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物理化学大纲物理化学及胶体化学 一、课程的性质、地位和任务物理化学和胶体化学是研究变化规律性的基础科学，本课程是农业院校主要的基础课程，是生命科学、土壤科学、食品科学、环境科学等专业本科生的必修课程。该课程科学地、系统地、严谨地阐明化学的基本理论，为学生深入学习有关专业课程打下坚实的基础。本课程的先修课程有：无机及分析化学、基础有机化学、基础化学实验、大学数学、大学物理等。二、课程教学的基本要求本课程理论教学要求学生重点掌握化学热力学的基本理论和基本方法，重点掌握判断变化发生方向和限度的判据，掌握研究变化机理的基本手段，掌握表面化学和胶体化学的基本内容，了解物理化学基本原理在实际体系中的应用。从而使学生学会科学的思维方法，提高分析问题和解决问题的能力。三、教材编写大纲及学时分配绪论（ 1 学时）物理化学及胶体化学的内容、特点，与农业科学、生物科学的关系，反应进度。第 1 章 化学热力学基础（ 7 学时）本章重点和难点： 1. 掌握化学热力学的基本概念和基本公式； 2. 复习热化学；掌握 Kirchhoff 公式； 3. 掌握熵变的计算；了解熵的统计意义；简介非平衡态热力学1.1 热力学的能量守恒原理1.1.1 基本概念 1.1.2 热力学第一定律1.2 可逆过程与最大功1.2.1 功与过程的关系 1.2.2 可逆过程的特点1.3 热与过程1.3.1 定容热 Qv 1.3.2 定压热 Qp 1.3.3 相变热1.4 理想气体的热力学1.4.1 理想气体的热力学能和焓 1.4.2 H 、 U 的计算 1.4.3 绝热可逆过程1.5 化学反应热效应1.5.1 定压反应热和定容反应热 1.5.2 Q p 和 Q V 的关系 1.5.3 热化学方程式1.5.4 es s 定律 1.5.5 标准生成热 1.5.6 标准燃烧热 1.5.7 离子生成热 1.5.8 反应热与温度的关系 1.5.9 Kirchhoff 公式 1.5.10 微量量热法测定生物活性1.6 自发过程的特点与热力学第二定律1.6.1 热力学第一定律的局限 1.6.2 自发过程的特点 1.6.3 热力学第二定律1.7 熵增加原理与化学反应方向1.7.1 Carnot 定理 1.7.2 可逆过程的热温商和熵变 1.7.3 不可逆过程的热温商 1.7.4 热力学第二定律的数学表达式 1.7.5 熵增加原理 1.7.6 熵变的计算1.8 化学反应的熵变1.8.1 热力学第三定律 1.8.2 物质的规定熵 S T 和标准熵 S T 1.8.3 化学反应熵变的计算1.9 熵的统计意义1.9.1 热力学概率的概念 1.9.2 熵的统计意义 1.9.3 熵与混乱度的关系阅读材料 非平衡态热力学耗散结构理论简介2 章 自由能、化学势和溶液（ 6 学时）本章重点和难点： 1. 掌握自由能、自由能判据 G 的计算； 2. 了解偏摩尔数量；掌握理想气体、理想溶液的化学势；了解非理想气体、非理想溶液的化学势； 3. 了解化学势与稀溶液依数性的关系和分配定律2.1 Gibbs 自由能判据2.1.1 热力学第一、二定律联合公式 2.1.2 Gibbs 自由能及判据 2.1.3 Holmholtz 自由能2.2 Gibbs 自由能与温度、压力的关系2.2.1 热力学函数间的关系 2.2.2 热力学基本关系式 2.2.3 Gibbs 自由能随温度的变化 2.2.4 Gibbs 自由能随压力的变化2.3 G 的计算2.3.1 简单的 P.V.T 变化过程 2.3.2 相变过程 2.3.3 化学反应2.4 