1、物理化學（二）課程教學大綱課程代碼：CHET2041，CHET2042課程類別：大類基礎課程授課對象：高分子材料與工程等工科類專業開課學期：3和4學 分：4學分指定教材：白同春主編物理化學，南京大學出版社，第二版，2019年一、教學目的：物理化學是化學化工專業和材料類工科專業的重要專業基礎課程。本課程重點闡述熱力學基本概念、基本原理，理解并掌握熱力學函數隨物質狀態改變的變化規律及其內涵。掌握熱力學原理在多組分體系、化學平衡、相平衡中的典型應用以及電化學、動力學、界面化學和膠體化學相關知識和運用，理解主要變化規律的物理意義及其影響因素，并為后續專業課程的學習打下扎實的理論基礎。二、課程目標通過本

2、課程的教學，使學生具備下列能力： 1、 課程目標 1：通過本門課程的學習，學生能夠較為深入地掌握該課程的基本原理、基本計算以及研究問題的基本方法和思路，為學生學習后繼課及今后的課題研究打下必要的理論基礎。學習過程中培養同學求實認真的科學態度和開拓創新能力，提高同學們的綜合素質，更重要的是培養學生建立一套科學的學習方法，提高自學能力和獨立工作能力，學會用辯證唯物主義的觀點和邏輯思維去認識化學變化的本質。另外能夠基于科學原理并采用科學方法對高分子材料領域的復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論。三、課程目標與畢業要求的對應關系：通過本課程的學習，要求學

3、生深入掌握熱力學基本原理及其典型應用，理解熱力學函數的變化規律和系統宏觀性質間關系，理解其物理意義。培養學生的邏輯思維能力和抽象思維能力，能夠掌握基本研究方法，為從事高分子設計、改性、加工，應用奠定基礎。畢業要求指標點課程目標達成途徑1.工程知識1.2 了解化學、材料科學等基本知識，并能將其用于解決高分子材料領域的復雜工程問題。課程目標 1課程講授、作 業、討論、考試四、教學基本內容：緒論 課時：共1課時教學內容 一、物理化學研究對象和研究方法 二、物理化學研究內容 三、物理化學的學習方法第一章 熱力學第一定律 課時：共15課時教學內容第一節 氣體的P-V-T關系 一、理想氣體 二、實際氣體

4、第二節 基本概念 一、系統與環境 二、狀態與狀態性質、狀態函數三、熱力學平衡態四、過程與途徑第3節 熱力學第一定律1、 熱和功2、 可逆過程3、 熱力學能4、 熱力學第一定律5、 焓和熱容6、 熱容與溫度的關系7、 熱力學第一定律的應用第4節 熱化學1、 反應進度2、 化學反應熱效應3、 熱化學方程式和Hess定律4、 標準摩爾生成焓和標準摩爾燃燒焓5、 反應熱與溫度的關系6、 物理化學中常見過程的焓變思考題：1、 物系的Cv是否有可能大于Cp？請舉例說明。2、 真正的可逆過程是不存在的，那提出這個概念的意義是什么？3、 為什么在真實氣體的恒溫PVmP曲線中，當溫度足夠低時會出現PVm值先隨P

5、的增加而降低，然后隨P的增加而上升，即圖中T1線，但當溫度足夠高時，PVm值總隨P的增加而增加，即圖中T2線？4、對理想氣體來說UT0，是否說明若水蒸氣為理想氣體，則在25下將水蒸發成水蒸氣時UT0？5、理想氣體從P1絕熱膨脹至P2時，WU，絕熱膨脹時，若外壓為零，則W0，U0；若外壓不為零，則U0。以上兩U不相等與U為狀態函數的性質是否矛盾？第二章 熱力學第二定律 課時：共15課時教學內容第1節 熱力學第二定律的表述1、 熱力學第二定律的經典表述2、 過程的方向性3、 后果不可消除原理第二節 熵 一、卡諾定理 二、熱溫熵三、熵的定義四不可逆過程五、熵增加原理第2節 熱力學第三定律1、 不可逆

