《物理化學(xué)48學(xué)時(shí)》課程教學(xué)大綱

《物理化學(xué)48學(xué)時(shí)》課程教學(xué)大綱課程名稱（中文/英文）：物理化學(xué)/PhysicalChemistry課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)：必修/學(xué)位課 適用專業(yè):食品工程、食品質(zhì)量與安全、生物工程、生物技術(shù)學(xué)時(shí)數(shù)：48 其中，實(shí)驗(yàn)/上機(jī)學(xué)時(shí)：0學(xué)分?jǐn)?shù)：3 考核方式：考試預(yù)修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、無機(jī)與分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)教學(xué)參考書：天津大學(xué)主編.物理化學(xué).高等教育出版社.2009年5月第五版.于春玲主編.物理化學(xué)解題指導(dǎo).大連理工大學(xué)出版社.2011年10月.天津大學(xué)主編.物理化學(xué)解題指南.天津大學(xué)出版社.2001年3月.開課單位：輕工與化學(xué)工程學(xué)院基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)中心物理化學(xué)教研室課程簡介：物理化學(xué)課程是化工類專業(yè)重要理論基礎(chǔ)課，其內(nèi)容主要包括：化學(xué)熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)（不要求）、化學(xué)動(dòng)力學(xué)三大部分。其先行課要求學(xué)生學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)。物理化學(xué)是從化學(xué)變化和物理變化聯(lián)系入手，采用數(shù)學(xué)的手段研究化學(xué)變化的規(guī)律的一門科學(xué)。研究方法多采取理想化方法，集抽象思維和形象思維，其實(shí)驗(yàn)是采用物理實(shí)驗(yàn)的方法?；瘜W(xué)熱力學(xué)采用經(jīng)典的熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第三定律，從宏觀上研究化學(xué)變化過程的規(guī)律，通過理論計(jì)算來判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和限度（化學(xué)平的衡位置）、以及平衡狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的相變化、界面變化、電化學(xué)變化、膠體化學(xué)變化的規(guī)律，同時(shí)，研究影響這些變化規(guī)律的因素（如：溫度、壓力、濃度、組成等等）?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理，以及影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件（如：溫度、壓力、濃度、組成、催化劑等等）。通過化學(xué)反應(yīng)的條件控制化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，通過化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究，確定化學(xué)反應(yīng)的速率方程。本門課程對學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)目標(biāo)：通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠運(yùn)用物理化學(xué)的理論知識(shí)判斷化學(xué)反應(yīng)的方向、平衡條件，以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)知識(shí)分析化學(xué)反應(yīng)過程中的速率、機(jī)理等相應(yīng)問題。掌握相平衡、電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)生經(jīng)過本課程的學(xué)習(xí)，對化學(xué)反應(yīng)過程從宏觀到微觀有了一個(gè)理性的理解和認(rèn)識(shí)。學(xué)生可以從理論的層面上認(rèn)識(shí)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程，并具有運(yùn)用理論計(jì)算和理解化學(xué)應(yīng)過程中的相關(guān)問題的能力。教學(xué)目的和要求第一章 氣體的pVT關(guān)系（3學(xué)時(shí)包括緒論0.5學(xué)時(shí)）掌握理想氣體狀態(tài)方程的使用，了解理想氣體與實(shí)際氣體的區(qū)別。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：理想氣體狀態(tài)方程及分體積定律和分壓定律的應(yīng)用。難點(diǎn)：實(shí)際氣體范德華方程、壓縮因子、對應(yīng)狀態(tài)原理及臨界性質(zhì)。教學(xué)方法與手段采用多媒體教學(xué)模式授課。板書輔助教學(xué)教學(xué)內(nèi)容一、理想氣體的狀態(tài)方程1．理想氣體狀態(tài)方程理想氣體模型摩爾氣體常數(shù)二、理想氣體混合物1．混合物的組成氣體狀態(tài)方程對理想氣體混合物的應(yīng)用道爾頓定律阿瑪加定律三、氣體的液化及臨界參數(shù)1．液體的飽和蒸氣壓2．真實(shí)氣體的p—Vm圖及氣體的液化3．