15 物理化学甲教学大纲.docx

第1页：教学大纲首页与课程定位

本份为《物理化学（甲）》课程的教学大纲，以综合性大学物理化学教学大纲为依据并结合四学期制编写，供化学专业基础课使用。

• 教学目的：使学生系统掌握物理化学的基本原理与方法，掌握有关的实验技能与技巧，并能正确运用以解决实际的化学问题。
• 教学要求：介绍化学热力学、统计热力学初步、相平衡、化学平衡、化学动力学、电化学、表面化学与胶体化学的基本知识、原理和方法，通过课堂讲授、自学、习题演算、习题课、实验与多媒体教学等环节达成教学目标。
• 绪论：物理化学的研究内容、研究方法、学科的建立与发展、课程的学习方法。
• 第一章 热力学第一定律及其应用：热力学概论（热力学的特点与局限性）与基本概念。

第2页：热力学第一定律章节安排

• 基本概念：体系与环境、状态与状态函数、广度性质与强度性质、热力学平衡、过程与途径、热量和功。
• 第二节 热力学第一定律；第三节 准静态过程和可逆过程（功与过程、准静态过程、可逆过程）；第四节 焓；第五节 热容。
• 第六节 热力学第一定律对理想气体的应用：理想气体的内能和焓、Cp 与 Cv 之差、绝热可逆过程方程与绝热过程的功、理想气体的卡诺循环。
• 第七节 实际气体：焦尔–汤姆逊效应、实际气体的 ΔH 和 ΔU。

第3页：热化学与第二定律开篇

• 第八节 热化学：等压热效应与等容热效应、热化学方程式、盖斯定律、几种重要的热效应；第九节 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律；第十节 绝热非等温反应。
• 第二章 热力学第二定律：自发变化的共同特征——不可逆性、热力学第二定律的表述、卡诺定理。
• 第四节 熵的概念：熵的导出、克劳修斯不等式、熵增加原理；第五节 熵变的计算：简单状态变化、相变化、化学变化的 ΔS 计算。
• 第六节 热力学第二定律的本质——熵的统计意义：熵与热力学概率、玻尔兹曼公式。

第4页：自由能判据与化学势

• 第七节 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能：两个自由能的定义与三种热力学判据；第八节 ΔG 的计算：等温物理变化与等温化学变化（范霍夫化学反应等温式）。
• 第九节 热力学函数关系式：基本公式、特性函数、麦克斯韦关系式及其应用、吉布斯–亥姆霍兹方程、吉布斯自由能与压力的关系。
• 第十节 单组分体系的两相平衡：克拉贝龙方程、外压与蒸气压的关系。
• 第十一节 多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势：偏摩尔量定义、集合公式、吉布斯–杜亥姆公式、化学势定义及其在相平衡中的应用。

第5页：第三定律与统计热力学

• 化学势在化学平衡中的应用、化学势与温度和压力的关系。
• 第十二节 热力学第三定律与规定熵：第三定律的表述、规定熵值、化学反应过程的熵变计算。
• 第三章 统计热力学基础：第一节 概论（研究方法与目的、统计体系分类、基本假定、数学准备、体系的分布及微观状态数）。
• 第二节 Maxwell–Boltzmann 统计：Boltzmann 定理、最可几分布、Boltzmann 分布定律、摘取最大项原理与 β 值的推导；第三节 配分函数的定义及其与热力学函数的关系。

第6页：配分函数计算与溶液章节

• 第四节 配分函数的分离与热力学函数的进一步分解；第六节 各配分函数的计算：平动、转动、振动、电子、原子核配分函数与分子的全配分函数。
• 第七节 理想气体反应的平衡常数：公共能量标度、平衡常数的统计热力学表达式、ΔU₀° 的求法、由配分函数或自由能函数和热函函数求平衡常数。
• 第四章 溶液——多组分体系热力学在溶液中的应用：溶液组成的表示法；第二节 稀溶液中的两个经验定律：拉乌尔定律与亨利定律。

第7页：溶液热力学各节内容

• 第三节 混合气体中各组分的化学势：理想气体的化学势、非理想气体的化学势与逸度、逸度系数的求法。
• 第四节 理想溶液：定义、各组分的化学势与理想溶液的通性；第五节 稀溶液中各组分的化学势；第六节 稀溶液的依数性。
• 第七节 Gibbs–Duhem 公式和 Duhem–Margules 公式；第八节 非理想溶液：各组分的化学势与活度的概念、活度的测定。

第8页：相平衡章节安排

• 第五章 相平衡：相律；单组分体系的相图（水的相图、硫的相图）。
• 理想的完全互溶双液系（相图、杠杆规则、精馏原理）与非理想的完全互溶双液系（偏差分类及成因、Duhem–Margules 公式对相图的解释）。
• 部分互溶的双液系、完全不互溶的双液系；低共熔混合物的固–液相图（热分析法、溶解度法）。
• 形成化合物的固–液体系相图（稳定化合物、不稳定化合物）与形成固溶体的固–液体系相图（完全互溶、部分互溶）。
• 第十节 三组分体系的相图：等边三角形坐标表示法、部分互溶的三液系、三元盐–水相图、三元低共熔混合物的相图。

