物理化学电子教案第七章

《物理化学》教学大纲《物理化学》教学大纲开课单位：化学与生物工程学院化学教研室学分：3 总学时：48H（理论教学48学时）课程类别：必修考核方式：考试基本面向：生物工程专业一、本课程的性质、目的和任务物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系人手，来探求化学变化的基本规律的一门科学。

物理化学研究化学变化、相变化及其它有关的物理变化的基本原理，是材料学院和生物工程学院一门必修的基础课。

通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握物理化学基础知识和计算方法，同时还应得到一般科学方法的进一步训练，增长提出问题、分析问题和解决问题的能力。

科学方法的训练应贯彻在课程教学的整个过程中，特别是要通过热力学和动力学的学习，使学生能学会结合具体条件应用理论解决实际问题的一般科学方法。

二、本课程的基本要求1、启发学生对本课程的认识和学习热情，介绍本课程的主要内容和学习方法。

2、理解热力学状态函数的性质和应用，理解热力学三大定律的叙述及数学表达式。

3、理解溶液和相平衡原理及应用。

4、应用热力学定律，理解化学平衡的原理及应用。

5、理解电化学的基本原理及应用。

6、理解表面现象的性质及特点。

三、本课程与其它课程的关系本课程属理论课、基础课性质，它的目的是为后继课程打好基础，化工原理》、《现代分析检测技术》、《生物化学》、《生化工程》、《生化分离工程》等将应用本课程的基础理论及知识。

四、本课程的理论教学内容绪论介绍物理化学的研究对象及主要内容，研究方法。

结合实例说明物理化学理论学习的重要性，并激发学生学习物理化学的积极性。

第一章气体熟练掌握理想气体的状态方程，了解理想气体的微观模型。

掌握道尔顿分压定律和阿马格分体积定律条件及其应用。

了解真实气体pVT行为对理想气体行为的偏差。

第二章热力学第一定律理解下列热力学基本概念：环境和系统，状态函数，途径和过程，热和功，平衡状态。

理解并掌握热力学第一的叙述及数学表达式。

明确热力学能、焓、标准生成焓、标准燃烧焓、标准反应焓、热容的定义并会应用。

物理化学电子教案第七章统计热力学基础物理化学教研室【基本概念·基本知识】1、统计热力学系统的分类：独立/非独立粒子系统、可别/不可别粒子系统2、独立粒子系统的分布、最可几分布、平衡态分布3、系统的微观状态4、粒子的配分函数5、转动特征温度，振动特征温度6、焓函数、吉布斯自由能函数7、统计熵、量热熵【基本定律与基本理论】1、等几率假设2、玻兹曼分布定律（推导和表达式的意义）3、Maxwall 速率分布的意义及与平动有关的各种统计平均值4、粒子配分函数与热力学函数的关系5、最低能级能量数值的选取对配分函数的影响6、双原子分子转动、振动、平动的能级公式7、波兹曼公式：ln S k =Ω8、热力学定律的统计解释【基本计算与基本方法】1、独立可别与不可别粒子系统Ω的计算2、用波兹曼分布定律计算简单系统的粒子分布3、单原子分子、双原子分子各种运动形式的配分函数4、单原子及双原子分子各种运动形式对热力学性质的贡献5、分别用配分函数和自由能函数计算简单理想气体反应的平衡常数第一讲：统计热力学概论·Boltzmann 统计一、统计热力学概论（一）、统计热力学的基本任务1、统计热力学的基本任务回 顾：A 、 经典热力学的任务：a ）解决某一过程的能量衡算；b ）过程的方向判断据； 基础：热力学三定律；优点：着眼与系统的状态而不依赖系统的微观结构，高度可靠； 缺点：无法描述系统的微观结构和微观运动规律B 、统计热力学的任务：用统计学的原理，从系统的微观结构和运动状态出发，揭示系统宏观性质的本质。

