物理化学（A）
physical chemistry
课程编号：10421100-10421110
课程类别：专业基础课
适用专业：化学工程与工艺、材料科学与工程专业，制药工程
学时数：102 学分数： 6
要求先修课程：高等数学、普通物理、无机及分析化学、有机化学
执笔人：张立庆
一、课程性质与地位
物理化学研究化学变化、相变化及其有关的物理变化的基本原理，主要是平衡的规律和变化速率的规律。物理化学课程是化学工程与工艺、材料科学与工程、制药工程等专业的一门必修的专业基础课，它是培养上述专业工程技术人才的整体知识结构及能力结构的重要组成部分，同时也是后继专业课程的基础。
二、课程教学目标
1、通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握物理化学基础理论知识，使学生明确物理化学的重要概念及基本原理，同时掌握物理化学的基本计算方法。
2、通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握物理化学的理论研究方法，特别是要掌握热力学方法，初步了解统计热力学方法。
3、通过本课程的学习，学生应进一步得到一般科学方法的训练，增强分析和解决物理化学问题的能力。科学方法的训练应贯彻在本课程教学的整个过程中，特别是要通过热力学和动力学学习，使学生进一步掌握从实验结果出发进行归纳和演绎的一般方法，熟悉由假设和模型上升为理论的方法，并具备根据具体条件应用理论解决实际问题的一般科学方法。
三、教学内容、基本要求及学时分配
绪 论
了解物理化学的研究内容，理解物理化学的研究方法，了解物理化学的建立与发展和近代物理化学的发展趋势和特点，掌握物理化学课程的学习方法
主要内容：
0.1物理化学的研究内容
0.2物理化学的研究方法
0.3物理化学的建立与发展
0.4近代化学的发展趋势和特点
0.5物理化学课程的学习方法
重点：
1.物理化学的目的和内容
2.物理化学的研究方法
3.物理化学课程的学习方法
难点：
1.物理化学的研究方法
2.物理化学课程的学习方法
第一章 气体的PVT性质
掌握理想气体状态方程及模型，掌握Dalton定律与Amagat定律，理解实际气体的液化与临界性质，掌握理想气体模型及其理论解释，理解对应状态原理与压缩因子图及有关计算
主要内容：
1.1理想气体状态方程及模型
1.2 Dalton定律与Amagat定律
1.3实际气体的PVT性质
1.4范德华方程
1.5实际气体的液化与临界性质
1.6对应状态原理与压缩因子图
重点：
1.理想气体状态方程及模型
2. Dalton定律与Amagat定律
3.实际气体的液化与临界性质
4.对应状态原理与压缩因子图
难点：
1.理想气体模型及其理论解释
2.实际气体的液化与临界性质
3.对应状态原理与压缩因子图及有关计算
第二章 热力学第一定律及其应用
理解下列热力学基本概念：平衡状态，状态函数，可逆过程等概念，理解热力学第一定律的叙述及数学表达式。掌握热力学能、焓、标准生成焓的定义并会应用。掌握在物质的P、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和各种状态函数变化值的原理和方法。将热力学一般关系式应用于特定系统时，会应用状态方程（主要是理想气体状态方程）及热力学数据（热容、相变热、饱和蒸气压等）。
主要内容：
2.1 热力学概论
2.2 热力学第一定律
2.3 准静态过程与可逆过程
2.4 焓 （enthalpy）
2.5 热容
2.6 热力学第一定律对理想气体的应用
2.7实际气体
2.8 热化学
2.9 赫斯定律
2.10基尔霍夫定律
2.11绝热反应
重点：
1.下列热力学基本概念：平衡状态，状态函数，可逆过程
2.热力学第一定律的叙述及数学表达式
3.热力学能、焓、标准生成焓的定义并会应用。
4.掌握在物质的P、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和热力学能、焓变化值的方法。
难点：
1.热力学能、焓、标准生成焓的定义及其应用
2.在物质的P、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和热力学能、焓变化值的方法。
