物理化学教学大纲

《物理化学》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称(中文)物理化学(英文)PhysicalChemistry课程代码课程性质必修授课学期第三学期学分/学时2学分/32学时课内学时32理论学时32实验学时实训（含上机）实习其他适用专业纺织化学和清洁生产211101,211102授课语言中文对先修的要求先修《大学物理》、《高等数学》、《无机及分析化学》。掌握物理学的基本知识如力学、电学、光学，功和能等；能够应用数学的知识和方法建立模型并求解；掌握化学的基本知识。对后续的支撑为《化工原理》等后续课程提供化学平衡，化工过程能量的相互转化的规律以及化学动力学等方面知识。课程思政设计《物理化学F》课程结合创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，以案例渗透“科技创新”、“绿色可持续发展理念”和“国际化”等对科学精神，科学理念和绿色发展等进行诠释。将学习科学文化知识和家国情怀有机组合并体现在教学中。创新创业教育设计课程简介本课程是纺织化学和清洁生产本科学生的专业基础课程。主要探讨两个问题，一个是化学变化的方向和限度问题即化学热力学；另外一个是化学反应的速率和机理问题即化学动力学。通过本课程的学习使学生建立一个系统、完整的物理化学基本理论和方法的框架。通过热力学和动力学学习，进一步掌握从实验结果出发进行归纳和演绎的一般方法，熟悉由假设和模型上升为理论的方法，并具备根据具体条件应用理论解决实际问题的一般科学方法。本课程的目标是使学生能初步掌握物理化学的基本概念，基本原理和方法。采用课堂集中讲授、案例分析、习题讨论、章节测试及现代教学工具和方式达到本课程的教学目的。

二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1目标1：能够应用热力学、电化学、界面化学、动力学的基本概念、术语，原理等来描述相关物理化学过程，熟悉基本公式。指标点1.2具备工程基础和专业基础知识，并用于清洁生产和环境工程领域复杂工程问题的表述；1工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决清洁生产、环境工程领域复杂工程问题。2目标2：能够应用热力学、电化学、界面化学、动力学等物理化学知识和方法，计算物理化学过程中的热力学能、焓、熵、吉布斯函数等热力学参数及动力学、电化学参数。能够运用恰当的物理化学知识，方法和原理，分析和分解纺织化学与清洁生产的物理化学问题，建立假设和模型，进行优化和求解，并根据具体条件应用于解决实际问题。指标点4.1能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析清洁生产和环境工程领域复杂工程问题的解决方案；4研究/动手能力：能够基于科学原理并采用科学方法对清洁生产和环境工程领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、实施实验、分析与解释数据，并通过数据凝练和信息综合得到合理有效的结论。三、教学内容及进度安排序号教学内容学生学习预期成果课内学时教学方式支撑课程目标1物理化学的发展；物理化学的研究内容；学习物理化学的方法及要求；物理量的表示及运算。思政内容导入：（1）要有国际视野：科技飞快发展，大大拓展了物理化学的深度和广度。不能闭门造车。如合成功能分子/材料，已经仅从实验进化到“功能要求->分子模拟->实验”，其超级计算机起极其重要的作用。我国超级计算机及战胜SARS事件的情况。（2）“关键核心技术买不来”：“太湖之光”超级计算机已完全摆脱进口依赖，全国产化。（3）介绍江雷院士在仿生纳米功能界面材料方面的研究，在超疏水性和亲水性涂层方面的重要贡献，研究成果直接推动了胶体与界面化学的复兴。气体的pVT关系理想气体状态方程；理想气体混合物及道尔顿分压定律；真实气体的液化及临界参数；难点：真实气体的液化及临界参数；真实气体状态方程。重点：物理量的表示及运算；理想气体状态方程；理想气体混合物及道尔顿分压定律；（1）认知物理化学的研究内容和研究方法；（2）认知物理化学的建立与发展，物理化学的发展趋势和特点；（3）掌握物理化学课程的学习方法。（4）掌握理想气体状态方程及模型；（5）掌握道尔顿（Dalton）分压定律和阿马伽（Amagat）分体积定律；（6）认知真实气体的液化与临界性质。2讲授/作业讲授：物理化学的相关知识点；气体状态方程相关知识点；理想气体混合物作业：理想气体状态方程；道尔顿分压定律目标1目标22热力学第一定律热力学基本概念及术语；热力学第一定律；恒容热、恒压热及焓；摩尔热容；相变焓；化学反应焓；标准摩尔反应焓的计算；可逆过程与可逆体积功。