1、化学工程专业物理化学 90 学时教学大纲课程名称： 物理化学课程代码：学 分 / 学 时：3/54 + 2/36适用专业：化工专业先修课程：高等数学、物理学、无机化学、有机化学、分析化学等后续课程：无开课单位：化学化工学院开课学期：第二学年 1、2 学期教学手段：主讲、研讨考核方式：闭卷一、课程性质和任务物理化学作为化学的一个二级学科，是化学学科的理论基础，是化学工程专业学生的重要主干课程，对于学生科学思维、综合素质的培养与提高起着至关重要的作用。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中的平衡规律和速率规律及这些规律与微观结构的关系。本课程的作用是使学生能系统地掌握物
2、理化学的科学、辨证的思维方法，培养学生发现问题、研究问题、分析问题和解决问题的能力，并能独立设计实验方法解决实际问题，做到理论与实际相结合。同时为为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。本课程的任务是学习化学热力学、化学动力学、电化学、胶体与界面化学等物理化学的基本原理、方法及其应用，通过课堂讲授、自学、演算习题和习题课等教学环节达到本课程的教学目的。二、教学内容和基本要求1. 热力学第一定律（8 学时）教学内容：热力学概念，功和热，热力学第一定律，准静态过程和可逆过程，焓、热容、热力学第一定律的应用，卡诺循环、热化学、Hess 定律、热效应、Kirchhoff 定律等。基本要求
3、：1） 了解热力学的一些基本概念，如体系、环境、状态、功、热量、变化过程等。2） 明确热力学第一定律和内能的概念。明确热和功只有在体系与环境有能量交换时才有意义。3） 明确可逆过程的意义。明确 U 和 H 都是状态函数，以及状态函数的特性。4） 熟练地应用热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的、 、Q 和 W。5） 能熟练地应用生成焓、燃烧焓来计算反应热，会应用赫斯定律和基尔霍夫定律。6） 从微观角度了解热力学第一定律的本质。2. 热力学第二定律（12 学时）教学内容：自发变化、热力学第二定律、卡诺定理，熵与熵增加原理， 熵变的计算、热力学第二定律本质及上的统计意义、Helmh
4、oltz 自由能及 Gibbs 自由能、变化的方向与平衡条件、G 的计算，热力学函数的关系，热力学第三定律和规定熵。基本要求：1）明确热力学第二定律的意义，了解自发变化的共同特征。2）了解热力学第二定律与卡诺定理的联系，理解克劳修斯不等式的重要性。3）熟记 U、H、S、F 和 G 的定义。4）用 判别变化的方向和平衡的条件和方法。5）能熟练计算一些过程的 、 和 。6）能熟练运用吉亥公式、克拉贝龙及克克方程式。7）了解熵的统计意义。8）明确偏摩尔量和化学势的意义及其重要性。9）了解热力学第三定律的内容及标准熵、规定熵的定义和计算。3. 多组分系统热力学及其在溶液中的应用（8 学时）教学内容：溶
5、液组成的表示，偏摩尔量、化学势、拉乌尔定律和亨利定律，混合气体、理想溶液、稀溶液中各组分的化学势，理想溶液通性，稀溶液依数性，非理想溶液，活度，活度系数。基本要求：1）熟悉溶液浓度的各种表示法及其相互关系。2）什么是理想溶液，有哪些通性。3）拉乌尔定律和亨利定律及其区别。4）如何表示溶液中各组分的化学势，各组分的标准态有何不同。了解稀溶液依数性公式的推导，了解热力学处理溶液问题的一般方法。4. 相平衡（12 学时）教学内容：多相体系平衡的条件，相律，单组分体系的相图，二组分体系相图及其应用。基本要求：1）了解相、组分数和自由度的意义。2）了解相律的推导及其在相图中的应用。3）了解杠杆规则在相图
6、中的应用。4）能根据相图绘出步冷曲线，或由步冷曲线绘制简单相图。5）以完全互溶双液系为重点了解其 p-x 图和 T-x 图，了解蒸馏和精馏的基本原理。6）以简单低共熔物的相图为重点，了解相图的绘制及其应用。5. 化学平衡（6 学时）教学内容：化学反应的平衡条件和亲和势，化学反应的平衡常数和等温方程式，平衡常数的表示式，复相化学平衡，平衡常数的测定和平衡转化率的计算，标准生成 Gibbs 自由能，温度、压力、惰性气体对化学平衡的影响，同时化学平衡，反应的耦合，近似计算。基本要求：1）了解化学反应等温式的导出方法及其使用。2）了解均相和多相反应的平衡常数表示式有何不同。3）理解反应的 Gibbs
7、自由能变化值的意义，学会估计反应的可能性。4）熟悉平衡常数的不同表示法之间的关系。5）了解平衡常数与温度、压力的关系和惰性气体对平衡组成的影响，并掌握其计算方法。6）能根据标准热力学函数的表值计算平衡常数。7）了解对同时平衡、反应耦合、近似计算等的处理方法。6电解质溶液（6 学时）教学内容：电化学的基本概念和法拉第定律，离子的电迁移和迁移数，电导和电导的测定，电导率、摩尔电导率与浓度的关系，电导测定的应用，强电解质溶液理论，电解质的平均活度和平均活度系数。基本要求：1）了解迁移数的意义及常用的测定方法。2）明确电导率、摩尔电导率的意义及其与浓度的关系。3）熟悉离子独立移动定律及电导测定的应用。
