《物理化學48學時》課程教學大綱課程名稱（中文/英文）：物理化學/PhysicalChemistry課程類別：學科基礎課課程性質：必修/學位課 適用專業:食品工程、食品質量與安全、生物工程、生物技術學時數：48 其中，實驗/上機學時：0學分數：3 考核方式：考試預修課程：高等數學、大學物理、無機與分析化學、有機化學教學參考書：天津大學主編.物理化學.高等教育出版社.2009年5月第五版.于春玲主編.物理化學解題指導.大連理工大學出版社.2011年10月.天津大學主編.物理化學解題指南.天津大學出版社.2001年3月.開課單位：輕工與化學工程學院基礎化學教學中心物理化學教研室課程簡介：物理化學課程是化工類專業重要理論基礎課，其內容主要包括：化學熱力學、統計熱力學（不要求）、化學動力學三大部分。其先行課要求學生學習高等數學、大學物理、無機化學、分析化學、有機化學。物理化學是從化學變化和物理變化聯系入手，采用數學的手段研究化學變化的規律的一門科學。研究方法多采取理想化方法，集抽象思維和形象思維，其實驗是采用物理實驗的方法。化學熱力學采用經典的熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力學第三定律，從宏觀上研究化學變化過程的規律，通過理論計算來判斷化學反應的方向和限度（化學平的衡位置）、以及平衡狀態時系統的相變化、界面變化、電化學變化、膠體化學變化的規律，同時，研究影響這些變化規律的因素（如：溫度、壓力、濃度、組成等等）。化學動力學研究化學反應的速率和機理，以及影響化學反應速率的條件（如：溫度、壓力、濃度、組成、催化劑等等）。通過化學反應的條件控制化學反應的進行，通過化學反應機理的研究，確定化學反應的速率方程。本門課程對學生知識、能力和素質的培養目標：通過對本課程的學習，使學生能夠運用物理化學的理論知識判斷化學反應的方向、平衡條件，以及化學動力學知識分析化學反應過程中的速率、機理等相應問題。掌握相平衡、電化學基礎知識。學生經過本課程的學習，對化學反應過程從宏觀到微觀有了一個理性的理解和認識。學生可以從理論的層面上認識一個化學反應過程，并具有運用理論計算和理解化學應過程中的相關問題的能力。教學目的和要求第一章 氣體的pVT關系（3學時包括緒論0.5學時）掌握理想氣體狀態方程的使用，了解理想氣體與實際氣體的區別。教學重點與難點重點：理想氣體狀態方程及分體積定律和分壓定律的應用。難點：實際氣體范德華方程、壓縮因子、對應狀態原理及臨界性質。教學方法與手段采用多媒體教學模式授課。板書輔助教學教學內容一、理想氣體的狀態方程1．理想氣體狀態方程理想氣體模型摩爾氣體常數二、理想氣體混合物1．混合物的組成氣體狀態方程對理想氣體混合物的應用道爾頓定律阿瑪加定律三、氣體的液化及臨界參數1．液體的飽和蒸氣壓2．真實氣體的p—Vm圖及氣體的液化3．臨界參數教學目的和要求第二章 熱力學第一定律（8學時）掌握熱力學的基概念，應用熱力學第一定律計算封閉系統的pVT變化、相變化、化學變化過程的熱、功、焓變、系統內能變化值。了解節流膨脹與焦爾——湯姆遜效應。教學重點與難點重點：理解狀態函數的特征；計算封閉系統的pVT變化、相變化、化學變化過程的熱、功、焓變、系統內能變化值。難點：應用熱力學第一定律計算封閉系統理想氣體pVT變化過程、不可逆相變過程和絕熱過程的熱、功、焓變、系統內能變化值。教學方法及手段授課采用多媒體方式。這樣可以講解大量的習題，幫助學生理解疑難。教學內容一、熱力學基本概念1．系統和環境狀態和狀態函數過程和途徑二、熱力學第一定律1．功2．熱3．熱力學能熱力學第一定律三、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物質變溫過程五、焦爾實驗，理想氣體的熱力學能、焓1．焦爾實驗焦爾實驗的討論,理想氣體的熱力學能理想氣體的焓六、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系八、化學計量數、反應進度和標準摩爾反應焓1．