多组分析系热力学偏摩尔数量2.4.1 偏摩尔数量 2.4.2 集合公式2.5 化学势2.5.1 化学势 2.5.2 化学势与温度、压力的关系 2.5.3 化学势判据2.6 气体的化学势与标准态2.6.1 理想气体的化学势 2.6.2 实际气体的化学势2.7 溶液中各组分的化学势2.7.1 Raoult 定律和 Henry 定律 2.7.2 理想溶液中各组分的化学势 2.7.3 稀溶液中各组分的化学势 2.7.4 理想溶液的通性 2.7.5 非理想溶液中各组分的化学势2.8 稀溶液的依数性2. 8 .1 渗透压 2.8.2 凝固点降低 2.8.3 沸点升高 2.8.4 分配定律及应用阅读材料 土壤养分势和水势第 3 章 相平衡（ 4 学时）本章重点和难点： 1. 掌握相律的基本概念和 Clapeyron 方程； 2. 掌握理想双液系相图；了解其它二元体系的相律3.1 相律3.1.1 基本概念 3.1.2 相律3.2 单组分体系3.2.1 Clapeyron 方程 3.2.2 水的相图3.3 二组分双液体系3.3.1 理想完全互溶双液系 3.3.2 非理想完全互溶双液系 3.3.3 部分互溶双液系 3.3.4 完全不互溶双液系3.4 二组分固液体系3.4.1 热分析法 3.4.2 溶解度法阅读材料 超临界流体第 4 章 化学平衡（ 4 学时）本章重点和难点： 1. 掌握化学势与化学平衡的关系；掌握平衡常数的测定和计算； 2. 掌握各种因素对化学平衡的影响； 3. 了解生化标准态及其平衡常数4.1 化学反应的限度4.1.1 化学势与化学平衡 4.1.2 反应进度和反应限度的关系4.2 化学反应定温方程式及化学反应的平衡常数4.3 平衡常数的测定和计算4.3.1 平衡常数的测定 4.3.2 平衡常数的计算4.4 影响化学平衡因素4.5 生化反应的标准态和平衡常数4.5.1 生化反应的标准态平衡常数 4.5.2 ATP 水解第 5 章 电解质溶液（ 4 学时）本章重点和难点： 1. 掌握离子电迁移；掌握电导、电导率及其计算和应用； 2. 掌握电解质溶液的活度和活度系数； 3. 了解强电解质溶液理论5.1 离子的电迁移5.1.1 电解质溶液的导电机理 5.1.2 Faraday 定律 5.1.3 离子的电迁移5.2 电导及其应用5.2.1 电导、电导率和摩尔电导率 5.2.2 电导的测定 5.2.3 电导率、摩尔电导率与浓度的关系 5.2.4 离子独立运动定律和离子摩尔电导率 5.2.5 电导测定的应用5.3 强电解质溶液的活度及活度系数5.3.1 活度、活度系数 5.3.2 影响离子平均活度系数的因素5.4 强电解质溶液理论5.4.1 离子氛模型 5.4.2 Debye-Huckel 极限公式 5.4.3 Onsager 理论第 6 章 可逆电池电动势（ 4 学时）本章重点和难点： 1. 掌握电池、电极、电动势、 Nernst 公式及其应用； 2. 掌握可逆电池热力学； 3. 了解 pe 、 pH 电势图和生化标准电极电势6.1 可逆电池6.1.1 电池 6.1.2 可逆电池 6.1.3 电极的类型和电极反应 6.1.4 电池表示法6.2 电极电势6.2.1 电池电动势的产生 6.2.2 电极电势 6.2.3 Nernst 公式6.3 可逆电池热力学6.3.1 可逆电池电动势与活度和平衡常数 6.3.2 电动势和各热力学量6.4 电池电动势的测定及其应用6.4.1 对消法测定电动势 6.4.2 标准电池 6.4.3 电动势测定的应用6.5 电子活度和 pH 电势图6.5.1 电子活度 pe 6.5.2 pH 电势图及应用6.6 生化标准电极电势6.6.1 生化标准电极电势 6.6.2 膜电势阅读材料 电化学合成 * 第 7 章 不可逆电极过程（ 2 学时）本章重点和难点： 1. 