物理化學（材料化學專業(yè)）

1、<p>　　物 理 化 學（材料化學專業(yè)）</p><p>　?。╬hysical chemistry）</p><p><b>　　目的和要求</b></p><p>　　物理化學是化學科學的理論基礎，是化學、化工、材料化學專業(yè)本科生的主干課程。物理化學課程在化學化工教學計劃的各自然科學理論課程中，居于承上啟下的樞紐地位。通過本課程

2、的教學，應使學生在系統(tǒng)地掌握物理化學基本知識的同時，進一步提高自學能力和獨立工作的能力，并學會用辯證唯物主義的觀點和邏輯思維去認識化學變化的本質(zhì)，學習前人提出問題和解決問題的思路和方法。培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，理論聯(lián)系實際的優(yōu)良學風和勇于創(chuàng)新的科學素質(zhì)。</p><p>　　本課程的教學內(nèi)容包括：化學熱力學及其在多組分系統(tǒng)中、相平衡和化學平衡中的應用，化學動力學、統(tǒng)計勢力學初步、界面化學基礎、電化學、膠體化學等。

3、具體要求如下：</p><p>　　（1）化學勢力學：主要讓學生掌握熱力學的三大基本定律及其在多組分系統(tǒng)、相平衡、化學平衡等方面的應用。掌握界面熱力學，可逆電池熱力學及膠體化學中的熱力學知識。</p><p>　　（2）化學動力學：掌握化學反應的速率和機理問題。了解溫度、壓力和催化劑等外界條件對反應速率的影響，了解界面相的傳遞性質(zhì)和反應性質(zhì)。初步掌握均相和多相催化原理。</p>

4、<p>　?。?）統(tǒng)計熱力學：具備一些基本的統(tǒng)計熱力學知識如玻爾茨曼統(tǒng)計、配分函數(shù)的意義。掌握從分子配分函數(shù)及自由能函數(shù)表計算簡單氣相反應平衡常數(shù)及理想氣體的熱力學函數(shù)。</p><p><b>　　基本內(nèi)容及學時分配</b></p><p>　　課內(nèi)學時 100 學分5′</p><p>　　一、氣體的PVT性質(zhì)（講授4學時）&

5、lt;/p><p>　　1．理想氣體狀態(tài)方程</p><p>　　2．實際氣體狀態(tài)方程</p><p>　　3．氣體的液化和臨界狀態(tài)，超流態(tài)介紹。</p><p>　　4．對應態(tài)原理與壓縮因子圖及其應用</p><p>　　二、熱力學第一定律（講授8學時，習題課2學時）</p><p>　　1．熱力

6、學概論：熱力學內(nèi)容、方法、特點及發(fā)展簡史。</p><p>　　2．基本概念：系統(tǒng)與環(huán)境、平衡態(tài)與熱力學平衡、狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)、廣度量與強度量。</p><p>　　3．熱力學第一定律：文字表述及數(shù)學式、內(nèi)容及焓、熱與功、功與可逆過程、功的計算。</p><p>　　4．熱容和熱：恒容熱容（Cv）和恒壓熱容（Cp）、Cp與Cv的關系、熱容與溫度關系、平均熱容、恒容熱和

7、恒壓熱、PVT變化過程熱的計算。</p><p>　　5．焓變計算：相變過程、化學反應過程、溶解或稀釋過程、絕熱過程、非等溫過程。</p><p>　　6．絕熱過程與節(jié)流膨脹：狀態(tài)方程式、△U、△H、W的計算，節(jié)流膨脹。</p><p>　　7．穩(wěn)流過程：（穩(wěn)流）過程的特點、過程的熱力學第一定律表達式、應用。</p><p>　　三、熱力學第

8、二定律（講授10學時，討論2學時）</p><p><b>　　1．卡諾循環(huán)</b></p><p>　　2．熱力學第二定律的經(jīng)典表述：克勞修斯和開爾文說法</p><p><b>　　3．卡諾定理</b></p><p>　　4．熱力學第二定律的熵表述：熵及熵增原理、熵變計算及熵判據(jù)、熵流和熵產(chǎn)生

9、、熵補償原理、熵與“無用能”。信息與熵、近平衡態(tài)熱力學。</p><p>　　5．熱力學第三定律：熵物理意義的統(tǒng)計解釋、玻爾茨曼關系式、規(guī)定熵和標準熵。</p><p>　　6．自由能及熱力學基本方程：熱力學第一、第二定律聯(lián)合式、亥姆霍茨函數(shù)、自由能函數(shù)、過程方向和平衡條件判據(jù)、熱力學基本方程。</p><p>　　7．△A、△G的計算及其應用（等溫和非等溫過程、相

