合肥工业大学《物理化学》课程教学大纲

《物理化学》课程大纲
合肥工业大学
一、课程的性质和任务
《物理化学》是化学化工类专业学生主要基础理论课。

本课程的目的是在已修先行课的基础上，运用物理和数学的有关理论和方法进一步研究物质化学运动形式的普遍规律；要求学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法。

本课程的作用是使学生能系统地掌握物理化学的基本原理和方法，并初步具有分析和解决一些实际问题的能力，为进一步学习各专业课程打下基础。

课程有化学热力学，化学动力学和统计热力学三在部分，细分11章，介绍化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、表面现象和胶体化学基本知识、原理和方法。

通过课堂多媒体讲授、自学、演算习题和习题课等教学环节，实现教学目标。

三、基本内容
绪论（1学时）
§0.1 物理化学的研究对象和内容
§0.2 物理化学的研究方法
§0.3 物理化学的建立与发展
§0.4 近代化学的发展趋势和特点
§0.5 物理量的表示与运算
物理量的表示、对数中的物理量、量值计算
第一章气体的PV关系（2学时）
§1.1 引言
§1.2 理想气体状态方程
状态方程，微观模型
§1.3 理想气体混合物
混合物的组成、道尔顿定律、阿马加定律
§1.4 实际流体的pV图及临界参数
液体饱和蒸气压、临界参数、实际流体的pV图
§1.5 真实气体状态方程
几种典型状态方程、压缩因子及波义尔温度、维里方程。

§1.6 对应状态原理及普遍化压缩因子图
压缩因子、对应状态原理、普遍化压缩因子图
第二章热力学第一定律（8学时）
§2.1 热力学的研究对象和基本概念
系统及其与环境的关系，状态与状态函数，状态变化过程及途径。

§2.2 热力学第一定律
功，热，热力学能，热力学第一定律。

§2.3 恒容热、恒压热、焓
恒容热、恒压热、焓、
§2.4 物质变温过程的热
热容, 标准热容，恒容变温过程,恒压变温过程
§2.5 焦耳实验,理想气体的内能和焓
焦耳实验及其推论，理想气体变化过程的ΔU和ΔH。

§2.6 标准摩尔相变焓
标准摩尔相变焓，相变焓与温度的关系。

§2.7 标准摩尔溶解焓及标准摩尔混合焓
摩尔溶解焓，摩尔稀释焓。

§2.8 标准摩尔反应焓
化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓
§2.9 标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓
标准摩尔生成焓及其应用，溶液中溶质和离子的标准摩尔生成焓，标准摩尔燃烧焓及其应用，恒容反应热与恒压反应热的关系，燃烧和爆炸反应的最高温度。

§2.10 焦耳-汤姆逊实验与节流膨胀
焦耳—汤姆生实验及节流膨胀的热力学特征，焦耳—汤姆生系数及其正负号的热力学分析。

§2.11可逆过程的的传热与作功
可逆过程作功的特点，理想气体恒温可逆过程的体积功，理想气体绝热可逆过程的体积功。

§2.12 *稳流过程热力学第一定律及其应用
稳流过程，稳流过程热力学第一定律的数学式，热力学第一定律对稳流过程应用举例。

第三章热力学第二定律（10学时）
§3.1 热力学第二定律
热力学第二定律的表述，卡诺循环
§3.2 卡诺定理
§3.3 熵、熵增原理
熵的引出，熵的物理意义，克劳修斯不等式，熵增原理。

§3.4 单纯pVT过程的熵变的计算
等温过程的熵变，变温过程的熵变。

§3.5 标准摩尔反应熵和热力学第三定律
热力学第三定律、规定熵与标准摩尔熵、标准摩尔反应熵的计算。

§3.6 亥姆霍兹函数和吉布斯函数
亥姆霍兹自由能，吉布斯自由能，变化的方向及平衡条件，ΔA和ΔG的意义，可逆与“平衡”以及不可逆与“自发”的关系，ΔG和ΔA的计算。

§3.7 热力学基本方程
热力学基本方程，麦克斯韦关系式，其它重要关系式。

§3.8 △G的计算
等温物理过程的△G，等温化学过程的△G ，△G随温度的变化──吉布斯-亥姆霍兹方程式
§3.9 标准摩尔反应热力学函数的温度表达式
§3.10 克拉佩龙-克劳修斯方程
克拉佩龙方程，克拉佩龙-克劳修斯方程。