本章内容是热力学的基础，是课程的重点和难点。（1）理解热力学基本概念：平衡状态，状态函数，可逆过程等概念；（2）理解并应用热力学术语：热力学能、焓、化学计量数、反应进度、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、热容、相变焓；（3）掌握热力学第一定律的叙述及数学表达式；（4）掌握物质的p、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算热、功和热力学能、焓变化值的原理和方法；（5）能够利用热力学状态方程和热力学函数将热力学一般关系式应用于特定系统。5讲授/作业讲授：热力学第一定律；热力学能、焓和可逆过程的相关知识；能量转化的相关计算；作业：热力学第一定律；焓、可逆过程等的相关计算。目标1，目标23热力学第二定律热力学第二定律；卡诺循环与卡诺定理；熵与克劳修斯不等式；熵变得计算；热力学第三定律及化学变化过程熵变的计算；亥姆霍兹函数和吉布斯函数；热力学基本方程及麦克斯韦关系式；克拉佩龙方程。本章是热力学的重要内容，起承前启后的作用，是课程的重点和难点。思政内容导入：（1）绿色可持续发展：热机效率的极限问题。我国关停污染严重的小火电，用高效率，低污染的“超超临界机组”取代；通过引进-创新，开发大规模的“塔式太阳能”发电站。（2）社会主义集中力量办大事的典范：“相转变”内容结合“121”工程，开发了“铰链式六面顶压机”，使我国人造金刚石占全球市场90%以上；立方氮化硼占70%以上。（1）掌握热力学第二、第三定律的叙述及数学表达式；（2）理解并应用术语：熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数、标准熵及标准生成吉布斯函数、饱和蒸汽压。（3）掌握在物质的p、V、T变化，相变化及化学变化过程中计算熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数变化值的原理和方法；（4）理解并应用热力学基本方程；（5）认知麦克斯韦关系式；（6）掌握热力学公式的适用条件；（7）掌握克拉佩龙方程有关推导；（8）掌握熵增加原理及平衡判据的一般准则。5讲授/讨论/作业讲授：热力学第二定律相关知识及计算；热力学基本方程式的应用。讨论：分组讨论或微助教等形式；作业：热机效率；根据要求设计途径完成热力学能，体积功，焓，吉布斯函数等热力学状态函数的相关计算。目标1，目标24多组分系统热力学偏摩尔量；化学势；气体组分的化学势；逸度和逸度因子；拉乌尔定律和亨利定律；理想液态混合物；理想稀溶液；活度与活度因子；稀溶液的依数性。讨论：反渗透/正向渗透技术的应用重点：化学势表示法；拉乌尔定律；理想液态混合物；理想稀溶液；稀溶液的依数性。难点：气体和液体组分的化学势；稀溶液依数性推导过程。（1）理解偏摩尔量的概念；（2）掌握化学势的相关知识（3）掌握拉乌尔定律及亨利定律；（4）理解逸度和逸度因子、理想液态混合物、理想稀溶液、活度和活度因子的概念。（5）认知理想液态混合物及理想稀溶液中各组分化学势的表达式；（6）掌握稀溶液的依数性推导过程，能够应用稀溶液依数性公式进行有关计算。4讲授/讨论/作业讲授：多组分系统热力学相关知识。讨论：分组讨论或微助教等形式；作业：偏摩尔量；化学势；拉乌尔定律和亨利定律；稀溶液的依数性。目标1目标25化学平衡化学反应的方向及平衡条件；理想气体化学反应的等温方程及标准平衡常数；平衡常数及平衡组成的计算；温度对标准平衡常数的影响；其他因素对理想气体化反应平衡移动的影响；真实气体反应的化学平衡重点：标准平衡常数及其计算；标准平衡常数的影响因素。难点：标准平衡常数及平衡组成的计算。（1）掌握标准平衡常数的定义；（2）掌握化学反应等温方程及标准平衡常数；（3）能够利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成；（4）能够根据条件判断化学反应的方向；（5）能够分析温度、压力、组成等因素对平衡的影响。3讲授/作业讲授：化学平衡知识。作业：标准平衡常数及平衡组成的计算；标准摩尔反应吉布斯函数计算等。目标1目标26相平衡相律；单组分系统相图；二组分理想液态混合物的气-液平衡相图；二组分真实液态混合物的气-液平衡相图。重点：相律；相图难点：自由度确定；相图解读及计算。思政内容导入：强调基础理论和研究对前沿创新的引领作用。（1）“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”：结合相平衡知识，揭示我国基础科学研究短板依然突出，我国航空发动机落后，关键表现在基础材料研究薄弱，需要更长时间的研究才能取得突破。