化學計量數2．反應進度摩爾反應焓標準摩爾反應焓九、由標準標準摩爾生成焓與標準摩爾燃燒計算標準摩爾反應焓1．標準摩爾生成焓及由標準標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應焓標準標準摩爾燃燒焓和由標準摩爾燃燒計算標準摩爾反應焓標準摩爾反應焓隨溫度的變化——基爾霍夫公式十、節流膨脹與焦爾——湯姆遜效應焦爾——湯姆遜實驗節流膨脹的熱力學特征及焦爾——湯姆遜系數焦爾——湯姆遜系數正負號的熱力學分析教學目的和要求第三章 熱力學第二定律（10學時）了解熵函數的物理意義，通過計算狀態函數的變化值，可以正確判斷任意過程的變化方向。要求能夠計算封閉系統變化過程的熵函數、吉布斯函數和亥姆霍茲函數的變化值。應用熱力學基本方程和麥克斯韋關系式進行簡單的熱力學關系式的證明。能夠應用克拉佩龍方程和克拉佩龍—克勞修斯方程進行計算。教學重點與難點重點：封閉系統變化過程的熵函數及吉布斯函數的變化值的計算。難點：封閉系統變化過程的熵函數及吉布斯函數的變化值的計算，有關熱力學基本方程和麥克斯韋關系式的證明。教學方法及手段采用多媒體教學模式授課,輔以習題課加強學生對內容的理解教學內容一、卡諾循環二、熱力學第二定律1．自發過程舉例自發過程逆向進行必須消耗功自發過程的共同特性熱力學第二定律三、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——熵增加原理四、單純pVT變化熵變的計算1．環境熵變的計算凝聚態物質變溫過程熵變的計算氣體恒容變溫、恒壓變溫過程熵變的計算理想氣體pVT變化過程熵變的計算五、相變過程熵變的計算1．可逆相變2．不可逆相變六、熱力學第三定律和化學變化過程熵變的計算1．能斯特熱定理熱力學第三定律規定熵和標準熵標準摩爾反應熵的計算標準摩爾反應熵隨溫度的變化七、亥姆霍茲函數和吉布斯函數1．亥姆霍茲函數吉布斯函數對亥姆霍茲函數判據和吉布斯函數判據的說明恒溫過程亥姆霍茲函數變，吉布斯函數變的計算八、熱力學基本方程熱力學基本方程由熱力學基本方程計算純物質pVT變化過程的A,G多組分多相平衡系統恒溫變壓過程中的應用九、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系式1．吉布斯一亥姆霍茲方程麥克斯韋關系式熱力學函數關系式的推導和證明教學目的和要求第四章 多組分系統熱力學（3學時）應用熱力學原理解決多組分系統問題，了解多組分系統容量性質的表示；掌握偏摩爾量與化學勢的概念，掌握理想液態混合物、理想稀溶液性質的計算。了解稀溶液的依數性，逸度與逸度因子，活度及活度因子。教學重點與難點重點：偏摩爾量與化學勢，理想液態混合物，理想稀溶液。難點：偏摩爾量與化學勢教學方法及手段采用多媒體教學模式授課。教學內容一、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關系二、化學勢多組分單相系統的熱力學公式多組分多相系統的熱力學公式…化學勢判據及應用三、氣體組分的化學勢1．純理想氣體的化學勢理想氣體混合物中任一組分的化學勢純真實氣體的化學勢真實氣體混合物中任一組分的化學勢四、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、理想液態混合物理想液態混合物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教學目的和要求第五章 化學平衡（4學時）掌握化學平衡條件，應用等溫方程判斷反應平衡趨勢。用化學反應的吉布斯函數計算平衡組成、轉化率、平衡常數；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算。了解外界條件對化學平衡的影響；了解同時反應平衡組成的計算；了解真實氣體反應的化學平衡及混合物和溶液中的化學平衡的計算方法。教學重點與難點重點：應用等溫方程判斷平衡趨勢；計算出平衡組成、轉化率、平衡常數；范特霍夫等壓方程的不定積分形式和定積分形式的計算。