工程热力学课程纲要17页

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1、物理化学课程纲要课程名称 ：物 理 化 学 Physical Chemistry课程性质 ：专业基础课学时 ： 102学时 课堂讲授(包括课堂讨论)授课对象 ：化学专业本科生授课学期 ：春、秋季2个学期考试方式 ：闭卷式笔试+平时作业 2009年4月前言化学与物理学之间的紧密联系是不言而喻的：化学过程包含或是伴有物理过程，而分子中电子的运动，原子的转动、振动，分子中原子相互间的作用力等微观物理运动形态，则直接决定了物质的性质及化学反应能力。人们在长期的实践过程中注意到这种相互联系，并且加以总结，逐步形成一门独立的学科分支叫做物理化学。物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探究化学变化

2、基本规律的一门科学，在实验方法上也主要是采用物理学中的方法。化学是一门中心学科，它与社会多方面的需要有关。进入20世纪的前期，在工业生产和化学的科学研究中，物理化学的基本原理得到了广泛应用，发挥了它的指导作用，特别是新兴的石油炼制和石油化工工业，更是充分地利用了化学热力学、化学动力学、催化和表面化学等的成果。而工业技术的发展和其他学科的发展，特别是物理学的进展和各种测试手段的大量涌现，极大的影响着物理化学的发展。在物理化学所属的分支领域中如结构化学、热化学、化学热力学、电化学、溶液理论、流体界面化学、化学动力学、量子化学、催化化学及其理论等都得到了迅速的发展。现代物理化学是研究所有物质体系的化

3、学行为的原理、规律和方法的学科，涵盖从宏观到微观与性质的关系规律、化学过程机理及其控制的研究，是化学以及在分子层次上研究物质变化的其他学科领域的理论基础。作为化学学科的一个重要分支，物理化学所担负的主要任务是探讨和解决化学变化的方向和限度问题、化学反应的速率和机理问题及物质结构和性能之间的关系问题，这三方面问题往往是相互联系、相互制约而不是孤立无关的。在探讨和解决这些问题的过程中逐渐了解化学变化在客观上存在的规律性，有助于我们了解世界、能动地改造客观世界，使之为我们所用。先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、基础化学实验、大学数学、大学物理等。适用专业：化学专业。教材： 物理化学（第五版），

4、傅献彩等编，高等教育出版社，2005教学参考书：Physical Chemistry.6th ed., Atkins P.W.，Oxford University Press.（有中译本）物理化学，胡英等编，第四版，高等教育出版社。物理化学，高丕英 李江波编，科学出版社；物理化学习题精解与考研指导，高丕英 李江波编，上海交通大学出版社附：关于教材本课程采用的教材是由南京大学教师编写高等教育出版社出版（2005年）的物理化学（第五版），它是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。第五版是在第四版的基础上，遵照教育部高等学校化学与化工学科教学指导委员会2004年通过的“化学专业和应用化学专业化学教学

5、基本内容”进行了适当的调整和增删，并总结近年来教学研究和教学改革成果修订而成的。全书重点阐述了物理化学的基本概念和基本理论，同时考虑到不同读者的需要也适当介绍了一些与学科发展趋势有关的前沿内容。本课程的性质、地位、作用和任务本课程是高等院校化学专业的一门重要基础课，为化学专业二级学科。课程以化学热力学、化学动力学、电化学、表面化学和胶体化学为基本结构，主要内容有化学热力学第一、二、三定律、相平衡和化学平衡；电解质溶液、可逆电池的电动势、电解与极化作用；化学动力学基础一、二；表面化学和胶体化学。通过对本课程的学习，一方面使学生掌握物理化学的基本知识，掌握处理问题的基本方法；了解该研究领域的一些新

6、进展，从而进一步扩大知识面，打好专业基础，加深对先行课程如无机化学、有机化学、分析化学的理解，做到知识面宽、基础深。另一面进一步培养学生的独立工作能力，提高学生的自学能力，学习前人提出问题、考虑问题和解决问题的方法，逐步培养独立思考和独立解决问题的能力，以便在生产实践和科学研究中碰到问题时，能得到一些启发和帮助。实施本课程教学任务的方法、手段本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，采用多媒体投影辅助教学手段，并通过阅读主要参考书目、网上查询、资料整理和专题讨论，加深对物理化学基本原理的了解，并掌握该学科的前沿发展动态。对每章进行一次习题课，以巩固难掌握的知识点，并掌握运用物理化学方

7、法初步解决问题的能力。物理化学课堂教学纲要绪 论 (1 学时)一、知识点着重阐明物理化学的意义、介绍物理化学的研究内容以及学习物理化学的方法。二、教学内容与教学方法教学内容1. 物理化学的建立与发展2. 物理化学的目的和内容3. 物理化学的研究方法4. 物理化学课程的学习方法教学方法以教师讲授为主，穿插大量实例，启发学生思考，重点为介绍物理化学的学习方法。第二章 热力学第一定律 (9 学时) 一、知识点群 系统、环境 热力学平衡态、状态函数、热和功 准静态过程、可逆过程 热力学第一定律 Joule-Thomson 效应 热效应、Hess定律 Kirchhoff定律二、教学内容与教学方法教学内容

8、2.1 热力学概论2.2 热平衡和热力学第零定律-温度的概念2.3 热力学的一些基本概念系统与环境 系统的状态和性质 热力学平衡态与状态函数 状态系数 热和功2.4 热力学第一定律热力学第一定律的表述法与数学表达式；热力学能；准静态过程与可逆过程；功与过程 2.5 准静态过程与可逆过程功与过程 准静态过程 可逆过程2.6焓2.7 热容热容及热量的计算 Cp与CV之间的关系2.8 热力学第一定律对理想气体的应用盖吕萨克焦耳实验 相变过程和化学过程 绝热过程的功和过程方程式2.9 Carnot循环Carnot循环 热机效率 冷冻系数2.10 Joule-Thomson效应-实际气体的U和HJ-T