10、變過程），Gibbs—Helmholtz方程。</p><p>　　8．Clapeyron—clausius方程，外壓對液體蒸氣壓的影響。</p><p>　　四、多組分系統(tǒng)熱力學（講授8學時）</p><p>　　1．Raoult定律和Henry定律。</p><p>　　2．偏摩爾量：意義、集合公式、測量方法，Gibbs—Duhem方程。

11、</p><p>　　3．化學勢定義及應用。</p><p>　　4．氣體熱力學：理想氣體化學勢、理想氣體混含過程的熱力學性質(zhì)、實際氣體的逸度、逸度系數(shù)及其求算、氣體的標準態(tài)。</p><p>　　5．溶液熱力學：理想溶液、理想稀溶液中溶劑和溶質(zhì)的化學勢、分配定律和稀溶液的依數(shù)性質(zhì)、實際溶液的活度和活度系數(shù)、超額函數(shù)。</p><p>　　五

12、、化學平衡（講授6學時）</p><p>　　1．化學反應的方向和限度：化學反應的平衡穩(wěn)定條件、Le Chatelier原理、熱力學平衡常數(shù)。</p><p>　　2．等溫方程及其應用：表達式、△rGm與△rG Om的物理意義、反應方向和限度的判據(jù)。</p><p>　　3．標準生成吉布斯函數(shù)及平衡常數(shù)計算。</p><p>　　4．平衡常數(shù)

13、與溫度的關系，Van’t Hoff公式。</p><p>　　5．影響平衡移動方向的其他因素：壓力、濃度、惰性物質(zhì)、物料配比等。</p><p>　　6．實際氣體反應的化學平衡。</p><p>　　7．混合物及溶液中的化學平衡：常壓下混合物和溶液中反應的化學平衡、高壓下混合物和溶液中反應的化學平衡。</p><p>　　六、相平衡（講授10

14、學時 習題課2學時）</p><p>　　1．相律：組分數(shù)、自由度、相律的推導及應用。</p><p>　　2．單組分系統(tǒng)相圖及應用：水的相圖分析、超流體及其應用。</p><p>　　3．二組分理想液態(tài)混合物的氣——液平衡相圖：壓力——組成圖、溫度——組成圖、杠桿規(guī)則。</p><p>　　4．二組分實際液態(tài)混合物的氣液平衡相圖：各種偏差

15、的壓力——組成圖和溫度——組成圖。</p><p>　　5．蒸餾和精餾：原理及應用。</p><p>　　6．二組分液態(tài)部分互溶及完全不互溶系統(tǒng)、液體的相互溶解度、共軛溶液的飽和蒸氣壓、部分互溶系統(tǒng)的溫度——組成圖、完全不互溶系統(tǒng)的溫度——組成圖。</p><p>　　7．二組分固態(tài)不互溶凝聚系統(tǒng)相圖：相圖的繪制（熱分析法、溶解度法）、相圖中點、線、面的物理意義，相

16、圖分析。</p><p>　　8．生成化合物的二組分凝聚系統(tǒng)相圖：生成穩(wěn)定化合物、生成不穩(wěn)定化合物、相圖應用。</p><p>　　9．一對液體部分互溶的三組分相圖：圖解表示、三變量相圖、相圖分析。</p><p>　　10．三組分低共熔混合物相圖：相圖分析、應用舉例。</p><p>　　七、統(tǒng)計熱力學初步（講授10學時）</p>

17、;<p>　　1．統(tǒng)計熱力學的基本內(nèi)容、系統(tǒng)及分類。</p><p>　　2．粒子運動形式（平動、轉(zhuǎn)動、振動等）的能級公式，能級簡并度、能級分布與狀態(tài)分布，定域子系統(tǒng)和離域子系統(tǒng)的微態(tài)數(shù)。</p><p>　　3．統(tǒng)計熱力學的基本假設：等幾率原理、統(tǒng)計平均方法。</p><p>　　4．最可幾分布與平衡分布。</p><p>　

18、　5．Maxwell—Boltzmann分布：拉格朗日待定乘數(shù)法、玻爾茨曼分布律的推導。</p><p>　　6．粒子配分函數(shù)及其計算：配分函數(shù)的表示式、配分函數(shù)的析因子性質(zhì)、零點能標度及其對配分函數(shù)影響、平動、轉(zhuǎn)動、振動配分函數(shù)計算、分子配分函數(shù)計算。</p><p>　　7．配分函數(shù)與熱力學函數(shù)的關系：熵、內(nèi)能與配分函數(shù)的關系、熱容與配分函數(shù)的關系、焓、自由能、壓力與配分函數(shù)的關系。&

