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物理化学(中国地质大学)
名称:物理化学(中国地质大学)
分类:石油化工  
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时间:2017/10/15 9:41:40
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物理化学(中国地质大学)介绍

  

 物理化学是大学化学的基础理论课程之一,是化学专业、应用化学专业的必修课程。本课程的任务是学习物理化学的基本原理,包括化学热力学、电化学、化学动力学、表面现象、胶体化学的基本知识。通过本课程的学习(课堂讲授、自学、课堂讨论、习题课、考试等教学环节),学生应掌握必需的物理化学基础知识,并初步具有分析和解决一些实际问题的能力,为学习高等化学专业课程打下基础;同时也为学生今后从事物理化学教学、科研以及中学化学教学打下良好的化学理论基础。

第一章  物质的pVT性质
基本要求:
(1)掌握理想气体状态方程。
(2)掌握理想气体的宏观定义及微观模型。
(3)掌握分压、分体积概念及计算。
(4)理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象。
(5)掌握饱和蒸气压概念。
(6)理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因子图,了解对比状态方程及其它真实气体方程。
教学重点及难点:
(1)理想气体状态方程及其应用;分子平均平动能与温度的关系。
(2)分子平动能的分布、分子的碰撞频率与平均自由程。
基本内容:
(1)气体分子运动论、分子平均平动能与温度的关系。
(2)气体摩尔常数、理想气体状态图、分子运动速率的分布。
(3)分子平动能的分布、分子的碰撞频率与平均自由程。
(4)实际气体及其状态方程。
(5)气体、液体间的相互转化规律。
思考题:Dalton分压定律能否用于实际气体?为什么?
第二章  热力学第一定律
基本要求:
(1)理解系统与环境、状态、过程、状态函数与途径函数等基本概念,了解可逆过程的概念。
(2)掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式。
(3)理解功、热、热力学能、焓、热容、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。
(4)掌握热力学第一定律在纯PVT变化、相变化及化学变化中的应用,掌握计算各种过程的功、热、热力学能变、焓变的方法。
教学重点及难点:
(1)热力学第一定律;体系在相变过程、理想气体在自由膨胀过程、等温过程、等容过程、绝热过程、循环过程中的△U、△H及Q、W的值计算;计算化学反应热效应的方法;状态函数、可逆过程与不可逆过程等概念。
(2)状态函数、可逆过程等概念;△U、△H及Q、W的值计算。反应热效应的计算、基尔霍夫定律、等压绝热反应。
基本内容:
(1)基本概念及术语
系统、环境、性质、状态、状态函数、平衡态、过程、途径。
(2)热力学第一定律
功、热、热力学能,热力学第一定律。恒容热、恒压热、焓。
(3)可逆过程体积功的计算
可逆过程、恒温可逆过程与绝热可逆过程功的计算。
(4)热容
平均热容、真热容。定压摩尔热容、定容摩尔热容。Cp,m与Cv,m的关系。
(5)热力学第一定律对理想气体的应用
焦耳实验,理想气体的热力学能与焓,理想气体的热容差,理想气体的恒温、恒压、恒容与绝热过程。
(6相变焓
(7)标准摩尔反应焓
反应进度,标准态,标准摩尔反应焓,标准摩尔生成焓及标准摩尔燃烧焓.标准摩尔反应焓与温度的关系。
(8)热力学第一定律对实际气体的应用
实际气体的热性能与焓
焦耳--汤姆生效应、节流系数。
思考题:(1)“凡是体系的温度升高时就一定吸热,而温度不变时,体系既不吸热也不放热”,这种说法对否?举实例说明。
(2)“功、热与内能均是能量,所以它们的性质相同”这句话正确否?
