课程大纲

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物理化学

课程编码:080701M05004H 英文名称:Physical Chemistry 课时:40 学分:2.00 课程属性:专业普及课 主讲教师:叶亚平等

教学目的要求
物理化学也称为理论化学,是化学的重要分支之一,是用数学和物理学方法研究化学中最一般规律的学科,本课程介绍研究化学变化和相变化的平衡规律和化学反应的速率规律的宏观层次理论方法,多相系统的研究方法等。包括热力学三大定律和基本方程、多组分系统热力学、相平衡、化学平衡、电化学、化学反应动力学、表面化学等,通过本课程的学习使学生建立一个系统、完整的物理化学基本理论和方法的框架,掌握化学热力学、动力学、电化学中的普遍规律和实验方法;在强化基础的同时,提高学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的思维能力和创造能力,为进一步学习和科学研究工作打下基础。

预修课程
高等数学、普通物理、无机化学

大纲内容
第一章 绪论 1学时
第1节 物理化学学科的对象、内容,研究方法
第2节 相关科研前沿
第3节 本学科与专业及生产的关系及学习方法和要求
第二章 热力学第一定律 4学时
第1节 系统与环境、状态、状态函数、过程与途径等基本概念,可逆过程的概念
第2节 热力学第一定律文字表述和数学表达式
第3节 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
第4节 第一定律对理想气体状态变化及物质相变过程
第5节 化学反应热效应,反应进度,等压热效应与等容热效应的关系,盖斯定律;生成热,燃烧热,溶解热,热效应与温度的关系,基尔霍夫定律
第三章 热力学第二定律 4学时
第1节 热力学第二定律的文字表述和数学表达式
第2节 熵、亥姆霍兹和吉布斯函数定义;熵增原理、亥姆霍兹函数和吉布斯函数判据
第3节 热力学基本方程和麦克斯韦关系式;热力学公式的演绎
第4节 热力学第三定律,标准摩尔反应熵定义及化学反应熵变的计算
第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用 6学时
第1节 混合物与溶液的区别,各种组成表示之间的换算
第2节 偏摩尔量及化学势的概念;化学势判别式的使用
第3节 拉乌尔定律、享利定律,及其有关计算
第4节 稀溶液的依数性,及其应用
第5节 理想液态混合物的定义,及混合物的性质
第6节 理想气体、真实气体、理想液态混合物,组分化学势的表达式
第7节 逸度的定义,及逸度的计算
第8节 活度及活度系数的概念。理想液态混合物、真实溶液中组分化学势的表达式,活度的测定方法,有溶液参加的多相化学反应等温方程式
第五章 化学平衡 4学时
第1节 化学反应过程的推动力
第2节 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
第3节 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
第4节 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
第六章 相平衡 6学时
第1节 相律的意义、推导,及其应用
第2节 理解克拉佩龙方程、克劳修斯―克拉佩龙方程及应用,掌握其计算
第3节 单组分系统、水的相图、物态转变方程式
第4节 二组分凝聚系统典型相图的分析和应用,液态完全互溶固态完全不互溶生成简单共晶的二元系,固态完全互溶的二元系,液态部分互溶的二元系,固态部分互溶的二元系(共晶型,包晶型),生成化合物的二元系的相图分析和应用
第5节 杠杆规则分析与计算
第6节 实验数据绘制简单相图的方法
第7节 三元相图
第七章 化学动力学 6学时
第1节 化学反应速率、基元反应及反应分子数的概念
第2节 反应速率系数以及反应级数的概念
第3节 简单级数反应速率方程及其应用
第4节 典型复杂反应的特征
第5节 稳态近似法、平衡态近似法及速控步近似等处理复杂反应的近似方法
第6节 阿累尼乌斯方程的意义及其应用,活化能及指前因子的意义
第7节 基元反应速率理论:气相双分子碰撞理论和过渡状态理论基本公式及概念
第八章 电化学 6学时
第1节 电解质溶液导电性质的物理量(电导、电导率、摩尔电导率、电迁移率)
第2节 离子平均活度及平均活度系数定义及其计算,离子强度的定义
第3节 德拜-休格尔极限公式及计算离子平均活度系数的方法
第4节 可逆电池的概念,能斯特方程及其应用
第5节 电池电动势与热力学函数的关系及其计算
第6节 常用电极符号、电极反应及其电极电势的计算
第7节 原电池的设计原理
第8节 极化作用和超电势,氢的超电势,电解时离子析出顺序
第九章 表面现象 2学时
第1节 表面张力及表面吉布斯函数的概念
第2节 接触角、润湿、附加压力的概念及其与表面张力的关系
第3节 拉普拉斯公式及开尔文公式的应用
第4节 亚稳状态与新相生成的关系
第5节 物理吸附与化学吸附的含义和区别
第6节 兰格缪尔单分子层吸附理论,兰格缪尔吸附等温式
第7节 溶液界面的吸附及表面活性物质的作用与应用
第8节 吉布斯吸附公式的含义和应用

教材信息
1、 物理化学 傅献彩 2020年12月 高等教育出版社

参考书
1、 PHYSICAL CHEMISTRY Peter Atkins 2006年 Published in Great Britain by Oxford University Press

课程教师信息
叶亚平
北京科技大学化学与生物工程学院 教授
主要从事的研究领域:介孔分子筛的制备及其催化性能的研究,纳米颗粒的制备及纳米结构的组装和应用,电化学方法处理污水和固体废弃物,电极过程动力学等研究。

主讲过北京科技大学材料、冶金、应用化学和环境工程专业的学科基础必修课程“物理化学”
化学工程专业研究生选修课程“精细化学品合成”和“表面与胶体化学”

主持:
国家自然基金:“阳极好氧和阴极厌氧生物膜生长机制与硝化反硝化过程调控”(80万)
北京市自然科学基金:“碱对粉煤灰中硅和铝溶出机理的研究”(12万)
“活性污泥内循环-电极生物膜强化脱氮机理及新型反应器研究”(13万)
承担核工业北京地质研究院:“缓冲材料胶体基本性能分析测试及影响因素研究”(16万)
“高庙子膨润土胶体性质研究”(10万)
苏州瑞环化工有限公司“水煤浆气化及高温熔融协同处置有机废液技术咨询服务”(20万)
“有机溶剂包装桶回收利用技术咨询服务”(10万)
石家庄印钞有限公司“石家庄印钞有限公司擦版清液治理研究” (9.8万)等研究工作。