8、4）了解迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系。5）弄清楚电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。6）了解强电解质溶液理论，并会使用德拜休克尔极限公式。7. 可逆电池的电动势及其应用（10 学时）教学内容：可逆电池和可逆电极，电动势的测定，可逆电池的书写方法，可逆电池热力学，电动势产生的机理，电极电势和电池的电动势，浓差电池和液体接界电势的计算公式，电动势测定的应用。基本要求：1）明确电动势与 的关系，熟悉电极电势的一套符号惯例，并知道还有哪些惯例。2）熟悉标准电极电势表的应用（氧化能力的估计、平衡常数的计算等）。3）弄清楚电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。4）能熟练地写出给定
9、电池的电极反应和电池反应并能计算其电动势。5）能根据简单化学反应来设计电池。6）明确温度对电动势的影响及了解 和 的计算。7）了解电动势产生的机理及电动势测定的一些应用。8. 电解与极化作用（4 学时）教学内容：分解电压，极化作用，电解时电极上的竞争反应，电化学腐蚀及钝化，化学电源。基本要求：1）了解分解电压的概念。2）知道极化的产生、极化的降低与应用。3）了解电极的竞争反应。4）了解电化学腐蚀及防腐。5）了解化学电源及应用。9. 化学动力学（10 学时） 教学内容：化学反应速率表示及化学反应速率方程，简单级数的反应和典型的复杂反应，温度对反应速率的影响，活化能对反应速率的影响，链反应及拟定反
10、应历程的一般方法。碰撞理论，过渡态理论，单分子反应理论，分子反应动力学简介，在溶液中进行的反应，快速反应的测试，光化学反应，催化反应动力学。 基本要求： 1）掌握等容反应速率的表示法及基元反应、反应级数等基本概念。2）掌握零级、一级、二级反应的速率公式及其各种特征，并能由实验数据确定简单反应的级数。3）对三种典型复杂反应要掌握其各自的特点并能写出反应速率与浓度关系的微分式。4）明确温度、活化能对反应速率的影响，理解阿仑尼乌斯经验式中各项的含义，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）了解碰撞、过渡态和单分子反应理论的基本内容,会计算一些简
11、单基元反应的速率常数,并弄清几个能量的不同物理意义及相互关系。7）了解反应动力学的常用实验方法和该研究在理论上的意义。8）了解溶液中反应的特点和溶剂对反应的影响。9）了解快速反应所常用的测试方法及驰豫时间。10） 了解光化学反应的特点及量子产率的计算。了解催化反应的特点和常用的催化反应类型。10. 表面物理化学 （8 学时）教学内容：表面吉布斯自由能和表面张力。弯曲液面下的附加压力。液体界面性质。液固界面现象。表面活性剂及其作用。固体表面吸附。气固表面催化反应。基本要求：1）明确吉布斯自由能和表面张力的概念。2）掌握附加压力和弯曲表面上的蒸气压计算。3）了解液固界面现象。4）了解表面活性剂的作
12、用。5）掌握固体表面的单分子层吸附计算。6）了解气固表面催化反应。11. 胶体分散体系和大分子溶液（8 学时）教学内容：胶体的基本特性。胶体的制备与净化。胶体的动力学性质、光学性质和电学性质。胶体的稳定性和聚沉作用。乳状液。凝胶。大分子溶液。Donnan 平衡。高聚物相对分子质量及其测定。基本要求：1）了解胶体的基本特性。2）了解胶体的制备与净化。3）了解胶体的动力学性质、光学性质和电学性质。4）了解胶体的稳定性和聚沉作用。5）了解乳状液及凝胶。6）了解高聚物相对分子质量及其测定。三、教学方法与教学手段说明以课堂教学为主，结合 PowerPoint 电子教案与物化 CAI 课件等电化教学手段四
13、、考核及成绩评定方式最终成绩由期中及期末考试成绩、平时作业、课堂表现（出勤、态度及小测验）等组合而成。各部分所占比例如下：期中考试：35%，主要考核对化学的基本原理和相关应用的掌握程度。期末考试：35%，主要考核对化学的基本原理和相关应用的掌握程度。平时作业：10%，主要考核分析解决问题、创造性工作、处理信息及文字表达等方面的能力。课堂表现（出勤、态度及测验）：20%，主要考核对知识点的掌握程度、口头及文字表达能力。五、教材及参考书目教材：教材： 物理化学，傅献彩等编，第五版，高等教育出版社 参考书目：物理化学，高丕英等编，科学出版社 物理化学，胡英等编，高等教育出版社 物理化学 ，天津大学物理化学教研室编，高等教育出版社出版