第三章  热力学第二定律
基本要求:
(1)理解自发过程、卡诺循环、卡诺定理。
(2)掌握热力学第二定律的文字表述和数学表达式。
(3)理解熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数定义;掌握熵增原理、熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据。
(4)掌握物质在PVT变化、相变化中熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数的计算及热力学第二定律的应用。
(5)了解热力学第三定律,规定熵、标准熵,理解标准摩尔反应熵定义及计算。
(6)掌握主要热力学公式的推导和适用条件。
(7)掌握热力学基本方程和麦克斯韦关系式;理解推导热力学公式的演绎方法。
教学重点及难点:
(1)可逆过程热温商和熵变;熵增原理、熵变的计算及熵判据的应用;△A、△G的计算。
(2)热力学第二定律的克劳修斯说法与开尔文说法;熵变的计算及熵判据的应用;△A、△G的计算;热力学基本关系式。
基本内容:
(1)自发过程的共同特征。
(2)热力学第二定律的克劳修斯说法与开尔文说法。
(3)卡诺定律。
(4)熵。可逆过程热温商和熵变、热力学第二定律的数学表达式、能量退化。熵增原理、熵变的计算及熵判据的应用。熵的统计意义。
(5)亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能。定义,等温等容和等温等压下过程方向与限度的判据、△A、△G的计算示例。
(6)热力学基本关系式:基本关系式、对应系数关系式、麦克斯韦关系式。
(7)吉布斯—亥姆霍兹公式。
(8)热力学第三定律:第三定律、规定熵、标准熵。
思考题:(1)为什么热力学第二定律也可表达为:“一切实际过程都是热力学不可逆的”?
(2)可逆过程的热温商与熵变是否相等,为什么? 不可过程的热温商与熵变是否相等?
(3)如有一化学反应其等压热效应ΔH<0,则该反应发生时一定放热,且ΔS<0,对吗? 为什么?
第四章  多组分系统热力学
基本要求:
(1多组分体系组成的表示法。明确偏摩尔量与化学势的要领与意义,了解它们之间的区别。
(2)掌握理想气体、非理想气体及其混合物的化学势。
(3)了解气体逸度的定义并了解逸度的几种求法,掌握状态方程式法求逸度的方法。稀溶液的经验定律与依数性。
(4)理解混合物与溶液的区别,掌握理想液态混合物、(理想)稀溶液中各组分的化学势公式。
(5)了解掌握理想溶液的通性,了解分配定律。掌握活度的概念,蒸气压法计算活度。
教学重点及难点:
(1)理想气体、非理想气体的化学势;拉乌尔定律与享利定律;理想稀溶
液中各组分的化学势。
(2)化学势,标准态和标准态选择。
(1)多组分体系组成的表示法
(2)偏摩尔量。定义、偏摩尔量的集合公式、吉布斯—杜亥姆公式。
(3)化学势。化学势的定义及其在相平衡体系中的应用,化学势与温度、压力的关系。
(4)理想气体、非理想气体的化学势及气体的标准态和标准态选择。
(5)混合理想气体、非理想气体的化学势的计算,气体逸度的定义与计算。
(6)液态混合物组分的化学势:理想溶液中各组分的化学势、理想溶液的通性。
(7)拉乌尔定律与享利定律、理想稀溶液中各组分的化学势及依数性、实际溶液中各组分        的化学
思考题:(1)当溶液浓度趋向饱和时,溶质的微分溶解热与摩尔积分溶解热各趋向何值?当浓度趋向无限稀释时,又将怎样?
(2)拉乌尔定律与亨利定律有何异同?
(3)亨利常数对每一种物质是否是一个定值,它会随浓度、温度、溶剂性质而变吗?
(4)何谓溶剂,何谓溶质,两者各服从怎样的规律性?
基本要求:
(1)理解摩尔反应吉布斯函数、标准摩尔反应吉布斯函数、标准摩尔生成吉布斯函数定义及应用。
(2)掌握标准平衡常数的定义。理解等温方程和范特霍夫方程的推导及应用。
(3)掌握用热力学数据计算平衡常数及平衡组成的方法判断在一定条件下化学反应可能进行的方向,会分析温度、压力、组成等因素对平衡的影响。
(4)了解真实气体化学平衡及溶液中的化学平衡。
教学重点及难点:
(1)化学反应等温方程式;平衡常数及其各种表示式;平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算。浓度、压力、惰性组分等因素对化学平衡的影响。
(2)平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算。
基本内容:
(1)化学反应的方向和限度:平衡条件、化学反应等温方程式
(2)平衡常数及其应用:理想气体反应、实际气体反应、液相反应、复相反应的平衡常数及其各种表示式、平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算。
(3)标准生成吉布斯自由能和液相反应的标准吉布斯自由能:标准态下反应的吉布斯自由能的变化值,标准生成吉布斯自由能。
(4)平衡常数与温度的关系。
(5) 浓度、压力、惰性组分等因素对化学平衡的影响。
(6) 同时平衡、反应偶合、近似计算。
思考题:
(1)对于一个封闭体系,其化学反应自由能ΔGm即(G/ξ)T,p 是否随反应的进度而变化?为什么?对于一个封闭体系,其化学反应自由能ΔGm即(G/ξ)T,p 是否随反应的进度而变化?为什么?
