《物理化学》是从物质的物理现象和化学现象的联系入手,探求化学变化规律的一门科学,是化学学科的理论基础,所以历史上也曾被称作“理论化学”。物理化学的理论与实验方法已渗透到医学检验、药学、生物、农学、食品、环境、能源、材料等各个领域,为这些学科的进一步发展提供了重要的理论基础与实验基础。课程总目标是系统地获取物理化学的基础知识、基本理论和基本技能,培养学生运用物理化学的知识解决物理化学问题的能力,培养学生进一步获取知识的能力和创新思维的习惯,为分析和解决化工生产和科研中的问题打下扎实的理论基础。
本课程的教学目的是:使学生运用物理学的理论和方法对化学现象做理论的和定量的探讨,进一步理解物质化学变化的普遍规律及探索方法。课程总目标是系统地获取物理化学的基础知识、基本理论和基本技能,培养学生运用物理化学的知识解决物理化学问题的能力,培养学生进一步获取知识的能力和创新思维的习惯,为分析和解决化工生产和科研中的问题打下扎实的理论基础。
考核形式 | 考核要求 | 考核权重 |
视频学习进度;在线知识点习题测试;章节测试;单元测试 | 视频学习次数、习题正确率、课堂提问互动、测试结果 | 0.3 |
视频学习结束后,综合知识考试 | 按教学目标进行考试 | 0.7 |
绪论
1、教学内容
(1)物理化学的由来、发展、能解决的问题;(2)物理化学的学习方法
2、基本要求
(1)了解本课程的性质、研究对象与方法、任务;(2)掌握学习本课程的几个基础概念。
第一章 热力学第一定律
1、教学内容
(1) 热力学的几个基本概念: 体系和环境,过程和途径,状态和状态函数,热力学平衡, 热量和功;热力学第一定律和内能,热力学第一定律的数学表达式,内能变化的物理意义,理想气体的内能。
(2) 焓的定义,焓变化的物理意义,理想气体的焓,热容的几种定义(平均热容、比热、摩尔热容、等压摩尔热容、等容摩尔热容)。热容与温度的关系, 由热容求单纯变温过程中的热、内能和焓的变化(只考虑热容是常数的情况)。
(3) 反应进度,反应热效应和热化学方程式,盖斯定律,由生成热计算反应热,由离子生成热计算溶液反应热,由燃烧热计算反应热。
2、基本要求
了解内能和焓等概念;熟悉热力学第一定律和化学反应的热效应;掌握盖斯定律、生成热、燃烧热及有关计算。
第二章 热力学第二定律
1、教学内容
(1)热力学第二定律的两种表述法,卡诺热机和卡诺循环(热机、卡诺热机、卡诺循环、任意热机和卡诺热机的工作效率)。
(2)卡诺原理及其推论,卡诺循环的热温商,熵的热力学定义,熵增加原理和熵判据,热力学第三定律,规定熵。物理过程中体系的熵变化(单纯变温过程、理想气体状态变化过程、相变过程), 化学反应的熵变化。
(3)吉布斯自由能,自由能判据,根据dG=Vdp-SdT、△G=△H-T△S以及标准生成自由能计算化学反应的自由能变。
(4)封闭体系的热力学基本公式,自由能变化与温度的关系(只引出吉布斯-亥姆霍兹公式),多组分体系中物质的偏摩尔量,化学势,理想气体的化学势,化学势判据。化学热力学基本原理在生物体系中的应用简介。
2、基本要求
熟悉热力学第二定律的数学表达式及热力学第三定律,掌握自由能变化计算的应用。
第三章 溶液和相平衡
1、教学内容
(1)偏摩尔量
(2)化学势
(3)气体组分化学势
(4)拉乌尔定律和亨利定律
(5)稀溶液
(6)理想溶液
(7)稀溶液的依数性
2、基本要求
理解并掌握偏摩尔量、化学势、活度和标准态等基本概念及物理意义。掌握稀溶液的两大定律拉乌尔定律和亨利定律。掌握气体和溶液中物质化学势的表示式。掌握稀溶液的依数性。
第四章 化学平衡
1.教学内容
(1)化学反应的等温式方程
(2)理想气体反应的活度商和标准平衡常数
(3)温度对标准平衡常数的影响
(4)其它因素对理想气体标准平衡常数的影响
2.基本要求
理解并掌握化学反应吉布斯函数变化和化学势。掌握化学反应等温式方程的意义及应用。掌握化学反应的标准吉布斯函数变化和标准生成吉布斯函数的概念及意义。掌握标准平衡常数。掌握平衡常数及活度商的各种计算以及影响平衡移动的各种因素。
第五章 电解质溶液
1、教学内容
