《物理化学A》课程教学大纲

课程名称：《物理化学A》                              课程编码：18000133-4

学   时：96学时                                                   学    分：6学分

开课学期：第3、4学期

课程类别：必修课

课程性质：学科技术基础课

适用专业：化学工程与工艺、应用化学

先修课程：无机化学、高等数学、大学物理

一、课程的性质、目的与任务

物理化学是化学工程与工艺、应用化学等专业的一门重要的学科技术基础课。本课程是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而找出化学运动中最具有普遍性的基本规律的一门学科。物理化学的研究内容包括三个部分：化学热力学—研究化学变化的方向和限度；化学动力学—研究化学反应的速率和机理；物质结构—研究物质结构与性质间的内在联系。通过本课程的学习，使学生能比较牢固地掌握物理化学中的基本概念、基本理论和基本计算方法，同时得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养，这种训练和培养贯穿于课程教学的整个过程中，使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并结合具体的条件应用理论解决实际问题的方法，为后续课程的学习打下良好的基础。

二、课程的基本要求

掌握热力学第一定律、第二定律、第三定律以及它们之间的关系及其变化规律，熟练掌握热力学七个函数Q、W、△U、△H、△S、△A、△G的计算方法和热力学基本方程，掌握克拉佩龙方程和克劳修斯-克拉佩龙方程意义并能熟练地应用。了解偏摩尔量和化学势的概念。掌握拉乌尔定律和亨利定律和稀溶液的依数性以及其应用。熟练掌握化学反应等温方程和平衡常数表达式以及二者之间的关系，并能应用其进行有关化学平衡的计算，知道影响化学平衡的各种因素。掌握相率，并在相率指导下熟悉各类典型的一元、二元相图。掌握原电池、电解池原理及其应用，熟练掌握能斯特方程及其应用。熟悉表明张力、附加压力的概念，熟练掌握拉普拉斯方程、开尔文公式的应用及其应用，熟悉表面吸附和朗格缪尔吸附等温式，了解BET公式的意义。掌握反应速率的各种表示形式和意义，熟练掌握各级反应速率方程的微分形式和积分形式及其应用。熟悉速率方程的近似处理方法，了解化学反应速率的碰撞理论和过渡状态理论的要点。

根据大纲要求，选用天津大学物理化学教研室主编，高等教育出版社出版的《物理化学》（上、下册）作为教材。因为该教材与大纲要求基本适应。在教学方法上建议以课堂讲授为主，多媒体课件为辅。对理论的讲授应在使学生理解基本概念的基础上，注意结合实际例子，培养学生分析、解决问题的能力。

三、          教学内容

绪论

本章内容：物理化学课程的内容；学习物理化学的要求及方法；物理量的表示及运算。

本章要求：了解物理化学中的一般概念；掌握物理量的表示和运算方法；了解学习物理化学的研究程序和方法。

第一章 气体的PVT关系

本章内容：理想气体状态方程；理想气体混合物；气体的液化及临界参数；

真实气体状态方程；对应状态原理及普遍化压缩因子图。

本章要求：熟练掌握理想气体状态方程及应用；掌握理想气体的特征和气体常数R；熟悉道尔顿定律和阿马加定律；熟悉液体的饱和蒸气压和临界参数；会用普遍化压缩因子图；熟悉范德华方程。

第二章 热力学第一定律

本章内容：热力学基本概念；热力学第一定律；恒容热、恒压热及焓；摩尔热容；焦耳实验，理想气体的热力学能及焓；气体可逆膨胀压缩过程，理想气体绝热可逆过程方程式；相变焓；化学反应焓；标准摩尔反应焓的计算。

本章要求：掌握热力学的一些基本概念：系统、环境、状态、状态函数、热、功过程、途径等；熟练掌握热力学第一定律。明确内能的概念，明确热和功只有在系统与环境有能量交换时才有意义。熟知功和热的正负号规定；明确U和H都是状态函数以及状态函数的特征；熟练地应用热力学第一定律计算理想气体在恒温、恒压、绝热过程中的△U、△H、W、Q；掌握热容的概念；熟悉恒容热、恒压热以及它们与△U、△H的关系；了解相变焓、焦耳实验；熟悉化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓；能利用生成焓和燃烧焓计算反应热，会用盖斯定律和基希霍夫定律；了解节流膨胀和焦耳-汤姆逊效应。