6、過程與分子運動的有序程度2、 熵和熱力學概率3、 熱力學第三定律和規定熵4、 熵和能量退降第3節 熱力學函數間的關系1、 Helmholtz自由能和Gibbs自由能2、 熱力學函數間的關系第4節 熱力學函數的計算1、 等溫物理變化和非等溫物理變化2、 相變過程3、 理想氣體等溫等壓過程的熵變和Gibbs自由能變化4、 化學反應的熵變思考題：1、熵S是一個宏觀物理量，熱力學概率是一個微觀物理量，S=kln，這是一個聯系宏觀熱力學和統計熱力學的橋梁公式，從統計熱力學來理解熵的物理意義。2、在標準壓力下，將室溫下的水向真空蒸發為同溫同壓的氣，如何設計可逆過程？3、 對于等溫等壓化學反應，可以直接通過

7、計算化學反應的熵變來判斷這個反應的可行性嗎？4、理想氣體向真空膨脹是恒溫過程，它的S可通過設計一個在相同的始態和終態下的恒溫可逆過程來計算。理想氣體向真空膨脹又是絕熱過程，那么它的S是否也可通過設計一個在相同的始態和終態下的絕熱可逆過程來計算呢？5、從熱力學基本方程還可以引出哪些判據（除了常用的熵判據、Helmholtz判據和Gibbs判據外）？第三章 多組分系統 課時：共10課時教學內容 第一節 偏摩爾量一、多組分系統 二、偏摩爾量 三、偏摩爾量的性質和計算第二節 化學勢 一、化學勢的定義 二、化學勢在相平衡和化學平衡中的應用三、化學勢與溫度、壓強的關系第三節 氣體混合物中各組分的化學勢 一

8、、理想氣體的化學勢 二、非理想氣體的化學勢三、逸度和逸度系數的計算第四節 Raoult定律和理想液態混合物 一、Raoult定律 二、理想液態混合物及其化學勢三、理想液態混合物的性質第五節 Henry定律和理想稀溶液 一、Henry定律 二、理想稀溶液及其化學勢第六節 稀溶液的依數性 一、凝固點降低二、沸點升高三，滲透壓第7節 非理想液態混合物與活度1、 活度和活度因子的定義2、 非理想液態混合物的化學勢3、 分配定律思考題：1、 兩只各裝有1kg水的燒杯，一只溶有0.01mol蔗糖，另一只溶有0.01molNaCl，按同樣速度降溫冷卻，則哪個杯子先結冰？2、 電解質稀溶液的依數性一般要比非電

9、解質稀溶液的依數性大，產生偏離的主要原因是什么？3、 下列說法是否正確，為什么？(1) 系統所有廣延性質都有偏摩爾量。(2) 理想液態混合物各組分分子間沒有作用力。(3) 由純組分混合成理想液態混合物時沒有熱效應，故混合熵等于零。(4) 任何一個偏摩爾量均是溫度、壓力和組成的函數。(5) 亨利系數與溫度、壓力以及溶劑和溶質的性質有關。4、 純物質在恒壓下GT曲線應該是凹的還是凸的？5、 為什么說稀溶液中若溶劑服從拉烏爾定律則在相同濃度范圍內的溶質服從亨利定律。第四章 化學平衡 課時：共6課時教學內容第1節 化學反應的方向和限度1、 化學反應的方向和限度2、 理想氣體反應等溫方程式和平衡常數第二

10、節 影響化學平衡的因素 一、平衡常數與溫度的關系 二、平衡常數與壓強的關系第三節 平衡常數的計算和應用 一、標準平衡常數的計算 二、平衡常數的應用思考題1、 自發的化學反應一定是放熱反應嗎？2、 對于理想氣體間的反應，以各種形式表示的平衡常數中，其值與溫度和壓力皆有關系的有哪些？3、 若在溫度為T的容器內達到平衡后，通入不參與反應的惰性氣體，會不會影響平衡常數的值和平衡產量？設氣體都是理想氣體。4、 同一個化學反應，計量方程式寫法不一樣，在同一溫度下進行，標準平衡常數相同嗎？5、 設計化學反應應該遵循哪些最基本的原則？第五章 相平衡與相圖 課時：共7課時教學內容第一節 相律第二節 單組分體系相

