2014版教学大纲(物理化学e(新版))

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1、1物理化学课程教学大纲英 文 课 程 名 课程编码学 分 4 总 学 时 64适用专业 应用化学，海洋化学 理论课学时 64通识课程 实验学时大类基础课程 必修实践环节 上机学时专业基础课程 设计学时课程类别（请注明选修或必修）专业课程 其它先修课程 高等数学，大学物理，无机化学开课单位 化工学院一、课程的性质和教学目标课程性质：物理化学是整个化学科学和化学工艺学的理论基础。它运用数学、物理学等基础科学的理论和实验方法，研究化学变化、相变化和单纯 pVT 状态变化中的平衡规律和速率规律，以及这些规律与物质微观结构的关系。作为探求化学运动中具有普遍性的基本规律的一门学科，物理化学所研究的内容是普

2、遍适用于其他各个化学分支学科的理论问题，是二个一级学科（化学和化学工程与技术）的核心骨干课程。物理化学处于承上（第一层次：公共理论层次）启下（专业理论层次）的重要枢纽地位，为后继专业课程如化工原理、分离工程、反应工程、化学工艺学、电化学、材料物理、高分子物理等提供更直接的理论基础。因而成为化学化工和诸多近化学化工专业的重要专业基础课。深入理解及掌握物理化学的基本理论知识不仅对化学、化工、环境、材料、生化、制药、食品等专业类学生构建其化学化工理论知识体系具有非常重要的作用，而且对训练学生逻辑思维、提高观察和分析事物的能力、掌握获取新知识的方法至关重要。学习物理化学的目的有三：一是掌握物理化学的基

3、本知识，加强对自然现象本质的认识，并为与化学有关的科学技术的发展提供基础；二是学习物理化学的科学思维方法，培养学生观察事物、分析问题和逻辑思维的能力以及获取知识、用所学知识解决实际问题的能力；三是为后继专业课程如化工原理、分离工程、反应工程、化学工艺学、电化学、材料物理、高分子物理等提供更直接的理论基础。教学目标： 物理化学是一门能很好的提高学生分析、条理、归纳水平和获取新知识能力的课程。更具体地讲，就是在物理化学的学习过程中，培养学生理论思维的能力，或者说是培养学生用物理化学的观点和方法来观察、分析化学中一切问题的能力；也即是“要用热力学方法分析其有无可能，用动力学的方法分析其能否实现，用分

4、子和原子内部结构的观点分子其内在的原因”。这种能力的培养和获得，是其课程所不能取代的。2具体说来，通过本课程的学习，使学生主要掌握：理想气体状态方程、pVT 的状态图和范德华方程以及实际气体的 pV-p 行为 具体说来，就是掌握理想气体 pVT 关系的状态方程、pVT 的状态图和范德华方程以及理解实际气体分子作用力的类型，实际气体的 pV-p 行为、临界状态、临界状态特征和压缩压缩因子图及其应用。理解对应状态原理。如何判断一个系统的变化方向，计算一个物质系统从始态变到终态，在系统与环境之间所交换的能量 具体说来，就是首先掌握热力学的基本概念：系统，环境，热力学性质（容量性质和强度性质），状态函

5、数，热、功、热力学内能，恒压过程，恒温过程，可逆过程，熵函数，熵增原理，亥姆霍兹函数和吉布斯函数，偏摩尔量，化学势等基本概念。理解并掌握一些重要热力学公式的适用条件和应用。根据热力学第一定律，计算一个物质系统从始态变到终态，在系统与环境之间所交换的能量；根据热力学第二定律判断物质变化（包括单纯的 pVT 状态变化、相变化和化学变化（包括电化学反应） ）的方向和限度。具体来说，就是在给定的条件下，一个化学反应或相变能否向指定的方向进行，如果能进行，反应或相变化能进行到什么程度；化学反应或相变化过程中，能量变化是多少；外界条件（温度、压力等）的变化如何影响化学反应或相变化进行的方向和限度。通过对相