臨界參數(shù)教學(xué)目的和要求第二章 熱力學(xué)第一定律（8學(xué)時(shí)）掌握熱力學(xué)的基概念，應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計(jì)算封閉系統(tǒng)的pVT變化、相變化、化學(xué)變化過程的熱、功、焓變、系統(tǒng)內(nèi)能變化值。了解節(jié)流膨脹與焦?fàn)枴獪愤d效應(yīng)。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：理解狀態(tài)函數(shù)的特征；計(jì)算封閉系統(tǒng)的pVT變化、相變化、化學(xué)變化過程的熱、功、焓變、系統(tǒng)內(nèi)能變化值。難點(diǎn)：應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計(jì)算封閉系統(tǒng)理想氣體pVT變化過程、不可逆相變過程和絕熱過程的熱、功、焓變、系統(tǒng)內(nèi)能變化值。教學(xué)方法及手段授課采用多媒體方式。這樣可以講解大量的習(xí)題，幫助學(xué)生理解疑難。教學(xué)內(nèi)容一、熱力學(xué)基本概念1．系統(tǒng)和環(huán)境狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)過程和途徑二、熱力學(xué)第一定律1．功2．熱3．熱力學(xué)能熱力學(xué)第一定律三、恒容熱、恒壓熱，焓1．恒容熱2．恒壓熱3．焓4．QVU,QPH,兩關(guān)系式的意義四、熱容，恒容變溫過程、恒壓變溫過程1．熱容氣體恒容變溫過程氣體恒壓變溫過程凝聚態(tài)物質(zhì)變溫過程五、焦?fàn)枌?shí)驗(yàn)，理想氣體的熱力學(xué)能、焓1．焦?fàn)枌?shí)驗(yàn)焦?fàn)枌?shí)驗(yàn)的討論,理想氣體的熱力學(xué)能理想氣體的焓六、氣體可逆膨脹壓縮過程，理想氣體絕熱可逆過程方程式1．可逆絕熱過程氣體可逆膨脹壓縮過程理想氣體恒溫可逆過程理想氣體絕熱可逆過程七、相變化過程1．相變焓相變焓與溫度的關(guān)系八、化學(xué)計(jì)量數(shù)、反應(yīng)進(jìn)度和標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓1．化學(xué)計(jì)量數(shù)2．反應(yīng)進(jìn)度摩爾反應(yīng)焓標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓九、由標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓與標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓1．標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓及由標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓和由標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓隨溫度的變化——基爾霍夫公式十、節(jié)流膨脹與焦?fàn)枴獪愤d效應(yīng)焦?fàn)枴獪愤d實(shí)驗(yàn)節(jié)流膨脹的熱力學(xué)特征及焦?fàn)枴獪愤d系數(shù)焦?fàn)枴獪愤d系數(shù)正負(fù)號(hào)的熱力學(xué)分析教學(xué)目的和要求第三章 熱力學(xué)第二定律（10學(xué)時(shí)）了解熵函數(shù)的物理意義，通過計(jì)算狀態(tài)函數(shù)的變化值，可以正確判斷任意過程的變化方向。要求能夠計(jì)算封閉系統(tǒng)變化過程的熵函數(shù)、吉布斯函數(shù)和亥姆霍茲函數(shù)的變化值。應(yīng)用熱力學(xué)基本方程和麥克斯韋關(guān)系式進(jìn)行簡單的熱力學(xué)關(guān)系式的證明。能夠應(yīng)用克拉佩龍方程和克拉佩龍—克勞修斯方程進(jìn)行計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：封閉系統(tǒng)變化過程的熵函數(shù)及吉布斯函數(shù)的變化值的計(jì)算。難點(diǎn)：封閉系統(tǒng)變化過程的熵函數(shù)及吉布斯函數(shù)的變化值的計(jì)算，有關(guān)熱力學(xué)基本方程和麥克斯韋關(guān)系式的證明。教學(xué)方法及手段采用多媒體教學(xué)模式授課,輔以習(xí)題課加強(qiáng)學(xué)生對內(nèi)容的理解教學(xué)內(nèi)容一、卡諾循環(huán)二、熱力學(xué)第二定律1．自發(fā)過程舉例自發(fā)過程逆向進(jìn)行必須消耗功自發(fā)過程的共同特性熱力學(xué)第二定律三、熵,熵增加原理1．卡諾定理2．卡諾定理的推論3．熵熵的物理意義克勞修斯不等式熵判據(jù)——熵增加原理四、單純pVT變化熵變的計(jì)算1．環(huán)境熵變的計(jì)算凝聚態(tài)物質(zhì)變溫過程熵變的計(jì)算氣體恒容變溫、恒壓變溫過程熵變的計(jì)算理想氣體pVT變化過程熵變的計(jì)算五、相變過程熵變的計(jì)算1．可逆相變2．不可逆相變六、熱力學(xué)第三定律和化學(xué)變化過程熵變的計(jì)算1．能斯特?zé)岫ɡ頍崃W(xué)第三定律規(guī)定熵和標(biāo)準(zhǔn)熵標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵隨溫度的變化七、亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)1．