物质的宏观性质本质上是微观粒子不停地运动的客观反映，虽然每个粒子都遵守力学定律，但是无法用力学中的微分方程去描述整个系统的运动状态，所以必须用统计学的方法。

根据对物质结构的某些基本假定，以及实验所得的光谱数据，求得物质结构的一些基本常数，如核间距、键角、振动频率等。

利用这些数据可以计算分子配分函数，再根据配分函数求出物质的热力学性质，这就是统计热力学的基本任务。

e 上一内容f 下一内容 回主目录2返回物理化学电子教案—第七章化学化工学院物化教研室电化学e 上一内容f 下一内容回主目录2返回电化学是研究电能与化学能相互转换规律的科学1.电解－把电能转换为化学能的过程2.原电池－把化学能转换为电能的过程*化学能是指恒温恒压下化学反应的Δr G m （在数值上等于W r ’）。

*只有自发化学反应（ΔG<0）才有可能构成原电池，产生电功。

*对非自发化学反应（ΔG>0），需加入电功W r ′进行电解，才能使反应进行。

无论是电解池还是原电池，其工作介质都离不开电解质溶液，所以在讨论电解池和原电池之前，须先讨论电解质溶液。

第七章电化学能导电的物质称为导体，其可分为二类：（1）电子导体：依靠自由电子的运动而导电，导体本身不发生化学变化，温度升高，导电能力降低。

（2）离子导体：依靠离子定向运动而导电，须将电子导体作为电极，当电流通过溶液时，在电极与溶液的界面上发生化学变化，同时在溶液中正、负离子分别向两极移动，温度升高，导电能力增大。

电解质溶液的导电机理及法拉第定律法拉第定律是表示通过电极的电量与电极反应的物资的量之间的关系。

电极反应可表示为：氧化态+ Ze ─＝还原态还原态＝氧化态+ Ze─式中Z 为电极反应的电荷数（即转移电子数），取正值。

当电极反应的反应进度为ξ时：通过电极的元电荷的物质的量为Z ξ;通过的电荷数为L Z ξ（L 为阿伏加德罗常数）2、法拉第定律e 上一内容f 下一内容 回主目录2返回每个元电荷的电量为e ，故通过的电量为Q ＝e L Z ξ法拉第常数F=Le所以，法拉第定律：通过电极的电量正比于电极反应的反应进度与电极反应电荷数的乘积。

Q=ZF ξ其中：F=Le =96485.309 C ⋅mol -1≈96500 C ⋅mol -1此即为1 mol 电子所带的电量。

2、法拉第定律e 上一内容f 下一内容 回主目录2返回例1 Ag ++ e ─= AgZ=1, 当Q=96500C 时＝＝1mol由，可得Δn(Ag)=ξ×ν(Ag)=1mol Δn(Ag +)=ξ×ν(Ag +)=-1mol即每有1mol Ag +被还原或1mol Ag 沉积下来，通过的电量一定为96500C 。

第七章扩散与固相反应1．晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程1.1 扩散的基本概念当物质内有浓度梯度、应力梯度、化学梯度和其它梯度存在的条件下，由于热运动而导致原子（分子）的定向迁移，从宏观上表现出物质的定向输送，这个输送过程称为扩散。

扩散是一种传质过程。

1.2 扩散的基本特点：1.2.1 气体和液体传质特点主要传质是通过对流来实现，而在固体中，扩散是主要传质过程；两者的本质都是粒子不规则的布朗运动（热动动）。

1.2.2 固体扩散的特点：A.固体质点之间作用力较强，开始扩散温度较高，远低于熔点；B.固体是凝聚体，质点以一定方式堆积，质点迁移必须越过势垒，扩散速率较低，迁移自由程约为晶格常数大小；晶体中质点扩散有各向异性。