19、lt;/p><p>　　8．利用配分函數(shù)計算熱力學函數(shù)。</p><p>　　9．理想氣體反應的平衡常數(shù)：標準平衡常數(shù)的統(tǒng)計力學表達式及其計算，自由能函數(shù)求算平衡常數(shù)。</p><p>　　八、電化學（講授12學時 課堂討論2學時）</p><p>　　1．電解質(zhì)溶液：電遷移現(xiàn)象、離子遷移數(shù)及其測定、電導、摩爾電導及測定、離子獨立運動規(guī)律、離子

20、平均活度和活度系數(shù)：Debye—Hückel極限公式、離子氛和不對稱離子氛模型。</p><p>　　2．電化學熱力學：可逆電池電動勢及其測定、可逆電池的Nernst方程：電池的書寫慣例、電動勢與電池反應熵變及焓變的關系、可逆電極與電極電勢、液接電勢與膜電勢、電動勢測定的應用。</p><p>　　3．電解與極化：分解電壓、極化作用、極化曲線測定、Tafel公式及氫析出機理。&l

21、t;/p><p>　　4．應用電化學簡介：化學電源（電池設計與材料選擇、電解質(zhì)溶液）、金屬的電化學腐蝕和防腐蝕、電化學合成等。</p><p>　　九、表面現(xiàn)象（講授8學時）</p><p>　　1．表面熱力學：表面張力及表面自由能、表面張力測定、彎曲液面的附加壓力和蒸氣壓、溶液表面吸附、吉布斯吸附公式、吸附層結(jié)構。</p><p>　　2．表面

22、活性劑：定義、分類和結(jié)構特征、作用及應用（潤濕、增溶、起泡、乳化、助磨等）。</p><p>　　3．固體表現(xiàn)上的吸附作用：吸附類型、吸附曲線、吸附等溫式[弗羅因德利希吸附等溫式、朗格謬爾吸附等溫式、B、E、T公式]。</p><p>　　十、化學動力學（講授10學時，習題課2學時）</p><p>　　1．反應速率與濃度的關系：反應速率的定義及實驗測定、反應級數(shù)和

23、速率方程、速率常數(shù)、速率方程的確定。</p><p>　　2．反應速率與溫度的關系：Arrhenius 公式、活化能的物理意義及測定、Arrhenius 公式的應用與討論、表觀活化能與基元反應活化能。</p><p>　　3．復合反應的速率與機理：對峙反應、平行反應、連串反應、馳豫反應、閃光光解技術、擬定反應機理的要點、穩(wěn)態(tài)近似與平衡態(tài)假設，直鏈反應和支鏈反應。</p>&l

24、t;p>　　4．反應速率理論：簡單碰撞理論要點、碰撞理論速率公式、幾率因子、碰撞理論與阿累尼烏斯公式比較，勢能面與反應途徑、活化絡合物與艾林方程、艾林方程的熱力學表達式、活化熵，單分子反應速率理論。</p><p>　　十一、各種特殊反應的動力學（講授6學時）</p><p>　　1．溶液反應動力學：籠效應、溶劑效應、擴散控制反應動力學。</p><p>　　

25、2．光化學反應：光化學定律和量子效率、光敏與猝滅、光化反應速率方程與反應歷程、激光化學。</p><p>　　3．催化作用基礎：催化作用的通性、均相催化（氣相催化、酸堿催化與酶催化、絡合催化）、多相催化（催化劑、催化反應速率方程）、表面單分子反應、表面雙分子反應（Langmuir-Hinshe wood機理和Rideal機理）</p><p>　　十二、膠體化學（講授6學時，錄相教學2學時

26、）</p><p>　　4．膠體系統(tǒng)：分類、特征及制備方法，膠體系統(tǒng)的性質(zhì)（光學性質(zhì)、動力性質(zhì)、電性質(zhì)）。增液溶膠的經(jīng)典穩(wěn)定理論——DLVO理論，增液溶膠的聚沉。</p><p>　　5．粗分散系統(tǒng)：乳狀液，泡沫、懸浮液、氣溶膠。</p><p>　　6．大分子溶液：粘度、滲透壓與唐南平衡、鹽析和膠凝。</p><p><b>　　

27、7．膜化學簡介</b></p><p><b>　　教材與主要參考書</b></p><p><b>　　教材</b></p><p>　　天津大學物理化學教研室編，《物理化學》上、下冊（第三版），高等教育出版社，1992</p><p><b>　　參考書</b>

28、</p><p>　　胡英等編，《物理化學》上、下冊（第四版），高等教育出版社，1999</p><p>　　黃啟巽、吳金添、魏光編，《物理化學》上、下冊，廈門大學出版社，1996</p><p>　　傅獻彩等編，《物理化學》上、下冊（第四版），高等教育出版社，1990</p><p>　　印永嘉等編，《物理化學簡明教材》，修訂本，高等教育出