物理化学(上)
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spContent=欢迎大家来到南京大学物理化学MOOC课程!在这里,你可以全面而又高效地获得南京大学物理化学基础课程国家级教学团队老师对物理化学的详细讲解和辅导,系统而又深入地学习物理化学知识,学会认识和探究化学变化的本质,建立属于你自己的化学理论体系,从而能胜任化学及相关领域科研、教学及其他工作。
—— 课程团队
课程概述

南京大学物理化学课程是首批(2003年)国家级精品课程,所在的物理化学基础课程教学团队2009年被评为国家级教学团队。编写出版的第一版至第五版《物理化学》(上、下册)教材,在国内高等院校中有非常广泛的影响力,是迄今为止累计发行和使用量最多的一套教材。其中,第一版是我国物理化学统编教材,第三版曾获国家教委优秀教材一等奖(1987年),第四版和第五版分别为教育部普通高等教育十五十二五国家级规划教材。

本课程将较为全面系统地讲授化学热力学、化学平衡、相平衡、统计热力学、化学动力学、电化学、胶体与表面化学等方面基本概念、原理和方法。

本课程主要面向高等院校大学本科生以及相关专业技术人员。通过该课程的学习,为他们今后的学习、研究和工作提供重要的化学理论基础。

本课程分上、下两个学期讲授。其中,物理化学(上)(54学时)主要包括:化学热力学、化学平衡、相平衡、统计热力学的内容。物理化学(下)(48学时)主要包括:电化学(电解质溶液、可逆电池的电动势及其应用、电解与极化作用)、化学动力学、表面物理化学、胶体分散系统和大分子溶液的内容。


授课目标

1使学生全面而又系统地掌握物理化学中的各种基本概念、原理、研究思路与方法,并能灵活运用,解决生产、生活以及科学研究中与化学相关的各种实际问题。

2学会认识和探究化学变化的本质,建立属于自己的化学理论体系;形成和建立科学的学习方法和思维习惯,提高分析问题和解决问题的能力,从而能胜任化学及相关领域科研、教学及其他工作。

课程大纲

第一章 气体

第一章 单元测验

1-1 气体分子动理论1-气体分子动理论的基本公式

1-2 气体分子动理论1-压力和温度的统计概念

1-3 气体分子动理论1-气体分子运动公式对几个经验定律的说明

1-4 气体分子动理论2-分子平均平动能与温度的关系

1-5 摩尔气体常数(R)