(1) 电导及电导率,摩尔电导率;
(2) 离子独立移动定律;
(3) 电导率的测定及其应用 (测定水的纯度、弱电解质电离常数的测定、难溶电解质溶度积常数的测定、电导滴定)。
2、基本要求
了解电解质溶液的特点;熟悉电导、电导率及摩尔电导率的概念;掌握电导率的有关计算及电导测定的应用。
第六章 原电池和电解池
1、教学内容
(1) 原电池的组成,电池反应及电极反应方程式,由化学反应式组成电池(写出电池表达式),由电池表达式写出化学反应的反应式, 可逆电池。
(2) 电动势的温度系数,电动势与电池反应的△G、△H、△S的关系(根据电池电动势的符号判断化学反应方向), 电动势的能斯特方程。
(3) 电动势的产生,标准电极电势,电极的组成和分类,电极电势的能斯特方程(从电动势的能斯特方程推出), 电极电势和电动势的计算(非标准状态下电极电势和电动势的计算, 由相关电极电势求未知电极电势) 。
(4) 浓差电池,盐桥的作用。
(5) 分解电压
(6) 极化作用
(7) 分解时的电极反应(离子的析出顺序)
2、基本要求
了解原电池组成、电池反应、电极电势的产生;熟悉可逆电池的热力学;掌握电极电势的计算及电动势测定的应用;了解电极极化的原因,理解分解电压、超电势、极化作用等概念;掌握电解池与原电池极化的差别;掌握电解时两极上发生电极反应的顺序;了解金属的电化学腐蚀机理和防护方法。
第七章 化学动力学
1、教学内容
(1) 反应速率表示法,反应速率的测定,基元反应,非基元反应,反应速率方程式,质量作用定律,反应级数和反应分子数,反应速率的测定(代入法、试探作图法、半衰期法、对数作图法)。
(2) 具有简单级数的反应(一级反应、二级反应、零级反应)的动力学特征(积分式、微分式、半衰期、线性关系式) 。
(3) 复杂反应(对峙反应、平行反应、连串反应)的动力学特征;阿累尼乌斯经验式(积分式、指数式、微分式、定积分式),求不同温度时的化学反应速率常数,活化能,活化能对反应速率的影响、活化能的求得,药物化学稳定性预测。
(4) 催化剂的基本特性,催化活性曲线,酶催化反应动力学。
2、基本要求
了解酶催化反应的动力学特征、质量作用定律和反应速率方程式;熟悉零级反应、一级反应、二级反应、对峙反应、平行反应和连串反应的动力学特征;熟悉反应级数、反应活化能及浓度、温度、催化剂等对反应速率的影响;掌握一级反应,二级反应和阿累尼乌斯公式的计算及其应用。
第八章 界面现象
1、教学内容
(1) 分散度和比表面,表面自由能和表面张力,弯曲表面的附加压力,弯曲液面的蒸气压。
(2) 溶液的表面张力,吉布斯吸附方程式
(3) 表面活性物质,表面活性剂的分类,表面活性剂在水溶液中的分布情况,表面活性剂两个重要特性,表面活性剂的几个重要作用及其在药学中的应用。
(4) 固体表面吸附作用的分类, 吸附等温式, 离子吸附, 润湿与铺展。
2、基本要求
了解表面自由能、表面张力和固体表面吸附; 熟悉弯曲表面现象和溶液表面吸附; 熟悉表面活性剂的特性和几种独特作用。
第九章 胶体分散系
1、教学内容
(1) 分散系的分类,胶体分散系,大分子化合物溶液及溶胶的基本特性。
(2) 溶胶的性质:动力学性质(布朗运动、扩散、沉降和沉降平衡),光学性质(丁铎尔现象、超显镜原理),电学性质(电动现象、胶体粒子带电的原因、双电层和电动电势、溶胶的胶团结构)。
(3) 溶胶的稳定性,溶胶的聚沉作用(溶胶的聚沉、影响聚沉的因素),胶溶作用,大分子化合物溶液对溶胶的保护和敏化作用,溶胶的制备,溶胶的净化。
2、基本要求
了解溶胶和大分子溶液性质的异同点,沉降平衡; 了解大分子电解质溶液的特性; 熟悉丁达尔现象、电泳、溶胶的聚沉作用、超滤、超速离心。
本课程要求学生先修如下课程:
1. 高等数学
2. 大学物理
3. 无机化学
1. 《物理化学》(第四版);ISBN:978-7-117-24589-0/R∙24590; 谢吉民、濮良忠主编,人民卫生出版社, 2017, 7。
2. 《物理化学》(第六版);ISBN:978-7-04-047961-4;天津大学物理化学教研室 编;高等教育出版社,2017, 8。