亥姆霍茲函數(shù)吉布斯函數(shù)對亥姆霍茲函數(shù)判據(jù)和吉布斯函數(shù)判據(jù)的說明恒溫過程亥姆霍茲函數(shù)變，吉布斯函數(shù)變的計(jì)算八、熱力學(xué)基本方程熱力學(xué)基本方程由熱力學(xué)基本方程計(jì)算純物質(zhì)pVT變化過程的A,G多組分多相平衡系統(tǒng)恒溫變壓過程中的應(yīng)用九、克拉佩龍方程克拉佩龍方程固一液平衡、固一氣平衡積分式液一氣、固一氣平衡的蒸氣壓方程一一克勞修斯一克拉佩龍方程外壓對液體飽和蒸氣壓的影響十、吉布斯一亥姆霍茲方程和麥克斯韋關(guān)系式1．吉布斯一亥姆霍茲方程麥克斯韋關(guān)系式熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系式的推導(dǎo)和證明教學(xué)目的和要求第四章 多組分系統(tǒng)熱力學(xué)（3學(xué)時(shí)）應(yīng)用熱力學(xué)原理解決多組分系統(tǒng)問題，了解多組分系統(tǒng)容量性質(zhì)的表示；掌握偏摩爾量與化學(xué)勢的概念，掌握理想液態(tài)混合物、理想稀溶液性質(zhì)的計(jì)算。了解稀溶液的依數(shù)性，逸度與逸度因子，活度及活度因子。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：偏摩爾量與化學(xué)勢，理想液態(tài)混合物，理想稀溶液。難點(diǎn)：偏摩爾量與化學(xué)勢教學(xué)方法及手段采用多媒體教學(xué)模式授課。教學(xué)內(nèi)容一、偏摩爾量1．問題的提出偏摩爾量偏摩爾量的測定法舉例偏摩爾量與摩爾量的差別吉布斯一杜亥姆方程偏摩爾量之間的函數(shù)關(guān)系二、化學(xué)勢多組分單相系統(tǒng)的熱力學(xué)公式多組分多相系統(tǒng)的熱力學(xué)公式…化學(xué)勢判據(jù)及應(yīng)用三、氣體組分的化學(xué)勢1．純理想氣體的化學(xué)勢理想氣體混合物中任一組分的化學(xué)勢純真實(shí)氣體的化學(xué)勢真實(shí)氣體混合物中任一組分的化學(xué)勢四、拉烏爾定律和亨利定律拉烏爾定律亨利定律拉烏爾定律和亨利定律的微觀解釋拉烏爾定律與亨利定律的對比五、理想液態(tài)混合物理想液態(tài)混合物理想液態(tài)混合物中任一組分的化學(xué)勢理想液態(tài)混合物的混合性質(zhì)教學(xué)目的和要求第五章 化學(xué)平衡（4學(xué)時(shí)）掌握化學(xué)平衡條件，應(yīng)用等溫方程判斷反應(yīng)平衡趨勢。用化學(xué)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)計(jì)算平衡組成、轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)；熟練掌握范特霍夫等壓方程的不定積分形式和定積分形式的計(jì)算。了解外界條件對化學(xué)平衡的影響；了解同時(shí)反應(yīng)平衡組成的計(jì)算；了解真實(shí)氣體反應(yīng)的化學(xué)平衡及混合物和溶液中的化學(xué)平衡的計(jì)算方法。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：應(yīng)用等溫方程判斷平衡趨勢；計(jì)算出平衡組成、轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)；范特霍夫等壓方程的不定積分形式和定積分形式的計(jì)算。難點(diǎn)：范特霍夫等壓方程的不定積分形式和定積分形式的計(jì)算。教學(xué)方法及手段采用多媒體教學(xué)模式授課。教學(xué)內(nèi)容一、化學(xué)反應(yīng)的等溫方程摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)與化學(xué)反應(yīng)親和勢摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度的關(guān)系，平衡條件化學(xué)反應(yīng)的等溫方程二、理想氣體化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)1．標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加的理想氣體化學(xué)反應(yīng)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之間的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的測定平衡組成的計(jì)算其它的平衡常數(shù)m三、溫度對標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響1．范特霍夫方程mrrH為定值時(shí)范特霍夫方程的積分式mH為溫度的函數(shù)時(shí)范特霍夫方程的積分式m四、其它因素對理想氣體化學(xué)平衡的影響1．壓力對于平衡轉(zhuǎn)化率的影響惰性組分對平衡轉(zhuǎn)化率的影響反應(yīng)物的摩爾比對平衡轉(zhuǎn)化率的影響教學(xué)目的和要求第六章 相平衡(8學(xué)時(shí))應(yīng)用相律計(jì)算系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)、相數(shù)、自由度數(shù)；能夠解析二組分（氣~液、液~液、液~固）相圖。能夠計(jì)算出二相平衡區(qū)內(nèi)的各相的物質(zhì)量。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：用相律計(jì)算系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)、相數(shù)、自由度數(shù)。解析二組分相圖；能夠計(jì)算出二相平衡區(qū)內(nèi)的各相的物質(zhì)量。