《物理化学》教学大纲.doc

1、 物理化学 教学大纲 （化学工艺专业本科） 延安大学化学与化工学院 物理化学教研室 2003 年 8 月 化学 工艺专业 (本科 )物理化学教学大纲 一 、 本课程的目的和任务 物理化学是化学 各 专业的一门基础理论课。本课程的目的是在已学过一些先行课程的基础上 ,运用物理和数学的有关理论和方法进一步研究物质化学运动形式的普遍规律及原理和方法。一方面对己学的课程 (如无机化学分析化学等 )中某些内容加深理解 ,另一方面可增强化学教学中分析问题和解决问题的能力 ,从而提高中 学化学教学质量。 物理化学的理论研究方法有热力学方法、动力学方法、统计力学方法和量子力学方法。从研究内容来说包括宏观上的、

2、微观上的、以及亚微观上的，对化学教育专业学生来说，热力学方法及宏观上内容是主要的、基本的，后两种方法及内容的重要性正在日益增加，要求初步了解统计热力学方法。 本课程主要包括化学热力学、统计热力学、化学动力学和电化学等四个部分。通过讲授、自学、习题课、演算习题等 教学环节使学生掌握各章中所提出的教学要求 ,达到本课程的目的。 为了培养学生的独立工作能力 ,讲授内容应分清主次 ,在注意系统性的原则下 ,着重讲解教材的重点和难点。对教材中带星号的章节 ,可按教学的实际情况取舍或作为课外阅读材料。 习题课是重要的教学环节 ,教师必须予以重视。 物理化学实验己作为一门独立课程开设 ,不属本教学大纲的范围

3、。 二、讲授大纲与各章的基本要求 绪论 着重阐明物理化学的意义 ,介绍学习物理化学的方法。 基本内容： 1、物理化学概论 (含义、内容和任务、方法、地位和发展简史 )。 2、怎样学习物理化学 第一章 热力掌第 -定律 通过本章的教学使学生初步了解热力学的方法 ,建立内能与焓是状态函数的概念 ,并理解状态函数的性质 ,理解热 力学第一律 ,并能应用于物理化学过程。理解可逆过程和最大功的含义。本章是物理化学的核心内容。 基本要求： 1、必须使学生弄清楚热力学的一些基本概念。 2、应使学生知道热、功和内能这三者的区别与联系。 3、必须使学生充分理解状态函数的意义及数学特性。 4、应使学生熟练理想气体

4、在等温、等容、等压与绝热过程中 U 、 H、 Q和 W 的计算。 5、热化学部分应使学生知道第一定律与盖斯定律的关系。基尔戈夫定律的由来并熟悉这两个定律的应用。 6、可逆过程与最大功是本章的重点和难点 ,学生必须较好地掌握这两个基本概念。 基本内容 : 一、热力学基本概念 1、热力学的内容、方法和局限性 2、体系与环境 3、体系的状态与性质 4、过程与途径 5、状态函数与全微分性质 二、热和功 1、热 2、功体积功与非体积功、功的一般计算公式 ) 三、热力学第一定律 1、理解热力学第一定律的叙述及数学表达式。 2、掌握内能、功、热的计算 四、焓 明了热力学焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓、标

5、准摩尔反应焓等概念及掌握其计算方法 五、热容 Cp 和 Cv 的关系 六、热力学第一定律的应用 (理想气体、相变过程、化学过程、盖 .吕 萨克实验 七、焦耳一汤姆逊实验 1、焦耳一汤姆逊实验 2、焦耳一汤姆逊系数及焦耳一汤姆逊倒转温度 3、气体的液化 八、化学反应的热效应 1、等压热效应与等容热效应 2、反应进度 3、热化学方程式 九、热化学基本定律及热效应的计算 1、盖斯定律 2、由热化学数据 (燃烧热、生成热 )计算反应热效应 3、溶解热与稀释热 4、由键焓估算标准生成热 十、反应热效应与温度的关系 1、基尔戈夫定律 2、绝热反应 非等温反应 *3、关于热效应计算的应用 (合成氨反应、火焰

