物理化学教案新格式

教案2011～2012学年第二学期院(系、部)化学与环境工程学院教研室基础教研室主讲教师课程名称物理化学专业班级××××××大学教务处制课程名称物理化学总计：学时讲课：68学时实验：学时上机：0学时课程类别专业基础课学分4授课对象专业年级班：任课教师职称学历/学位研究生/硕士课程教学目的与基本要求物理化学是从研究物理变化和化学变化的联系入手，探求化学变化基本规律的一门科学。物理化学是化工、生物等专业的基础课，通过本课程的教学，使学生系统地掌握物理化学的基本理论，实验方法与基本技能，初步具有分析和解决一些与药学实践有关的问题的能力，并为学习化工原理等后续课程奠定基础。课程教学重点与难点热一律，热二律，热三律，多组分体系热力学化学平衡，相平衡，电化学，表面胶体化学，动力学主要教学方法与手段主要采用多媒体教学和板书结合教材和主要参考资料注：课程类别填公共基础课或专业基础课或专业必修课或公共选修课或专业选修课或实验（上机）课或集中实践环节。授课时间第1次课，第1周星期2第1.2/3.4节课时2授课方式理论课eq\o\ac(□,√)讨论课□习题课□实验课□上机课□技能课□其他□授课题目第一章热力学第一定律1.1热力学的研究对象1.2.几个基本概念目的与要求懂得热力学的研究对象及几个基本概念重点与难点体系（系统）与环境对象，状态函数教学基本内容方法及手段系统与环境系统（System）：在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为系统，亦称为物系或体系。环境（surroundings）：与系统密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。系统的分类：根据系统与环境之间的关系，把系统分为三类：（1）封闭系统（closedsystem）系统与环境之间无物质交换，但有能量交换（2）隔离系统（isolatedsystem）系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为孤立系统。有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为孤立系统来考虑。多媒体板书（3）敞开系统（opensystem）系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。二、系统的性质强度性质：的数值取决于体系自身的特点，与系统的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩尔热容。广度性质：又称为容量性质，它的数值与系统的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。状态函数与体系的历史无关，它的变化值仅取决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。具有这种特性的物理量称为系统的一些性质，其数值仅取决于系统所处的状态，而与状态函数。状态函数的特性可描述为：异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。四、热和功体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q表示。Q的取号：体系吸热，Q>0体系放热，Q<0体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用功可分为体积功(膨胀功)和非体积功(非膨胀功)两大类。W的取号：环境对体系作功，W>0；体系对环境作功，W<0。Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。多媒体板书思考题、作业、参考文献状态函数的特征，列举几个强度性质与广度性质。课后小结掌握体系（系统）与环境、状态与、过程与途径几个基本概念授课时间第2次课，第1周星期四第1.2/3.4节课时2授课方式理论课eq\o\ac(□,√)讨论课□习题课□实验课□上机课□技能课□其他□授课题目1.3体积功1.4热力学第一定律目的与要求热力学第一定律热，功，内能体积功重点与难点体积功的计算热力学第一定律的表达式教学基本内容方法及手段一、体积功的计算体积功计算公式：关于体积功要注意两点：1.不论系统是膨胀还是压缩，体积功都用－P外dv来计算；2.只有P外dv这个量才是体积功，pv，pdv或vdp都不是体积功。三种膨胀过程体积功的计算：（1）气体向真空膨胀（又称为自由膨胀）。此时P外=0，故W=－òp外dV=0(２)恒外压膨胀(一次膨胀)（3）在整个膨胀过程中，始终保持外压比圆筒内气体的压力p只差无限小的数值。总结：上述三种情况虽然始态、终态相同，但功的数值却不相同，证明了功是与途径有关的量。二、热力学第一定律1.热力学能热力学能是指系统内部能量的总和，是状态函数，用符号U表示，它的绝对值尚无法测定，只能求出它的变化值。或热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，说明热力学能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。也可以表述为：第一类永动机是不可能制成的设，则：2.