物理化学
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课程评价
spContent=物理化学是化学学科的重要分支,是化学专业的主干基础课。通过本课程的教学,使学生掌握物理化学的基本内容,更重要的是培养学生建立一套科学的学习方法,提高自学能力和独立工作能力,学会认识化学变化本质的方法,具有较好的创新意识和较强的实践能力,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

本课程将较为全面地讲授化学热力学、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。

本课程分两个学期讲授。本学期讲授《物理化学》上(54学时),包括:化学热力学、化学平衡、相平衡、统计热力学的内容。


授课目标
1、判断化学变化的方向和限度问题。掌握热力学的三个基本定律和在多组分系统、相平衡和化学平衡等方面的应用。2、掌握化学反应的速率和机理问题。了解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。3、具备一些基本的统计热力学的知识和微观结构的概念,更好地了解化学现象的本质。
课程大纲

   *本学期讲授《物理化学》上,内容为:第一章~第七章(总学时:54学时)*

   第一章  气体(6学时)

   气体分子动理论,摩尔气体常数R,理想气体的状态图,分子运动的速率分布,分子平动能的分布,气体分子在重力场中的分布,分子的碰撞频率与平均自由程,实际气体,气液间的转变-实际气体的等温线和液化过程,压缩因子图-实际气体的有关计算,分子间的相互作用力。


   第二章  热力学第一定律(8学时)

   热力学基本概论,热平衡和热力学第零定律-温度的概念,热力学的一些基本概念,热力学第一定律,准静态过程与可逆过程、焓和热容,热力学第一定律对理想气体和实际气体的应用,热化学和赫斯定律,化学反应的进度,几种热效应,反应焓变与温度的关系-Kirchhoff定律,绝热反应-非等温反应,热力学第一定律的微观说明。


   第三章  热力学第二定律(11学时)

   自发变化和热力学第二定律,Carnot定理和熵的概念,Clausius不等式与熵增加原理,热力学基本方程图T-S图,熵变的计算,熵和能量退降,热力学第二定律的本质和熵的统计意义,Helmholtz自由能和Gibbs自由能,变化的方向和平衡条件,Gibbs自由能变化的计算,几个热力学函数间的关系,热力学第三定律与规定熵,不可逆过程热力学热力学简介。


   第四章  多组分系统热力学及其在溶液中的应用(10学时)

   多组分系统的组成表示法,偏摩尔量和化学势,化学势的各种表示式和标准态,多组分系统的热力学基本方程,稀熔液的两个经验定律和依数性,活度和活度因子,混合物、理想溶液和非理想溶液的特点,渗透因子和超额函数,分配定律,理想液态混合物和理想稀溶液的微观说明。


   第五章  相平衡(9学时)

   相平衡中的基本概念和Gibbs相律,单组分系统相平衡,二组分系统的相图及其应用,三组分系统的相图及其应用,二级相变。


   第六章  化学平衡(4学时)

   化学反应的平衡条件,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,标准摩尔生成Gibbs自由能,温度、压力和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,生物能学简介。


   第七章  统计热力学基础(6学时)

   统计热力学的基本概念和假定,Boltzmann统计,Bose-Einstein统计和Fermi-Dirac统计,配分函数,各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献,晶体的热容问题,分子的全配分函数,用配分函数计算反应的标准摩尔Gibbs自由能变化和平衡常数。


   第八章  电解质溶液(6学时)

   电化学基本概念和电解定律,离子的电迁移和迁移数,电导、电导率和摩尔电导率及其与浓度的关系,离子独立移动定律,电导测定的应用,平均活度和平均活度因子,离子强度,Debye-Hückel极限公式,强电解质溶液理论简介。


   第九章  可逆电池的电动势及其应用(8学时)

   可逆电极的类型和可逆电池的条件,电动势测定的原理,可逆电池的书面表示法,可逆电池热力学,电动势产生的机理,电极电势、电池电动势及Nernst方程,电动势测定的应用,内电位、外电位和电化学势。


   第十章  电解与极化作用(2学时)

   分解电压与极化作用,极化曲线和超电势,电解时电极上的竞争反应,金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化,化学电源,电有机合成简介。


   第十一章  化学动力学基础(一)(7学时)

   化学动力学的基本概念,化学反应的速率方程,具有简单级数的反应,几种典型的复杂反应(平行、对峙、连续反应),基元反应的微观可逆性原理,温度对反应速率的影响,关于活化能,链反应,拟定反应历程的一般方法。


   第十二章  化学动力学基础(二)(7学时)

   碰撞理论,过渡态理论,单分子反应理论,分子反应动态学简介,在溶液中进行的反应,快速反应的几种测试手段,光化学反应,化学激光简介,催化反应动力学。


   第十三章  表面物理化学(6学时)

   表面张力及表面Gibbs自由能,表面热力学的基本公式,弯曲表面上的附加压力和蒸气压,溶液的表面吸附,液-液界面的性质,膜,液-固界面-润湿作用,表面活性剂及其作用,固体表面的吸附,气-固相表面催化反应。


   第十四章  胶体分散系统和大分子溶液(6学时)

   胶体的基本特性、溶胶的制备和纯化,溶胶的动力性质,溶胶的光学性质,溶胶的电学性质,双电层理论和zeta电势,溶胶的稳定性和聚沉作用,乳状液,凝胶,大分子溶液,Donnan平衡和聚电解质溶液的渗透压。

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.教材

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


2.主要参考书

1)侯文华、淳远、姚天扬编,《物理化学习题集》,高等教育出版社,2009

2)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

3)韩德刚、高执棣、高盘良编,《物理化学》(2),高等教育出版社,2009

4)胡英主编,《物理化学》(第四版),高等教育出版社,1999

5)范康年 主编,《物理化学》(2),高等教育出版社,2005

6)朱志昂 主编,《近代物理化学》(3),科学出版社,2004

7)孙世刚 主编,《物理化学》,厦门大学出版社,2008

8Peter Atkins, Julio De Paula, Physical Chemistry (9th Edition), Oxford University Press, 2010

9Ira N. Levine, Physical Chemistry (6th Edition), McGraw-Hill Publishing, 2008

10Donald A. McQuarrie, John D. SimonPhysical Chemistry: A Molecular ApproachUniversity Science Books, U.S. 1997.