《物理化学》教学大纲
一、课程基本信息
中文名称：物理化学
英文名称：Physical Chemistry
课程代码：082003 082004
适用专业：化学、化学工艺与工程、应用化学、材料化学、制药工程
课程类别：专业基础课
总学时：64（上册）+48（下册）
总学分：4（上册）+ 3（下册）
制定单位：曲阜师范大学化学与化工学院
制定人员：物理化学教研室
制定时间：2015-09-01
审定人：孔德生，冯媛媛，杜冬梅
二、课程简介
物理化学是化学学科的一个重要分支，它是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手来探求化学运动中具有普遍性的基本规律的一门学科。物理化学是化学、材料、生物和环境等理工学科各有关专业本科生的一门主干基础理论课，物理化学课程的学习对于学生科学思维、综合素质的培养与提高起着至关重要的作用。通过物理化学的教学，使学生了解和掌握化学学科的基本理论，培养学生理论思维的能力，为从事化学科研工作打下扎实的理论基础，以适应改革发展中社会对人才的需求，为国家现代化建设服务。
物理化学课程主要包括化学热力学、化学动力学、电化学和分散体系四个版块。
物理化学课程体系和研究内容大致可以概括为两个方面：(1) 化学体系的宏观平衡性质: 以热力学的三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学。溶液、胶体和表面化学。(2) 化学体系的动态性质: 研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。
三、课程的教学目的、要求及方法
教学目的
物理化学课程教学的目的是在已学过一些先行课的基础上，运用物理和数学的有关理论和方法进一步研究物质化学运动形式的普遍规律。在学完本课程之后，使学生能够初步掌握物理化学的基本概念、基本理论和基本方法，了解化学反应的基本规律，对化学反应的本质有比较理性化的认识，并初步具有分析和解决一些实际问题的能力，为今后的科学实验和生产实践奠定良好的物理化学理论基础。
教学要求
物理化学课程教学要以培养学生独立分析问题、解决问题的能力为目标。课堂讲授应分清主次，在注意系统性的原则下，着重讲解教材的重点与难点。在教学中贯彻理论联系实际与少而精的原则，使学生了解并掌握物理化学的基本理论，以增强他们在教学与科学研究中的创新能力。对带星号的章节，可按教学的实际情况取舍或作为课外阅读材料。
通过教学的各个环节必须使学生达到各章中所提出的基本要求。主要教学环节包括课堂讲授、讨论课、习题课、学生自学、学科前沿介绍、实验教学、课后练习、课后辅导、检查考核等。其中学生自学、讨论课是重要的教学环节，教师应予以重视，并有针对性地合理安排。
教学方法
以教师讲授为主、教师讲授与讨论相结合的教学方法，以使用多媒体课件为主要教学手段。
讲授式教学主要是让学生掌握本课程的基本理论体系，熟悉本课程的基本概念、基本公式和定律，并能运用之，以解决实际问题，形成对本课程的整体认识。讨论式教学是为了引发学生对问题的思考，加深学生对基本理论的理解，启迪活跃学生的思维，培养学生的创新意识。教师在教学过程中注重调动和发挥学生在教学过程中的主观能动性和学习的积极性，引导学生积极参与教学过程，启发学生独立思考，培养、锻炼学生的自学能力。
三、课程教学的前导课程、使用的教材及检查考核
教学前导课程：
《高等数学》、《普通物理》、《无机化学》、《有机化学》
教学推荐使用的教材：
南京大学傅献彩、沈文霞、姚天扬编，《物理化学》（第五版），高等教育出版社，2006年
主要教学参考书：
《物理化学学习指导》，南京大学傅献彩、沈文霞等编，高等教育出版社，2007年
《物理化学简明教程》（第四版），印永嘉、奚正楷、张树永等编，高等教育出版社,2007年
《物理化学》，韩德刚、高执棣、高盘良编，高等教育出版社，2004年
《物理化学简明教程例题与习题》，印永嘉、王雪林、奚正楷编，高等教育出版社，1999年
《物理化学》（第四版），胡英主编，吕瑞东、刘国杰、叶汝强等编,高等教育出版社,1999年
《物理化学》，朱文涛编，清华大学出版社，1995年
P. Atkins, J.de Paula：《Atkins’ Physical Chemistry》，7th Edition, Oxford University Press, 2006