1-6 理想气体的状态图

1-7 分子运动的速率分布1-Maxwell速率分布定律

1-8 分子运动的速率分布2-Maxwell速率分布函数的推导

1-9 分子运动的速率分布3-分子速率的三个统计平均值

1-10 分子运动的速率分布4-气体分子按速率分布的实验验证

1-11 分子平动能的分布

1-12 气体分子在重力场中的分布

1-13 分子的平均自由程

1-14 分子的互碰频率

1-15 分子与器壁的碰撞频率

1-16 分子的隙流

1-17 实际气体1-实际气体的行为

1-18 实际气体2-van der Waals方程式

1-19 实际气体3-其它状态方程式

1-20 气液间的转变—实际气体的等温线和液化过程1-气体与液体的等温线

1-21 气液间的转变—实际气体的等温线和液化过程2-van der Waals方程式的等温线

1-22 气液间的转变—实际气体的等温线和液化过程3-对比状态和对比状态定律

1-23 压缩因子图—实际气体的有关计算

1-24 分子间的相互作用力

第一章典型例题讲解

第一章 单元作业

第二章 热力学第一定律

第二章 单元测验

2.1 热力学概论

2.2 热平衡和热力学第零定律

2.3 热力学的一些基本概念

2.4 热力学第一定律

2.5 功与过程

2.6 准静态过程和可逆过程

2.7 焓

2.8 热容

2.9 理想气体的热力学能和焓--Gay-Lussac-Joule实验

2.10 理想气体的Cp与Cv之差

2.11 绝热过程的功和过程方程式

2.12 Carnot 循环

2.13 热机效率、冷冻系数和热泵

2.14 Joule-Thomson效应

2.15 决定焦-汤系数值的因素

2.16 实际气体的∆U和∆H

2.17 化学反应的热效应——等压热效应与等容热效应

2.18 反应进度

2.19 标准摩尔焓变

2.20 Hess定律

2.21 标准摩尔生成焓

2.22 标准摩尔离子生成焓

2.23 标准摩尔燃烧焓

2.24 反应焓变与温度的关系——Kirchhoff定律

2.25 绝热反应——非等温反应

2.26 热力学第一定律的微观诠释

2.27 热容——能量均分原理

第二章 单元作业

第三章 热力学第二定律

第三章 热力学第二定律单元测验

3-1 自发变化的共同特征-不可逆性

3-2 热力学第二定律

3-3 Carnot定理

3-4 熵的概念

3-5 Clausius不等式

3-6 熵增加原理

3-7 热力学基本方程

3-8 T-S图及其应用

3-9 等温过程中熵变的计算

3-10  非等温过程中熵变的计算

3-11 熵和能量退降

3-12 热力学第二定律的本质

3-13 熵与热力学概率的关系—Boltzmann公式

3-14 Helmholtz自由能

3-15 Gibbs自由能

3-16 变化的方向与平衡条件

3-17 等温物理变化中的Gibbs自由能变化

3-18 化学反应中的Gibbs自由能变化

3-19 几个热力学函数间的关系-基本公式

3-20 几个热力学函数间的关系-特性函数

3-21 几个热力学函数间的关系-Maxwell 关系式及其应用

3-22 Gibbs自由能与温度和压力的关系

3-23 热力学第三定律

3-24 规定熵值

3-25 化学反应过程的熵变计算

3-26 绝对零度不能达到原理

3-27 不可逆过程热力学简介-引言和局域平衡

3-28 不可逆过程热力学简介-熵流和熵产生

3-29 不可逆过程热力学简介-最小熵产生原理

3-30 不可逆过程热力学简介-Onsager倒易关系

3-31 不可逆过程热力学简介-耗散结构和自组织现象

3-32 不可逆过程热力学简介-混沌

3-33 信息熵浅释

第三章 热力学第二定律单元作业

第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用

第四章 单元测验

4-1 引言

4-2 多组分系统的组成表示法

4-3 偏摩尔量的定义

4-4 偏摩尔量的加和公式

4-5 偏摩尔量的求法

4-6 Gibbs-Duhem公式—系统中偏摩尔量之间的关系

4-7 化学势的定义

4-8 化学势在相平衡中的应用

4-9 化学势与温度、压力的关系

4-10 理想气体及其混合物的化学势

4-11 非理想气体混合物-逸度

4-12 逸度因子的求法

4-13 稀溶液中的两个经验定律

4-14 理想液态混合物的定义

4-15 理想液态混合物中任一组分的化学势

4-16 理想液态混合物的通性

4-17 理想稀溶液中任一组分的化学势

4-18 稀溶液的依数性

4-19 Duhem-Margule公式

4-20 活度与活度因子(非理想液态混合物中各组分的化学势——活度的概念)

4-21 活度与活度因子(非理想稀溶液)

4-22 活度与活度因子(双液系中活度因子的关系)

4-23 活度与活度因子(活度和活度因子的求法)

