中科大硅酸盐物理化学教学大纲

一、课程性质和任务：物理化学作为化学的一个分支，就是从化学现象与物理现象的联系入手，去寻找化学变化规律。它应用物理学的原理和方法，以数学为工具，研究有关化学现象和化学过程，它是一门研究物质性质及物质变化规律的基础理论课程，它是从不同的物理化学现象和过程中抽出的共同规律而总结的理论，对众多专业的生产实践有重要的指导意义。为此，冶金、化工、环保、石油、医药、农业、食品、硅酸盐等专业都必须把物理化学课程的学习放在十分重要的地位。硅酸盐物理化学是一门重要的专业基础理论课，主要讲授本专业范围内各种物理化学过程的变化和规律性，为学习专业课打下理论基础。是一门必修的专业基础课程。本课程是在修完无机化学、物理学、物理化学、结晶矿物岩石学等课程后，方能开设的课程。根据高职教育的培养目标和对基础理论的要求，加深对基础理论的理解和解决实际问题的能力，将物理化学和硅酸盐物理化学合为一体。能够更好的满足学习的实际需要。本课程的任务是在学员已学过的先修课程（如“高等数学”、“普通物理学”、“无机化学”、“有机化学”等）的一些基本理论知识和实验技能的基础上，进一步学习化学热力学，电化学、表面现象和胶体化学、化学动力学等重要理论内容、原理、基本实验方法及其实际应用。利用这些基本知识和基本原理及实验方法，去学习对于由原材料加工成的制品的物理化学过程、固体物质的结构及性能、产品质量的提高以及新型材料、新工艺、新技术的出现等方面。二、教学内容和教学要求1、热力学基础（一）教学要求：1．掌握热力学的有关基本概念。2．理解热力学第一定律的内容及其应用。3．掌握状态函数的特性以及利用基础热力学数据、状态函数法求取各种过程的△U、△H、Q和W。4．理解热力学第二定律的内容。5．理解热力学第二定律引入的熵、吉布斯函数、亥姆霍兹函数三个状态函数作为过程方向、限度的判据。着重掌握熵和吉布斯函数的概念及其变量的计算，并以此作为过程方向、限度的判据。6．理解偏摩尔量及化学位的概念。7．了解硅酸盐热力学的计算（二）教学内容：化学热力学的研究对象、目的、基础及方法，基本概念：系统，环境，热力学平衡状态，状态函数，过程，途径，热，功与内能，热力学第一定律的叙述及其封闭系统中的数学表达式，焦耳实验，定容热，定压热与焓，定容热容，定压热容，Cp与Cv之间的关系，热容与温度的关系，平均热容，相变焓及其与温度的关系，反应进度，定压反应热，定容反应热及其相互关系，标准摩尔生成焓，标准摩尔燃烧焓，化学反应的标准摩尔焓变，基希霍夫定律，热化学计算的应用，可逆过程，可逆功，可逆体积功的计算，热力学第二定律的叙述，熵，克劳修斯不等式，熵增原理，熵变的计算及熵判据的应用，热力学第三定律。标准熵，化学反应的标准摩尔熵变，吉布斯函数，吉布斯函数变的计算，吉布斯函数判据。亥姆霍兹函数，亥姆霍兹函数判据，热力学基本方程式，偏摩尔量，化学势，化学势与温度、压力的关系，化学势判据。2、化学平衡（一）教学要求：1.掌握标准平衡常数和平衡组成的计算。2.理解各种因素对平衡的影响。3.掌握将化学势判据应用于化学反应，以热力学的角度分析反应自动进行的方向、限度。（二）教学内容：化学反应进行的方向和限度，标准平衡常数的概念及其计算方法，各种因素对化学平衡的影响，多相反应的化学平衡。3、相平衡（一）教学要求：1．要求掌握相图的基本规则和原理。2．掌握分析，并能计算相图，尤其是三元系统专业相图。3．掌握专业相图中玻璃，陶瓷，水泥相图及生产实际的关系。4．了解四元相图的基本规则和原理。（二）教学内容：相图的基本规则和原理，一元系统类型和重要规则，专业一元系统相图，二元系统类型和重要规则，专业二元系统相图，三元系统类型和重要规则，专业三元系统相图，（三）课内实践：实验目的：掌握淬冷实验，保存高温相的平衡状态的方法，并能够利用X射线、光学显微镜等测试手段对试样进行物相鉴定，利用实验结果绘制相图。实验内容：1．淬冷实验2．物相鉴定3．绘制相图4、硅酸盐晶体结构（一）教学要求：1．理解球体堆积与各种晶体关系。2．掌握离子半径、配位数、离子极化、鲍林规则等概念和原理。3．理解晶体结构与性质之间的关系。4．掌握硅酸盐晶体结构类型，了解常见的硅酸盐晶体结构。（二）教学内容：晶体结构的键合，离子半径，配位数，离子极化，鲍林规则，等径球体的堆积原理，共价晶体，离子晶体，硅酸盐晶体结构，同质多晶现象（三）课内实践：实验目的：通过热重分析、差热分析两种手段，观察原料受热时发生的物理化学变化，从而鉴定矿物原料的类型及性质。