6、最高温度 等 ) 十一、可逆过程与最大功 1、可逆过程的意义与特征 2、理想气体的可逆膨胀或压缩 3、可逆循环过程的体积功 卡诺循环 第二章 热力学第二定律 本章亦是核心内容之一 ,主要讨论体系过程的方向与限度 ,熵与熵增加原理是本章的难点和重点。熵的统计意义能使学生初步理解熵与第二定律的初步微观含义。热力学第三定律为以后计算物质的熵值与其它热力学函数提供根据。由于化学反应一般可控制在恒温恒压下进行 ,故吉布斯自由能的引入也是本章的重要内容之一 ,化学势是讨论敞开体系与多组分体系的有用函数。 基本要求： : 1、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。 2、明确从卡诺热机得出

7、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。 3、熟记并理解 S、 F、 G 的定义与各热力学函数间的关系。 4、明确每一热力学函数只有在特定条件下才能作为过程方向和限度的判据 ,熟练 S 和 G 的计算与应用。 5、熵的统计意义和热力学第三定律只作一般性了解。 6、初步理解化学势与标准态的概念与意义。 基本内容： 一、一切自发过程的共同特征 二、热力学第二定律的表述法 :克劳修斯和开尔文说法 三、卡诺原理 四、过 程的热温商与熵函数 1、克劳修斯原理 2、可逆过程的热温商和熵的概念 3、不可逆过程的热温商与熵变 五、过程的方向和限度的判据 1、热力学第二定

8、律的数学表示式 2、熵增加原理 *3、熵与“无用能” 六、熵的统计意义 1、过程自发进行的微观本质 2、微观状态数与最可几分布 3、玻兹曼公式 七、熵变的计算与熵判据的应用 1、简单状态变化的等温过程与变温过程 2、相变过程 3、等温下的化学反应过程 八、热力学第三定律、规定熵 1、热力学第三定律、规定熵的概念 2、化学反 应过程的熵变计算 九、自由能 1、吉布斯自由能、赫姆霍斯自由能的概念 2、自由能判据及其应用 十、等温过程 G 的计算及其应用 1、简单状态变化的等温过程 2、纯物质的相变过程 3、化学反的 G 十一、热力学基本关系式与吉布斯一 亥 姆霍兹方程 1、基本关系式 2、对应关数

9、关系式 3、麦克斯威尔关系式及其简单应用 4、吉布斯一赫姆霍兹方程 十二、化学势 1、化学势的定义 2、化学势在相平衡体系中的应用 3、气体的化学势与逸度 4、纯液体和纯固 体的化学势 十三、不可逆过程简介 第三章 统计热力学基础 本章从最可几分布引出配分函数的概念 ,得出配分函数与热力学函数的关系。由 配分函数的分离与计算可得出简单分子的热力学函数与理想气体简单反应的平衡常数 ,并对热力学第一、二定律 ,理想溶液和稀溶液给予微观说明。 基本内容 : 一、粒子体系的统计分布 1、 粒子体系的统计分布 2、 最可几分布 3、 配分函数与麦克斯韦一玻尔兹曼分布定律 4、 最可几分布与平衡分布 5、

10、 粒子体系的量子统计分布法 二、配分函数与热力函数的关系 1、 熵与配分函数的关系 2、 亥氏自由能与配分函数的关系 3、 其它热力学函数与自己分函数的关系 4、 最低能级能量数值的选取对配分函数的影响 三、配分函数的计算 1、配分函数的析因子性质 2、各种配分函数的计算 四、热力学函数的计算 1、 单原子气体 2、 双原子气体分子 五、平衡常数的计算 1、平衡常数的配分函数表达式 2、自由能函数及给函数 3、平衡常数计算举例 六、热力学第一定律和第二定律的微观说明 七、理想溶液、稀溶液的微观说明 第四章 溶液 多组分体系热力学基础 本章讨论溶液的热力学性质。使学生了解偏摩尔量的概念与意义；理

