《物理化學》課程教學大綱一、課程基本情況課程代碼：1061129022課程名稱（中/英文）：物理化學/PhysicalChemistry課程類別：學科專業基礎課程開課學期：第3學期學分：3.5總學時：56理論學時：56適用專業：應用化學專業適用對象：本科先修課程：無機化學、高等數學、大學物理開課學院：環境工程與化學學院二、課程簡介《物理化學》是應用化學類專業本科生的一門專業基礎課，通過本課程的學習，使學生掌握化學熱力學，化學動力學，溶液化學，表面化學的基礎知識，掌握物理學和數學的規律研究體系化學行為的方法，能夠進行反應過程能量的衡算，判斷反應的方向，確定反應速度，以及選擇反應條件，為后續化工原理、化學工藝和化學反應工程課程的打下理論基礎。同時，通過教學培養學生分析問題能力，數據處理能力，理論思維能力，知識遷移能力，以及嚴謹的科學精神和科學的世界觀。三、課程目標1．課程對畢業要求的支撐指標點3.3理解化學體系熱力學、動力學、電化學等基礎知識，熟悉單元操作的基本原理和相關設備操作流程，并用于復雜問題解決方案的比較、優化與改進。2.課程目標（1）掌握物理化學中化學熱力學和化學動力學、電化學和表面化學的基本原理，以及解決問題的基本方法。（2）掌握數據處理和理論推導的方法，能夠用物理化學的基本原理，分析簡化后續課程遇到的工程中實際問題。3.主要教學內容與課程目標之間的對應關系 課程目標教學內容教學方法目標1：掌握物理化學中化學熱力學和化學動力學的基本原理，和解決問題的基本方法。熱力學，動力學，電化學等物理化學的主要基本概念、理論，以及解決問題的方法。1.授課2.視頻3.翻轉課堂4.分組討論5.啟發式教學目標2：掌握數據處理和理論推導的方法，能夠用物理化學的基本原理，分析簡化后續課程遇到的工程中實際問題。熱力學，動力學，電化學等基礎理論產生過程，模型建立方法，這些方法在化學工程中的應用。1.授課2.啟發式教學3.分組討論4.翻轉課堂課程思政元素根據課程性質和教學內容，本課程的思政元素有：唯物主義的世界觀和嚴謹的科學精神。四、教學內容及重難點緒論（2學時）1.教學內容(1)物理化學的內容及其與后續課程的關系；(2)物理化學的特點和學習方法；(3)物理化學中用到的數學知識。2.教學重點物理化學特點和學習方法。3.教學難點物理化學中的數學知識。4.課堂討論微積分知識背后的方法。第一章氣體的PVT性質（2學時）1.教學內容(1)理想氣體狀態方程、分壓定律、分體積定律；(2)真實氣體與理想氣體的偏差、范德華方程.真實氣體的液化、臨界現象、臨界參數； (3)對應狀態原理及壓縮因子圖：對比參數、對應狀態原理，用壓縮因子圖進行普遍化計算。2.教學重點理想氣體及其狀態方程。3.教學難點分壓定律；對比狀態原理。4.課堂討論：氣體狀態方程的建立方法和方法的特點。5.習題作業P29：15,19,20,23第二章熱力學第一定律（8學時）1.教學內容(1)熱力學基本概念及術語；(2)熱力學第一定律；(3)恒容熱、恒壓熱、焓、熱容；(4)可逆過程體積功的計算；絕熱可逆過程功的計算；(5)熱力學第一定律對理想氣體和實際氣體的應用；(6)相變焓及化學反應焓。2.教學重點(1)狀態函數、可逆過程、內能和焓、熱和功等概念，熱力學第一定律；(2)理想氣體在等溫、等壓、絕熱過程中的△U、△H、Q和W的計算；(3)化學反應熱的計算。3.教學難點狀態函數的特點；基爾霍夫定律和絕熱反應的有關計算。4.課堂討論焓應用于化學變化過程的注意事項和解決問題的方法。5.習題作業P70：16、17、19、22、24、25、296.課程思政：能量守恒的科學世界觀第三章熱力學第二定律和第三定律（8學時）1.教學內容(1)熱力學第二定律；(2)卡諾循環及卡諾定理，熱力學第二定律的數學表達式;(3)熵增原理及熵判據簡單PVT變化過程的熵變;(4)可逆相變與不可逆相變，相變過程的熵變；(5)熱力學第三定律，規定熵、標準熵，化學反應熵變的計算；(6)亥姆霍茲函數與吉布斯函數的定義，恒溫恒容過程與恒溫恒壓過程方向的判據，亥姆霍茲函數與吉布斯函數變化的計算；(7)熱力學基本方程；(8)克拉佩龍方程和克勞修斯-克拉佩龍方程。2.教學重點(1)熱力學第二定律，熵的概念以及熵變的計算及其應用；(2)亥姆霍茲函數，吉布斯函數及其計算的掌握；(3)克勞修斯-克拉佩龍方程；(4)熱力學基本方程及其應用。3.教學難點熱力學第二定律的理解；利用熵、亥姆霍茲、吉布斯判據判斷過程的方向；熱力學基本方程及其應用。4.課堂討論卡諾定律的理論意義；從自發過程的判據理解演繹方法；從‘熱寂說’的謬誤理解熱二律的適用范圍。5.習題作業P112：17、18、19、23、26、29、31、32、36、376.