§3.11 * 非平衡态热力学简介
第四章多组分系统的热力学（7学时）
§4.1 组成表示法
§4.2 拉乌尔定律和亨利定律
拉乌尔定律，亨利定律
§4.3 偏摩尔量
问题的提出，偏摩尔量，吉布斯- 杜亥姆公式。

§4.4 化学势
化学势的定义，化学势判据，理想气体的化学势，真实气体的化学势，化学势在相平衡中的应用，化学势与温度、压力的关系，吉布斯-杜亥姆公式
§4.5 理想液态混合物
理想液态混合物，理想液态混合物中任一组分的化学势，理想液态混合物的混合性质。

§4.6 理想稀溶液
溶剂的化学势，溶质的化学势，分配定律。

§4.7 稀溶液的依数性
蒸气压下降，凝固点降低，沸点升高，渗透压。

第五章化学平衡（6学时）
§5.1 摩尔反应吉布斯函数变
§5.2 等温方程及标准平衡常数
理想气体反应的等温方程，标准平衡常数，化学亲和势与Jp /KΘ的关系，理想气体反应的KΘ,KcΘ ,Ky 及Kn，有纯态凝聚相参加的理想气体反应。

§5.3 平衡常数测定及平衡组成计算
§5.4 标准摩尔反应吉布斯函数的计算
§5.5 温度对标准平衡常数的影响
吉布斯-亥姆霍兹方程、平衡常数与温度间关系的微分和积分形式。

§5.6 影响理想气体反应平衡的其它因素
压力对理想气体反应平衡转化率的影响、惰性组分平衡转化率的影响、
反应物配比对平衡转化率的影响
§5.7 同时反应平衡组成的计算
§5.8 真实气体反应的化学平衡
§5.9 混合物及溶液中的化学平衡
第六章相平衡（9学时）
§6.1 相律
相，组分数，自由度，相律的推导，几点说明。

§6.2 单组分系统的相图
§6.3 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图
压力-组成图、杠杆规则，温度-组成图
§6.4 二组分真实液态混合物的气-液平衡相图
蒸气压-液相组成图、压力-组成图、温度-组成图
§6.5 精馏原理
§6.6 二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气-液平衡相图液体的相互溶解度，共轭溶液的饱和蒸气压，部分互溶系统的温度
-组成图，完全不互溶系统的温度-组成图。

§6.7 二组分固态不互溶系统的液-固平衡相图
相图分析，生成稳定化合物系统，生成不稳定化合物系统。

§6.8 二组分固态互溶系统液-固平衡相图
固态完全互溶系统、固态部分互溶系统
§6.9 二组分生成化合物的凝聚系统相图
生成稳定化合物系统、生成不稳定化合物系统
第七章电化学（14学时）
§7.1 电解质溶液的导电机理及法拉第定律
电解质溶液的导电机理，法拉第定律。

§7.2 离子的迁移数
离子迁移的定义，离子迁移数的测定方法
§7.3 电导、电导率和摩尔电导率
电导的定义，电导的测定，摩尔电导率与浓度的关系，
离子的独立运动定律，电导测定的应用。

§7.4 电解质的平均活度因子及德拜-休克尔极限公式
平均离子活度和平均离子活度因子，离子强度，休克尔极限公式§7.5 可逆电池及其电动势的测定
可逆电池，韦斯顿标准电池，电池电动势的测定
§7.6 原电池的热力学
摩尔吉布斯函数变的计算，摩尔熵变的计算，摩尔焓变的计算，可逆放电时的反应热的计算，能斯特方程。

§7.7 电极电势和液体接界电势
电极电势，液体接界电势的消除。

§7.8 电极的种类
第一类电极、第二类电极、氧化还原电极
§7.9 原电池设计举例
§7.10 分解电压
§7.11 极化作用
电化学极化，测定极化曲线的方法，电解池与原电池极化的差别。

