物理化学课程教学大纲
一、
课程性质：
本课程是化学专业、应用化学和材料化学专业本科学生开设的一门专业必修课。
二、课程的目的和任务：
本课程的目的是在己学过一些先行课的基础上，运用物理和数学的有关理论和方法进一步研究物理化学运动形式的普遍规律。在大纲中贯彻理论联系实际与少而精的原则，使学生了解并掌握物理化学的基础理论，以增强他们在教学科研中分析问题、解决问题的能力。本课程主要包括化学热力学、化学动力学、电化学和分散体系四个部分。通过教学的各个环节，必须使学生达到各章所提出的基本要求。
为了培养学生的独立工作能力，讲授内容应分清主次，在注意系统性原则下，着重讲解教材的重点和难点。分散体系的大部分内容可由学生自学而达到教学要求；对新增的一部分现代物理化学内容，可按教学的实际情况取舍，或作为课外阅读材料。本大纲的学时分配留有一定学时的机动时间用于讲授现代物化部分，必要时可用于加强有关章节的教学。
三、
课程的总的教学时数：96学时
四、教学内容和要求：
绪论（1学时）
1．教学要求
了解物理化学的目的和内容及其研究方法。
2．教学内容
2．1物理化学基本内容简介；
2．2物理化学的研究方法；
2．3学习物理化学的意义；
3．教学方式
讲授（建议采用多媒体教学）
第一章
热力学第一定律（10学时）
1．教学要求：
弄清热力学的一些基本概念，明确热、功与内能这三者的区别与联系，充分理解状态函数的意义及其数学性质，明确焓的意义，它与内能一样也是状态函数，熟练理想气体在等温、等压与绝热过程中ΔU、ΔH、Q与W的计算，知道第一定律与赫斯定律的关系，基尔霍夫定律的由来，并熟悉这两个定律的应用，掌握可逆过程和最大功这两个概念，了解卡诺循环的意义以及理想气体在卡诺过程中热、功的计算，从微观角度了解热力学第一定律的本质。
2．教学内容：
2．1
热力学基本概念；
2．1．1
热力学的内容、方法与局限性；
2．1．2
体系与环境；
2．1．3
体系的状态和性质；
2．1．4
过程与途径(等温过程、等压过程、等容过程、相变过程、化学过程)；
2．1．5
状态函数与全微分性质；
2．2
热和功；
2．2．1
热；
2．2．2
功(体积功与非体积功，功的一般计算公式；
2．3
热力学第一定律；
2．3．1
内能；
2．3．2
热力学第一定律的数学表达与表述法；
2．4
焓；
2．5
热容Cp与Cv的关系；
2．6
热力学第一定律的应用(理想气体、焦尔——盖·吕萨克实验、相变过程、化学过程)；
2．7
焦尔—汤姆逊实验；
2．7．1
焦尔—汤姆逊实验；
2．7．2
焦尔—汤姆逊系数及焦尔一汤姆逊转化温度；
2．7．3
气体的液化；
2．8
化学反应的热效应；
2．8．1
等压热效应与等容热效应；
2．8．2
热化学方程式；
2．9
热化学基本定律及反应热效应的计算；
2．9．1
赫斯定律；
2．9．2
由热化学数据(燃烧焓、生成焓、离子在水溶液中的生成焓)计算反应的热；
2．9．3
由键焓估算标准生成焓；
2．10
反应热效应与温度的关系；
2．10．1
基尔霍夫定律；
2．10．2
绝热反应；
2．11
可逆过程与最大功：
2．11．1
可逆过程的意义与特征；
2．11．2
理想气体的可逆膨胀与压缩(等温可逆、绝热可逆功的计算)；
2．11．3
可逆过程的体积功一卡诺循环；
2．12
热力学第一定律的微观说明；
3．教学方式
讲授（建议采用多媒体教学）
第二章
热力学第二定律（14学时）
1．教学要求
了解一切自发过程的共同特征，明确热力学第二定律的意义，明确以卡诺热机得出克劳修斯原理和熵函数的逻辑性，从而理解克劳修斯不等式的重要性与熵函数的概念，熟记并理解热力学函数S、F、G的定义与各热力学函数之间的关系，明确每一热力学函数只是在各自特定条件下才能作为过程进行方向和限度的判据，熟练△S与△G的计算与应用，熵的统计意义和热力学第三定律只作一般了解，理解偏摩尔量与化学势的概念与意义及其区别，较熟练地应用吉布斯一亥姆霍兹公式、克拉贝龙方程和克劳修斯一克拉贝龙方程式。