IRA. N. Levine：《Physical Chemistry》，5th Edition, McGraw-Hill Companies, 2002
检查考核：
学生考核成绩由三部分构成：作业成绩、平时成绩（期中考试与平时上课相结合）和期末考试成绩。以期末考试成绩为主，再结合作业和平时成绩对学生进行综合考评。
考核成绩计算方法：作业成绩´10% + 平时成绩´20% + 期末成绩´70%
考核采取教考分离、题库选题的方式。
四、课程教学总体安排
本课程教学工作分两个学期完成（总学时：112）。
第一学期教学内容（课时安排：64学时）
绪论 1
第二章 热力学第一定律及其应用 13
第三章 热力学第二定律 18
第四章 多组分系统热力学在溶液中的应用 10
第五章 相平衡 14
第六章 化学平衡 8
第二学期教学内容（课时安排：48学时）
第八章 电解质溶液 8
第九章 可逆电池的电动势及其应用 12
第十章 电解与极化作用 6
第十一章 化学动力学基础（一） 14
第十三章 表面物理化学 8
五、课程教学的章节内容及基本要求
绪论
教学目的：着重阐明物理化学的意义、介绍学习物理化学的方法。
基本要求：
1． 了解物理化学的主要任务。
2． 了解物理化学的研究方法和学习方法。
授课时数：1学时
基本内容：
0.1 物理化学的建立与发展
0.2 物理化学的目的和内容
0.3 物理化学的研究方法
0.4 物理化学课程的学习方法课外参考读物
第二章 热力学第一定律及其应用
教学目的：通过本章的教学使学生初步了解热力学的方法、建立内能和焓是状态函数的概念，并了解状态函数的性质、理解热力学第一定律，掌握理想气体在各种过程中DU、DH、Q与W的计算。
基本要求：
1． 使学生弄清热力学的一些基本概念。
2． 使学生掌握热、功与内能这三者的区别和联系
3． 使学生充分理解状态函数的意义及数学性质。
4． 明确焓的定义，它和内能一样都是状态函数。
5． 通过例题和习题的分析与运算，学生应熟练理想气体在等温、等容、等压与绝热过程中DU、DH、Q与W的计算。
6． 热化学部分应使学生知道第一定律与盖斯定律的关系，基尔戈夫定律的由来，并熟悉这两个定律的应用。
教学重点：可逆过程；各种变化过程的DU、DH、Q与W的计算。
教学难点：可逆过程和不可逆过程；状态函数及其特征。
授课时数：13学时
基本内容：
§2.1 热力学概论
§2.2 热平衡与热力学第零定律－温度的概念
§2.3 热力学的一些基本概念
§2.4 热力学第一定律
§2.5 准静态过程和和可逆过程
§2.6 焓
§2.7 热容
§2.8 热力学第一定律对理想气体的应用
§2.9 Carnot循环
§2.10 实际气体
§2.11 热化学
§2.12 赫斯定律
§2.13 几种热效应
§2.14 反应热与温度的关系－基尔霍夫定律
§2.15 绝热反应－非等温反应
§2.16 热力学第一定律的微观说明
第三章 热力学第二定律
教学目的：通过本章的教学使学生理解热力学第二定律的微观含义，掌握熵的概念与熵增加原理，了解熵与其它热力学函数的关系，掌握各种热力学函数的求算及其作为判据的适用条件。理解偏摩尔量和化学势的意义，能熟练地运用吉布斯-亥姆霍兹公式、克拉贝龙和克劳修斯-克拉贝龙方程式。
基本要求：
1． 了解一切自发过程的共同特征，明确热力学第二定律的意义。
2． 理解克劳修斯不等式的重要性与熵函数的概念。
3． 熟记并理解热力学函数U、H、S、F、G的定义与各热力学函数的关系。
4． 明确每一热力学函数作为过程的方向与限度判据的条件，熟练掌握DS、DF、DG的计算与应用。掌握DG在特殊条件下的物理意义。
5． 较熟练地运用吉布斯-亥姆霍兹公式、克拉贝龙和克劳修斯-克拉贝龙方程式。
6． 了解熵的统计意义。
7． 了解热力学第三定律的内容，明确规定熵值的意义、计算及应用。
教学重点：不同过程DS、DF、DG求算；过程可逆性和方向性的判断；热力学函数U、H、S、F、G的定义；各热力学函数的关系；偏摩尔量和化学势的定义。
教学难点：对熵函数的理解；偏摩尔量和化学势。
授课时数：18学时
基本内容：
§3.1 自发过程的共同特征－不可逆性
§3.2 热力学第二定律
§3.3 Carnot定理
§3.4 熵的概念
§3.5 Clausius不等式与熵增加原理
§3.6 热力学基本方程与T-S图
§3.7 熵变的计算