6、律和相图的讲解，提高学生对物质相态随外部条件变化内在规律的认识；具体来说，就是用相律解释物质系统相数、自由度和组分数之间的关系。通过最简单的水的相图的讲解使学生对相图点、线、面的物理意义有一基本认识，使学生对“实际系统的状态与相图面上的点之间存在一一对应关系”这一重要概念有较清晰的认识和理解。同时通过对水的相图中各相边界线低利率的描述和解释，引入克拉佩龙和克劳休斯-克拉佩龙方程。通过对相图的讲解，提高学生识图（即看图说话）的能力，使学生对物质相态随外部条件变化的规律有一直观认识和了解。为化工原理课程中的吸收、萃取、精馏等单元操作打下坚实的理论基础理解和分析产生界面现象的根本原因 具体来说，就是

7、使学生能根据分子间的作用力，应用热力学的基本理论和能量最低原理，理解和分析产生界面现象的根本原因，并能在实际的科研和生产（例如在纳米材料的制备）中有意识、自觉地有效利用高度分散系统的界面现象。掌握什么叫胶体，胶体的基本特征。了解胶体制备的方法及胶体在纳米材料制备中的应用。具体说来，就是掌握物质系统按其线度分类原则、什么叫胶体，胶体的基本特征。理解胶体系统的光学性质，动力学性质和电学性质。了解胶体制备的方法及胶体在纳米材料制备中的应用。理解静电稳定胶体系统和高分子稳定胶体系统的稳定机制，了解 DLVO 理论和位阻效应。了解缔合胶体、乳状液和泡沫、以及凝胶的特点，了解影响它们的稳定性的各种因素。如

8、何求动力学方程和推导反应机理 如果一个化学反应能发生，要求学生掌握如何根据具体的反应来设计实验，通过测定系统中某一物理量随时间的变化，来回答：其反应速率有多快，反应速率方程是什么？进而推测反应过程中，从反应物到产物经历了哪些步骤（即反应的机理是什么） ；外界条件（浓度、温度、催化剂、光强度等）如何影响反应速率和反应机理。物理化学处理问题的方法 物理化学作为自然科学中一个独立的分支，当然遵循一般科学研究的“实践理论 实践” 的认识过程。物理化学的研究方法除了必须遵循一般科学研究的方法以外，由于研究对象的特殊性，还有其特殊的研究方法。概而言之，物理化学处理问题的方法即热力学方法，3也就是状态函数法

9、。最终目的是希望通过本课程的学习，提高学生观察现象、发现问题、分析问题和解决问题的能力。为后继专业课程如化工原理、分离工程、反应工程、化学工艺学、电化学、材料物理、高分子物理等和工程设计奠定坚实的理论基础。二、课程教学方法设计物理化学作为化学化工和诸多近化学化工专业的最重要专业基础课之一，为后继专业课程如化工原理、分离工程、反应工程、化学工艺学等提供更直接的理论基础。同时由于物理化学课程学习难度较大，学生一般无法通过自习掌握课程的核心内容，为了给学生打下扎实的化学工程的理论基础，物理化学的教学必须有足够的课堂教学课时，必须为必修课程，并辅之以自学、答疑和课后作业，以及实验教学等一系列配套教学过

10、程（实验教学与理论同时进行，单独设课） 。课堂教学主要讲解物理化学的基本原理、公式、定理、定律及其使用条件。列宁说过：“我们不需要死记硬背，但是我们需要用基本事实的知识来发展和增进每个学习者的思考力” 。因此，物理化学的教学不仅仅是对其课程内容的理解和梳理，更是要求学生掌握物理化学思维模式，提高学生学习能力、综合素质和创新思维的过程。在课堂教学过程中，我们力求简洁明了，深入浅出，多举日常生活中所观察到的、科研生产中所碰到的典型事例、高科技工艺和产品等，对其用物理化学基本知识、原理和方法进行剖析。尽可能做到：深入浅出，融抽象的定律、概念于宏观模型的形象思维之中；删繁就简，化纷繁的公式及严格的使用

11、条件于日常现象和生产实例的解释之间，使学生在探究客观现象和解决生产实践问题的过程中，学懂、学好物理化学，从而提高观察现象、发现问题、分析问题和解决问题的能力。习题内容注意类型、难易的搭配，以基本概念、基本公式的计算运用为主，加之以一定量的综合分析题。总之，尽量选用加深概念理解、掌握和综合应用物理化学理论知识的题目以及与日常生活和科研生产紧密相关的题目，以加深学生对物理化学的基本原理、公式、定理、定律及其使用条件的理解。认真批改作业，批改量和次数不低于规定数。对作业中常见的错误，特别是概念性错误，在课堂上及时讲解。4三、课程教学内容及学时分配1理论教学安排学生任务序号章节或知识模块教学内容 学时