第三章 热力学第二定律
理解热力学第二、第三定律的叙述及数学表达式。掌握熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布期函数的定义并会应用。掌握在物质的P、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数变化值的原理和方法，理解并会用热力学基本方程，了解麦克期韦关系式的推导，掌握热力学公式的适用条件，掌握熵增原理及平衡判据的一般准则。
主要内容：
3.1自发变化的共同特征
3.2 热力学第二定律
3.3 卡诺循环与卡诺定理
3.4 熵的概念
3.5 Clausius 不等式与熵增加原理
3.6 熵变的计算
3.7 热力学第二定律的本质和熵的统计意义
3.8 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能
3.9 变化的方向和平衡条件
3.10 ΔG的计算示例
3.11 几个热力学函数间的关系
3.12 克拉贝龙方程
3.13 热力学第三定律与规定熵
重点：
1.热力学第二定律的叙述及数学表达式
2.熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布期函数的定义并会应用。
3.在物质的P、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数变化值的原理和方法
4.明确热力学公式的适用条件，掌握熵增原理及平衡判据的一般准则。
6.克拉佩龙方程和克拉佩龙一克劳修斯方程，能应用这些方程有关的计算
难点：
1.熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布期函数的定义并会应用
2.在物质的P、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算各种状态函数变化值的原理和方法
3.熵增原理及平衡判据的一般准则
4.克拉佩龙方程和克拉佩龙一克劳修斯方程。
第四章 多组分系统热力学
理解偏摩尔量及化学势的概念，理解拉乌尔定律及亨利定律并会应用于计算。了解理想系统（理想溶液及理想稀溶液）中各组分化学势的表达式。掌握稀溶液的依数性，了解活度和活度系数的概念及活度（或逸度）的简单计算。
主要内容：
4.1引言
4.2溶液组成的表示法
4.3偏摩尔量与化学势
4.4稀溶液中的两个经验定律
4.5混合气体中各组分的化学势
4.6稀溶液中各组分的化学势
4.7稀溶液的依数性
重点：
1.偏摩尔量及化学势的概念
2.拉乌尔定律及亨利定律并会应用于计算
3.理想系统（理想溶液及理想稀溶体）中各组分化学势的表达式
4.稀溶液的依数性
难点：
1.偏摩尔量及化学势的概念
2.拉乌尔定律及亨利定律
3.活度和活度系数的概念及活度（或逸度）的计算
4.各组分化学势的表达式
第五章 化学平衡
掌握标准常数的定义。了解化学反应等温方程和等压方程的推导并会应用。能利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成。能判断一定条件下化学反应可能进行的方向。会分析温度、压力、组成等因素对平衡的影响。
主要内容：
5.1化学平衡的条件和反应的亲和势
5.2化学反应的平衡常数和等温方程式
5.3平衡常数与化学方程式的关系
5.4复相化学平衡
5.5平衡常数的测定和平衡转化率的计算
5.6标准生成吉布斯自由能
5.7用配分函数计算平衡常数
5.8温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响
5.9同时平衡
重点：
1.标准常数的定义
2.化学反应等温方程和等压方程
3.利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成
4.判断一定条件下化学反应可能进行的方向
5.温度、压力、组成等因素对平衡的影响
难点：
1.利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成
2.同时平衡及其有关计算
第六章 相平衡