§3.8 熵和能量退降
§3.9 热力学第二定律的本质和熵的统计意义
§3.10 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能
§3.11 变化的方向和平衡条件
§3.12 DG的计算实例
§3.13 热力学函数之间的关系
§3.14 热力学第三定律和规定熵
第四章 多组分系统热力学在溶液中的应用
教学目的：明确偏摩尔量和化学势的意义，了解它们之间的区别。
基本要求：
1. 熟悉cB、xB、mB的表示方法及其相互关系
2. 理解溶液及其通性；了解拉乌尔定律和亨利定律
3. 溶液中各组分及其化学势的表示，稀溶液依数性公式的推导和应用。
教学重点：偏摩尔量和化学势的概念；各溶液中各组分化学势的表示式；稀溶液依数性公式的推导和应用。
教学难点：逸度和活度的概念。
授课时数：10学时
基本内容：
§4.1引言
§4.2 多组分系统组成的表示方法
§4.3 偏摩尔量
§4.4 化学势
§4.5气体混合物中各组分的化学势
§4.6 稀溶液中的两个经验定律
§4.7 理想液态混合物
§4.8 理想稀溶液中各组分的化学势
§4.9 稀溶液的依数性
§4.10 吉布斯-杜亥姆公式和杜亥姆-马居耳公式
§4.11 活度与活度因子
§4.12 渗透因子和超额函数
§4.13分配定律－溶质在两互不相溶液相中的分配
第五章 相平衡
教学目的：通过本章的教学使学生掌握相律，学会分析和绘制一些典型的相图
基本要求：
1．明确相、组分数和自由度的概念，了解相律的推导及用途
2．了解绘制相图的常用方法，能根据热分析法绘制步冷曲线并得出相图。
3．能用相律来说明相图中区、线及点的意义，并能根据相图来说明体系在不同过程中所发生相变的情况。
教学重点：有关相数、组分数和自由度的求算；相律的应用；二组分和三组分系统的一般相图及其应用。
教学难点：组分数、自由度的概念。
授课时数：14学时
基本内容：
§5.1 引言
§5.2 多相系统平衡的一般条件
§5.3 相律
§5.4 单组分系统
§5.5 二组分系统相图及应用
§5.6 三组分系统相图及应用
第六章 化学平衡
教学目的：通过本章学习使学生掌握由物质的热力学函数与平衡常数的关系，由平衡常数可求算平衡体系的组成。
基本要求：
1． 理解反应等温方程式的意义。
2． 熟练掌握平衡常数与平衡组成的计算，以及理想气体的Kp、Kx、Kc的换算。
3． 理解反应的标准吉布斯自由能变与标准平衡常数的关系，学会反应的标准吉布斯自由能变的求算方法
教学重点：各种平衡常数的表达式及其之间的关系；平衡常数与平衡混合物组成的计算。
教学难点：温度、压力和惰性气体对平衡组分的影响。
授课时数：8学时
基本内容：
§6.1 化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势
§6.2 化学反应的平衡常数和等温方程式
§6.3 平衡常数的表示式
§6.4 复相化学平衡
§6.5标准摩尔生成吉布斯自由能
§6.6 温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响
§6.7 同时化学平衡
§6.8反应的耦合
§6.9近似计算
§6.10生物能力学简介
第八章 电解质溶液
教学目的：通过本章学习使学生掌握电导、电导率和摩尔电导率的概念。理解离子独立移动定律。了解强电解质溶液理论，并会使用的拜-休克尔公式
基本要求：
1． 了解迁移数的意义及测定迁移数的方法。
2． 明确电导率、摩尔电导率的意义
3． 熟悉离子独立移动定律及电导测定的应用。
4． 了解电解质的离子平均活度系数的意义及计算方法。
5． 了解强电解质溶液理论，并会使用的拜-休克尔公式。
教学重点：离子独立移动定律；电导率和摩尔电导率的含义、测定及应用；德拜—休格尔极限公式的使用。
教学难点：摩尔电导率和平均活度系数的意义。
授课学时：8学时
基本内容：
§8.1 电化学的基本概念和电解定律
§8.2 离子的电迁移和迁移数
§8.3 电解质溶液的电导
§8.4 电解质的平均活度和平均活度因子
§8.5 强电解质溶液理论简介
第九章 可逆电池的电动势及其应用
教学目的：通过本章学习能熟练掌握可逆电池的热力学，能熟练、正确地写出所给电池的电极反应和电池反应并能计算电动势。
基本要求：
1． 明确电动势与 
的关系。