§7.12 电解时的电极反应
第八章*统计热力学初步（8学时）
§8.1 分子的运动形式的能级及能级的简并度
三维平动子，刚性转子、一维谐振子，电子及原子核。

§8.2 能量分布的微态数及系统的总微态数
微观状态，能级分布，定域子系统能级分布数的计算，
离域子系统能级分布数的计算，系统的总微态数，
§8.3 最概然分布与平衡分布
概率，等概率原理，最概然分布，最概然分布与平衡分布
§8.4 玻兹曼分布定律
§8.5 粒子配分函数的计算
配分函数的析因子性质，能量零点对配分函数的影响，平动配分函数的计算，转动配分函数的计算，振动配分函数的计算，电子运动配分函数的计算，核运动配分函数的计算。

§8.6 系统热力学能与热力学函数的关系
热力学能与配分函数的关系，热力学能的计算，
§8.7 配分函数与热力学函数的关系
§8.8 系统摩尔定容热容与配分函数的关系
摩尔定容热容与配分函数的关系，摩尔定容热容的计算。

§8.9 系统熵与配分函数的关系
玻兹曼料定理，摘取最大项原理，熵的统计意义，熵与配分函数的关系，统计熵的计算，统计熵与量热熵的简单比较。

§8.10 其它热力学函数与配分函数的关系
A，G，H与配分函数的关系，理想气体的摩尔吉布斯函数，
理想气体的摩尔吉布斯自由能函数，理想气体的摩尔焓函数。

§8.11 理想气体的标准平衡常数
§8.12 系综理论简介
第九章界面现象（7学时）
§9.1 表面吉布斯自由能和表面张力
液体的表面张力、表面功及表面吉布斯函数，热力学公式，
界面张力及其影响因素。

§9.2 弯曲液面下的附加压力和蒸气压
拉普拉斯方程，开尔文公式，亚稳状态及新相的生成。

§9.3 固体表面
物理吸附与化学吸附，等温吸附，费罗因德利希等温式、
兰格谬尔吸附及其等温式，多分子层吸附理论，吸附热力学。

§9.4 液-固界面
接触角与杨氏方程，润湿现象，因体自溶液中的吸附。

§9.5 溶液表面
溶液表面的吸附现象，表面过剩与吉布斯吸附公式，
表面活性物质在吸附层的定向排列，表面活性物质。

第十章化学动力学（15学时）
§10.1 化学反应的反应速率及速率方程
化学反应速率的定义，基元反应和非基元反应，基元反应的速率方程，
反应分子数，化学反应的速率方程一般形式，反应级数。

§10.2 速率方程的积分形式
零级反应，一级反应，二级反应，n级反应，小结。

§10.3 速率方程的确定
微分法、积分法、试差法
§10.4 温度对反应速率的影响
阿仑尼乌斯方程，活化能，活化能与反应热的关系。

§10.5 典型复合反应
对峙反应，平行反应，连串反应
§10.6 复合反应机理的近似处理法
选取控制步骤法，平衡态近似法，稳态近似法，
非基元反应的表观活化能与基元反应的活化能的关系。

§10.7 链反应
单链反应，由机理推导反应机理，支链反应与爆炸极限。

§10.8气体反应的碰撞理论
气体反应的碰撞理论，碰撞理论与阿伦尼乌斯方程的比较
§10.9 碰撞理论与阿仑尼乌斯方程
§10.10势能面与过渡状态理论
势能面，反应途径，活化络合物、艾林方程、艾林方程的热力学表示式。