2．教学内容
2．1
一切自发过程的共同特征：
2．2
热力学第二定律的表述法：克劳修斯的说法与开尔文的说法；
2．3
卡诺定理；
2．4
过程的热温商与熵函数；
2．4．1
克劳修斯原理：
2．4．2
可逆过程的热温商与熵的概念；
2．4．3
不可逆过程的热温商与熵变；
2．5
过程方向与限度的判据；
2．5．1
热力学第二定律的数学表达式；
2．5．2
熵增加的原理；
2．6
熵的统计意义；
2．6．1
过程自发进行的微观本质；
2．6．2
熵与微观状态数的关系(波兹曼公式)；
2．7
熵变的计算与熵判据的应用；
2．7．1
无化学变化、无相变化的等温过程与变温过程；
2．7．2
相变过程；
2．7．3
等温下的化学反应过程；
2．8
热力学第三定律、规定熵；
2．8．1
热力学第三定律；
2．8．2
规定熵；
2．9
亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能；
2．9．1
亥姆霍兹自由能(F)、与吉布斯自由能(G)；
2．9．2
F、G变化作为过程可逆性的判据；
2．9．3
吉布斯自由能变化的焓效应与熵效应(△G=△H-T△S)；
2．9．4
其它条件下进行过程的判据；
2．10
等温过程△G的计算与应用；
2．10．1
无化学变化与无相变化的等温过程；
2．10．2
纯物质的相变过程；
2．10．3
化学反应的△G；
2．11
热力学函数间的基本关系式与吉布斯一亥姆霍兹方程；
2．11．1
基本关系式；
2．11．2
对应系数关系式；
2．11．3
麦克斯韦关系式及其简单应用；
2．11．4
吉布斯一亥姆霍兹方程；
2．12
偏摩尔量；
2．12．1
偏摩尔量的定义；
2．12．2
偏摩尔量的集合公式；
2．13
化学势；
2．13．1
化学势的定义；
2．13．2
化学势在相平衡体系中的应用；
2．13．3
气体的化学势与逸度；
2．13．4
纯液体、纯固体的化学势；
2．14
不可逆过程热力学；
2．14．1
熵产生和熵流；
2．14．2、熵产生的一般公式；
4．本章教学方式
讲授（建议多媒体教学）
第三章
溶液
（8学时）
1．教学要求
熟悉溶液浓度的各种表示法及其相互关系，掌握理想溶液的意义及其通性，掌握理想溶液、稀溶液与实际溶液三者的区别与联系，加深对拉乌尔定律与亨利定律的理解并熟悉其应用，理解活度和标准态的概念及其意义，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。
2．教学内容
2．1
溶液的概念及其组成表示法；
2．2
理想溶液；
2．2．1
拉乌尔定律和亨利定律；
2．2．2
理想溶液的定义；
2．2．3
理想溶液的特征；
2．2．4
理想溶液的通性；
2．3
稀溶液的依数性；
2．4
实际溶液；
2．4．1
组成实际溶液过程中，体系诸热力学函数的改变；
2．4．2
活度；
2．4．3
标准态；
2．5
化学位(势)的表示；
2．5．1
理想溶液各组分的化学势：
2．5．2
稀溶液中各组分的化学势；
2．5．3
非理想容液中各组分的化学势；
2．6
分配定律；
3．教学方式
讲授（建议采用多媒体教学）
第四章
化学平衡（7学时）
1．教学要求
学会从热力学平衡条件导出化学反应等温方程式，理解化学反应等温方程式的意义，熟练平衡常数与平衡组成的计算，熟练理想气体反应的Kp、Kx、Kc的换算，学会使用牛顿图、从而计算实际气体反应的Kf，理解物质生成吉布斯自由能与反应过程ΔG的意义，掌握ΔGθ=-RTlnK的有关计算,了解平衡常数与温度、压力的关系和惰性气体对平衡组成影响，并掌握其计算方法,了解从吉布斯一亥姆霍兹方程推导反应等压方程式的思路及有关该方程的计算,了解对同时平衡、反应耦合、近似计算等的处理方法,初步了解生物能力学的基本内容；