課程思政理論指導實踐的方法；節約能源的必要性第四章多組分系統熱力學（6學時）1.教學內容(1)拉烏爾定律與亨利定律；(2)偏摩爾體積及其它偏摩爾量；吉布斯--杜亥姆方程；(3)化學勢，理想氣體化學勢，真實氣體的化學勢；(4)理想液態混合物中任一組分的化學勢，理想液態混合物的混合性質；溶劑、溶質的化學勢；(5)分配定律；稀溶液的依數性(蒸氣壓下降，凝固點降低，沸點升高，滲透壓)；(6)逸度及活度的概念、逸度和活度的標準態和對組份的活度系數的簡單計算方法。2.教學重點(1)偏摩爾量和化學勢的概念；(2)利用拉烏爾定律和亨利定律的簡單計算；(3)理想氣體，混合理想氣體，溶液中物質的化學勢；(4)稀溶液依數性的有關計算。3.教學難點偏摩爾量和化學勢概念的理解；理想氣體，混合理想氣體等各物質的化學勢。4.課堂討論用拉烏爾定律完成兩組分氣液平衡相圖，并用于解釋化工的分餾和精餾過程；用拉烏爾定律解釋稀溶液的依數性；真實氣體的化學勢描述方法。5.習題作業P166：16、17、21、22、25、27、30第五章相平衡（8學時）1.教學內容(1)相、相數、組分數、自由度數，相律的推導及表達式，杠桿規則；(2)單組分系統相平衡：水的相圖；(3)兩組分液態完全互溶系統的氣-液平衡；理想液態混合物的P-X圖、T-X圖；真實液態混合物的P-X圖、T-X圖，恒沸混合物，精餾原理；部分互溶系統的溫度-溶解度圖；部分互溶系統的氣-液平衡相圖(T-X圖)；兩組分液態完全不互溶系統的氣-液平衡T-X圖，P-T圖，水蒸汽蒸餾；(4)兩組分固態不互溶凝聚系統相圖；生成化合物(穩定、不穩定)的凝聚系統相圖兩組分固態互溶(完全互溶、部分互溶)系統的相圖；熱分析法及步冷曲線、溶解度法。2.教學重點(1)相律和杠桿規則及其應用；(2)單組分系統相圖和雙組分體系相圖。3.教學難點相圖的動態分析及繪制。4.課堂討論相圖在實際生活和生產中的具體使用。5.翻轉課堂二組分固液相圖6.習題作業P212：15、18、19、20、21、22、24、267.課程思政相平衡中隱含的科學道理，堅定學生科學的世界觀第六章化學平衡（2學時）1.教學內容：(1)反應的吉布斯函數變化，化學反應平衡的條件；(2)標準平衡常數的導出，化學反應等溫方程式；(3)標準平衡常數的性質，平衡常數及平衡組成的計算；(4)有純態凝聚相參加的理想氣體反應的標準平衡常數的表示式，分解壓力與分解溫度；吉布斯-亥姆霍茲方程，范特霍夫方程，不同溫度下平衡常數的求算；其它因素(濃度、壓力、惰性組分)對平衡的影響；(5)真實氣體的化學平衡，混合物及溶液中的化學平衡。2.教學重點化學反應等溫式，平衡常數及其表示方法3.教學難點化學反應等溫式的推導，吉布斯-亥姆霍茲方程4.課下討論真實氣體反應的化學平衡；混合物和溶液中的化學平衡5.習題作業P243：15、17、19、21、25、28第七章化學動力學（8學時）1.教學內容(1)反應速率的表示方法及實驗測定；(2)基元反應，基元反應的速率方程--質量作用定律，反應分子數；速率方程的一般形式、反應級數、速率常數；(3)速率方程的積分式：零級、一級、二級及n級反應的特點、半衰期；(4)速率方程的確定：微分方法，積分法，半衰期法；(5)溫度對反應速率的影響：阿累尼烏斯公式，活化能；(6)復雜反應：對行反應，平行反應、連串反應、鏈反應的反應機理及速率方程；(7)復雜反應速率的近似處理法；鏈反應：鏈反應機理，直鏈反應的動力學方程，鏈反應與爆炸；(8)催化反應動力學，氣相雙分子簡單碰撞理論，過渡狀態理論。2.教學重點反應速率方程、反應速率與反應機理；簡單級數反應與復雜反應的有關動力學知識；復合反應速率的近似處理法。3.教學難點反應機理及相應的速率理論4.課堂討論化學動力學在化學反應工程中的應用實例；復合反應速率方程的近似處理方法5.習題作業P301：17、19、22、24、29，33，34第八章電化學（6學時）1.教學內容(1)電解質溶液的導電機理，法拉第定律；(2)離子的遷移現象、遷移數、遷移數的實驗測定(希托夫法)；電導、電導率、摩爾電導率，影響電導的因素；離子獨立運動定律；(3)電遷移率；電解質的平均活度和平均活度系數，德拜-休格爾極限公式；(4)電池的充電與放電，可逆電池的條件；第一、二類電極、氧化-還原電極；(5)原電池熱力學；電池的能斯特方程；電極電勢及其計算；電極濃差電池與電解質濃差電池，液體接界電勢的產生及計算；(6)電池設計：分解電壓、極化與超電勢、極化曲線、析出電勢；電解時的電極反應。2.教學重點(1)電導率、摩爾電導率及它們與溶液濃度的關系；(2)離子獨立移動定律及電導測定的一些應用；(3)離子平均活度系數的意義及其計算方法；(4)E與△rGm關系；溫度對E的影響及計算△rHm和△rSm的計算。