理解相律的意义并会应用，了解相律的推导，掌握单组分系统及二组分系统典型相图的特点和运用，能用杠杆规则进行分析与计算，了解由实验数据绘制相图的方法。
主要内容：
6.1引言
6.2相律
6.3单组分体系的相图
6.4二组分体系的相图及其应用
重点：
1.相律的意义并会应用
2.单组分系统及二组分系统典型相图的特点和运用。
3.运用杠杆规则进行分析与计算的方法
4.由实验数据绘制相图的方法
难点：
1.相律的意义及其应用
2.二组分系统典型相图的特点和运用
3.运用杠杆规则进行分析与计算的方法
第七章 电化学
理解表征电解质溶液导电性质的物理量（电导率、摩尔电导率、离子淌度、迁移数），理解离子平均活度及平均活度系数的定义，了解离子强度的定义，理解离子氛的概念及德拜一许克尔极限公式，理解可逆电池的概念，掌握能斯特方程，掌握电池电动势的计算及其应用，了解极化作用和超电势的概念。
主要内容：
7.1电化学的基本概念和法拉第定律
7.2离子的电迁移和迁移数
7.3电导
7.4强电解质溶液理论简介
7.5 可逆电池
7.6 电动势的测定
7.7可逆电池的书写方法及电动势的取号
7.8 可逆电池的热力学
7.9 电动势产生的机理
7.10电极电势和电池电动势
7.11浓差电池和液接电势
7.12电动势测定的应用
7.13电解与极化作用
重点：
1.表征电解质溶液导电性质的物理量
2.可逆电池的概念
3.能斯特方程及其有关计算
4.电池电动势的计算及其应用
难点：
1.离子平均活度及平均活度系数的定义
2.极化作用和超电势的概念
3.浓差电池及有关计算
第八章 统计热力学基础
了解统计热力学的基本假设，理解菠尔茨曼分布的意义和应用，掌握配分函数的意义，掌握热力学函数的配分函数的关系。
主要内容：
8.1 概论
8.2 Boltzmann 统计
8.3 配分函数
8.4 各配分函数的计算
8.5 配分函数对热力学函数的贡献
8.6 单原子理想气体热力学函数的计算
重点：
1.统计热力学的基本假设
2.菠尔茨曼分布的意义和应用
3.配分函数的意义
4.热力学函数与配分函数的关系
难点：
1.菠尔茨曼分布的意义和应用
2.配分函数的计算
3.热力学函数与配分函数的关系及其有关计算
第九章 界面现象
理解表面张力及表面吉布斯函数的概念及其与接触角、润湿、铺展的联系，了解弯曲液面对热力学性质的影响，了解拉普拉斯公式及开尔文公式的应用。了解介稳状态与新相生成的关系，了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用，了解吉布斯吸附公式的含义和应用，理解物理吸附与化学吸附的含义和区别，理解兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式。
主要内容：
9.1表面吉布斯自由能和表面张力
9.2弯曲表面下的附加压力和蒸气压
9.3液体界面的性质
9.4液-固界面现象
9.5固体表面的吸附
9.6表面活性剂及其作用
重点：
1.表面张力及表面吉布斯函数的概念及其与接触角、润湿、铺展的联系
2.弯曲液面对热力学性质的影响和拉普拉斯公式及开尔文公式的应用
3.溶液界面的吸附
4.兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式
难点：
1.弯曲液面对热力学性质的影响和拉普拉斯公式及开尔文公式的应用
2.介稳状态与新相生成的关系
3.兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式和多分子层吸附理论
第十章 化学动力学基础
明确化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念。掌握通过实验建立速率方程的方法，掌握一级和二级反应的速率方程及其应用，理解典型复杂反应的特征。了解处理对行反应、平行反应和连串反应的动力学方法，了解基元反应及反应分子数的概念。了解稳态近似法、平衡近似法及控制步骤的概念，了解链反应的动力学特点。
主要内容：
10.1 化学动力学的任务和目的
10.2 化学反应速率表示法
10.3 化学反应的速率方程
10.4 具有简单级数的反应
10.5 几种典型的复杂反应