2．教学内容
2．1
平衡常数与反应等温方程式；
2．2
标准生成吉布斯自由能；
2．2．1
标准生成吉布斯自由能；
2．2．2
标准生成吉布斯自由能的求法及用途；
2．3
有关平衡常数的计算和应用；
2．3．1
平衡常数的实验测定法；
2．3．2
理想气体反应的Kp、Kc与Kx三者间的关系；
2．3．3
实际气体反应的平衡常数(逸度的求法)；
2．3．4
液相反应的平衡常数；
2．3．5
复相反应的平衡常数；
2．4
一些因素对化学平衡的影响；
2．4．1
浓度对化学平衡的影响；
2．4．2
温度对化学平衡的影响；
2．4．3
压力对化学平衡的影响；
2．4．4
惰性气体对化学平衡的影响；
2．5
同时反应、反应耦合、近似计算；
2．6
生物能力学简介；
3．教学方式
讲授（建议采用多媒体教学）
第五章
相平衡（8学时）
1．教学要求
掌握相、组分数和自由度的概念，了解相律的推导、物理意义与用途，了解杠杆规则在相图中的应用，根据相图能给出步冷曲线，或者根据步冷曲线能绘制出简单的相图，了解完全互溶双液系其T—p图和T—x图，了解蒸馏和精馏的基本原理，在二组分液一固体系中，以简单低共熔物的相图为重点，了解相图的绘制及其应用，能应用相律来说明相图中区、线和点的意义，并根据相图来说明在不同过程中所发生相变化的情况(包括杠杆规则的使用)，对三组分体系，了解水—盐体系相图的应用，了解相图在萃取过程中的应用。
2．教学内容
2．1
单组分体系；
2．1．1
克劳修斯一克莱普郎方程；
2．1．2
水的相图；
2．2
相律；
2．2．1
相、组分数和自由度的概念；
2．2．2
相律的推导；
2．2．3
相律的应用举例；
2．3
双液系的气液平衡；
2．3．1
二组分理想溶液；
2．3．2
二组分完全互溶的实际溶液；
2．3．3
完全不互溶与部分互溶的双液系；
2．4
二组分凝聚体系；
2．4．1
具有简单低共熔点的凝聚体系；
2．4．2
杠杆规则；
2．4．3
熔融液的冷却过程——步冷曲线；
2．4．4
二组分盐水体系；
2．4．5
能形成稳定固态化合物的体系；
2．4．6
形成不稳定固态化合物的体系；
2．4．7
二组分在液态与固态均能互溶的体系；
2．4．8
二组分在固态时部分互溶的体系；
2．4．9
具有转熔温度的固态部分互溶体系；
2．5
三组分体系；
2．5．1
三组分体系的组成表示法；
2．5．2
部分互溶液系；
2．5．3
三组分盐水体系；
2．5．4
二盐混合物水溶液的冷却分离与计算；
3．教学方式
讲授（建议采用多媒体教学）
第六章
电化学（23学时）
1．教学要求
理解离子的水化作用及其在外电场下溶液中的迁移情况，明确电导率、摩尔电导率、迁移数、离子淌度与离子独立运动定律等概念、意义以及它们间的关系，了解电解质溶液的德拜—休克尔互吸理论，昂萨格电导理论的基本观点和公式推导，了解离子的活度，平均活度和平均活度系数的概念，对于可逆电池部分，首先使学生理解电池过程的热力学函数改变ΔG、ΔS、ΔH与电功、电动势的关系，了解电动势产生的原因和熟悉电化学的惯用符号，熟练地以所给电池、电极写出有关的化学反应方程式以及根据所给化学反应设计原电池，牢固掌握能斯特方程、电极电势表示与电动势的测定的应用，教师要列举一些例题使学生掌握有关内容；了解双电层的结构，了解分解电压的意义和用途，了解产生极化作用的原因，极化的分类与电化学极化的机理，了解金属腐蚀的机理与防腐的原理。
2．教学内容
（一）电解质溶液
2．1
离子的水化作用；
2．2
离子的迁移和迁移数；
2．2．1
迁移数的定义；
2．2．2
希托夫法和界面移动法；
2．3
电解质溶液的电导；
2．3．1
电导率与摩尔电导率；
2．3．2
