物理環(huán)境化學

1、物理化學（一）教學大綱一、課程基本信息課程名稱物理化學（一）課程編碼050513112英文名稱Physical Chemistry (one)課程類別專業(yè)基礎課學分數(shù)3.5開課學期4總學時及其分配總學時講課實驗上機其它機動5656適用專業(yè)應用化學二、課程目的和任務物理化學是從化學現(xiàn)象與物理現(xiàn)象的聯(lián)系去尋找化學變化的基本規(guī)律的學科，它運用物理的理論和實驗方法來研究化學的一般理論問題，屬于化學學科下面的二級學科。它不僅是化學專業(yè)的“四大化學”基礎課程之一的理論課，而且也是化工、材料、生物、環(huán)境等學科的一門專業(yè)基礎課。物理化學（一）課程的教學包括理論教學及實驗教學，實驗教學單獨開課。通過物理化學（一

2、）課程的教學，使學生熟悉和掌握物理化學的基本概念、基本理論及基本計算方法，學會用熱力學的觀點觀察和解釋化學現(xiàn)象，初步具有結合具體條件運用物理化學的基本原理去分析和解決實際問題的能力，并得到一般科學方法的訓練和邏輯思維能力的培養(yǎng)。這種訓練和培養(yǎng)應貫穿于課程教學的全過程中，使學生體會和掌握怎樣由實驗結果出發(fā)進行歸納和演繹，或由假設和模型上升為理論，同時拓展思路、豐富想象，在培養(yǎng)學生嚴謹?shù)倪壿嬎季S方式和扎實的科研態(tài)度的同時，培養(yǎng)學生敢于探索、勇于創(chuàng)新的精神，使學生綜合素質和創(chuàng)新能力得到極大提高。 三、本課程與其它課程的關系本課程是使學生在已學得的高等數(shù)學、大學物理、無機化學、分析化學等基礎課的有關知

3、識及實驗技能的基礎上進一步學習有關化學變化及與化學變化相關的物理變化的各種基本原理和共同規(guī)律，通過本門課程的學習，使學生初步具有結合具體條件運用物理化學的基本原理去分析和解決實際問題的能力，并為后續(xù)課程的學習打下基礎。四、教學內容、重點、教學進度、學時分配本大綱是根據(jù)教育部教學指導委員會化學分委員會理科化學專業(yè)和應用化學專業(yè)化學教學基本內容和學院教學指導委員會制定的各課程教學基本內容為基礎制定的，同時考慮到綜合性大學理科化學教學的特點和要求，補充了部分教學內容特別是各領域的前沿和發(fā)展，可以根據(jù)課時和進度適當進行安排。（一）緒論、氣體（4學時）1、主要內容 緒論: 物理化學的目的和內容；物理化學

4、的研究方法；物理化學的建立與發(fā)展；物理化學課程的學習方法。氣體分子的動理論；摩爾氣體常數(shù)；理想氣體的狀態(tài)圖；分子運動的速率分布； 分子平動能的分布；氣體分子在重力場中的分布；分子的碰撞頻率與平均自由程；實際氣體；氣液間的轉變；壓縮因子圖。2、重點理想氣體狀態(tài)方程、分壓定律和分體積定律，范德華方程、壓縮因子。3、教學要求了解物理化學的研究目的、內容和范疇。理解物理化學的研究方法。了解物理化學的發(fā)展歷史和新趨勢。了解物理化學的學習方法。掌握理想氣體狀態(tài)方程、范德華方程及壓縮因子圖；理解實際氣體的液化與臨界性質及對應狀態(tài)原理；了解理想氣體模型及分子間力。（二）熱力學第一定律（10學時）1、主要內容熱

5、力學概論；熱力學第一定律；準靜態(tài)過程與可逆過程；焓；熱容；熱力學第一定律對理想氣體的應用；實際氣體；熱化學；赫斯定律；幾種熱效應；反應熱與溫度的關系基爾霍夫定律；絕熱反應非等溫反應。2、重點體系與環(huán)境、狀態(tài)與各種過程、功與熱、可逆與不可逆、狀態(tài)函數(shù)與途經(jīng)函數(shù)、熱力學平衡狀態(tài)、熱容、內能U、焓H的基本概念。熱力學第一定律數(shù)學式及本質。計算理想氣體在等溫、等壓、絕熱等過程中的U、H、Q和W。恒壓熱效應與恒容熱效應及相互間的關系。應用標準摩爾生成焓、燃燒焓計算反應焓。赫斯定律和基爾霍夫定律。3、教學要求了解熱力學的一些基本概念，如體系、環(huán)境、狀態(tài)、功、熱量、變化過程等。了解熱力學第一定律和內能的概念