2． 熟悉标准电极电势的应用。
3． 对于所给的电池能熟练、正确地写出电极反应和电池反应并能计算电动势。
4． 能根据简单的化学反应来设计电池。
5． 明确温度对电动势的影响及了解
和
的计算。
6． 了解电动势产生的机理及电动势测定法的一些应用。
教学重点：电动势和能斯特方程式；用电化学法测定并计算热力学函数平衡常数；电动势温度系数与热力学函数的关系。
教学难点：电动势产生的机理
重点和难点：
授课学时：12学时
基本内容：
§9.1 可逆电池和可逆电极
§9.2 电动势的测定
§9.3 可逆电池的书写方法与电动势的取号
§9.4 可逆电池的热力学
§9.5 电极电势产生的机理
§9.6 电极电势和电池的电动势
§9.7 电动势测定的应用
§9.8 内电位、外电位和电化学势
第十章 电解与极化作用
教学目的：通过本章学习使学生理解电极极化的原因及应用，并能计算一些简单的电解分离问题
基本要求：
1． 了解分解电压的意义。
2． 了解产生极化的原因。了解氢超电势在电解中的作用。
3． 能计算一些简单的电解分离问题。
4． 了解金属腐蚀的原因和各种防腐的方法。
5． 了解化学电源的类型及应用。
教学重点：电极极化产生的原因；实际析出电势的求算和电解分离；了解超电势在电解中的作用。
教学难点：电解分离的有关计算。
授课学时：6学时
基本内容：
§10.1 分解电压
§10.2 极化作用
§10.3 电解时电极上的竞争反应
§10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化
§10.5化学电源
第十一章 化学动力学基础（一）
教学目的：通过本章学习，使学生理解一些动力学基本概念，掌握简单级数反应以及典型复杂反应的动力学特点。理解并应用阿仑尼乌斯公式。能用稳态近似、平衡假设等处理方法推导一些复杂反应的速率方程
基本要求：
1． 掌握等容反应速率的表示法及基元反应、反应级数等基本概念。
2． 对于简单级数反应，要掌握其速率公式的各种特征并能由实验数据确定简单反应的反应级数。
3． 对三种典型的复杂反应，要掌握其各自的特点及其中比较简单的反应的速率方程。
4． 明确温度、活化能对反应速率的影响，理解阿仑尼乌斯公式中各项的含义。
5． 掌握链反应的特点，会用稳态近似、平衡假设等处理方法。
教学重点：反应速率的表示法；反应级数和活化能的测定；具有简单级数反应的各种特征；简单级数反应以及典型复杂反应的有关计算。
教学难点：温度活化能对反应速率的影响；稳态近似处理方法的运用；从反应机理推导速率方程。
授课学时：14学时
基本内容：
§11.1 化学动力学的任务和目的
§11.2 化学反应速率的表示法
§11.3 化学反应的速率方程
§11.4 具有简单级数反应的速率方程
§11.5 几种典型的复杂反应
§11.6 基元反应的微观可逆性原理
§11.7 温度对反应速率的影响
§11.8 关于活化能
§11.9 链反应
§11.10 拟定反应历程的一般方法
第十三章 表面物理化学
教学目的：通过本章学习，使学生了解物质高度分散后的性质及不同物质的界面现象，了解表面活性物质的一些基本性质。
基本要求：
1． 明确表面吉布斯自由能、表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系。
2． 明确弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，了解弯曲表面上的蒸汽压与平面相比有何不同。学会使用拉普拉斯公式和开尔文公式。
3． 理解吉布斯吸附公式的表示形式，各项的物理意义并能用来作简单计算。
4． 了解什么叫表面活性物质，了解表面活性剂的分类及几种重要作用。
5． 了解液-液、液-固界面的铺展与润湿情况，理解气-固表面的吸附本质及吸附等温线的主要类型。
教学重点：表面吉布斯自由能与表面张力的概念；弯曲表面的附加压力和蒸气压与曲率半径的关系；液体界面性质及固体的表面吸附。
教学难点：表面吸附的有关计算。
授课学时：8学时
基本内容：
§13.1 表面张力和表面吉布斯自由能
§13.2 弯曲液面下的附加压力和蒸气压
§13.3 溶液的表面吸附
§13.4 液-液界面的性质
§13.5 膜
§13.6 液-固界面－润湿作用
§13.7 表面活性剂及其应用
§13.8 固体表面的吸附
§11.8 气-固相表面催化反应