离子独立移动定律；
2．3．3
电导与浓度的关系；
2．4
极限迁移数、离子淌度和离子电导；
2．5
电导测定的应用；
2．5．1
电离度与电离常数；
2．5．2
难溶盐的溶解度和溶度积；
2．5．3
电导滴定；
2．6
强电解质溶液理论；
2．6．1
德拜—休克尔离子互吸理论；
2．6．2
昂萨格电导理论；
2．7
电解质溶液的活度与活度系数，离子的平均活度与平均活度系数；
2．8
离子强度和德拜—休克尔极限公式；
2．8．1
离子强度的概念；
2．8．2
德拜—休克尔极限公式的推导；
（二）可逆电池
2．9
可逆电池的热力学；
2．9．1
可逆电池与不可逆电池；
2．9．2
可逆电池的热力学；
2．9．3
能斯特方程；
2．10
电极电势；
2．10．1
电极电势；
2．10．2
可逆电极的种类；
2．10．3
标准氢电极与参比电极；
2．11
可逆电池电动势的计算；
2．12
标准电池与电动势的测定；
2．13
浓差电池；
2．14
标准电极电势的应用；
2．14．1
标准电极电势；
2．14．2
标准电极电势与元素价态的稳定性；
2．14．3
电势一pH图的制作与意义；
2．15
电动势测定的应用；
2．15．1
溶液pH值的测定；
2．15．2
玻璃电极、离子选择性电极的原理及其应用；
2．15．3
标准电极电势与电解质平均活度系数的测定；
（三）
不可逆电极过程
2．16
双电层结构；
2．17
分解电压和极化；
2．17．1
极化曲线及其测定；
2．17．2
超电势及其分类；
2．18
电化学极化；
2．18．1
放电步骤；
2．18．2
影响超电势的因素；
2．18．3
氢超电势产生的原因；
2．19
浓差极化与极谱分析简介；
2．20
金属腐蚀和防腐；
2．21
电解时的电极反应；
2．21．1
金属析出与氢超电势；
2．21．2
金属离子的分离；
2．21．3
两种离子的共析；
2．21．4
隔膜电解盐水；
2．21．5
有机电台成的电极反应；
2．22
化学电源简介；
3．教学方式：
讲授（建议采用多媒体教学）
第七章
化学动力学(17学时)
1．教学要求
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，明确反应分子效与反应级数的区别与联系；对于有简单级数的反应，如：零级、一级、二级反应，要掌握其速度公式的各种特征并能够由实验数据确定简单反应的级数，对三级反应有一般的了解；对于对峙反应、平行反应和连串反应的动力学公式应着重了解速度方程式的建立以及时间一浓度的关系式；明确温度、活化能对反应速度的影响，理解河累尼乌斯经验式中各项的含义，计算Ea、A、k等物理量；掌握链反应的特点与爆炸反应的机理，会应用稳态近似、平衡假设等近似处理的方法；了解化学反应动力学的碰撞、过渡态和单分子反应理论的基本内容，会计算一些简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；了解溶液中反应的特点和溶剂对反应的影响；了解快速反应所常用的测试方法及弛豫时间；了解光化反应的特点及量子产率的计算；了解催化反应的特点和常见的催化反应的类型；了解分子反应动力学的常用实验方法和该研究在理论上的意义。
2．教学内容
化学动力学(一)
2．1
反应速度及测定；
2．2
反应物浓度对反应速度的影响；
2．2．1
反应速度方程式；
2．2．2
反应速度常数的意义；
2．2．3
基元反应；
2．2．4
反应分子数；
2．2．5
反应级数；
2．3
一级反应；
2．4
二级反应；
2．5
反应级数的测定；
2．5．1
微分法；
2．5．2
改变物质数量比例法：
2．5．3
半衰期法；
2．5．4
尝试法； ·
2．5．5
作图法；
2．6
温度对反应速度的影响(表观活化能)；
2．7
对峙反应、平行反应和连串反应；