可逆过程与不可逆过程热力学可逆过程有以下特征：（1）可逆过程进行时，系统始终无限接近于平衡态。可以说，可逆过程是由一系列连续的、渐变的平衡态构成的。（2）可逆过程进行时，过程的推动力与阻力只相差无穷小。（3）系统进行可逆过程时，完成任一有限量变化均需无限长时间。（4）（4）可逆过程中，系统对环境所做之功为最大功；环境对系统所做之功为最小功。3.可逆相变的体积功一物质的相变化，如液体的蒸发、固体的升华等，在一定温度和一定压力下是可以可逆进行的。因为压力一定，故：假定气体为理想气体，并且Vm（g）》Vm（l），则：多媒体思考题、作业、参考文献热力学第一定律的数学表达式的由来。课后小结掌握热力学第一定律，可逆过程的特点，可逆相变体积功的计算授课时间第3/4次课，第2周星期二第1.2/3.4节课时2授课方式理论课eq\o\ac(□,√)讨论课□习题课□实验课□上机课□技能课□其他□授课题目1.5定容及定压下的热1.6理想气体的热力学能和焓目的与要求掌握恒容热,恒压热及焓掌握理想气体的热力学能和焓计算方法重点与难点热力学状态函数法：设计途径方法理想气体的热力学能和焓计算方法教学基本内容方法及手段一、由热力学第一定律：表示体积功，表示非体积功。焓对于封闭系统，只有体积功的等压过程：令则：设系统的温度由T1变到T2，则：C称为热容。等压热容为Cp，等容热容为Cv。是计算等压热效应和等容热效应的两个重要公式，其使用条件，还必须要求过程只作体积功。二、Gay-Lussac-Joule实验Gay-Lussac在1807年，Joule在1843年分别做了实验，得到：(1)理想气体在自由膨胀中温度不变，热力学能不变。理想气体的热力学能和焓仅是温度的函数理想气体的焓也仅是温度的函数，与体积和压力无关（2）理想气体的Cp与Cv之差：对于理想气体而言，上式=nR对单原子气体：Cvm=3/2R，Cpm=5/3R对双原子气体：Cvm=5/2R，Cpm=7/2R多媒体思考题、作业、参考文献理想气体的热力学能和焓计算方法，等压时和等温时热量的计算方法。课后小结恒压热和恒容热的计算方法，由焦耳实验得到的结论是理想气体的热力学能和焓的特点。授课时间第4/5次课，第2周星期四第1.2/3.4节课时2授课方式理论课eq\o\ac(□,√)讨论课□习题课□实验课□上机课□技能课□其他□授课题目1.7理想气体的绝热过程1.8热力学第一定律在实际气体中的应用目的与要求掌握绝热可逆过程的公式掌握节流过程的过程及特点重点与难点节流特点及焦耳汤姆逊系数教学基本内容方法及手段一、理想气体绝热可逆过程如果一系统在状态发生变化过程中，系统既不从环境吸热，也不放热到环境中去，这种过程就叫做绝热过程。绝热过程可以可逆地进行，也可以不可逆地进行。定温过程与绝热过程的基本区别在于：前者为了保持系统温度恒定，系统与环境之间有热量交换，而后者没有热交换，所以系统温度会有所变化。利用绝热可逆这两个特点，以及理想气体状态方程PV=nRT，得到：或，另外根据理想气体特点，亦可得到：可以计算绝热可逆过程的功：二、热力学第一定律在实际气体中的应用Joule在1843年所做的气体自由膨胀实验是不够精确的，1852年Joule和Thomson设计了新的实验，称为节流过程。左边气体的状态为：左边气体被压缩通过小孔，向右边膨胀气体的终态为：节流过程进行后：或得到：节流过程是个等焓过程设称为节流膨胀系数，当：经节流膨胀后，气体温度降低经节流膨胀后，气体温度升高经节流膨胀后，气体温度不变多媒体思考题、作业、参考文献理想气体节流过程以后，温度是升高还是降低？其焦耳汤姆逊系数会怎么样变化？课后小结理想气体绝热过程三个方程，其特点。实际气体的节流过程，节流过程的特点。授课时间第6/7次课，第3周星期2第1.2/3.4节课时2授课方式理论课eq\o\ac(□,√)讨论课□习题课□实验课□上机课□技能课□其他□授课题目1.8热化学1.9几种热效应目的与要求掌握反应进度的概念标准摩尔生成焓的定义及计算焓变的计算熟悉恒压热和恒容热的含义重点与难点标准摩尔生成焓及焓变的计算教学基本内容方法及手段一、化学反应的热效应对于一个只做体积功的化学反应，当系统发生反应之后，使产物的温度回到反应前始态时的温度，系统放出或吸收的热量，称为该反应的热效应。1.恒压热效应Qp和恒容热效应Qv恒压下，不做非体积功恒容下，Qp=QV+(∆n)RT不做非体积功，反应中有气体参与，并且假设气体为理想气体：Qp=QV+(∆n)RT。二反应进度20世纪初比利时Dekonder德唐德引进反应进度x的定义为：引入反应进度的优点是，对化学反应的整体描述，在反应进行到任意时刻，可以用任一反应物或生成物来表示反应进行的程度，所得的值都是相同的，当反应的进度为1mol时的焓变，称为摩尔焓变，表示为：物质的标准态：无论是气体、固体或是液体，只规定压力为一个标准大气压，对温度并没有规定。三、Hess定律（Hess’slaw）不管反应是一步完成的，还是分几步完成的，其热效应相同，当然要保持反应条件（如温度、压力等）不变。反应的热效应只与起始和终了状态有关，与变化途径无关。四、几种热效应1.化合物的生成焓在标准压力下，反应温度时，由最稳定的单质合成标准状态下单位物质的量B的焓变（反应热效应），称为物质B的标准摩尔生成焓，用下述符号表示：。生成焓仅是个相对值，相对于标准状态下稳定单质的生成焓等于零。应当强调指出的是，所谓最稳定单质是指在标准状态下元素的最稳定状态。在标准状态下，碳的最稳定单质是石墨而不是金刚石。2.利用各物质的摩尔生