10.6 温度对反应速率的影响
10.7 活化能对反应速率的影响
10.8 链反应
10.9 拟定反应历程的一般方法
重点：
1.化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念
2.一级和二级反应的速率方程及其应用
3.复杂反应的特征，了解处理对行反应、平行反应和连串反应的动力学方法。
4.阿罗尼乌斯方程的意义并会应用
难点：
1.通过实验建立速率方程的方法
2.稳态近似法、平衡近似法及控制步骤的概念及其运用
2.复杂反应的特征及其有关计算
第十一章 特殊反应动力学
了解多相反应的必要步骤，了解催化作用，明确活化能及指前因子的定义，了解基元反应速率理论的基本思想，了解有效碰撞理论和过渡状态理论的基本公式及有关概念。
主要内容：
11.1碰撞理论
11.2过渡态理论
11.3单分子反应理论
11.4光化学反应
11.8催化反应动力学
重点：
1.基元反应速率理论的基本思想
2.有效碰撞理论和过渡状态理论的基本公式及有关概念
3.多相反应的必要步骤
4.催化反应动力学
难点：
1.基元反应速率理论的基本思想
2.有效碰撞理论和过渡状态理论的基本公式及有关概念
第十二章 胶体化学
了解分散系统的分类及胶体的定义。理解胶体的稳定与破坏的原因。了解乳状液的类型与稳定性。
主要内容：
12.1胶体系统的制备
12.2胶体系统的光学性质
12.3胶体系统的动力性质
12.4溶胶系统的电学性质
12.5溶胶的稳定与聚沉
12.6悬浮液与乳状液
重点：
1.分散系统的分类及胶体的定义
2.胶体系统的光学性质与动力性质
3.乳状液的类型与稳定性
难点：
1.胶体系统的光学性质与动力性质
2.溶胶系统的电学性质
学时分配：总学时102。分配如下：
|
序号 |
授课内容 |
学时 |
|
1 |
气体 |
4 |
|
2 |
热力学第一定律 |
12 |
|
3 |
热力学第二定律 |
12 |
|
4 |
多组分系统热力学 |
8 |
|
5 |
化学平衡 |
8 |
|
6 |
相平衡 |
8 |
|
7 |
电化学 |
12 |
|
8 |
统计热力学 |
8 |
|
9 |
表面现象 |
8 |
|
10 |
化学动力学 |
12 |
|
11 |
特殊反应动力学 |
4 |
|
12 |
胶体化学 |
6 |
四、教学环节安排与考核办法
（一）课堂讲授
1、讲课：课程的基本理论部分应进行系统讲授。
讲课的内容要注意内容的系统性和逻辑的严密性。讲课时要求做到概念准确，重点突出，板书清楚，层次清晰，条理分明，并能承前启后，适当介绍实际应用的科研与工程实例。
2、习题课（含讨论课）的目的在于提高学生对基本概念的深刻理解和增强基础理论的应用能力。习题课选题要精、目的性要强。习题课中要注意引导和启发学生思维，展开讨论，以培养学生分析问题和解决问题的能力。
3、辅导：针对目前学生学习情况，建议每章安排答疑时间，具体形式：(a)通过网络答疑;(b)课后答疑
4、教学方法:具体的教学形式由教师根据教学内容、教学对象、教学条件和各自的教学经验而定，原则上建议采用CAI课件与黑板讲授相结合的教学方式，合理运用问题教学或项目教学的教学方法
重视教书育人，在教学的各个环节都要对学生严格要求。要结合课程的学习，对学生进行学习目的和学风教育。
（二）作业要求和作业量
学生独立地按时完成作业是学好物理化学课程的关键之一。必须教育和督促学生重视这一教学环节。要求学生先复习，消化讲课内容后再做习题，以达到巩固课堂教学目的。
1、对学生的要求：要求学生按时交作业。对迟交、不交作业和抄袭作业的学生要用适当的方式进行批评教育。
2、对教师的要求：
每次作业全部批改，批改作业应有记录，作为期末评分中平时成绩的依据之一。
3、作业量：
作业量要适宜，平均每2学时课布置3-5题。
（三）考核办法
1、本课程为考试课程，期末考试形式为闭卷。
2、期末考试采用试题库统一命题。
3、总评成绩以期末考试为主，占80%，平时阶段测试成绩，平时作业和学习情况占20%。
五、建议使用教材与参考书
1、建议使用教材：《物理化学》天津大学编（第四版）
2、参考书：《物理化学》，南京大学付献彩编
《物理化学简明教程》印永嘉编
《物理化学500例》李国珍编