了解分解电压、极化现象和超电势； 2. 了解极谱分析的原理； 3. 了解金属腐蚀及防护；了解化学电源7.1 分解电压7.2 极化现象和超电势7.2.1 浓差极化 7.2.2 电化学极化 7.2.3 极化电势与电流密度的关系 7.2.4 氢超电势7.3 极谱分析原理7.4 金属腐蚀与防护7.4.1 电化学腐蚀 7.4.2 微电池 7.4.3 影响金属腐蚀速率的因素 7.4.4 金属防腐7.5 化学电源7.5.1 一次电池 7.5.2 二次电池阅读材料 燃料电池第 8 章 化学动力学（ 5 学时）本章重点和难点： 1. 掌握化学动力学的基本概念；掌握简单级数反应的特点及其计算； 2. 掌握温度对反应速率的影响；掌握 Arrhenius 公式及应用；了解活化能及其测定； 3. 了解复合反应及近似处理；了解反应速率理论； 4. 掌握催化剂及催化作用； 5. 了解快反应和现代化学动力学研究；了解酶催化反应动力学8.1 基本概念8.1.1 化学反应速率 8.1.2 基元反应 8.1.3 反应级数 8.1.4 速率常数 8.1.5 反应分子数8.2 简单级数反应8.2.1 一级反应 8.2.2 二级反应 8.2.3 三级反应和零级反应 8.2.4 反应级数的确定8.3 温度对反应速率的影响8.3.1 Vant Hoff 规则 Arrhenius 公式 8.3.2 活化能 Ea 8.3.3 活化能测定 8.3.4 求反应的适宜温度8.4 复合反应及近似处理8.4.1 对峙反应 8.4.2 平行反应 8.4.3 连串反应 8.4.4 链反应 8.4.5 复合反应的近似处理8.5 化学反应速率理论8.5.1 碰撞理论 8.5.2 过渡态理论8.6 快反应和现代化学动力学研究技术8.6.1 快反应 8.6.2 弛豫方法 8.6.3 快速混合法 8.6.4 闪光光解技术 8.6.5 交叉分子束技术8.7 催化剂8.7.1 催化剂和催化作用 8.7.2 催化作用的基本特征 8.7.3 均相催化 8.7.4 多相催化 8.7.5 化学振荡8.8 酶催化反应动力学8.8.1 酶催化反应的特点 8.8.2 酶催化反应动力学 8.8.3 温度和 pH 对酶催化反应速率的影响 8.8.4 酶催化反应的应用和模拟阅读材料 溶液快反应测定法第 9 章 光化学（ 2 学时）本章重点和难点： 1. 掌握光化学反应及其基本规律； 2. 了解光化学反应的初级过程，次级过程和动力学9.1 光化学反应的基本规律9.1.1 光化学第一定律 9.1.2 光化学第二定律9.2 光化学反应的初级过程9.2.1 电子跃迁 9.2.2 光物理过程 9.2.3 光化学反应的初级过程9.3 光化学反应的次级过程和量子效率9.3.1 光化学反应的次级过程 9.3.2 量子效率9.4 光化学反应的动力学9.4.1 光化学反应的速率方程 9.4.2 光化学反应的机理阅读材料： 1. 光合作用 2. 大气中的臭氧层 3. 光化学烟雾第 10 章 液体表面（ 4 学时）本章重点和难点： 1. 掌握液体表面及弯曲液面的特性； 2. 掌握溶液表面吸附；掌握表面活性物质的结构特点；了解 HLB 值； 3. 