12、分配 能力培养教学设计 素质培养教学设计 作业要求 自学要求 讨论1.理想气体状态方程2.理想气体混合物3.气体的液化及临界参数24.真实气体状态方程1第一章 气体的pVT 关系 (4 学时) 5.对应状态原理及普遍化压缩因子图2以气体体系，尤其是理想气体为例，培养学生：1 如何描述某一物质体系的能力。2 培养学生建立和理解物质体系状态方程的能力。以水为例，理解和认识决定物质聚集状态的内、外两个因素，即内因：分子的热运动（平动、振动和转动）和分子间作用力（范德华力和化学键力） ；外因：环境的温度和压力。习题15914182319201预习老师下次课要讲的内容，复习并归纳老师上一次课所讲的内容。

13、2了解超临界流体的应用：超临界萃取，超临界反应体系，超临界发电等课堂讨论：理解理想气体的定义和物理模型。比较理想气体和真实气体。1基本概念：系统和环境；状态和状态函数（强度性质、容量性质） ；过程和途径（等温、等压、恒容、绝热、可逆与不可过程） 、过程方程式等22第二章 热力学第2热与功，体积功与 pV图；热力学能.3.热力学第一定律及数学表达式。4.恒容热、恒压热、焓及其计2通过本章的学习，使学生能以热力学第一定律为基础，用状态函数 U、 H 及其可测量变量 T、 p、 V 描述系统从始态到终态系统宏观性质的变化以及计算在系统与环境之间交换的能量。更具体地讲就是首先正确理解并掌握物理化学的基

14、本概念，在此基础上，掌握状态函数法（热力学方法）处理问题的方法。通过与企业经营中的目标管理相比较，使学生掌握状态函数法（热力学方法）习题134125721252691预习老师下次课要讲的内容，复习并归纳老师上一次课所讲的内容。2.理解空分原理。3. 理解冰箱的制冷原理。4了解绝热反应最高温度计算的应用。课堂讨论：1.什么叫状态函数法（热力学方法） 。2.状态函数法（热力学方法）的特点及其优、缺点？3.在热力学中5算5焦耳实验，理想气体的热力学能和焓。6.热力学第一定律对理想气体应用；7.热容、摩尔热容，C V，m 和Cp，m 关系， Cp，m -T 关系。28恒温可逆过程；绝热可逆过程；其它可

15、逆过程 Q、W和U 的计算。9.节流膨胀与焦耳-汤姆逊效应，焦耳-汤姆逊系数，等焓线和转化曲线210相变焓及其与温度的关系（热力学第一定律对相变过程的应用） 。11.化学计量数，反应进度，反应热效应。212标准燃烧热、标准生成热、标准摩尔反应焓等反应热计算以及恒容反应热与恒压反应热之间的关系；13.基尔霍夫定律及其计算.13.燃烧和爆炸反应的最高温度的计算2一定律 (12 学时)使学生能掌握通过测量系统宏观可测量量p、 V、 T 和 Cp,m，再加上状态方程，利用热力学第一定律，用状态函数法计算系统通过某一过程（如恒温过程、或恒压过程、或恒容过程、或绝热过程、或节流膨胀过程、或相变化、或化学反

16、应等）从状态 1变到状态 2 在系统与环境之间所交换的能量。的精髓，并将其应用于一般过程或事物的分析和处理之中。具有较强的分析问题处理问题的能力和素质。232833385.举例说明如何有效利用化学反应热效应。第一定律这一章中，引入热力学第一定律的目的是什么？3 1过程的方向与限度，自发 1预习老师下次课 1有了热力6过程与非自发过程以及自发过程的共同特征2.热力学第二定律表述.3.卡诺循环、热机效率与致冷机效率24卡诺原理、热温商、熵函数及其特点.5.克劳休斯不等式、熵增原理及熵判据.6.熵的物理意义.27单纯 pVT 变化熵变计算(环境熵变的计算，凝聚态物质变温过程熵变的计算，理想气体 pVT 变化过程熵变的计算).28.相变过程熵变的计算.9热力学第三定律、规定熵、标准熵10.化学变化过程熵变的计算 211亥母霍兹函数和吉布斯函数及其判据12.热力学基本方程和麦克斯韦关系式2第三章 热力学第二定律 (12 学时)13