4-24 溶剂A的渗透因子

4-25 超额函数

4-26 分配定律

4-27 理想液态混合物的微观说明

4-28 理想稀溶液的微观说明

4-29 绝对活度

第四章典型例题讲解-1

第四章典型例题讲解2

第四章典型例题讲解3

第四章典型例题讲解4

第四章典型例题讲解5

第四章典型例题讲解6

第四章典型例题讲解7

第四章典型例题讲解8

第四章典型例题讲解9

第四章典型例题讲解10

第四章典型例题讲解11

第四章典型例题讲解12

第四章典型例题讲解13

第四章典型例题讲解14

第四章典型例题讲解15

第四章典型例题讲解16

第四章典型例题讲解17

第四章典型例题讲解18

第四章典型例题讲解19

第四章典型例题讲解20

第四章单元作业

第五章 相平衡

第五章 单元测验

5.1 多相系统平衡的一般条件

5.2 相律

5.3 单组分系统的两相平衡——Clapeyron方程

5.4 外压与蒸气压的关系——不活泼气体对液体蒸气压的影响

5.5 水的相图

5.6 硫的相图

5.7 超临界状态

5.8 理想的二组分液态混合物——完全互溶的双夜系

5.9 杠杆规则

5.10 蒸馏(或精馏)的基本原理

5.11 非理想的二组分液态混合物

5.12 部分互溶的双液系

5.13 不互溶的双液系——蒸汽蒸馏

5.14 简单的低共熔二元相图

5.15 形成化合物的系统

5.16 气-固态的平衡图——水合物(固)的解离平衡图

5.17 液、固相都完全互溶的相图

5.18 固态部分互溶的二组分相图

5.19 区域熔炼

5.20 等边三角形坐标表示法

5.21 部分互溶的三液体系统

5.22 二固体和一液体的水盐系统

5.23 三组分低共熔系统的相图

5.24 直角坐标表示法

5.25 二级相变

5.26 铁-碳系统的相图

5.27 相平衡典型例题讲解

第五章单元作业

第六章 化学平衡

第六章单元测验

6-1. 化学反应的平衡条件

6-2. 化学反应亲和势

6-3. 化学反应等温式

6-4. 溶液中反应的平衡常数

6-5. 平衡常数的表示式

6-6. 复相化学平衡

6-7. 标准摩尔生成Gibbs自由能

6-8. 标准状态下反应的Gibbs自由能变化值

6-9. Ellingham 图

6-10. 温度对化学平衡的影响

6-11. 压力对化学平衡的影响

6-12. 惰性气体对化学平衡的影响

6-13. 同时化学平衡

6-14. 反应的耦合

6-15. 近似计算

6-16. 生物化学中的标准态

6-17. ATP的水解

6-18. 糖酵解

第六章单元作业

第七章 统计热力学基础

第七章单元测验

7-26 典型例题讲解6

7-27 典型例题讲解7

7-1 统计热力学概论

7-2 微观粒子运动状态的描述

7-3 分子运动的能级

7-4 Boltzmann统计

7-5 两个待定因子的推导

7-6 Boltzmann统计的问题

7-7 两种量子统计

7-8 配分函数的定义和分离

7-9 配分函数与热力学函数的关系

7-10 原子核配分函数

7-11 电子配分函数

7-12 平动配分函数

7-13 单原子理想气体热力学函数的统计计算

7-14 转动配分函数

7-15 振动配分函数

7-16 晶体的热容

7-17 分子全配分函数

7-18 公共能量标度

7-19 自由能函数和热函函数

7-20 从配分函数求平衡常数

7-21 典型例题讲解1

7-22 典型例题讲解2

7-23 典型例题讲解3

7-24 典型例题讲解4

7-25 典型例题讲解5

第七章 统计热力学基础单元作业

预备知识

大学化学基础

大学数学基础

证书要求

单元测验占40%,课堂讨论占10%(参与课程讨论至少5次),单元作业占10%(参与作业互评至少5次),期末考试占40%。

按百分制计分,60分至79分为合格,80分至100分为优秀。


参考资料

1.傅献彩、沈文霞、姚天扬、侯文华编,《物理化学》(第五版,上册),高等教育出版社,2005

2.傅献彩、沈文霞、姚天扬、侯文华编,《物理化学》(第五版,下册),高等教育出版社,2006

3.孙德坤、沈文霞、姚天扬、侯文华编,《物理化学学习指导》,高等教育出版社,2007

4.侯文华、淳远、姚天扬编,《物理化学习题集》,高等教育出版社,2009