物理化学教学大纲
三）教学的重点、难点
1.重点：化学热力学、化学动力学、电化学、统计热力学。
2.难点：状态函数间的关系及特定条件下的意义；如何用化学势解决物理及化学变化；可逆电池的理解。
（四）知识范围及与相关课程的关系
物理化学主要解决：① 化学变化的方向和限度问题。② 化学反应的速率和机理问题。为能够定性解释和通过定量计算解决上述问题，必须有一定的无机化学、有机化学、分析化学、高等数学、普通物理的基础知识，通过本课程的学习可提高对前面知识的认识，从而提高分析问题和解决问题的能力。
（五）教材及教学参考书的选用
1、《物理化学》（上、下），傅献彩、沈文霞、姚天扬（南京大学物理化学教研室），高等教育出版社,1990。
2、《物理化学简明教程》，印永嘉、奚正楷（山东大学），李大珍（北京师范大学），高等教育出版社,1992。
3、《物理化学》，韩德刚、高执棣、高盘良，高等教育出版社，2001。
4、《物理化学电子教案》，南京大学，高等教育出版社、高等教育电子音像出版社。
5、《物理化学—概念辨析²解题方法》，范崇正、杭瑚、蒋淮渭，中国科学技术大学出版社，2002。
6、《物理化学解题指导》，孙德坤、沈文霞、姚天扬（南京大学化学化工学院），江苏教育出版社，1997。
二、课程内容 绪论 主要内容：
1.物理化学的内容、特点及学习方法。 2.物理化学的发展趋势。
3.物理化学在国民经济中的作用。 学时：1 第一章：热力学第一定律 教学目的和要求：
1.明确热力学中最基本的概念，如体系与环境、平衡状态、过程与途径、状态函数、功和热、内能、焓及标准生成热等。 2.掌握各种过程的Q和W计算方法。
3.根据状态函数的特点，掌握ΔU、ΔH的计算方法及化学反应热的计算。 4.*了解气体液化的原理。 主要内容： 1.热力学概论
热力学的内容、方法和特点。 2.热力学的基本概念
体系和环境、热力学平衡态、状态与状态函数、强度性质与广度性质、过程与途径、热量和功、可逆过程。 3.热力学第一定律
热力学第一定律—内能的概念、焓、热容和能量均分原理、第一定律对理想气体的应用、*第一定律对实际气体的应用—焦耳•汤姆逊效应，实际气体的△H 和 △U。
4.热化学
反应进度ξ的定义、热化学反应方程式、等压反应热与等容反应热、赫斯定律、生成热、燃烧热、
*溶解热与稀释热、*自键焓估计生成热、反应热与温度的关系—基尔霍夫定律。
5.*热力学第一定律的微观说明
内能、功、热、热容—能量均分原理。 学时：11 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.如何理解可逆过程？
2.为什么要定义状态函数H？意义何在？ 第二章：热力学第二定律 教学目的和要求： 1.明确第二定律的意义。
2.明确如何用第二定律引出熵函数。
3.明确熵和吉布斯自由能变化的物理意义，如何在一定条件下利用它们来判断变化的方向和进度。
4.掌握热力学基本关系式和吉布斯—亥姆霍兹公式的应用以及ΔG、ΔS的计算。 5.掌握克拉贝龙方程及其应用。 6.掌握偏摩尔量及化学势的概念。 主要内容： 1.热力学第二定律
自发变化的特征、第二定律的克劳修斯和开尔文的说法。 2.熵
熵的引出、熵增原理、变化方向的判断、各种过程中熵变的计算。
*热力学第二定律的本质和熵的统计意义。
3.亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能定义及变化方向的判断。 4.ΔG的计算
等温物理过程变化中的ΔG、化学变化中的ΔG。
5.几个热力学函数之间的关系
基本公式、特性函数、麦克斯韦关系式、吉布斯自由能与温度的关系—Gibbs—Helmholtz方程、吉布斯自由能与压力的关系。
6.单组分体系的二相平衡—热力学对单组分体系的应用
克拉贝龙方程、*外压与蒸汽压的关系。 7.多组分体系中物质的偏摩尔量及化学势
偏摩尔量的定义、偏摩尔量的集合式，吉布斯—杜亥姆公式。
化学势的定义、化学势与温度、压力的关系、化学势在相平衡中的应用。
*8.热力学第三定律—规定熵。 9.不可逆过程热力学简介。 学时：14 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.对热力学第二定律如何理解？
2.一些变化过程中各状态函数的改变值特点如何？ 第三章统计热力学* 教学目的和要求：
1． 理解统计热力学的一些基本概念 2． 理解最可几分布的实质
3． 掌握配分函数概念，能利用配分函数计算热力学函数 4． 第三定律的统计意义 主要内容： 1． 概念
统计热力学的研究方法和目的，微观量的统计平均、定位体系和非定位体系、独立子和非独立子、统计热力学的基本假设和基本公式（等几率原理和玻兹曼公式）。 2． 玻兹曼统计
最概率分布，α、β值的推导。
玻兹曼公式的讨论—简并度和粒子等同性修正。 摘取最大项法及其原理。 *费米—狄拉克统计和玻色—爱因斯坦统计简介。 3． 配分函数
配分函数的定义、配分函数与热力学函数的关系、分子配分函数的分离。 4． 各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献