難點(diǎn)：計(jì)算系統(tǒng)的組分?jǐn)?shù)，解析二組分（氣~液、液~液、液~固）相圖。教學(xué)方法及手段采用多媒體教學(xué)模式授課。本章內(nèi)容圖形較多，采用多媒體教學(xué)模式效果非常好。教學(xué)內(nèi)容一、相律1．自由度數(shù)2．相律的推導(dǎo)3．組分?jǐn)?shù)4．幾點(diǎn)說明5．相律的意義二．杠桿規(guī)則三、單組分系統(tǒng)相圖1．水的相平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2．水的相圖3．相圖的說明四、二組分理想液態(tài)混合物的氣一液平衡相圖1．壓力一組成圖2．溫度一組成圖五、二組分真實(shí)液態(tài)混合物的氣一液平衡相圖1．壓一液相組成圖壓力一組成圖溫度一組成圖4．小結(jié)六、二組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)及完全不互溶系統(tǒng)的氣一液平衡相圖部分互溶液體的相互溶解度共軛溶液的飽和蒸氣壓部分互溶系統(tǒng)的溫度一組成圖完全不互溶系統(tǒng)的溫度一組成圖七、二組分固態(tài)不互溶系統(tǒng)液一固平衡相圖1．相圖的分析2．熱分析法3．溶解度法八、二組分固態(tài)互溶系統(tǒng)液一固平衡相圖1．固態(tài)完全互溶系統(tǒng)2．固態(tài)部分互溶系統(tǒng)九、生成化合物的二組分凝聚系統(tǒng)相圖1．生成穩(wěn)定化合物系統(tǒng)2．生成不穩(wěn)定化合物系統(tǒng)教學(xué)目的和要求第七章 電化學(xué)（6學(xué)時(shí)）理解電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理及。掌握平均活度的概念和計(jì)算，原電池的書寫、原電池的設(shè)計(jì)，原電池電動(dòng)勢的計(jì)算及由原電池電動(dòng)勢計(jì)算電池反應(yīng)的熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)值。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率及平均活度的概念和計(jì)算，原電池的書寫、原電池的設(shè)計(jì)，原電池電動(dòng)勢的計(jì)算及由原電池電動(dòng)勢計(jì)算電池反應(yīng)的熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)值。難點(diǎn)：原電池的書寫、原電池的設(shè)計(jì)。教學(xué)方法及手段采用多媒體教學(xué)模式授課。教學(xué)內(nèi)容一、電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理及法拉第定律1．電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機(jī)理2．法拉第定律二、離子遷移數(shù)離子遷移數(shù)的定義離子遷移數(shù)的測定方法三、電導(dǎo)、電導(dǎo)率和摩爾電導(dǎo)率1．定義電導(dǎo)的測定摩爾電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系離子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)定律和離子的摩爾電導(dǎo)率電導(dǎo)測定的應(yīng)用四、電解質(zhì)的平均離子活度因子及德拜一休克爾極限公式1．平均離子活度和平均離子活度因子2．離子強(qiáng)度3．德拜一休克爾極限公式五、可逆電池及其電動(dòng)勢的測定1．可逆電池韋斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池電池電動(dòng)勢的測定六、原電池?zé)崃W(xué)由可逆電動(dòng)勢計(jì)算電池反應(yīng)的摩爾吉布斯函數(shù)變由原電池電動(dòng)勢的溫度系數(shù)計(jì)算電池反應(yīng)的摩爾熵變由電池電動(dòng)勢及電動(dòng)勢的溫度系數(shù)計(jì)算電池反應(yīng)的摩爾焓變計(jì)算原電池可逆放電時(shí)的反應(yīng)熱能斯特方程教學(xué)目的和要求第八章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)（6學(xué)時(shí)）掌握化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，能夠進(jìn)行簡單級(jí)數(shù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，學(xué)會(huì)由反應(yīng)機(jī)理近似推導(dǎo)反應(yīng)速率方程。了解復(fù)雜反應(yīng)、鏈反應(yīng)的特征及反應(yīng)速率理論。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：簡單級(jí)數(shù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，阿累尼烏斯經(jīng)驗(yàn)方程，活化能的概念和計(jì)算；學(xué)會(huì)由反應(yīng)機(jī)理近似推導(dǎo)反應(yīng)速率方程；了解復(fù)雜反應(yīng)處理方法。難點(diǎn)：由反應(yīng)機(jī)理近似推導(dǎo)反應(yīng)速率方程，復(fù)雜反應(yīng)的計(jì)算。教學(xué)方法及手段采用多媒體教學(xué)模式授課。教學(xué)內(nèi)容一、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率及速率方程1．反