2．8
链反应；
2．9
化学反应机理的确定；
2．9．1
确定反应机理的步骤；
2．9．2
快速反应研究方法的简介；
化学动力学(二)
2．10
化学反应速度理论；
2．10．1
碰撞理论；
2．10．2
过渡态理论；
2．10．3
单分子反应理论；
2．11
溶液中进行的反应；
2．12
光化反应；
2．12．1
光化学基本定律及量子效率；
2．12．2
光化反应动力学；
2．12．3
激光化学反应；
2．13
催化作用的基本特征；
2．14
均相催化作用的基本特征；
2．14．1
气相催化；
2．14．2
液相催化；
3．教学方式
讲授（建议采用多媒体教学）
第八章、界面现象（6学时）
1．教学要求
明确表面吉布斯自由能、表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系；明确弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，学会使用杨—拉普拉斯公式；了解弯曲表面上的蒸汽压与平面相比有何不同，学会使用Kelvin公式，会用这个基本原理解释人工降雨、毛细凝聚等常见的表面现象；理解吉布斯吸附等温式的表示形式，各项的物理意义，并能应用其作简单计算；理解什么叫表面活性物质，了解它在表面上作定向排列及降低表面吉布斯自由能的情况，了解表面活性剂的大致分类及它的几种重要作用；了解液一液，液一固界面的铺展与润湿情况，理解气一固表面吸附本质及吸附等温线的重要类型，能解释简单的表面反应动力学，为何在不同的压力下有不同的反应级数；
2．教学内容
2．1
表面吉布斯自由能与表面张力；
2．2
弯曲表面现象；
2．2．1
弯曲液面下的附加压力；
2．2．2
蒸气压与表面曲率关系；
2．3
溶液的表面吸附、表面活性物质；
2．3．1
溶液的表面层的吸附现象；
2．3．2
吉布斯等温吸附方程式；
2．3．3
表面活性物质的基本性质和分类；
2．4
几种重要的界面现象及表面活性剂的作用；
2．4．1
润湿与铺展；
2．4．2
乳化与加溶； -
2．4．3
起泡与去污；
2．5
物理吸附与化学吸附；
2．6
吸附等温式；
2．6．1
兰谬尔等温式；
2．6．2
BET吸附公式；
2．7
多相催化作用；
2．7．1
基本术语；
2．7．2
气一固相催化反应的一般机理；
2．7．3
气一固相催化反应速度方程式的建立；
2．8
催化作用简介；
3．
教学方式
讲授（建议采用多媒体教学）
第十章
胶体与大分子（2学时）
1．
教学要求：
了解溶胶的动力学性质、光学性质与电学性质，了解溶胶的一般制备与净化方法，了解胶团的结构及胶体的稳定性与聚沉作用；了解大分子溶液性质及其相对分子质量的测定方法；了解什么是唐南平衡，如何较准确地用渗透压法测定电离大分子物质的相对分子质量。
2．教学内容
2．1
胶体的制备与净化；
2．2
胶体的光散射现象和胶粒扩散；
2．2．1
丁铎尔现象与光的散射；
2．2．2
布郎运动与胶粒扩散；
2．3
电动现象和电动电位；
2．4
胶体的稳定性和聚沉；
2．5
大分子溶液与唐南平衡；
2．5．1
大分子溶液的性质及其相对分子质量的测定；
2．5．2
唐南平衡及离子交换膜的应用——电渗透；
3．教学方式
讲授（建议采用多媒体教学）
五、教材
推荐教材
傅献彩，沈文霞，姚天扬．《物理化学》，高等教育出版社，1990年第4版；
参考书目
1、李文斌．《物理化学例题和习题》，天津大学出版社，1998年第1版；
2、范崇正．《物理化学疑难解析267》，江苏科技出版社，1993年第1版；
；
3、王文清．《物理化学习题精解》 (上) (下)，科学出版社，1999年第1版；
4、孙德坤，沈文霞，姚天扬．《物理化学解题指导》，1998年第1版；
5、万宏文，詹正坤．《物理化学》，高等教育出版社，2002年第1版。