第三章 热力学第二定律

热力学第二定律；卡诺循环和卡诺定理；熵和克劳修斯不等式；熵变的计算；热力学第三定律和化学变化过程熵变的计算；亥姆霍兹函数和吉布斯函数；热力学基本方程和麦克斯韦关系式；热力学第二定律在单组分系统相平衡中的应用。

本章要求：了解自发过程的特征，熟悉卡诺循环和卡诺定理，明确热力学第二定律的意义；明确熵的物理意义，能应用熵判据判断过程的方向及平衡条件。熟练掌握一些典型过程的熵变的计算；明确亥姆霍兹函数、吉布斯函数的定义和它们在一定条件下物理意义。正确使用亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据判断过程的方向和限度，掌握一些典型过程的△A、△G的计算方法；熟练掌握克拉佩龙方程和克劳修斯-克拉佩龙方程及有关计算；掌握热力学基本方程和麦克斯韦关系式。

第四章 多组分系统热力学

本章内容：偏摩尔量；化学势；气体组分的化学势；拉乌尔定律和亨利定律；理想液态混合物；理想稀溶液；稀溶液的依数性；活度和活度因子。

本章要求：明确偏摩尔量和化学势的定义和意义；掌握拉乌尔定律和亨利定律及应用；了解理想溶液的通性，掌握理想液态混合物的混合性质；了解溶液中各组分的标准态及意义；熟练掌握稀溶液依数性公式和有关计算；掌握化学势判据；了解活度和活度因子。

第五章 化学平衡

本章内容：化学反应的方向及平衡条件；理想气体化学反应的标准平衡常数；平衡常数及平衡组成的计算；温度对标准平衡常数的影响；其它因素对理想气体化学平衡的影响；同时反应平衡组成的计算。

本章要求：熟悉化学反应的等温方程的推导；明确标准平衡常数的定义；掌握用化学反应的等温方程判断化学反应的方向和限度的方法；学会用热力学数据计算标准平衡常数；了解等压方程的推导；理解温度对标准平衡常数的影响—范特霍夫方程；熟悉压力和惰性组分对化学反应平衡组成的影响；了解同时平衡。

第六章 相平衡

本章内容：相律；单组分系统相图；二组分理想液态混合物的气-液平衡相

图；二组分真实液态混合物的气-液平衡相图；二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气-液平衡相图；二组分固态不互溶系统的固-液平衡相图；二组分固态互溶系统的固-液平衡相图；生成化合物的二组分凝聚系统相图。

本章要求：掌握相、组分、自由度等基本概念；理解相律的意义，并能正确地使用；熟练掌握杠杆规则，并能应用杠杆规则进行有关计算；对相图中点、线、面的意义能透彻理解；学会绘制相图的基本原理和方法；掌握单组分系统、二组分气-液平衡系统、二组分固-液平衡系统相图的特点；会画步冷曲线

第七章 电化学

本章内容：电极过程、电解质溶液及法拉第定律；离子的迁移数；电导、电

导率和摩尔电导率；电解质溶液的活度、活度因子及德拜-休克尔极限公式；可逆电池及其电动势的测定；原电池热力学；电池电势和液体接界电势；电极的种类；原电池设计；分解电压；极化作用；电解时的电极反应。

本章要求：了解电化学的概念和电化学系统不同相间电势差产生的原因；理解原电池、电解池的不同概念；明确电池的阴、阳极和正、负极规定的原则；掌握常用电极的类型，会写常用电极和常用电池的电极反应和电池反应；掌握原电池电动势的定义，理解可逆电池必须满足的条件；熟练掌握原电池反应及电极反应的能斯特方程，会用能斯特方程进行有关计算；掌握法拉第定律；熟悉迁移数、电导、电导率、摩尔电导率等概念，并能正确地进行计算；熟悉活度、活度因子的概念，并能正确地进行计算；了解德拜-休克尔极限公式；熟悉原电池电动势与热力学函数间的关系；了解极化的概念，了解电解池极化曲线及化学电源的极化概念；了解超电势的定义及对两极产物的影响；了解理论分解电压及实际分解电压的概念；了解电解时电极反应的竞争；了解电化学的一些实际应用。

