反应 正极 Cd2+ | Cd (s)
B.确定电解质溶液
判断电解质溶液溶液使用一种还是几种、是否需要导电的惰性电极材料及盐桥。
（本反应是两种溶液需要盐桥，不需要惰性电极材料。
）
D. 复核反应
将两个半反应相加的电池总反应，验证是否为原化学反应。
验证：2+1() Zn(s)Zn ()2e a --→+ 22() Cd ()2e Cd(s)a +-++→
净反应：Zn(s)+Cd2+(a1)→Zn2+(a2)+Cd(s)
例9-4 Pb ( s ) +HgO ( s ) →Hg ( l ) +PbO ( s )
负极 氧化 Pb(s)+ 2OH-(aOH-)→PbO(s)+H2O+2e-
正极 还原 HgO(s)+ H2O(l)+2e-→Hg(l)+ 2OH- (aOH-)
电池反应： Pb(s)+ HgO(s)→Hg(l)+ PbO(s)
电池： Pb(s) ∣ PbO(s)∣ OH- (aOH-) ∣HgO(s) ∣ Hg(l)
负极 氧化 Pb(s)+ H2O-2e- →PbO(s)+2H+ (aH+)
正极 还原 HgO(s)+ 2H+ (aH+) +2e-→Hg(l)+ H2O
电池反应： Pb(s)+ HgO(s)→Hg(l)+ PbO(s)
电池： Pb(s) ∣ PbO(s)∣ H+(aH+)∣HgO(s) ∣ Hg(l)
<2>在给定反应中各元素的氧化态无变化
例子9-5
方法一：
A.根据产物及反应物的种类确定其所用的一个电极，并写出有关半电池反应
该反应中Cl- ，AgCl(s)对应二类电极，Ag ， Cl-，AgCl ，现将产物和生成物联系起来。
即
将产物写在右边，该半电池即为
B.总反应减去前一个半反应，即得另一个半反应，并选用合适的电极
Ag Cl Ag ()Cl AgCl(s) (1)a a +-+-+−−→()
---Cl Ag(s)+Cl (a )AgCl(s)+e (2)→
（1）-（2）得：++-Ag Ag (a )+e Ag(s)→
即得：()()()()()3Ag s | AgCl s | HCl aq || AgNO aq | Ag s
方法二：
在电池反应的两边同时加上有关元素的单质，再根据元素的价态变化确定电极。
如：Ag Cl Ag ()Cl AgCl(s)a a +-+-+→()
可以考虑在等式的两边同时加上 Ag。