3.教學難點離子平均活度系數；不可逆電極過程、極化作用。4.課堂討論不可逆電極過程、極化作用5.習題作業P243：15、16、20、406.課程思政清潔能源開發與清潔生產工藝第九章界面現象（4學時）1.教學內容(1)表面吉布斯函數與表面張力，潤濕現象，接觸角，楊氏（Yong）方程，潤濕與輔展；(2)彎曲液面的附加壓力，飽和蒸汽壓，拉普拉斯（Laplace）方程，開爾文(Kelvin)方程和毛細現象；(3)亞穩狀態和新相的生成：過飽和蒸氣、過熱液體、過冷液體、過飽和溶液；(4)液體表面的吸附和固體表面的吸附作用；表面活性劑；(5)蘭格謬爾單分子層吸附理論及蘭格謬爾吸附等溫式；BET吸附公式及固體表面積的測定；吉布斯吸附公式。2.教學重點界面張力的有關知識以及彎曲液面的附加壓力；固體表面、液－固表面的相關理論；表面活性劑。3.教學難點彎曲液面附加壓力，亞穩態和新相的生成。4.課堂討論亞穩態產生的原因和消除方法；吸附等溫式的建立方法5.翻轉課堂表面活性劑及其應用6.習題作業P392：13、17、19、21、24、27第十章膠體（2學時）1.教學內容(1)膠體分散系統的分類；(2)溶膠的制備和純化；溶膠老化；(3)膠體系統的動力性質：布朗運動，擴散與滲透壓，沉降與沉降平衡；膠體的光學性質：丁達爾現象，瑞利公式，超顯微鏡的基本原理；膠體的電學性質：雙電層理論，電動現象，膠團結構；(4)溶膠的穩定與聚沉；(5)粗分散系統2.教學重點膠體的電學性質：雙電層理論，電動現象，膠團結構；溶膠的穩定與聚沉；3.教學難點雙電層理論4.課堂討論影響溶膠穩定性的因素 5.習題作業P437：17、19 五、教學安排序號教學內容學時對應課程教學目標對應畢業要求指標點1緒論213.32第一章氣體的PVT性質213.33第二章熱力學第一定律81、23.34第三章熱力學第二定律和第三定律81、23.35第四章多組分系統熱力學61、23.36第五章相平衡81、23.37第六章化學平衡21、23.38第七章化學動力學81、23.39第八章電化學61、23.310第九章界面現象413.311第十章膠體213.3合計56六、課程考核方式與評分標準1.課程考核方式本課程成總成績包括形成性評價（平時成績）和結果性評價（期末成績），形成性評價（平時成績）占40%，結果性評價（期末考試成績）占60%。形成性評價主要包括課堂研討提問(10%)、作業和學習習慣(10%)和課堂測試(20%)。期末考試采用閉卷方式，滿分100分，折算60%計入總成績。2.課程目標的考核方式序號課程目標考核內容考核方式1目標1：掌握物理化學中化學熱力學和化學動力學的基本原理，和解決問題的基本方法。物理化學基本概念辨析，基本理論的理解。課堂測試作業期末考試2目標2：掌握數據處理和理論推導的方法，能夠用物理化學的基本原理，分析簡化后續課程遇到的工程中實際問題。依據熱力學，動力學，電化學的基本理論解決相關問題課堂提問作業小組討論課堂測試期末考試3.成績評定標準平時成績評定辦法考核環節考核結果及標準評估項目及權重優秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）作業及學習習慣（10%）作業能夠獨立完成，完成質量優秀，能夠靈活運用所學知識和理論解決問題，并獲得正確結論作業能夠獨立完成，完成質量較高，能夠運用所學知識和理論解決問題，并獲得正確結論作業能夠獨立完成，完成質量基本符合要求，能夠運用所學知識和理論解決問題，并獲得有效結論作業基本能夠獨立完成，部分題目解答存在抄襲現象，運用所學知識和理論解決問題的能力基本符合要求作業不能獨立完成，存在抄作業現象課堂討論（10%）積極參加課堂討論，并有自己獨到的見解積極參加課堂討論能夠主動參加課堂討論能夠參加課堂討論不能有效參加課堂討論課堂測試（20%）學期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標準為參考答案學期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標準為參考答案學期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標準為參考答案學期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標準為參考答案學期中間不定期開展1-2次課堂測試，評分標準為參考答案結果性評價（60%）：期末考試試卷題型共分為四大類型，包括：填空