基本要求:
(1)理解相律的意义、推导,掌握其应用。
(2)掌握单组分系统、二组分气―液平衡系统和二组分凝聚系统典型相图的分析和应用。(3)了解相图绘制的常用几种方法,要求能根据热分析数据绘出步冷曲线进而绘出相图或    由相图绘出步冷曲线。
(4)掌握二组份、三组份体系的一些典型相图,并会应用相律来说明相图中点、线、区的意义及体系在不同过程中发生的相变化。
(5)学会使用杠杆规则。了解相图在实际生产中的一些应用。
基本内容:
(1) 相律:相、组分数、自由度的概念、相律的推导。
(2) 单组份体系的相图:水的相图、二氧化碳的相图。
(3)克拉贝龙方程式和克拉贝龙—克劳修斯方程式的推导与应用。
(4)二组分液—液体系相图:完全互溶双液系(p-X图、T-X图、杠杆规则、蒸馏与精馏原理) 、部分互溶双液系、不互溶双液系及水蒸汽蒸镏原理。杠杆规则。
(5)二组分固—液体系相图:形成简单低共熔混合物的固—液体系(热分析法、溶解度法绘制相图)相图。形成稳定化合物和形成不稳定化合物的固—液体系相图。固态完全互溶、部分互溶的固液体系,区域熔炼原理。
(6)三组分体系的相图:三组分体系的组成在等边三角形相图中的表示法,部分互溶的三液系、三组分盐水体系。
思考题:
(1)高原地区的气压较平原地区的气压低,为什么在高原地区用普通的锅能否将米烧成熟饭?
(2)为了防止苯乙烯的高温聚合,可以采用减压蒸馏,若使苯乙烯在 318.2K 减压蒸馏,
欲计算出设备的真空度为多少?如何算法,尚需哪些数据?
第七章  电化学    (宋体五号 加黑)
基本要求:
(1)了解电解质溶液的导电机理,掌握法拉第定律。
掌握电导、电导率和摩尔电导率的定义、物理意义及三者之间的关系;用测定电导方法计算弱电解质的电离度、电离常数以及难溶盐的溶解度。
(2)了解电解质的平均活度和平均活度系数及平均质量摩尔浓度的概念和计算。
(3)掌握可逆电池的定义及必须具备的条件,电极电势的概念,会用能斯特方程计算电极电势和电池电动势。
(4)掌握电极的基本特点,学会由给定化学反应设计原电池,由给定原电池写出电极反应和电池反应,并由电极电势计算电池电动势 。                            
(5)了解液体接界电势产生的原因及盐桥作用。
(6)了解电池电动势与电池反应热力学函数之间的关系及其有关计算。
教学重点及难点:
(1)离子独立移动定律,电导概念及其应用,电解质溶液的活度。
(2)电动势产生的机理,电极电势的能斯特方程,电动势的能斯特方程。
电极的极化,金属的腐蚀
基本内容:
(1)电解质溶液的电导机理及法拉第定律
(2)电解质溶液的电导、电导率和摩尔电导率
(3)电导测定的应用
(4)离子的迁移数
(5)电解质的平均活度和平均活度的系数
(6)可逆电池与可逆电极
(7)可逆电池电动势的测定
(8)可逆电池热力学
(9)电极电势
(10)可逆电池电动势的计算
(11)标准电极电势数据和电动势测定的应用
(12)极化作用
(13)电解时的电极上的反应
思考题:(1)柯尔拉乌希经验公式适用条件和范围是什么?柯尔拉乌希离子独立运动定律的重要性何在?
(2)电导率与摩尔电导概念有何不同? 它们各与哪些因素有关?
(3)为什么选用韦斯登电池作为标准电池?
(4)如果金属表面带负电荷,则在金属—溶液界面上的电势将如何分布?当出现“特性
吸附”时,界面上的电势又将如何分布?