11、想溶液、拉乌尔定律及亨利定律的意义；实 际溶液与理想溶液和稀溶液的区别；活度的概念与意义 ,以及标准态的选用。 基本要求： 1、必须使学生理解多组分体系中引入偏摩尔量的原由 ,掌握偏摩尔量的定义及 其与化学势的关系 ,对集合公式只要求了解其物理意义与用途。 2、掌握理想溶液、稀溶液与实际溶液三者的区别与关系 ,加深对拉乌尔定律与 亨利定律的理解并熟悉其应用。 3、活度的概念与标准态的选用是本章的一个难点 ,必须使学生理解这二个概念 及意义。 基本内容： 一、 概述与组成表示法 二、 偏摩尔量 1、偏摩尔量的定义 2、编摩尔量的集合公式、吉布斯一杜亥姆公式 3、偏摩 尔量与化学势的关系 三、理想

12、溶液 1、拉鸟尔定律和亨利定律 2、理想溶液 (理想混合物的定义 3、理想溶液的特征 4、组成理想溶液过程中 ,体系诸热力学函数的改变 四、非理想溶液 1、组成非理想溶液过程中 ,体系诸热力学函数的改变 2、活度、活度系数 3、标准态 4、活度的测定 5、渗透系数和超额函数 五、稀溶液的依数性 六、分配定律 1、能斯特分配定律 2、萃取 第五章 化学平衡 本章根据热力学的平衡条件得出反应的等温方程式 ,并根据物质的热力学函数值计算反应的平 衡常数 ,再进一步讨论浓度、温度、压力与惰性气体对平衡的定量影响。最后列举一些实例说明应用热力学平衡条件来分析反应条件的重要性和实际意义。 基本要求： ,

13、1、从热力学平衡条件导出化学反应等温方程式以及该方程的意义是本章的重点。 2、熟练平衡常数与平衡组成的计算。 3、熟练理想气体反应的 kp、 kx 和 Kc 的换算。 4、学会使用牛顿图 ,从而计算实际气体反应的 Kf。 5、理解物质生成吉氏自由能与反应过程 rG 的意义 ,掌握 rG m=-RTlnK 的有关计算。 6、熟悉一些因素对反应平衡的定量影响。 基本内容： 一、 平衡常数与反应等温式 二、 标准生成吉氏自由能 1、标准生成吉氏自由能 fG m， 2、 fG m 的求法及用途 三、有关平衡常数的计算与应用 1、平衡常数的实验测定法 2、各种平衡常数 (Ke、 Kp、 Kf、 、 Kx

14、 )的表达式及其关系 3、实际气体反应的平衡常数 (逸度的求算 ) 4、液相反应的平衡常数 5、复相反应的平衡常数 四、一些因素对化学平衡的影响 1、浓度对化学平衡的影响 2、温度对化学平衡的影响 3、压力对化学平衡的影响 4、惰性气体对化学平衡的影响 五、同时平衡 ,反应的 耦合 ,近似计算 第六章 相平衡 本章应用热力学方法讨论相平衡体系的一般规律。学习一些典型相图的制法 ,分析与应用。克劳修斯一克拉贝龙方程 ,相律与相图的分析及应用是本章的主要内容。相图分析着重于二组分体系 ,对三组分体只作一般性介绍。 基本要求： 1、理解克劳修斯一克拉贝龙方程的意义及其应用。 2、明确相、组分数和自由

15、度的概念 ,了解相律的推导 ,物理意义与用途。 3、了解绘制相图的常用方法 ,能根据热分析法绘制出步冷曲线而得出相图。 4、能应用相律来说明相图中区、线及点的意义 ,并能根据相图来说明体系中不同过程中的所发生的相变化的情况（包括杠杆规则的使用）。 基本内容： 一、单组分体系 1、克拉贝龙方程及克拉贝龙一克劳修斯方程 *3、硫的相图 二、相律 1、相、组分数与自由度的概念 2、相律的推导 三、二组分体系 1、理想的完全豆溶双液系 2、杠杆的规则 4、非理想完全互溶双液系 5、部分互溶双液系 6、完全不互溶的双液系一水蒸气蒸馏 7、具有简单低共熔点的凝聚体系 8、形成化合物的体系 9、完全互溶固溶