（图7-1）图7-1 扩散势场示意图1.2.3 扩散的意义无机非金属材料制备工艺中很多重要的物理化学过程都与扩散有关系。

例如，固溶体的形成、离子晶体的导电性、材料的热处理、相变过程、氧化、固相反应、烧结、金属陶瓷材料的封接、金属材料的涂搪与耐火材料的侵蚀。

因此研究固体中扩散的基本规律的认识材料的性质、制备和生产具有一定性能的固体材料均有十分重大的意义。

2．扩散的动力学方程2.1 菲克第一定律（Fick’s First Law）2.1.1 菲克第一定律的一维推导若有一根均匀的合金长棒，沿其长度方向存在着某溶质的浓度梯度在棒中取垂直x方向的厚度为△x的薄层，其两侧浓度分别为C2、C1并C2>C1，则薄层中浓度梯度为：xdx dc C C ∆-=12 此浓度梯度推动下，溶质原子沿x 方向通过薄层自左向右扩散迁移，溶质浓度C 随位置而变化，在一维情况下可记作c=f(x)。

扩散在无限长时间后，整个试棒内溶质浓度为C 。

这说明单个原子运动是无规则的，但从宏观统计的角度看，介质中质点的扩散行为都遵循相同的统计规律。

于是就提出了菲克第一定律：在扩散体系中，参与扩散质点的浓度因位置而异、且可随时间而变化。

物理化学实验电子教案第一章：实验基本原理与安全1.1 实验基本原理1.1.1 介绍物理化学实验的基本原理，如热力学、动力学、电化学等。

1.1.2 解释实验原理在实际应用中的重要性。

1.2 实验安全1.2.1 强调实验安全的重要性，包括防火、防爆、防毒等。

1.2.2 介绍实验中可能存在的危险物质和危险操作，以及相应的预防措施。

第二章：实验器材与操作2.1 实验器材2.1.1 介绍实验中所需的器材，如烧杯、试管、移液器等。

2.1.2 说明器材的选择和使用方法。

2.2 实验操作2.2.1 讲解实验的基本操作，如称量、溶解、搅拌等。

2.2.2 演示实验操作的步骤和技巧。

第三章：实验数据处理与分析3.1 数据处理3.1.1 介绍实验数据的处理方法，如平均值、标准差等。

3.1.2 讲解数据的可靠性和有效性的评估方法。

3.2 数据分析3.2.1 解释实验数据与理论之间的关系。

3.2.2 分析实验结果，探讨可能的原因和影响因素。

4.1 实验报告结构4.1.1 介绍实验报告的基本结构，包括封面、摘要、引言等。

4.1.2 讲解实验报告的格式和规范。

4.2.2 分析优秀实验报告的特点和优点。

第五章：实验案例分析5.1 实验案例选择5.1.1 选择具有代表性的实验案例，如经典的物理化学实验。

5.1.2 介绍实验案例的背景和实验目的。

5.2 实验案例分析5.2.1 分析实验案例的实验原理和操作步骤。

5.2.2 讨论实验结果的意义和应用。

第六章：热力学实验6.1 实验目的与原理6.1.1 解释热力学实验的目的，如测定物质的比热容、反应热等。

6.1.2 介绍热力学实验的基本原理，如能量守恒、热力学第一定律等。

6.2 实验设备与操作6.2.1 介绍热力学实验所需的设备，如量热器、温度计等。

6.2.2 讲解实验设备的操作步骤和注意事项。

6.3 实验数据分析6.3.1 解释热力学实验数据的处理方法，如温度校正、热量计算等。

6.3.2 分析实验数据与热力学理论之间的关系。

一、教案基本信息物理化学实验电子教案课时安排：根据课程安排决定教学目标：1. 让学生掌握物理化学实验的基本原理和实验方法。

2. 培养学生的实验技能和观察能力，提高学生的实验操作水平。

3. 培养学生的科学思维和创新意识，提升学生的综合分析和解决问题的能力。

教学内容：1. 物理化学实验的基本原理和实验方法。

2. 常见物理化学实验的操作步骤和注意事项。

3. 物理化学实验数据的处理和实验结果的分析。

教学资源：1. 实验室设备：如显微镜、天平、滴定管等。

2. 实验试剂和材料。

3. 实验教材和相关参考资料。