§10.11 溶液中的反应
笼效应，溶剂效应，原盐效应。

§10.12 多相反应
§10.13 光化学
光化学的初级过程、次级过程及淬灭，光化学定律、
光化反应机理与速率方程，温度对光化学反应的影响。

光化平衡，激光化学。

§10.14催化作用的通性
引言，催化剂的基本特征、催化反应的一般机理，催化反应的活化能。

§10.15 单相催化反应
气相催化,酸碱催化,络合催化,酶催化。

§10.16 多相催化反应
催化剂在表面的吸附，多相催化反应的步骤，表面反应控制气固反应动力学，温度对表面反应速率的影响，活性中心理论，分子反应动态学。

第十一章*胶体化学（3学时）
§11.1 胶体系统的的制备
分散法、凝聚法、溶胶的净化
§11.2 胶体的光学性质
丁达尔效应、瑞利公式、超显微镜与粒子大小的近似测定§11.3 胶体的动力性质
布朗运动、扩散、沉降与沉降平衡
§11.4 胶体的电学性质
电动现象、双电层理论
§11.5 憎液溶胶的胶团结构憎液溶胶的经典稳定理论
§11.6 憎液溶胶的经典稳定理论
§11.7 憎液溶胶的聚沉
§11.8 乳状液
乳状液的稳定性、乳状液的去乳化
§11.9 泡沫
§11.10 悬浮液
§11.11 气溶胶
粉尘的分类及性质、气体除尘
§11.12 高分子溶液的渗透压与唐南平衡
§11.13 高分子溶液的粘度
粘度的定义、粘度与分量的关系
§11.13 盐析、胶凝作用与凝胶的溶胀
三、本课程的基本要求
0. 绪论
了解物理化学课程研究对象。