9、效应 J-T 系数与 J-T 转化温度 实际气体的 U 和 H2.11 热化学化学反应的热效应 反应进度 热化学方程式2.12 盖斯定律2.13几种热效应标准摩尔生成焓 燃烧焓 溶解热和稀释热 由键焓估算反应热2.14 反应焓变与温度的关系-基尔霍夫定律2.15 绝热反应-非等温反应2.16*热力学第一定律的微观说明教学方法以教师讲授为主，学生自学和课堂讨论为辅，学习重点为热力学的基本概念和热力学第一定律，可通过实例辅以课后习题加深学生对其理解，以及对准静态过程和可逆过程的理解。三、教学目标通过对热力学第一定律的学习使学生了解热力学的一些基本概念，如体系、环境、状态、功等；明确热力学第一定律和

10、内能的概念；了解热力学方法的特点，特别是要了解状态函数、准静态过程和可逆过程的概念；了解热力学第一定律的一些应用，如热化学和理想气体在几种过程中功和热量的计算等，能够较熟练地应用热力学第一定律，从微观角度了解热力学第一定律的本质。第三章 热力学第二定律 (12 学时) 一、知识点群 热力学第二定律 Carnot定理 熵、Clausius不等式 Helmbolz 自由能、Gibbs自由能 热力学第三定律二、教学内容与教学方法教学内容3.1 自发变化过程的共同特征-不可逆性3.2 热力学第二定律3.3 卡诺定律3.4 熵的概念3.5 Clausius不等式与熵增加原理Clausius不等式 熵增加

11、原理3.6 热力学基本方程与T-S图TS图及其应用3.7 熵变的计算等温过程S的计算 非等温过程S的计算 3.8 熵和能量退降3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义热力学第二定律的本质 Boltyman公式3.10 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能Helmbolz 自由能 Gibbs自由能3.11 变化的方向和平衡条件3.12 G 的计算示例等温物理变化过程G 化学变化过程G 化学反应等温式3.13 几个热力学函数的关系基本公式 特性函数 Maxwell 关系式及其应用 Gibbs自由能与温度、压力的关系3.14 热力学第三定律与规定熵热力学第三定律 规定熵值 化学反应过程中的S计算3.15

12、绝对零度不能达到原理-热力学第三定律的另一种表述法3.16 不可逆过程热力学简介教学方法以教师讲授为主，学生自学和课堂讨论为辅，学习重点为热力学第二定律、熵的意义及G、S的计算。三、教学目标通过本章的学习使学生明确热力学第二定律的意义，了解自发变化的共同性质；了解热力学第二定律与卡诺定理的联系，理解克劳修斯不等式的重要性；熟记热力学函数U、H、S、F、G的定义，了解其物理意义；能熟练运用吉布斯-亥姆霍兹公式、克拉贝龙和克劳修斯-克拉贝龙方程式，能够利用范霍夫等温式来判别化学变化的方向；了解熵的统计意义，明确偏摩尔量和化学势的意义及它们之间的区别；初步了解热力学第三定律的内容。第四章 多组分系统

13、热力学及其在溶液中的应用 (7 学时)一、知识点群 偏摩尔量 化学势 Raoult 定律、Henry 定律 稀溶液的依数性 活度、活度因子 分配定律二、教学内容与教学方法教学内容4.1 引言4.2 多组分系统的组成表示法4.3 偏摩尔量与化学势偏摩尔量的定义及其集合公式 Gibbs-Duhem 公式 4.4 化学势化学式的定义及其在相平衡中的应用 化学势与T、P的关系4.5 气体混合物中各组分的化学势理想气体及其混合物的化学势 非理想气体混合物的化学势-逸度的概念 逸度因子的求法4.6 稀溶液中的两个经验定律Raoult 定律 Henry 定律4.7 理想液态混合物理想液态混合物的定义 理想液

14、态混合物中任一组分的化学势 理想液态混合物的通性4.8 理想稀溶液中任一组分的化学势4.9 稀溶液的依数性4.10 Duhem -Margules 公式4.11 活度与活度因子非理想溶液中各组分的化学势活度的概念 非理想稀溶液 双液系中活度因子之间的关系 4.12 渗透因子和超额函数溶剂A的渗透因子 超额函数4.13 分配定律溶质在两互不相溶液相中的分配4.15 绝对活度教学方法教师讲授和引导学生共同思考方式。三、教学目标本章主要介绍溶液的热力学（即热力学第一、第二定律在多组分体系中的一些应用），引入了理想溶液、活度、逸度、标准态、超额函数等概念，介绍了理想溶液以及非理想溶液中任一组分的化学势的表示法。这些表示法在处理溶液中的问题（相平衡和化学平衡）是很有用。此外还介绍了稀溶液中两大经验定律：拉乌尔定律和亨利定律。学习本章的具体要求是：熟悉溶液浓度的各种表示法及其相互关系；了解什么是理想溶液、理想溶液的通性；了解拉乌尔定律和亨利定律的区别；了解活度和逸度的概念；能够熟练表示溶液中各组分的化学势，了解从微观角度讨论溶液形成是一些热力学函数的变化；了解稀溶液依数性公式的推导，以及分配定律的推导，了解热力学处理溶液问题的一般方法。第五章 相平衡 (10 学时) 一、知识点群 相率