6、。掌握功與熱正負號的取號慣例。理解準靜態(tài)過程和可逆過程的意義。掌握狀態(tài)函數(shù)的特性，U和H都是狀態(tài)函數(shù)。掌握熱力學第一定律計算理想氣體在等溫、等壓、絕熱等過程中的U、H、Q和W。掌握生成焓、燃燒焓來計算化學反應熱。掌握使用赫斯定律和基爾霍夫定律。理解卡諾循環(huán)的意義和以及理想氣體在幾種過程中熱、功的計算。理解從微觀角度了解熱力學第一定律的本質。 （三）熱力學第二定律（10學時）1、主要內容自發(fā)變化的共同特征不可逆性；熱力學第二定律；卡諾定理；熵的概念；克勞修斯不等式與熵增加原理；熵變的計算；熱力學第二定律的本質和熵的統(tǒng)計意義；亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能；變化的方向和平衡條件；G的計算示例；幾個熱

7、力學函數(shù)間的關系；單組分體系的兩相平衡熱力學對單組分體系的應用；熱力學第三定律與規(guī)定熵。2、重點自發(fā)過程的共同特征不可逆性。熱力學第二定律及其本質。赫姆霍茲自由能(F)、吉布斯自由能(G)的定義。熵判據(jù)、赫姆霍茲自由能判據(jù)、吉布斯自由能判據(jù)。理想氣體的PVT變化過程、相變過程、化學變化過程的S、F、G的計算。熱力學基本方程、麥可斯韋關系式及其應用?？死慅埛匠膛c克勞修斯克拉貝龍方程及其應用。偏摩爾量與化學勢。3、教學要求理解熱力學第二定律的意義，以及自發(fā)過程的共同特征。理解熱力學第二定律與卡諾循環(huán)的聯(lián)系，理解熵增加原理和克勞修斯不等式的重要性，掌握熵函數(shù)導出過程的邏輯性。掌握熱力學函數(shù)的定義，

8、理解其物理意義。理解在特殊條件下的物理意義，如何利用它來判別變化的方向和平衡條件。掌握一些簡單過程中、和的計算，以及如何利用范霍夫等溫式來判別化學變化的方向。掌握運用吉布斯-亥姆霍茲公式和克勞修斯-克拉貝龍方程進行有關計算。了解熵的統(tǒng)計意義。了解熱力學第三定律的內容，了解規(guī)定熵的意義、計算及應用。初步了解熵、熵產(chǎn)生等不可逆過程熱力學的基本概念。（四）多組分系統(tǒng)的熱力學（8學時）1、主要內容溶液組成的表示法；多組分體系中物質的偏摩爾量和化學勢；稀溶液中的兩個經(jīng)驗定律；混合氣體中各組分的化學勢；理想溶液的定義、通性及各組分的化學勢；稀溶液中各組分的化學勢；*理想溶液和稀溶液的微觀說明；稀溶液的依數(shù)

9、性；吉布斯杜亥姆公式和杜亥姆馬居耳公式；非理想溶液；分配定律溶質在兩互不相溶液相中的分配。2、重點拉烏爾定律和亨利定律及其應用。理想溶液的定義、通性。混合氣體中各組分的化學勢表示法、標準態(tài)、氣體逸度的定義及逸度系數(shù)的求法。（非）理想溶液、稀溶液中各組分的化學勢表示法、標準態(tài)、活度的定義及活度系數(shù)的計算。稀溶液依數(shù)性公式。3、教學要求理解溶液濃度的各種表示法及其相互關系。掌握偏摩爾量和化學勢兩個概念的重要意義。了解理想溶液的定義和通性。掌握拉烏爾定律和亨利定律兩者的區(qū)別與聯(lián)系。理解吉布斯-杜亥姆公式、杜亥姆-馬居耳公式的意義。了解逸度和活度的概念。掌握溶液中各組分化學勢的表達方式；了解化學勢標準