難點：范特霍夫等壓方程的不定積分形式和定積分形式的計算。教學方法及手段采用多媒體教學模式授課。教學內容一、化學反應的等溫方程摩爾反應吉布斯函數與化學反應親和勢摩爾反應吉布斯函數與反應進度的關系，平衡條件化學反應的等溫方程二、理想氣體化學反應的標準平衡常數1．標準平衡常數有純凝聚態物質參加的理想氣體化學反應相關化學反應標準平衡常數之間的關系標準平衡常數K的測定平衡組成的計算其它的平衡常數m三、溫度對標準平衡常數的影響1．范特霍夫方程mrrH為定值時范特霍夫方程的積分式mH為溫度的函數時范特霍夫方程的積分式m四、其它因素對理想氣體化學平衡的影響1．壓力對于平衡轉化率的影響惰性組分對平衡轉化率的影響反應物的摩爾比對平衡轉化率的影響教學目的和要求第六章 相平衡(8學時)應用相律計算系統的組分數、相數、自由度數；能夠解析二組分（氣~液、液~液、液~固）相圖。能夠計算出二相平衡區內的各相的物質量。教學重點與難點重點：用相律計算系統的組分數、相數、自由度數。解析二組分相圖；能夠計算出二相平衡區內的各相的物質量。難點：計算系統的組分數，解析二組分（氣~液、液~液、液~固）相圖。教學方法及手段采用多媒體教學模式授課。本章內容圖形較多，采用多媒體教學模式效果非常好。教學內容一、相律1．自由度數2．相律的推導3．組分數4．幾點說明5．相律的意義二．杠桿規則三、單組分系統相圖1．水的相平衡實驗數據2．水的相圖3．相圖的說明四、二組分理想液態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、二組分真實液態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．小結六、二組分液態部分互溶系統及完全不互溶系統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的溫度一組成圖完全不互溶系統的溫度一組成圖七、二組分固態不互溶系統液一固平衡相圖1．相圖的分析2．熱分析法3．溶解度法八、二組分固態互溶系統液一固平衡相圖1．固態完全互溶系統2．固態部分互溶系統九、生成化合物的二組分凝聚系統相圖1．生成穩定化合物系統2．生成不穩定化合物系統教學目的和要求第七章 電化學（6學時）理解電解質溶液的導電機理及。掌握平均活度的概念和計算，原電池的書寫、原電池的設計，原電池電動勢的計算及由原電池電動勢計算電池反應的熱力學狀態函數值。教學重點與難點重點：電導、電導率、摩爾電導率及平均活度的概念和計算，原電池的書寫、原電池的設計，原電池電動勢的計算及由原電池電動勢計算電池反應的熱力學狀態函數值。難點：原電池的書寫、原電池的設計。教學方法及手段采用多媒體教學模式授課。教學內容一、電解質溶液的導電機理及法拉第定律1．電解質溶液的導電機理2．法拉第定律二、離子遷移數離子遷移數的定義離子遷移數的測定方法三、電導、電導率和摩爾電導率1．定義電導的測定摩爾電導率與濃度的關系離子獨立運動定律和離子的摩爾電導率電導測定的應用四、電解質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．離子強度3．德拜一休克爾極限公式五、可逆電池及其電動勢的測定1．可逆電池韋斯頓標準電池電池電動勢的測定六、原電池熱力學由可逆電動勢計算電池反應的摩爾吉布斯函數變由原電池電動勢的溫度系數計算電池反應的摩爾熵變由電池電動勢及電動勢的溫度系數計算電池反應的摩爾焓變計算原電池可逆放電時的反應熱能斯特方程教學目的和要求第八章 化學動力學（6學時）掌握化學動力學基礎知識，能夠進行簡單級數動力學計算，學會由反應機理近似推導反應速率方程。了解復雜反應、鏈反應的特征及反應速率理論。教學重點與難點重點：簡單級數動力學計算，阿累尼烏斯經驗方程，活化能的概念和計算；學會由反應機理近似推導反應速率方程；了解復雜反應處理方法。難點：由反應機理近似推導反應速率方程，復雜反應的計算。教學方法及手段采用多媒體教學模式授課。教學內容一、化學反應的反應速率及速率方程1．反