物理环境化学

1、物理化学（一）教学大纲一、课程基本信息课程名称物理化学（一）课程编码050513112英文名称Physical Chemistry (one)课程类别专业基础课学分数3.5开课学期4总学时及其分配总学时讲课实验上机其它机动5656适用专业应用化学二、课程目的和任务物理化学是从化学现象与物理现象的联系去寻找化学变化的基本规律的学科，它运用物理的理论和实验方法来研究化学的一般理论问题，属于化学学科下面的二级学科。它不仅是化学专业的“四大化学”基础课程之一的理论课，而且也是化工、材料、生物、环境等学科的一门专业基础课。物理化学（一）课程的教学包括理论教学及实验教学，实验教学单独开课。通过物理化学（一

2、）课程的教学，使学生熟悉和掌握物理化学的基本概念、基本理论及基本计算方法，学会用热力学的观点观察和解释化学现象，初步具有结合具体条件运用物理化学的基本原理去分析和解决实际问题的能力，并得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。这种训练和培养应贯穿于课程教学的全过程中，使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，同时拓展思路、丰富想象，在培养学生严谨的逻辑思维方式和扎实的科研态度的同时，培养学生敢于探索、勇于创新的精神，使学生综合素质和创新能力得到极大提高。 三、本课程与其它课程的关系本课程是使学生在已学得的高等数学、大学物理、无机化学、分析化学等基础课的有关知

3、识及实验技能的基础上进一步学习有关化学变化及与化学变化相关的物理变化的各种基本原理和共同规律，通过本门课程的学习，使学生初步具有结合具体条件运用物理化学的基本原理去分析和解决实际问题的能力，并为后续课程的学习打下基础。四、教学内容、重点、教学进度、学时分配本大纲是根据教育部教学指导委员会化学分委员会理科化学专业和应用化学专业化学教学基本内容和学院教学指导委员会制定的各课程教学基本内容为基础制定的，同时考虑到综合性大学理科化学教学的特点和要求，补充了部分教学内容特别是各领域的前沿和发展，可以根据课时和进度适当进行安排。（一）绪论、气体（4学时）1、主要内容 绪论: 物理化学的目的和内容；物理化学

4、的研究方法；物理化学的建立与发展；物理化学课程的学习方法。气体分子的动理论；摩尔气体常数；理想气体的状态图；分子运动的速率分布； 分子平动能的分布；气体分子在重力场中的分布；分子的碰撞频率与平均自由程；实际气体；气液间的转变；压缩因子图。2、重点理想气体状态方程、分压定律和分体积定律，范德华方程、压缩因子。3、教学要求了解物理化学的研究目的、内容和范畴。理解物理化学的研究方法。了解物理化学的发展历史和新趋势。了解物理化学的学习方法。掌握理想气体状态方程、范德华方程及压缩因子图；理解实际气体的液化与临界性质及对应状态原理；了解理想气体模型及分子间力。（二）热力学第一定律（10学时）1、主要内容热

5、力学概论；热力学第一定律；准静态过程与可逆过程；焓；热容；热力学第一定律对理想气体的应用；实际气体；热化学；赫斯定律；几种热效应；反应热与温度的关系基尔霍夫定律；绝热反应非等温反应。2、重点体系与环境、状态与各种过程、功与热、可逆与不可逆、状态函数与途经函数、热力学平衡状态、热容、内能U、焓H的基本概念。热力学第一定律数学式及本质。计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的U、H、Q和W。恒压热效应与恒容热效应及相互间的关系。应用标准摩尔生成焓、燃烧焓计算反应焓。赫斯定律和基尔霍夫定律。3、教学要求了解热力学的一些基本概念，如体系、环境、状态、功、热量、变化过程等。了解热力学第一定律和内能的概念

6、。掌握功与热正负号的取号惯例。理解准静态过程和可逆过程的意义。掌握状态函数的特性，U和H都是状态函数。掌握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。掌握生成焓、燃烧焓来计算化学反应热。掌握使用赫斯定律和基尔霍夫定律。理解卡诺循环的意义和以及理想气体在几种过程中热、功的计算。理解从微观角度了解热力学第一定律的本质。 （三）热力学第二定律（10学时）1、主要内容自发变化的共同特征不可逆性；热力学第二定律；卡诺定理；熵的概念；克劳修斯不等式与熵增加原理；熵变的计算；热力学第二定律的本质和熵的统计意义；亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能；变化的方向和平衡条件；G的计算示例；几个热

7、力学函数间的关系；单组分体系的两相平衡热力学对单组分体系的应用；热力学第三定律与规定熵。2、重点自发过程的共同特征不可逆性。热力学第二定律及其本质。赫姆霍兹自由能(F)、吉布斯自由能(G)的定义。熵判据、赫姆霍兹自由能判据、吉布斯自由能判据。理想气体的PVT变化过程、相变过程、化学变化过程的S、F、G的计算。热力学基本方程、麦可斯韦关系式及其应用。克拉贝龙方程与克劳修斯克拉贝龙方程及其应用。偏摩尔量与化学势。3、教学要求理解热力学第二定律的意义，以及自发过程的共同特征。理解热力学第二定律与卡诺循环的联系，理解熵增加原理和克劳修斯不等式的重要性，掌握熵函数导出过程的逻辑性。掌握热力学函数的定义，