16、体 10、部分互溶固溶体的相图 11、区域提纯 四、三组分体系 1、三组分体系的组成表示法 2、部分互溶三液系 3、三组分盐水体系 *4、二盐混合物水溶液的冷却分离与计算 第七章电解质溶液 本章主要讨论电解质溶液的导电性及离子电迁移 ,并概括地介绍电解质溶液的有关理论。 基本要求 : 1、了解迁移数的意义及常用的测定迁移数的方法。 2、明确电导率、摩尔电导率的意义及它们与榕液浓度的关系。 3、熟悉离子独立运动定律及电 导测定的一些应用。 4、明确离子活度、平均活度和平均活度系数的概念。 5、了解强电解质溶液理论主要是德拜一休克尔离子豆吸理论 。 基本内容 : 一、法拉第定律 二、离子的电迁移和

17、迁移数 1、离子的电迁移现象 2、离子的迁移速率 淌度 3、离子的迁移数 (定义及测定 ) 三、电解质溶液的电导 1、电导、电导率、摩尔电导率 2、电导的测定 3、离子独立运动定律和离子的电导 4、电导率、摩尔电导率与浓度的关系 四、电导测定的应用 1、电离度和电离常数 2、微溶盐 的溶解度和溶度积 3、一些化学反应动力学参数的测定 *4、电导滴定 五、强电解质溶液理论 1、德拜一尤格尔离子互吸理论 (离子氛模型、离子强度及德拜一休克尔极 限公式） 2、翁萨格电导理论 六、电解质溶液的活度与活度系数 1、离子的平均活度与平均活度系数 2、从测定溶解度求平均活度系数 第八章 可逆电池的电动势及其

18、应用 本部分根据热力学原理讨论可逆电池的电动势、电极电势、电化学反应的热力学性质和能斯特方程的导出及其应用。 基本要求 : 1、学会所给电池、电极写出有关的化学反应方程，以及根据所给化学反应设计 原电池。 2、理解 rGm、 rHm、 rSm 与电功、电动势的关系 ,了解电动势产生的原因。 3、熟悉电极电势的一套惯用符号和掌握标准电极电势表的应用。 4、掌握能斯特方程及其应用 . 6、 理解浓差电池产生的机理及盐桥的作用。 基本内容 : 一、可逆电池 1、可逆电池与不可逆电池 2、可逆电池热力学 3、能斯特方程 二、电极电势 1、电极电势 2、可逆电极种 3、标准氢电极与参比电极 三、可逆电池

19、电动势的计算 四、标准电池与电动势的测定 五、浓差电池 六、标准电极电势的应用 1、标准电极电势一氢 标 2、电势 -pH 图的绘制及应用 七、电动势测定的应用 1、溶液 PH 值的测定 2、电解质平均活度系数的测定 3、微溶盐的活度叙 *4、电势滴定 第九章 电解与摄化作用 本章主要讨论电解池中电极上的极化作用 ,金属腐蚀、化学电源等问题。 基本要求 : 1、了解双电层的结构 2、了解分解电压的意义和用途 3、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。 4、了解金属腐蚀的机理和防腐原理。 5、了解化学电源的应用及其评价。 基本内容 : 一、双电层结构 二、分解电压和极 化 1、

20、分解电压 2、极化作用 3、极化曲线及其测定 4、越电势及其分类 三、电化学极化 1、放电步骤 2、影响超电势的因素 3、氢超电势产生的原因 四、浓差极化与极谱分析简介 五、金属的腐蚀和防腐蚀 六、电解时的电极反应 (离子的析出电势及应用 ,两种离子共同析出的条件 *七、化学电源简介 第十章 化学动力学 本章分为两部分 :第一部分阐明化学动力学的意义与一些基本内容 ,随后分析几个复合反应的速率方程。第二部分主要阐明速率理论的推导和公式的物理意义。并介绍溶液中的反应 ,光化学反应和催化作用 的基本知识。基本要求 : 1、明确反应分子数与反应级数的区别与联系 2、熟悉反应速率表示法及简单反应的浓度与时间的关系。