实验内容：1．差热分析2．热重分析5、晶体结构缺陷（一）教学要求：1．掌握本章缺陷的形成，类型，缺陷反应式。2．理解硅酸盐材料与缺陷的关系。3．掌握固溶体的分类。4．理解形成固溶体的物理化学规律。5．掌握影响固溶体性质的因素。（二）教学内容：缺陷类型，缺陷反应表示法，缺陷浓度计算，非化学计量化合物，位错，面缺陷，固溶体的分类，置换型固溶体，填隙型固溶体，固溶体的性质，固溶体的研究方法。6、熔体与玻璃体（一）教学要求：1．掌握熔体结构、性质。2．掌握熔体结构与性质之间的关系。3．掌握玻璃性质，玻璃结构，并了解其内在规律性。4．了解玻璃结构的有关学说。5．理解玻璃形成的热力学、动力学、结晶化学的条件。（二）教学内容：熔体结构，熔体性质，玻璃通性，玻璃形成的热力学、动力学、结晶化学的条件，玻璃结构，玻璃类型。7、表面现象（一）教学要求：1．掌握表面吉布斯函数，表面张力，接触角，润湿，铺展，弯曲液面的附加压力等的基本涵义。2．了解物理吸附与化学吸附。3．掌握硅酸盐材料的表面和界面行为。4．了解表面活性物质的作用。（二）教学内容：表面吉布斯函数，表面张力，接触角，润湿，铺展，弯曲液面的附加压力及其对热力学性质的影响，拉普拉斯公式及开尔文公式的应用，介稳状态和新相生成，物理吸附与化学吸附，固体表面上的吸附、粘附作用，表面活性物质的作用，晶体表面结构，固体的表面能，晶界，晶界应力。（三）课内实践：实验目的：通过实验的方法证明的存在，并且证明液态物质的比表面吉布斯自由能和表面张力的数值完全相同。观察不同液体在固体表面的不同的润湿现象，进一步加深对润湿角的理解。实验内容：1．液体的表面张力2．液体在固体表面的润湿现象8、胶体（一）教学要求：1．掌握本章的胶体系统基础原理、基本概念。2．了解悬浮液、气溶胶的基本性质。3．掌握粘土水系统的荷电性、离子交换原理。（二）教学内容：胶体及其通性—动力性质，电学性质，光学性质，粘土的荷电性，粘土的离子吸附与交替，粘土粒子的水化，瘠性料的悬浮与塑化，乳浊液与泡沫。（三）课内实践：实验目的：通过实验的方法理解胶体的电学性质，并测定胶体的电动电位，观察不同电解质对胶体的电动电位的影响，进一步加深对电动电位的理解。实验内容：1．测定胶体的电动电位2．不同电解质对胶体的电动电位的影响9、化学动力学（一）教学要求：1．掌握反应速率及其表示法。2．掌握反应速率方程（微分式）。3．理解温度对反应速率的影响。4．了解由实验数据和反应机理建立反应速率方程以及速率方程的应用。（二）教学内容：基元反应（或基元步骤），反应速率与浓度的关系：反应速率方程（微分式），速率系数，速率常数，质量作用定律，方程式及其特征，速率方程式的确定，温度对反应速率的影响：阿累尼乌斯公式，活化能。10、扩散与固相反应（一）教学要求：1．要求掌握扩散方程。2．扩散机理和扩散系数，无机固体材料中的扩散。3．了解影响扩散的因素如温度，杂质等等。4．掌握固相反应的类型及反应原理。5．了解固相反应的动力学方程。6．掌握影响固相反应因素。（二）教学内容：扩散方程，扩散的热力学理论，扩散机制和扩散系数，固体中的扩散，扩散与温度、杂质的关系，无机化合物分解反应、还原反应、加成和置换反应，动力学方程，影响固相反应因素，研究方法。11、相变过程（一）教学要求：1．了解相变的热力学分类。2．掌握相变实质，机理及热力学条件。3．掌握成核棗生长相变机理。4．了解斯宾那多分解。（二）教学内容：相变类型，热力学条件，液固相变过程，成核-生长机理，斯宾那多分解，玻璃中相分离12、烧结（一）教学要求：1．掌握液相、固相烧结原理。2．掌握影响烧结的因素。3．了解特种烧结。（二）教学内容：基本概念，固相烧结，液相烧结，晶体生长，二次再结晶，影响烧结的因素，特种烧结。（二）课内实践通过试制耐火材料定型制品，测定制品在烧结过程中的变化，建立烧结后线收缩率与烧结时间的关系曲线，分析其烧结过程动力学，加深对用线收缩描述烧结过程扩散传质动力学方程的理解。三、学时分配计划序号教学内容讲授课内实践总时数1热力学基础14142化学平衡663相平衡106164硅酸盐晶体结构84125晶体结构缺陷10106熔体与玻璃体667表面现象84128胶体64109化学动力学101010扩散与固相反应121211相变过程101012烧结102总计11020130四、几点说明：1．本大纲适用招收高中毕业生，学制为三年的高职（大专）硅酸盐专业。完成本大纲所规定的教学内容最少应不少于130