8、理解其物理意义。理解在特殊条件下的物理意义，如何利用它来判别变化的方向和平衡条件。掌握一些简单过程中、和的计算，以及如何利用范霍夫等温式来判别化学变化的方向。掌握运用吉布斯-亥姆霍兹公式和克劳修斯-克拉贝龙方程进行有关计算。了解熵的统计意义。了解热力学第三定律的内容，了解规定熵的意义、计算及应用。初步了解熵、熵产生等不可逆过程热力学的基本概念。（四）多组分系统的热力学（8学时）1、主要内容溶液组成的表示法；多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势；稀溶液中的两个经验定律；混合气体中各组分的化学势；理想溶液的定义、通性及各组分的化学势；稀溶液中各组分的化学势；*理想溶液和稀溶液的微观说明；稀溶液的依数

9、性；吉布斯杜亥姆公式和杜亥姆马居耳公式；非理想溶液；分配定律溶质在两互不相溶液相中的分配。2、重点拉乌尔定律和亨利定律及其应用。理想溶液的定义、通性。混合气体中各组分的化学势表示法、标准态、气体逸度的定义及逸度系数的求法。（非）理想溶液、稀溶液中各组分的化学势表示法、标准态、活度的定义及活度系数的计算。稀溶液依数性公式。3、教学要求理解溶液浓度的各种表示法及其相互关系。掌握偏摩尔量和化学势两个概念的重要意义。了解理想溶液的定义和通性。掌握拉乌尔定律和亨利定律两者的区别与联系。理解吉布斯-杜亥姆公式、杜亥姆-马居耳公式的意义。了解逸度和活度的概念。掌握溶液中各组分化学势的表达方式；了解化学势标准

10、态的物理意义。了解理想溶液、稀溶液和实际溶液三者的区别。掌握稀溶液依数性公式及其计算，理解分配定律。（五）相平衡（8学时）1、主要内容多相系统平衡的一般条件；相律；单组分系统的相平衡；二组分系统的相图及其应用；2、重点相律及其应用。二组分生成理想与非理想溶液的p-x相图及T-x相图及其应用。二组分生成简单的低共熔混合物、生成稳定与不稳定的化合物、生成固熔体的相图及其应用。杠杆规则在相图中的应用。3、教学要求理解相、组分数和自由度的意义。理解相律的推导过程，并掌握其在相图中的应用。掌握单组分体系的相图；掌握杠杆规则在相图中的应用。掌握根据步冷曲线绘出简单的相图，或根据相图绘出步冷曲线。掌握分析双

11、液系的p-x和T-x图；了解蒸馏和精馏的基本原理。掌握简单低共熔物相图，了解二组分固-液相图的绘制及其应用。了解三组分体系相图的基本知识。（六）化学平衡（8学时）1、主要内容化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势；化学反应的平衡常数和等温方程式；平衡常数的表示式；复相化学平衡；标准生成吉布斯自由能；温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响；同时平衡；反应的耦合；*近似计算2、重点化学反应的等温式；理想气体反应的平衡常数的表示式；平衡常数的测定、平衡转化率的计算；温度、压力和惰性气体与平衡常数的关系及计算。3、教学要求掌握化学反应等温式的推导及其使用。了解均相和多相反应的平衡常数表示式有什么不同。理解

12、的意义，如何由估计反应的可能性。掌握、和间的关系。了解平衡常数与温度、压力的关系和惰性气体对平衡组成的影响，并掌握其计算方法。掌握用标准热力学函数的表值计算平衡常数。了解同时平衡、反应耦合、近似计算的处理方法。（七）统计热力学基础（8学时）1、主要内容概论；玻兹曼统计；*玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计；配分函数；各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献； *晶体的热容问题；分子的全配分函数； 用配分函数计算和反应的平衡常数。2、重点定位与非定位体系的最概然分布玻尔兹曼公式。双原子分子的平动、转动、振动、电子和原子核配分函数的计算。配分函数与热力学函数的关系。非定位体系的平动、转动、振动对热

13、力学函数（特别是U、Cv、S）的贡献。3、教学要求了解最概然分布。了解为什么可以用最概然分布的微观状态数代替整个体系的微观状态数。掌握配分函数的定义、性质及其物理意义。掌握定位体系与非定位体系的热力学函数的差别。掌握平动、转动、振动等配分函数的计算方法。 五、实践教学内容要求本课程相关实践教学内容单独设课，实践教学内容和要求在实验教学大纲中详细列出。六、课程考核方式考试课，开卷考试或论文。七、建议教材与教学参考书1、建议教材1南京大学物理化学教研室.物理化学（上）（第五版）.高等教育出版社.2005。2、参考书1天津大学物理化学教研室.物理化学（第四版）. 北京：高等教育出版社.2001。2傅玉普.多媒体CAI物理化学（第四版）.大连：大连理工大学出版社.2004。3胡英.物理