第十章  界面现象
基本要求:
(1)理解表面自由能、表面张力的概念,明确表面张力与温度的关系。
(2)了解表面曲率半径与蒸汽压的关系。
(3)了解液体铺展的概念,理解吉布斯吸附公式的推导过程及表面超量的意义,掌握有关计算。
(4)了解什么是表面活性物质,了解它在表面上定向排列及降低体系表面能的情况。了解表面活性剂的大致分类及它的几种重要作用。
(5)了解化学吸附与物理吸附的区别,掌握Langmuir吸附理论和BET吸附理论的要点及对应的吸附等温式的应用。
(6)了解吸附与催化反应的关系,以及气—固相催化反应的一般机理。
教学重点及难点:
(1)表面吉布斯自由能、表面张力;弯曲表面下的附加压力;Langmuir吸附等温式
基本内容:
(1)表面吉布斯自由能与表面张力:表面吉布斯自由能、表面张力、表面张力与温度的关系。
(2)弯曲表面下的附加压力,杨—拉普拉斯公式、弯曲表面上的蒸汽压。
(3) 液体的铺展与润湿。
(4) 溶液界面的吸附:溶液表面层的吸附现象、吉布斯等温吸附方程式、分子在两相界面       上的定向排列。
(5)表面活性剂:定义、种类和结构,表面活性物质在吸附层的定向排列、表面活性剂的选 择—HLB法、表面活性剂的一些重要作用(乳化、加溶、起泡作用)
(6)固体表面的吸附:吸附等温线、Langmuir等温式、BET公式、化学吸附与物理吸附、吸附位能曲线、化学吸附热。
(7)吸附与解吸速率方程式——吸附速率
(8)气——固表面催化反应:化学吸附与催化反应。气一固表面催化反应速率。
思考题:
(1)表面能、表面自由能、比表面自由能、表面张力是否是一个概念?相同否?
(2)表面吸附量、表面浓度、表面过剩量是否是一个概念?
(3)表面活性剂在溶液中是采取定向排列吸附在溶液表面上,还是以胶束的形式存在于溶液中?为什么?
第十一章  化学动力学
基本要求:
(1)掌握反应速率、反应级数和反应分子数的概念以及反应级数与反应分子数的区别和联系。
(2)掌握一级和二级反应的特点及其有关速方程式的计算。
(3)理解活化能的概念及其对反应速率的影响,掌握阿累尼乌斯方程的四种形式及其应用。
教学重点及难点:
(1)一级、二级反应速率方程式;反应级数和反应速率常数的测定;温度对反应速率的影响。对峙反应、平行反应、连续反应;过渡态理论;拟定反应历程的一般方法。
(2)有关问题的计算。过渡态理论;拟定反应历程的一般方法。
基本内容:
(1)化学反应的速率
(2)化学反应的速率方程式
(3)具有简单级数反应的速率方程式
(4)反应级数的实验测定方法
(5)温度对反应速率的影响
(6)典型的复合反应
(7)复合反应速率方程式的近似处理方法
(8)催化作用简介
(9)在溶液中进行的反应
(10)光化学
思考题:(1)请简述一级反应特征。
(2)在基元反应中, 实验活化能Ea的物理意义。
(3)在确定的温度范围内,阿仑尼乌斯公式适用的条件是什么?
(4)什么是反应截面积?请予说明。
(5)链反应和光反应有何特征? 激光化学反应有何特征?
(6)催化作用有哪些特征?酶催化与一般催化有何异同?
第十二章  胶体化学
计划学时:8
基本要求:
(1)了解分散体系的基本特性。
(2)了解溶胶的动力学性质、光学性质与电性质。
(3)了解胶体粒子带电原因、胶团结构、双电层结构和电动电势的概念。
(4)了解胶体的稳定性与聚沉作用。
(5)了解大分子溶液性质及分子量的测定方法。
(6)理解什么是唐南平衡,如何较准确地用渗透压法测定电离大分子物质的相对分子量。
教学重点及难点:(1)胶体的电学性质、胶团结构。(2)双电层结构和电动电势。基本内容:(1)胶体的分类、基本特性、溶胶的制备和净化。
(2) 胶体的动力性质:布朗运动、扩散和渗透压。
(3)胶体的光学性质:丁铎尔效应、瑞利公式。
(4)胶体的电学性质:电泳和电渗现象、胶粒带电原因、胶团结构、双电层结构和电动电势。
(5)胶体的稳定性和聚沉作用:胶体的稳定性、影响聚沉作用的一些因素、电解质聚沉能力的  规律。
(6)大分子溶液及膜平衡:大分子溶液性质及分子量测定、唐南平衡。
思考题:(1)纯液体有无散射光? 为什么? 一般溶液如何? 溶胶具有乳光现象,但体系透明,  为何?(2)试比较胶粒表面电势,Stern层(紧密层)电势及ζ电势?(3)如何理解溶胶是动力学上稳定而热力学上不稳定的体系,且有聚沉不稳定的特性?
 

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