11、圖第三節 二元系氣-液平衡 一、二組分理想溶液的氣-液平衡 二、杠桿規則 三、二組分非理想溶液的氣-液平衡思考題：1、 恒沸混合物的性質有哪些? 如何用相律來說明恒沸混合物不是化合物。2、 純物質在臨界點處自由度數是多少？這個狀態下具有什么性質？3、 指出下列體系分別有幾相：(1）空氣；（2）冰雹；（3）金剛石和石墨混合物；（4）白色的冰和鹽的共晶體；（5）一塊黃銅(30%的鋅銅合金)；（6）酒精水溶液；（7）油和水的混合物；（8）密閉容器中讓碳酸鈣分解并達平衡；（9）牛奶4、 N2的臨界溫度是124K，室溫下想要液化N2必須采取什么手段？5、 區別單相系統和多相系統的主要依據是什么？第八章

12、電解質溶液 課時：共10課時教學內容第1節 電解質溶液的離子導電性質1、 法拉第定律2、 離子的電遷移和遷移數第2節 電解質溶液的電導及應用1、 電導、電導率和摩爾電導率2、 電導率和摩爾電導率與濃度的關系3、 離子獨立運動定律4、 電導測定的應用第三節 電解質溶液理論 一、離子的活度和平均活度因子二、離子強度三、電解質溶液理論思考題：1、 研究可逆電池的意義是什么？一個吸熱的化學反應若在原電池中進行，可以對外發電嗎？2、 一定溫度下無限稀釋時的摩爾電導率和電遷移率的關系是什么？3、 電化學和熱力學的關系是什么？4、 有什么簡單的方法來檢驗水是否有雜質？5、 在298K時，無限稀釋的水溶液中H

13、+和OH-離子的摩爾電導率特別大的原因是什么？第九章 可逆電池電動勢 課時：共10課時教學內容第一節 可逆電池和可逆電極 一、可逆電池和可逆電極 二、電池的表達方式 三、電動勢的測定和韋斯頓標準電池第二節 可逆電池熱力學 一、能斯特方程 二、可逆電池電動勢和熱力學函數之間的關系第三節 電極電勢和電池電動勢 一、相間電勢差與電動勢 二、標準氫電極和相對電極電勢的計算第四節 電池電動勢測定的應用思考題：1、“電”可以說是一種適用性非常廣泛的氧化劑或還原劑，許多本來不能自發進行的反應能在電極上進行，這是為什么？2、有人為反應設計了如下兩個電池：Na|NaOH(aq)|H2|Pt，Na(Hg)|NaO

14、H(aq)|H2|Pt，你認為錯在哪里？應如何設計？3、電池自發進行的條件是什么？4、在冬天，鋰電池在充、放電時容易發生故障的根本原因是什么？6、 通過測定可逆電池的電動勢，能夠得到哪些熱力學數據？第十章 電極極化與界面電化學 課時：共8課時教學內容第一節 不可逆電極過程 一、電極極化與超電勢 二、分解電壓與極化作用 三、濃差極化和電化學極化四、塔菲爾公式第3節 電解時電極上的競爭反應第4節 金屬的電化學腐蝕 思考題：1、電極電勢的改變可以改變電極反應的速率, 其直接的原因是改變了反應的活化能，這句話正確嗎？2、氫氧燃料電池優點眾多，為什么目前還不普及使用，主要還有哪些有待解決的問題。3、一般

15、認為，在鋅-錳干電池生產時配制的原料中常加入適量的HgCl2，其目的是什么？4、電解濃度為0.5mol的硫酸水溶液和電解濃度為1mol的氫氧化鈉水溶液，都使用鉑作電極，在相同溫度下的理論分解電壓是否總是相同？為什么？5、在一個銅板中有一個鋅制鉚釘，在潮濕空氣中放置，哪個鉚釘先腐蝕？第十一章 經典化學反應動力學 課時：共13課時教學內容第1節 化學反應速率1、 化學反應速率2、 反應速率方程與反應級數基元反應與質量作用定律3、 反應速率的測定第二節 具有簡單級數的反應速率方程 一、零級反應 二、一級反應三、二級反應四、三級反應五、速率方程的確立第三節 溫度對反應速率的影響 第四節 典型復雜反應