（2）绿色可持续发展：结合材料提纯知识，阐述我国光伏产业通过科技创新，大幅度降低成本，为全球的绿色可持续发展做出重要贡献。（1）认知相律的推导，掌握相律；（2）掌握单组分系统及二组分系统典型相图的特点；（3）能够用杠杆规则对相图进行分析与计算；（4）认知由实验数据绘制相图的方法。3讲授/作业讲授：相律和相图知识。作业：相律；相图；杠杆规则等。目标1目标27电化学电极过程、电解质溶液及法拉第定律；离子的迁移数；电导、电导率、摩尔电导率；电解质的活度、活度因子及德拜一休克尔极限公式；可逆电池及其电动势的测定；原电池的热力学；电极电势；电极的种类。讨论：电动汽车是否比燃油汽车更节能环保。重点：离子迁移数；摩尔电导率；电解质溶液的活度；原电池热力学；难点：摩尔电导率、电解质溶液的活度、原电池热力学的相关计算。（1）理解表征电解质溶液导电性质的物理量：电导率、摩尔电导率、离子迁移数；（2）掌握离子平均活度及平均活度因子；（3）理解离子强度的定义；（4）理解离子氛的概念及德拜一许克尔极限公式；（5）认知可逆电池的概念；（6）掌握能斯特方程；（7）掌握电池电动势及相关热力学函数的计算及其应用；（8）认知极化作用和超电势的概念。3讲授/讨论/作业讲授：电化学的知识点；讨论：分组讨论或微助教等形式；作业：离子迁移数；摩尔电导率；电解质溶液的活度及活度系数；原电池热力学。目标1目标28化学动力学化学反应的反应速率及速率方程；速率方程的积分形式；速率方程的确定；温度对反应速率的影响，活化能气体反应的碰撞理；势能面和过渡态理论；催化作用的通性。讨论：化学反应动力学的前沿研究重点：反应速率方程（零级，一级及二级反应）。活化能及碰撞阀能；催化作用。难点：反应速率方程和活化能的计算。（1）掌握化学反应速率、基元反应、反应级数的概念；（2）掌握零级、一级和二级反应的速率方程；（3）掌握通过实验建立速率方程的方法；（4）掌握阿仑尼乌斯方程，活化能和认知指前因子；（5）掌握催化作用的概念；（6）掌握气体反应碰撞理论的要点，认知势能面和过渡态理论。4讲授/讨论/作业讲授：化学动力学的知识点；讨论：分组讨论或微助教等形式；作业：反应动力学方程及活化能的相关计算等。目标1目标29界面现象界面张力；弯曲液面的附加压力及其后果；固体表面；固-液界面；溶液表面。重点：界面张力；弯曲液面的附加压力及其后果；固体表面；溶液表面。难点：弯曲液面的附加压力相关计算；溶液表面的相关知识。（1）理解表面张力及表面吉布斯函数的概念及其与接触角、润湿、铺展的联系；（2）掌握拉普拉斯公式及开尔文公式；（3）理解亚稳状态与新相生成的关系；（4）理解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用；（5）理解吉布斯吸附公式；（6）理解物理吸附与化学吸附的含义和区别；（7）掌握兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式；（8）认知BET多分子层吸附理论和吸附等温式。3讲授/讨论/作业讲授：界面化学的知识点。讨论：分组讨论或微助教等形式；作业：比表面积；弯曲液面的附加压力；溶液表面。目标1目标2课程考核序号课程目标（支撑毕业要求指标点）考核内容评价依据及成绩比例(%)成绩比例(%)作业随堂测试*考试1目标1：能够应用热力学、电化学、界面化学、动力学的基本概念、术语，原理等来描述相关物理化学过程，熟悉基本公式。（支撑毕业要求指标点1.2）识别物理化学过程并表述；物理化学的基本计算方法。101030502目标2：能够应用热力学、电化学、界面化学、动力学等物理化学知识和方法，计算物理化学过程中的热力学能、焓、熵、吉布斯函数等热力学参数及动力学、电化学参数。能够运用恰当的物理化学知识，方法和原理，分析和分解纺织化学与清洁生产的物理化学问题，建立假设和模型，进行优化和求解，并根据具体条件应用于解决实际问题。（支撑毕业要求指标点4.1）物理化学的热力学和动力学方法；热力学和动力学的相关计算；（3）识别并分解热力学过程和动力学过程；根据要求设计途径并求解，完成相关计算；（4）根据分析结果进行设计，求解，进而解析、解决实际问题。10103050合计202060100*：随堂测试含考勤，章节测试。期中测试为试卷方式，闭卷，时间1~1.5小时。（根据具体情况调整）五、教材及参考资料1.教材《物理化学》(简明版)，天津大学物理化学教研室编，刘俊吉，周亚平等，高等教育出版社，2018，第二版，9787040507409。2.主要参考书[1]《物理化学》上、下册，天津大学物理化学教研室编，刘俊吉，周亚平等修订，高等教育出版社，2017，第六版，9787040479614/9787040479621。