了解表面膜、胶束和液晶10.1 表面 Gibbs 自由能10.1.1 比表面 10.1.2 比表面自由能，表面张力10.2 弯曲液面的特性10.2.1 弯曲液面的附加压力 10.2.2 弯曲液面的蒸气压 10.2.3 亚稳态10.3 溶液表面吸附10.3.1 溶液的表面张力 10.3.2 Gibbs 吸附等温式 10.3.3 吸附层上分子的定向排列10.4 表面膜10.4.1 不溶性单分子膜 10.4.2 生物膜10.5 表面活性物质10.5.1 表面活性物质结构特点 10.5.2 表面活性物质分类 10.5.3 表面活性物质的 HLB 值10.6 胶束和液晶10.6.1 表面活性物质的临界胶束浓度 10.6.2 增溶作用 10.6.3 液晶阅读材料 高分子液晶材料第 11 章 固体表面（ 3 学时）本章重点和难点： 1. 掌握固体表面及气固表面吸附； 2. 了解液固表面吸附；了解润湿现象11.1 固体表面特性11.2 气固界面吸附11.2.1 吸附作用 11.2.2 吸附理论 11.2.3 吸附作用的应用11.3 液固界面吸附11.3.1 溶液中吸附量的测定 11.3.2 稀溶液中溶质分子的吸附 11.3.3 离子吸附11.4 润湿作用11.4.1 润湿现象 11.4.2 接触角 11.4.3 润湿作用的应用阅读材料 探针与膜第 12 章 溶胶（ 4 学时）本章重点和难点： 1. 掌握分散体系；了解溶胶的制备和净化； 2. 掌握溶胶的光学性质、动力学性质和电学性质； 3. 了解溶胶的流变性质，了解溶胶的稳定性与聚沉12.1 分散体系12.2 溶胶的制备与净化12.2.1 溶胶的制备 12.2.2 溶胶的净化12.3 溶胶的光学性质12.3.1 Tyndall 效应 12.3.2 Tyndall 效应的规律12.4 溶胶的动力学性质12.4.1 Brown 运动 12.4.2 扩散与渗透压 12.4.3 沉降和沉降平衡12.5 溶胶的电学性质12.5.1 电动现象 12.5.2 胶粒表面电荷的来源 12.5.3 双电层结构 12.5.4 电势 12.5.5 溶胶胶团的结构12.6 溶胶的流变性质12.6.1 粘度 12.6.2 粘度测定12.7 溶胶的稳定性与聚沉12.7.1 溶胶的稳定性 12.7.2 影响溶胶聚沉的因素第 13 章 乳状液与泡沫（ 3 学时）本章重点和难点： 1. 掌握乳状液的特点及稳定性；了解乳状液的类型理论； 2. 了解乳状液的制备，转型与破坏；了解微乳状液； 3. 掌握泡沫的特点及稳定性13.1 乳状液的类型13.1.1 乳状液的类型 13.1.213.2 乳状液的稳定性与乳化13.2.1 乳化剂，乳化作用 13.2.2 乳状液的类型理论 13.2.3 乳化剂的选择 13.2.4 乳状液的制备13.3 乳状液的转型与破坏13.3.1 乳状液的转型 13.3.2 乳状液的破坏13.4 微乳状液13.5 泡沫第 14 章 高分子溶液（ 4 学时）本章重点和难点： 1. 掌握高分子溶液与溶胶、小分子真溶液的异同点； 2. 了解高分子化合物的相对分子量； 3. 了解溶液中高分子的特点；了解高分子溶液的性质； 4. 了解高分子电解质溶液的性质；了解高分子对溶胶稳定性的影响14.1 高分子溶液14.1.1 高分子 14.1.2 高分子溶液与小分子溶液、溶胶的异同点14.2 高分子化合物的相对分子量14.2.1 高分子化合物的均相对分子质量 14.2.2 高分子化合物的相对分子质量分布14.3 溶液中的高分子14.3.1 溶液中高分子的柔性 14.3.2 溶液中高分子的形态 14.3.3 高分子化合物的溶解过程 14.3.4 高分子溶解过程的热力学处理14.4 高分子溶液的性质14.4.1 高分子溶液的渗透压 14.4.2 高分子溶液的粘度 14.4.3 高分子溶液的光散射 14.4.4 高分子溶液的超速离心沉降14.5 高分子电解质溶液14.5.1 溶液中蛋白质分子的