了解物理化学的建立与发展过程。

近代物理化学的发展趋势和特点。

注意学习物理化学的要求和方法。

1. 气体的PV关系
熟悉运用理想气体状态方程。

掌握理想气体混合物的各种计算。

了解实际流体的pV图及临界参数。

掌握范得华方程，了解真实气体状态方程。

了解对应状态原理、普遍化压缩因子图及其应用。

2．热力学第一定律
理解热力学基本概念，如体系、环境、状态、功、热量、平衡状态，状态函数，变化过程、可逆过程等。

明确热力学第一定律和内能的概念。

明确热和功只有在体系与环境有能量交换时才有意义。

明确可逆过程的意义。

明确U和H都是状态函数，以及状态函数的特性。

熟练地应用热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的△U、△H、Q和W。

能熟练地应用生成焓、燃烧焓来计算反应热，会应用赫斯定律和基尔霍夫定律。

理解热力学第一定律的叙述及数学表达式
明了热力学能、焓等热力学函数以及标准燃烧焓、标准生成焓、标准摩尔熵、标准生成Gibbs函数等概念。

掌握在物质的P、V、T变化、相变化和化学变化过程中计算热、功和各种状态函数变化值的原理和方法。

3．热力学第二定律
理解热力学第二定律的叙述及数学表达式
了解自发变化的共同特征。

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。

掌握熵增原理和各种平衡判据。

明了热力学公式的适用条件。

理解热力学基本方程和Maxwell关系式。

了解用热力学基本方程和Maxwell关系式推导重要热力学公式的演绎方法。

掌握U、H、S、F和G的定义，了解其物理意义。

用△G判别变化的方向和平衡的条件和方法。

能熟练计算一些过程的△S、△H和△G。

能熟练运用吉—亥公式、克拉贝龙及克—克方程式。

理解热力学第三定律的叙述及数学表达式，理解熵的统计意义。

了解标准熵、规定熵的定义和计算。

4．多组分体系热力学
明确偏摩尔量和化学势的意义及其重要性。

熟悉溶液浓度的各种表示法及其相互关系。

掌握Raoult定律和Henry定律及其区别与应用。

理解什么是理想溶液，有哪些通性。

如何表示溶液中各组分的化学势，各组分的标准态有何不同。

了解稀溶液依数性公式的推导以及分配定律公式的推导，了解热力学处理溶液问题的一般方法。

理解理想系统(理想溶液及理想稀溶液)中各组分化学势的表达式。

理解逸度和活度的概念。

了解逸度和活度的标准态。

5．化学平衡
了解化学反应等温式的导出方法及其使用，明确标准平衡常数的定义。

掌握用等温方程判断化学反应的方向和限度的方法。

了解均相和多相反应的平衡常数表示式有何不同。

理解△Gm--θ的意义，如何由△Gm--θ估计反应的可能性。

会用热力学数据计算标准平衡常数。

熟悉平衡常数的不同表示法之间的关系。

理解压力和惰性气体对化学反应平衡组成的影响。

并掌握其计算方法。

能根据标准热力学函数的表值计算平衡常数。

了解对同时平衡、反应耦合、近似计算等的处理方法。

6．相平衡
理解相、组分数和自由度的意义。

了解相律的推导及其在相图中的应用。

能用杠杆规则进行计算。

能用相律分析相图。

根据相图绘出步冷曲线，或由步冷曲线绘制简单相图。

以完全互溶双液系为重点了解其p-x图和T-x图，了解蒸馏和精馏的基本原理。

以简单低共熔物的相图为重点，了解相图的绘制及其应用。

掌握单组分系统和二组分系统典型相图的特点和应用。

7．电化学
了解电解质溶液的导电机理，明确电导率、摩尔电导率的意义及其与浓度的关系。

了解迁移数的意义及常用的测定方法，迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系。

熟悉离子独立移动定律及电导测定的应用。

理解电解质活度和离子平均活度系数的概念。

弄清楚电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。

了解离子氛的概念，并会使用德拜—休克尔极限公式。

理解原电池电动势与热力学函数的关系。

能熟练地写出给定电池的电极反应和电池反应。

掌握Nernst方程及其计算。

掌握各种类型电极的特征和电动势测定的主要应用。

能根据简单化学反应来设计电池。

理解产生电极极化的原因和超电势的概念。

明确温度对电动势的影响及了解△rHm和△rSm的计算。

了解电动势产生的机理及电动势测定的一些应用。

了解分解电压的意义，理解产生极化作用的原因，了解超电势在电解中的作用。

能计算一些简单的电解分离问题。

了解化学电源的类型及应用，金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。

8．统计热力学初步
掌握分子的运动形式的能级及能级的简并度
了解独立子系统的微观状态，能量分布和宏观状态间的关系。

明确统计热力学的基本假设，了解什么是最概然分布，最可几分布。

理解Boltzmann能量分布及其适用条件。

理解配分函数的定义、物理意义和析因子性质。

掌握双原子分子移动、转动和振动配分函数的计算。

理解独立子系统的能量、熵与配分函数的关系。

掌握定位体系与非定位体系的热力学函数有何差别。

了解热力学三大定律的本质。

了解平动、转动、振动对热力学函数的贡献。

9．界面现象
理解表面张力和表面Gibbs函数的概念，表面张力和温度的关系。

理解弯曲界面的附加压力概念，明确附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，会使用杨—拉普拉斯公式。

学会应用开尔文公式，解释常见的表面现象。

掌握吸附等温式的主要类型，理解气—固表面的吸附本质，解物理吸附与化学吸附的含义和区别。

掌握Langmuir单分子层吸附模型和吸附等温式。

并能解释简单的表面反应动力学。

了解铺展和铺展系数。

了解润湿、接触角和Young方程。

理解吉布斯吸附等温式的表示形式。

了解溶液界面的吸附及表面活性物质的的特性、分类和作用。

10．化学动力学
明确化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念。

理解基元反应及反应分子数的概念。

掌握零级、一级、二级反应的速率公式、各种特征及其应用。

并能由实验数据确定简单反应的级数。

对三种典型复杂反应要掌握其各自的特点并能写出反应速率与浓度关系的微分式。

掌握Arrhennius方程及其应用。

明确温度、活化能对反应速率的影响，
计算Ea、A、k等物理量。

了解简单碰撞理论的基本思想和结果。

理解经典过渡状态理论的基本思想、基本公式及有关概念。

理解对行反应、连串反应和平行反应的动力学特征。

了解单分子反应理论的基本内容。

掌握稳定态近似法、平衡态近似法等近似处理的方法，掌握通过实验建立速率方程的方法。

掌握链反应机理的特点及支链反应与爆炸的关系。

了解反应动力学的常用实验方法和该研究在理论上的意义。

了解溶液中反应的特点和溶剂对反应的影响。

了解多相反应的步骤，了解催化作用特征。

了解催化反应的特点和常用的催化反应类型。

了解光化学反应的特点及量子产率的计算。

11 胶体化学
了解胶体的制备方法。

理解胶体分散体系的基本特性、动力学性质和光学性质、电学性质等的特点；
理解如何利用这些特点对胶体进行粒度大小、带电情况等的研究并应用于实践。

掌握胶团的结构和扩散双电层概念。

了解憎液溶胶的DLVO理论。

理解电解质对溶胶和高分子溶液稳定性的作用。

了解胶体的稳定性特点及电解质对溶胶稳定性的影响，能判断电解质聚沉能力的大小。

了解乳状液的种类、乳化剂的作用，了解乳状液的类型及稳定和破坏的方法。

了解大分子溶液与溶胶的异同点及聚合反应的机理。

了解什么是唐南平衡。

了解聚合物相对分子质量的种类及其测定方法。