第9页：化学平衡章节安排

• 第六章 化学平衡：化学反应的平衡条件与化学反应亲和势（反应进展度、平衡条件、亲和势）。
• 化学反应的平衡常数与等温方程式；平衡常数的表达式（理想气体、实际气体、液相反应）。
• 气相反应、液相反应与复相反应的平衡计算（平衡常数的直接测定、平衡转化率、计算示例）。
• 标准生成吉布斯自由能：化学反应的 ΔrGm° 与化合物的标准生成吉布斯自由能。
• 第八节 温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响。

第10页：电解质溶液章节安排

• 温度对化学平衡的影响、压力对化学平衡的影响、惰性气体对化学平衡的影响。
• 第七章 电解质溶液：第一节 法拉第定律（电化学的研究对象与范围、第二类导体的导电机理、原电池与电解池的区别、法拉第定律）。
• 第二节 离子的电迁移和迁移数：电迁移现象、离子的迁移率和迁移数、离子的淌度、迁移数的测定。
• 第三节 电导：电导、电导率、摩尔电导率及其测定，电导率与摩尔电导率随浓度的变化、离子独立运动定律、电导测定的应用。
• 第四节 强电解质溶液理论：平均活度与平均活度系数。

第11页：强电解质理论与可逆电池

• 离子强度、强电解质溶液的离子互吸理论、Debye–Hückel 极限公式、Onsager 电导理论。
• 第八章 可逆电池的电动势及其应用：可逆电池与不可逆电池（丹尼尔电池）、电动势的测定（对消法、标准电池）。
• 可逆电池的书写方法及电池反应：书写方法、电动势的符号、可逆电极的类型、由电池写反应与由反应设计电池。
• 第四节 可逆电池的热力学：由电动势求平衡常数、电动势的表达式、用温度系数求 ΔrHm 与 ΔrSm；第五节 电动势产生的机理。

第12页：电极电势与动力学开篇

• 第六节 电极电势：标准氢电极与标准电极电势、电极电势的能斯特方程、参比电极。
• 第七节 各类电池电动势的计算：化学电池、浓差电池、两电池串联、液体接界电势的计算。
• 第八节 电动势测定的应用：判断反应趋势、求难溶盐溶度积、求氧化还原反应平衡常数、pH 值的测定、测定电解质溶液的平均活度系数。
• 第九章 电解与极化作用：分解电压、极化作用、电解时电极上的反应。
• 第十章 化学动力学基础（一）：化学动力学的任务和目的、反应速率表示法、速率方程。

第13页：化学动力学各节安排

• 第四节 具有简单级数的反应：一级、二级、三级与零级反应。
• 第五节 反应级数的测定：积分法、微分法、改变反应物浓度法。
• 第六节 几种典型的复杂反应：对峙反应、平行反应、连续反应。
• 温度对反应速率的影响——阿仑尼乌斯经验公式；第七节 链反应（直链反应、支链反应）；第八节 拟定反应历程的一般方法。
• 第十一章 化学动力学基础（二）：第一节 碰撞理论（基本要点、双分子碰撞频率、反应速率）。

第14页：动力学进阶与界面现象

• 第二节 过渡态理论（基本要点、势能面、反应速率）、单分子反应理论、分子反应动态学简介。
• 溶液中的反应、快速反应的测试、光化学反应、催化反应动力学（均相酸碱催化、配位催化、酶催化、自催化与化学振荡）。
• 第十二章 界面现象：第一节 表面吉布斯自由能和表面张力。
• 第二节 弯曲液面的附加压力和蒸气压：弯曲液面下的附加压力、弯曲液面上的饱和蒸气压。

第15页：界面胶体章节与考试要求

• 液体的润湿和铺展、溶液的吸附、表面活性剂及其作用。
• 固体表面的吸附、吸附速率（吸附与解吸速率方程）、气–固相表面催化反应。
• 第十三章 胶体分散体系：分散体系的分类、溶胶的制备和净化、溶胶的动力学性质、光学性质、电学性质、稳定性与聚沉作用、乳状液。
• 三、考试要求：期末总成绩由期末考试、期中考试与平时成绩三部分构成，命题以教材为主，侧重基本概念、基本原理及公式的综合运用与灵活掌握。

第16页：考试安排与推荐教材

• 课后答疑随机进行，期中考试自行安排，期末考试按教学计划进行，考前安排 1–2 天答疑，考试结束后 3 天内上交成绩和试卷。
• 推荐教材：傅献彩、沈文霞、姚天扬《物理化学》（第四版）上、下册，高等教育出版社；Robert J. Silbey 等《Physical Chemistry》（第三版），John Wiley & Sons。
• 主要参考书：孙德坤等《物理化学解题指导》（江苏教育出版社）；印永嘉、李大珍《物理化学简明教程》（第三版）；P. W. Atkins《Physical Chemistry》（第二版）；肖衍繁、李文斌《物理化学》（天津大学出版社）。