物理化学  080701M05004H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:叶亚平
授课时间: 星期二,第9、10、11 节
授课地点: 教一楼109
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
课程编号: 080701M05004H 课时: 40 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:叶亚平 助教:
英文名称: Physical Chemistry 召集人:

教学目的、要求

物理化学也称为理论化学,是化学的重要分支之一,是用数学和物理学的方法研究化学中最具有普遍性的一般规律,本课程介绍研究化学变化和相变化的平衡规律和化学反应的速率规律的宏观层次理论方法,多相系统的研究方法等。包括热力学三大定律和基本方程、多组分系统热力学、相平衡、化学平衡、电化学、化学反应动力学、表面化学等,通过本课程的学习使学生建立一个系统、完整的物理化学基本理论和方法的框架,掌握化学热力学、动力学、电化学中的普遍规律和实验方法;在强化基础的同时,提高学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的思维能力和创造能力,为进一步学习和科学研究工作打下基础。

预修课程

高等数学、普通物理、无机化学

教 材

参考教材《物理化学》上、下册,傅献彩等编,高等教育出版社,1998年第5版 .

主要内容

1.绪论(1学时)
1.1了解物理化学学科的对象、内容,研究方法;
1.2了解相关科研前沿;
1.3了解本学科与专业及生产的关系,掌握学习方法和要求。
2.化学热力学
第一定律(2学时)
2.1理解系统与环境、状态、状态函数、过程与途径等基本概念,了解可逆过程的概念。
2.2掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式。
  2.3理解功、热、热力学能、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。
  2.4第一定律对理想气体状态变化及物质相变过程的应用。
2.5化学反应热效应,反应进度,等压热效应与等容热效应的关系,盖斯定律,几种基本热效应,生成热,燃烧热,溶解热,热效应与温度的关系,基尔霍夫公式及其应用。
热力学第二定律及热力学第三定律(3学时)
  2.6 热力学第二定律的文字表述和数学表达式。
  2.7理解熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数定义;掌握熵增原理、熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据。
  2.8热力学基本方程和麦克斯韦关系式;理解推导热力学公式的演绎方法。
  2.9理解克拉佩龙方程、克劳修斯――克拉佩龙方程,掌握其计算。
3.化学平衡(6学时)
  3.1热力学第三定律,规定熵、标准熵,理解标准摩尔反应熵定义及计算。
  3.2摩尔反应吉布斯函数、标准摩尔反应吉布斯函数、标准摩尔生成吉布斯函数定义及应用。
  3.3化学反应过程的推动力。
  3.4掌握标准平衡常数的定义。理解等温方程和范特霍夫方程的推导及应用。
  3.5掌握用热力学数据计算平衡常数及平衡组成的方法判断在一定条件下化学反应可能进行的方向,会分析温度、压力、组成等因素对平衡的影响。
4.非电解质溶液(6学时)
  4.1混合物与溶液的区别,会各种组成表示之间的换算。
  4.2理解拉乌尔定律、享利定律,掌握其有关计算。
  4.3稀溶液的依数性,并理解其应用。
 4.4理解偏摩尔量及化学势的概念。了解化学势判别式的使用。
  4.5理解理想液态混合物的定义,理解混合性质。
  4.6了解理想气体、真实气体、理想液态混合物、理想稀溶液中各组分化学势的表达式。
  4.7理解逸度的定义,了解逸度的计算。
 4.8理解活度及活度系数的概念。了解真实理想液态混合物、真实溶液中各组分化学势的表达式,活度的测定方法,有溶液参加的多相化学反应等温方程式。
5.相平衡(6学时)
  5.1理解相律的意义、推导,掌握其应用。
  5.2掌握单组分系统、水的相图、物态转变方程式。
  5.3掌握二组分凝聚系统典型相图的分析和应用,包括液态完全互溶固态完全不互溶生成简单共晶的二元系,固态完全互溶的二元系,液态部分互溶的二元系,固态部分互溶的二元系(共晶型,包晶型),生成化合物的二元系,组元在固态具有晶型转变。
  5.4掌握用杠杆规则进行分析与计算。
5.5了解由实验数据绘制简单相图的方法。
5.6 三元相图
6.化学动力学(6学时)
  6.1理解化学反应速率、理解基元反应及反应分子数的概念。
  6.2反应速率系数以及反应级数的概念。
  6.3掌握通过实验确立速率方程的方法。
  6.4掌握一级、二级、n级反应的速率方程及其应用。
  6.5了解典型复杂反应的特征。
  6.6了解处理对行反应、平行反应和连串反应的动力学方法。
  6.7理解稳态近似法、平衡态近似法及速控步近似等处理复杂反应的近似方法。
  6.8理解阿累尼乌斯方程的意义,并掌握其应用。理解活化能及指前因子的意义。
  6.9了解基元反应速率理论的基本思想。理解气相双分子碰撞理论和过渡状态理论的基本公式及有关概念。
  6.10了解链反应动力学的特点。
  6.11了解多相反应的基本步骤。
6.12了解催化作用、光化学反应及溶液中反应的特征。
6.13碰撞理论与过渡状态理论简介
7.电化学(6学时)
7.1了解表征电解质溶液导电性质的物理量(电导、电导率、摩尔电导率、电迁移率,迁移数)。
  7.2理解离子平均活度及平均活度系数定义并掌握其计算。了解离子强度的定义。
  7.3了解德拜-休格尔极限公式计算离子平均活度系数的方法。
  7.4理解可逆电池的概念,理解能斯特方程的推导掌握其应用。
  7.5掌握电池电动势与热力学函数的关系及其计算。
  7.6掌握常用电极符号、电极反应及其电极电势的计算,掌握电池电动势的计算及其应用。
  7.7理解原电池的设计原理。
7.8了解极化作用和超电势的概念,产生极化的原因,极化曲线的测量,氢的超电势,电解时离子析出顺序。
8.表面现象(4学时)
  8.1理解表面张力及表面吉布斯函数的概念。
  8.2理解接触角、润湿、附加压力的概念及其与表面张力的关系。
  8.3理解拉普拉斯公式及开尔文公式的应用。
  8.4理解亚稳状态与新相生成的关系。
  8.5理解物理吸附与化学吸附的含义和区别。
  8.6了解兰格缪尔单分子层吸附理论,理解兰格缪尔吸附等温式。
  8.7了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用与应用。
8.8了解吉布斯吸附公式的含义和应用。