[2]《物理化学》上、下册，傅献彩等，高等教育出版社，2005，第五版，9787040167696/9787040177961；[3]《物理化学习题集》，侯文华等，高等教育出版社，2009，第一版，9787040257410；[4]《物理化学：概念辨析·解题方法·应用实例》，范崇正等，中国科学技术大学出版社，2010，第四版，9787312027314；[5]《物理化学核心教程》，沈文霞，科学出版社，2009，第二版，9787030250605；[6]《物理化学学习指导》，孙德坤等，高等教育出版社，2007，9787040206173。六、教学条件多媒体教室

附录：各类考核评分标准表作业评分标准教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1：能够应用热力学、电化学、界面化学、动力学的基本概念、术语，原理等来描述相关物理化学过程，熟悉基本公式。（支撑毕业要求指标点1.2）按时提交作业；物理化学基本概念、术语、基本原理正确、完整和清晰。公式正确。按时提交作业；物理化学基本概念、术语、基本原理时，存在少量错误。公式存少量错误。按时提交作业；物理化学基本概念、术语、基本原理时，存在较多错误。公式有较多错误。不按时提交作业；物理化学基本概念、术语、基本原理时，存在严重错误。公式错误。10目标2：能够应用热力学、电化学、界面化学、动力学等物理化学知识和方法，计算物理化学过程中的热力学能、焓、熵、吉布斯函数等热力学参数及动力学、电化学参数。能够运用恰当的物理化学知识，方法和原理，分析和分解纺织化学与清洁生产的物理化学问题，建立假设和模型，进行优化和求解，并根据具体条件应用于解决实际问题。（支撑毕业要求指标点4.1）按时提交作业；正确分析物理化学过程，设计并优化途径，完成计算，结果正确无误；正确使用归纳和演绎的方法分析和分解环境工程中的物理化学问题；能够建立理论模型并优化，进而应用于解决实际问题。按时提交作业；能够分析物理化学过程和设计途径，完成计算，结果较少错误；能够使用归纳和演绎的方法分析环境工程中的物理化学问题；基本能够建立模型，进而应用于解决实际问题按时提交作业；基本能够分析物理化学过程和设计途径，完成基本计算，结果较多错误；基本能够使用归纳和演绎的方法分析环境工程中的物理化学问题；基本能够建立模型，无法应用理论解决实际问题。不按时提交作业；无法分析物理化学过程和设计途径，不能计算，结果错误；不能使用归纳和演绎的方法分析环境工程中的物理化学问题；无法建立模型，无法应用理论解决实际问题。10注：评分标准的分数段划分可以根据课程需要自行设计。随堂测试评分标准教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1：能够应用热力学、电化学、界面化学、动力学的基本概念、术语，原理等来描述相关物理化学过程，熟悉基本公式。（支撑毕业要求指标点1.2）出勤率100%；物理化学基本概念、术语、基本原理正确、完整和清晰。公式正确。出勤率100%；物理化学基本概念、术语、基本原理时，存在少量错误。公式存少量错误。出勤率少于70%；物理化学基本概念、术语、基本原理时，存在较多错误。公式有较多错误。出勤率少于70%；物理化学基本概念、术语、基本原理时，存在严重错误。公式错误。10目标2：能够应用热力学、电化学、界面化学、动力学等物理化学知识和方法，计算物理化学过程中的热力学能、焓、熵、吉布斯函数等热力学参数及动力学、电化学参数。能够运用恰当的物理化学知识，方法和原理，分析和分解纺织化学与清洁生产的物理化学问题，建立假设和模型，进行优化和求解，并根据具体条件应用于解决实际问题。（支撑毕业要求指标点4.1）出勤率100%；正确分析物理化学过程，设计并优化途径，完成计算，结果正确无误；正确使用归纳和演绎的方法分析和分解环境工程中的物理化学问题；能够建立理论模型并优化，进而应用于解决实际问题。出勤率100%；能够分析物理化学过程和设计途径，完成计算，结果较少错误；能够使用归纳和演绎的方法分析环境工程中的物理化学问题；基本能够建立模型，进而应用于解决实际问题出勤率70%；基本能够分析物理化学过程和设计途径，完成基本计算，结果较多错误；基本能够使用归纳和演绎的方法分析环境工程中的物理化学问题；基本能够建立模型，无法应用理论解决实际问题。出勤率70%；无法分析物理化学过程和设计途径，不能计算，结果错误；不能使用归纳和演绎的方法分析环境工程中的物理化学问题；无法建立模型，无法应用理论解决实际问题。10课程考试评分标准教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目