教学方法：1. 讲解法：教师讲解实验原理、实验方法和实验操作步骤。

2. 演示法：教师演示实验操作，学生跟随操作。

3. 实践法：学生独立完成实验，教师进行指导和评价。

二、第一章：实验基本原理与方法教学目标：1. 让学生了解物理化学实验的基本原理。

2. 让学生熟悉物理化学实验的基本方法。

教学内容：1. 物理化学实验的基本原理：如测量原理、数据处理原理等。

2. 物理化学实验的基本方法：如实验设计方法、实验操作方法等。

教学活动：1. 讲解实验基本原理和方法。

2. 学生跟随教师进行实验操作演示。

教学评价：1. 学生能理解并掌握实验基本原理和方法。

2. 学生能正确进行实验操作。

三、第二章：常见物理化学实验操作教学目标：1. 让学生掌握常见物理化学实验的操作步骤。

2. 培养学生遵守实验操作规范的意识。

教学内容：1. 常见物理化学实验的操作步骤：如溶液配制、滴定操作等。

2. 实验操作注意事项：如实验安全、实验材料的选择等。

教学活动：1. 讲解实验操作步骤和注意事项。

2. 学生跟随教师进行实验操作演示。

教学评价：1. 学生能正确完成实验操作。

2. 学生能遵守实验操作规范，注意实验安全。

四、第三章：实验数据处理与分析教学目标：1. 让学生了解物理化学实验数据的处理方法。

2. 培养学生分析和解决问题的能力。

教学内容：1. 实验数据的处理方法：如误差分析、数据拟合等。

《物理化学教案》word版第一章：引言1.1 教案目标让学生了解物理化学的定义和研究范围。

使学生了解物理化学在实际生活和科学研究中的应用。

1.2 教学内容物理化学的定义和研究范围。

物理化学的实际应用举例。

1.3 教学方法采用讲授法，讲解物理化学的定义和研究范围。

采用案例分析法，分析物理化学在实际生活中的应用。

1.4 教学步骤引入新课，讲解物理化学的定义和研究范围。

分析物理化学在实际生活中的应用，如气象、材料、能源等领域的应用。

1.5 作业与评估让学生写一篇关于物理化学在实际生活中的应用的小论文。

对学生的论文进行评估，了解学生对物理化学应用的理解程度。

第二章：热力学第一定律2.1 教案目标让学生理解热力学第一定律的定义和表达式。

使学生能够运用热力学第一定律解决实际问题。

2.2 教学内容热力学第一定律的定义和表达式。

热力学第一定律的实际应用。

2.3 教学方法采用讲授法，讲解热力学第一定律的定义和表达式。

采用例题解析法，分析热力学第一定律的实际应用。

2.4 教学步骤引入新课，讲解热力学第一定律的定义和表达式。

通过例题解析，让学生掌握热力学第一定律的应用方法。

2.5 作业与评估让学生解决一些实际问题，运用热力学第一定律进行计算。

对学生的作业进行评估，了解学生对热力学第一定律的理解程度。

第三章：理想气体状态方程3.1 教案目标让学生理解理想气体状态方程的定义和表达式。

使学生能够运用理想气体状态方程解决实际问题。

3.2 教学内容理想气体状态方程的定义和表达式。

理想气体状态方程的实际应用。

3.3 教学方法采用讲授法，讲解理想气体状态方程的定义和表达式。

采用例题解析法，分析理想气体状态方程的实际应用。

3.4 教学步骤引入新课，讲解理想气体状态方程的定义和表达式。

通过例题解析，让学生掌握理想气体状态方程的应用方法。

3.5 作业与评估让学生解决一些实际问题，运用理想气体状态方程进行计算。

对学生的作业进行评估，了解学生对理想气体状态方程的理解程度。

第七章 物理化学电子教案积分法 微分法 半衰期法 孤立法一级反应 对峙反应e上一内容 f下一内容平行反应连续反应 链反应2返回”回主目录化学动力学的任务和目的化学热力学的研究对象和局限性 研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及 外界条件对平衡的影响。