10.根据上课期间的讲课进度,随堂安排讨论和答疑。 

教学重点: 
(1)偏摩尔量的概念,化学势在化学平衡和相平衡的应用,判断化学反应的方向和限度问题。主要让学生掌握热力学的三个基本定律在溶液(活度和活度系数)、相平衡(三元相图)、化学平衡及电化学等方面的应用。
(2)掌握化学反应的速率和机理问题。从而了解温度、压力、浓度和催化剂等外界条件对反应速率的影响,寻找最合适的反应条件和生产途径,提高产量。
教学难点:热力学第二定律在溶液和相平衡的应用,偏摩尔量和化学势概念的建立,反应机理与反应速率方程的建立和应用。
能力培养要求:
通过本课程学习,使学生对物理化学的基本概念、原理、研究方法有深入的认识和掌握,对物理化学学科中的科研发展前沿领域有所了解,培养物理化学方法论,提高独立分析问题、解决问题的能力。
教学手段与方法:课堂讲授,多媒体与板书相结合。
考核方式: 小论文和开卷笔试 。

参考文献

1.《物理化学》上、下册,胡英主编 ,高等教育出版社,1999年第4版.
2.《物理化学》,梁英教主编,冶金工业出版社, 1989年第2版.
3.《物理化学简明教程》,印永嘉等编,高等教育出版社,1992年第3版.
4.《物理化学》,蔡文娟、熊楚强等编,冶金工业出版社,1996年第2版.
5.《物理化学教学与学习指南》吕瑞东等编,华东理工大学出版社,1998年第1版.
6.《物理化学习题精解》上、下册,王文清等编 ,科学出版社,1999年.
7.《Physical Chemistry》John S.Winn.HarperCollins CollegePublishers 1995
8.《Physical Chemistry》Silbey, R. and R. Alberty. Wiley 2001