10、態(tài)的物理意義。了解理想溶液、稀溶液和實際溶液三者的區(qū)別。掌握稀溶液依數(shù)性公式及其計算，理解分配定律。（五）相平衡（8學時）1、主要內容多相系統(tǒng)平衡的一般條件；相律；單組分系統(tǒng)的相平衡；二組分系統(tǒng)的相圖及其應用；2、重點相律及其應用。二組分生成理想與非理想溶液的p-x相圖及T-x相圖及其應用。二組分生成簡單的低共熔混合物、生成穩(wěn)定與不穩(wěn)定的化合物、生成固熔體的相圖及其應用。杠桿規(guī)則在相圖中的應用。3、教學要求理解相、組分數(shù)和自由度的意義。理解相律的推導過程，并掌握其在相圖中的應用。掌握單組分體系的相圖；掌握杠桿規(guī)則在相圖中的應用。掌握根據(jù)步冷曲線繪出簡單的相圖，或根據(jù)相圖繪出步冷曲線。掌握分析雙

11、液系的p-x和T-x圖；了解蒸餾和精餾的基本原理。掌握簡單低共熔物相圖，了解二組分固-液相圖的繪制及其應用。了解三組分體系相圖的基本知識。（六）化學平衡（8學時）1、主要內容化學反應的平衡條件和化學反應的親和勢；化學反應的平衡常數(shù)和等溫方程式；平衡常數(shù)的表示式；復相化學平衡；標準生成吉布斯自由能；溫度、壓力及惰性氣體對化學平衡的影響；同時平衡；反應的耦合；*近似計算2、重點化學反應的等溫式；理想氣體反應的平衡常數(shù)的表示式；平衡常數(shù)的測定、平衡轉化率的計算；溫度、壓力和惰性氣體與平衡常數(shù)的關系及計算。3、教學要求掌握化學反應等溫式的推導及其使用。了解均相和多相反應的平衡常數(shù)表示式有什么不同。理解

12、的意義，如何由估計反應的可能性。掌握、和間的關系。了解平衡常數(shù)與溫度、壓力的關系和惰性氣體對平衡組成的影響，并掌握其計算方法。掌握用標準熱力學函數(shù)的表值計算平衡常數(shù)。了解同時平衡、反應耦合、近似計算的處理方法。（七）統(tǒng)計熱力學基礎（8學時）1、主要內容概論；玻茲曼統(tǒng)計；*玻色-愛因斯坦統(tǒng)計和費米-狄拉克統(tǒng)計；配分函數(shù)；各配分函數(shù)的求法及其對熱力學函數(shù)的貢獻； *晶體的熱容問題；分子的全配分函數(shù)； 用配分函數(shù)計算和反應的平衡常數(shù)。2、重點定位與非定位體系的最概然分布玻爾茲曼公式。雙原子分子的平動、轉動、振動、電子和原子核配分函數(shù)的計算。配分函數(shù)與熱力學函數(shù)的關系。非定位體系的平動、轉動、振動對熱

13、力學函數(shù)（特別是U、Cv、S）的貢獻。3、教學要求了解最概然分布。了解為什么可以用最概然分布的微觀狀態(tài)數(shù)代替整個體系的微觀狀態(tài)數(shù)。掌握配分函數(shù)的定義、性質及其物理意義。掌握定位體系與非定位體系的熱力學函數(shù)的差別。掌握平動、轉動、振動等配分函數(shù)的計算方法。 五、實踐教學內容要求本課程相關實踐教學內容單獨設課，實踐教學內容和要求在實驗教學大綱中詳細列出。六、課程考核方式考試課，開卷考試或論文。七、建議教材與教學參考書1、建議教材1南京大學物理化學教研室.物理化學（上）（第五版）.高等教育出版社.2005。2、參考書1天津大學物理化學教研室.物理化學（第四版）. 北京：高等教育出版社.2001。2傅玉普.多媒體CAI物理化學（第四版）.大連：大連理工大學出版社.2004。3胡英.物理