化学热力学只能预测反应 的可能性，但无法预料反应在何种条件下能够发 生？反应的速率如何？反应的机理如何？例如：1 3 N2 + H2 ⎯⎯ → N H 3 (g ) 2 2 1 H2 + O2 ⎯⎯ → H 2 O (l) 2Δ r G / kJ ⋅ mol m−1−16.63 −237.19热力学只能判断这两个反应都能发生，但如何使它发 生，热力学无法回答。

e上一内容 f下一内容 ”回主目录2返回化学动力学的任务和目的化学动力学的研究对象 化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及 温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应 速率的影响，把热力学的反应可能性变为现实性。

例如： 动力学认为： 1 3 N 2 + H 2 → NH 3 (g) 需一定的T，p和催化剂 2 2 1 H 2 + O 2 → H 2 O(l) 点火，加温或催化剂 2e上一内容 f下一内容 ”回主目录2返回化学动力学的应用药物在体内的代谢、吸收、分布、排泄等与 化学动力学有关。

•药代动力学 药物的疗效、分解失效、稳定性预测等涉及 化学动力学知识。

•药效动力学 • 研究进展：生物反应机理、工业生产工艺研究 • 研究进展：人工固氮 、人工固碳、光解水e上一内容 f下一内容”回主目录2返回11.1 反应速率及其测定速度 速率 值。

例如: Velocity Rate 是矢量，有方向性。

是标量 ，无方向性，都是正R ⎯⎯ →Pd[R] <0 dt d[P] >0 dt速度速率e上一内容−d[R] d[P] = >0 dt dtf下一内容 ”回主目录2返回平均速率− ([R ]2 − [R]1 ) rR = t 2 − t1 ([P]2 − [P]1 ) rp = t 2 − t1它不能确切反映速率的变 化情况，只提供了一个平 均值，用处不大。

《物理化学》电子教案上册第一章：引言1.1 课程介绍了解物理化学的课程背景、意义和目的。

理解物理化学的基本概念和研究方法。

1.2 物理化学的发展历程回顾物理化学的发展历程，了解其重要里程碑和成就。

介绍著名物理化学家和他们对物理化学的贡献。

1.3 学习目标和要求明确学习目标，包括知识、技能和态度。

提出学习要求，包括课堂参与、作业和考核。

第二章：物质的量与状态2.1 物质的量引入物质的量的概念，解释摩尔和阿伏伽德罗常数。

学习物质的量的计算和转换，包括摩尔质量、物质的量浓度等。

2.2 状态介绍理想气体状态方程，理解压力、体积和温度之间的关系。

学习物质的相变，包括固态、液态和气态的性质和变化。

2.3 物质的量与状态的计算练习计算物质的量与状态之间的关系，包括理想气体状态方程的运用。

分析实际问题，应用物质的量与状态的计算方法。

第三章：热力学第一定律3.1 能量守恒定律复习能量守恒定律的基本原理，理解能量的转化和守恒。

学习能量的单位和国际制，了解能量的量纲和换算关系。

3.2 内能和热量引入内能的概念，理解内能的定义和计算方法。

学习热量的传递方式，包括传导、对流和辐射。

3.3 热力学第一定律阐述热力学第一定律的内容，理解能量守恒与热力学第一定律的关系。

应用热力学第一定律解决实际问题，进行能量的计算和分析。

第四章：热力学第二定律4.1 熵的概念引入熵的概念，解释熵的定义和物理意义。

学习熵的计算方法和熵变的表达式。

4.2 热力学第二定律的表述阐述热力学第二定律的不同表述，包括熵增原理和克劳修斯定律。

理解热力学第二定律的本质和意义。

4.3 热力学第二定律的应用学习热力学第二定律在实际问题中的应用，包括热机和制冷机的效率计算。

分析热力学第二定律对自然界和工程实践的影响。

第五章：溶液的性质5.1 溶液的定义和组成引入溶液的概念，理解溶液的组成和特点。

学习溶质和溶剂的分类及它们之间的相互作用。

5.2 溶液的浓度和渗透压介绍溶液的浓度表示方法，包括摩尔浓度和质量浓度。