第八章 界面现象

本章内容：界面张力；弯曲液面的附加压力及其后果；固体表面；液-固界面；溶液表面。

本章要求：理解表面张力、表面功、表面吉布斯函数的概念；理解弯曲液面附加压力的概念，掌握拉普拉斯方程；理解弯曲液面的饱和蒸气压和平面液体的饱和蒸气压的不同，掌握开尔文公式及其应用；了解润湿现象，理解接触角和杨氏方程，熟悉毛细管现象；理解亚稳状态及新相生成热力学和动力学；理解溶液界面上的吸附现象，正吸附和负吸附，吉布斯模型及表面过剩的概念。理解吉布斯吸附等温式；掌握物理吸附和化学吸附的意义和区别；掌握Langmuir单分子层吸附理论和吸附等温式及其应用；了解B.E.T多分子层吸附理论和吸附等温式及其应用；了解多相催化反应的基本步骤；了解表面反应的机理及其应用；了解表面活性剂的结构特征及其应用。

第九章 化学动力学

本章内容：化学反应的反应速率及速率方程；速率方程的积分形式；速率方程的确定；温度对反应速率的影响，活化能；典型复合反应；复合反应速率的近似处理法；链反应；气体反应的碰撞理论；势能面与过渡状态理论；溶液中的反应；多相反应；催化作用的通性；单相催化反应；多相催化反应。

本章要求：了解化学动力学的研究内容和方法，熟悉反应速率的定义，掌握基元反应的质量作用定律；了解反应速率与浓度关系的经验方程的一般形式，理解反应级数的概念，理解宏观反应速率常数的物理意义及单位；掌握一级、二级反应的速率方程和应用，掌握一级、二级反应的特征；了解其他级数反应的速率方程和特征；掌握通过实验建立反应速率方程的方法；了解反应速率与温度的一般关系，掌握阿累尼乌斯方程的各种形式及其应用，理解指前因子A、活化能Ea的物理意义；了解基本类型的复合反应的定义，理解对行反应、平行反应的速率方程及应用。了解串联反应的c-t曲线的特征，了解反应速率的控速步骤的概念；了解链反应的共同特征，了解链反应的分类、链爆炸、热爆炸、爆炸界限等概念；理解复合反应速率方程的近似处理法的原理，掌握其应用；理解催化剂的定义、催化作用的分类及催化作用的共同特征，了解催化剂的主要类型，了解催化剂及催化作用的基本知识；了解基元反应的速率理论，即简单碰撞理论、过渡状态理论的一些基本概念，了解两个理论的基本假设、数学表达式，比较两个理论的成功与不足；了解溶液中反应的特点，了解笼罩效应、“遭遇”、扩散控制与活化控制等概念，了解溶剂性质对反应速率影响的规律。

四、习题要求

主讲教师可根据教学实际情况留书后习题或自选习题，每两学时理论课教学布置2-5个习题，作业要求全部按时完成，每个学期对学生的作业完成情况，助课教师要有详细记载，作为平时考察内容的一部分。

五、课程学时分配

内容	教学各环节				课内学时
	理论学时	辅导答疑	习题课	上机考试
绪论	1
气体的PVT关系	3	2
热力学第一定律	8	4	1	1
热力学第二定律	11	6
多组分系统热力学	8	4	1	1
化学平衡	4	2
相平衡	10	4	1	1
电化学	17	6	1	1
界面现象	12	2	1	1
化学动力学	16	6	1	1
合计	90	36	6	6	96

 

六、课程考核方式

考核分两部分：平时成绩和期末闭卷考试。平时成绩考核合格，允许参加期末考试。平时考核不合格不合格者，不允许参加期末考试。平时成绩考核可以采取阶段性考试、上机考试等多种形式，期末闭卷考试由题库抽题形成试卷。

成绩：平时40%+期末60%。

七、教学大纲使用说明

   理论学时和习题课学时原则上采用传统教学模式，即粉笔+黑板，适当采用多媒体和录像等电化教学手段，对物理化学中的一些实验、现象、原理等以动画形式在课堂播放，增加学生感性认识。

八．          教学参考书目

1.       天津大学物理化学教研室．物理化学.上、下册 （第六版）（面向二十一世纪）．（教委一等奖）.北京：高等教育出版社，2017.8

2．华东师范大学等五校合编. 物理化学.上、下册．（教委一等奖）.北京：高等教育出版社.

3.     吉林大学物理化学教研室．物理化学.上、下册. 北京：高等教育出版社，

4.     印永嘉．物理化学. （第三版）．（教委一等奖）.北京：高等教育出版社.

5.     傅献彩，沈文霞，姚天扬等.《物理化学》.上，下册. 北京：高等教育出版社.

6.     大连理工大学物理化学教研室．物理化学.上、下册. 北京：高等教育出版社.

 

 

制定人：周迎春

审定人：吴红梅

批准人：张震斌

 

二〇一八年三月