16、一、對峙反應 二、平行反應 三、 連續反應 四、擠出物膨脹 五、不穩定流動第5節 復雜反應機理和反應速率近似處理方法第6節 若干復雜反應體系的反應動力學思考題：1、 化學動力學是物理化學的重要分支, 它主要研究反應的速率和機理。簡述化學動力學與熱力學關系的關系。2、 氫氣在空氣中非常容易爆炸，請分析具體的原因，現實中怎么避免類似的爆炸事故。3、 近紅外光誘導的化學反應一般很難發生，為什么？若在近紅外光輻照下使化學反應發生，應該采取哪些行之有效的措施。4、 利用活化能和溫度對反應速率的影響關系能控制某些復雜反應的速率, 即所謂活化控制。哪些復雜的反應可進行活化控制？舉例說明。5、從熱力學和動力學

17、上來分析通常化學反應不能100%進行到底的原因。第十三章 界面物理化學 課時：共10課時教學內容 第一節 界面現象和界面熱力學一、表面能和表面張力二、含界面系統的熱力學基本方程三、彎曲液體表面的界面現象 第二節 溶液的表面吸附 一、界面相和界面過剩量 二、Gibbs等溫吸附方程式 三、溶質在氣液和液液界面上的吸附 第三節 液固界面現象 第四節 表面活性劑的分類及應用 第五節 固體表面上的氣體吸附 一、吸附現象和吸附量二、吸附等溫線三、氣固吸附熱效應四、固體在溶液中的吸附思考題：1、 防毒面具易吸附毒氣而基本上不吸附氧氣，為什么？2、 若天空中的小水滴要起變化，一定是其中大水滴進行蒸發，水蒸氣凝

18、結在小水滴,使大小不等的水滴趨于相等。對嗎？為什么？3、 當在兩玻璃板中間加入少量水后，在垂直于玻璃板平面方向上很難將其拉開，故兩玻璃板間應該形成凸液面、凹液面還是無液面？4、 常見的亞穩狀態有哪幾種？結合實際舉例說明。5、一般情況下，固體吸附和液體吸附哪個能力更強？有可比性嗎？第十五章 膠體分散體系與高分子溶液 課時：共3課時教學內容第1節 膠體分散體系第2節 溶膠的動力性質第3節 溶膠的光學性質第4節 溶膠的電學性質 思考題：1、有穩定劑存在時膠粒優先吸附哪種離子？自然界的天然膠粒如泥沙，豆漿，橡膠等都帶什么電荷？2、江、河水中含的泥沙懸浮物在出海口附近都會沉淀下來，原因有多種，其中與膠體

19、化學有關的作用是什么？3、關于電泳現象的各種闡述中其中有一種說法是電泳和電解沒有本質的區別，這種說法正確嗎？4、測定膠體粒子的大小有哪些方法，分別簡述其測定的原理。5、膠束最常見的聚集形貌呈球形，闡述原因。五、建議教學進度：物理化學二（上）課程學時分配表序號教學內容授課學時課程目標1緒論1課程目標12熱力學第一定律15課程目標13熱力學第二定律15課程目標14多組分系統熱力學10課程目標15化學平衡6課程目標16相平衡7課程目標1合計54物理化學二（下）課程學時分配表序號教學內容授課學時課程目標1電解質溶液10課程目標12可逆電池電動勢10課程目標13電極極化8課程目標14反應動力學13課程目標15界面物理化學10課程目標16膠體分散系統3課程目標1合計54六、教學方法1、由于本課程的教學時數較少，對課程內容的講授必須突出重點，在夯實物理化學基本原理的基礎上，讓學生掌握熱力學函數在典型物理或化學變化體系中的應用，培養學生獨立分析問題和解決問題的能力，訓練學生的基本計算能力，使學生逐漸掌握科學的研究方法。課堂上講述重點、難點與學生課后自學相結合。 2、課程講授主要采用線下多媒體課件，并結合線上雨課堂、微信群等多種信息技術進行問題討論。在教學過程中通過啟發式教學、實例分析、隨堂互動、促進學生思考，激發學生學習主動性。3、對遇到教學中個別難點或重點時，教師