原子核、电子、平动、转动、振动配分函数的求法。平动配分函数与理想气体的热力学性质。
*原子晶体热容。分子的全配分函数。 学时：4 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑、自学。 思考题：
1．波尔兹曼统计的基本假设如何？
2．由统计热力学计算结果与实际相差的原因何在？ 第四章：溶液—多组分体系在热力学中应用 教学目的和要求：
1． 明确气体、纯溶剂、稀溶液中各组分标准态的选择，了解活度和逸度的意义及求法*。 2． 从化学势推导出冰点下降、沸点升高、渗透压及分配系数。 3． 会用牛顿图计算逸度系数 4． *会用蒸汽压数据计算活度 主要内容：
1． 稀溶液中的两个经验定律—拉乌尔定律、亨利定律。 2． 混合气体中各组分的化学势
理想气体的化学势—气体的标准态。 非理想气体的化学势—逸度的概念。
***逸度系数的求法。
3． 理想溶液和稀溶液 理想溶液中各组分的化学势、理想溶液的通性。
稀溶液中各组分的化学势—溶剂和溶质的标准态选定，稀溶液的依数性。 4． *理想溶液和稀溶液的微观说明 5． 非理想溶液
非理想溶液的化学势—活度、*活度的测定、*渗透系数、*超额函数。 6． *杜亥姆—马居耳公式。
7． 分配定律—溶质在互不相溶的两相中的分配。 学时：8 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.理想溶液和理想气体的模型有何不同？
2.各组分化学势的表示式如何？其物理意义是什么? 第五章：相平衡 教学目的和要求：
1． 明确相、组分数，自由度和相律的意义。 2． 明确物系点与相点及其关系。 3． 能用化学势讨论相平衡问题。
4． 能看懂不太复杂的相图并能用相律进行分析。
5． 了解相图的绘制及应用，能解决提纯和萃取的一些实际问题。 主要内容：
1． 多组分体系平衡的一般条件。 2． 基本概念
相、组分、自由度、相律及其推导。 3． 单组分体系
水的相图、*硫的相图、*超临界态萃取的应用简介。 4． 二组分气—液体系的相图及其应用—蒸馏原理
理想的完全互溶双液系，杠杆规则，非理想的完全互溶双液系，部分互溶双液系，不互溶双液系—水蒸气蒸馏原理。 5． 二组分固—液体系的相图及其应用
热分析法和溶解度法绘制具有低共熔点的相图。
形成化合物，完全互熔的固熔体，部分互熔的固熔体，*重结晶、*区域熔炼。 6． *三组分体系的相图及其应用
等边三角形坐标，部分互溶的三液体体系，二盐—水体系，盐类的提纯、萃取过程及应用实例。 学时：8 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.相律的关系式如何？n的意义如何？ 2.如何用相律分析相图？ 第六章：化学平衡 教学目的和要求： *1． 能用化学势导出平衡常数的热力学表达式。 2． 能用化学反应等温方程判断化学反应的方向。 3． 能用标准生成吉布斯自由能求算平衡常数。
4． 掌握各种因素（温度、压力、惰性气体）对平衡的影响。 5． 了解非电解质溶液反应的ΔG 的意义及其计算。 6． 了解统计热力学中学到的方法计算简单的平衡常数。 主要内容：
1． 化学反应的平衡条件和化学反应的亲和势。 2． 化学反应的平衡常数和化学反应的等温方程式。
气相反应的平衡常数—化学反应的等温方程式，溶液中反应的平衡常数。 3．平衡常数及其应用
化学平衡常数的热力学表达式及与经验平衡常数的关系（包括气体、复相体系）
*平衡常数的测定及平衡转化率的计算。
4．平衡常数的计算
标准生成吉布斯自由能法。
*配分函数和自由能函数。
5．平衡常数与温度的关系。 6． 外界条件对平衡的影响
温度的影响、压力的影响、惰性气体的影响。 7． 同时平衡。 8． *反应的耦合。 9． 生物能力学简介。 学时：8 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.根据公式 △rGm°=-RT㏑Ka , △rGm°是否为平衡状态下吉布斯自由能的变化值？ 2.若选取不同的标准态，则µ0(T)值就不同,则△rGm°、Ka也不同，计算出来的△rGm值会改变吗? 第七章：电解质溶液 教学目的和要求：
1.掌握离子在溶液中的导电行为。
2.明确离子迁移数的意义及常用的测定方法。
3.了解迁移数与摩尔电导率，离子迁移率之间的关系。 4.弄清楚电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。 5.***了解强电解质溶液理论（主要是离子氛的概念）并会使用德拜—休克尔极限公式。
主要内容：
1.电解质溶液的导电
电导、电导率，摩尔电导率。 离子独立移动定律和离子电导。
*电导率的测定。
2.离子的电迁移和迁移数 离子的电迁移现象，离子迁移率和迁移数，离子迁移数的测定。 3.强电解质理论简介
电解质的平均活度和平均活度系数。 离子强度。
*德拜—休克尔理论及其发展。
学时：7 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.在电解质溶液中，电导率与摩尔电导率与溶液浓度关系有何不同？为什么？而混合溶液呢？
2.迁移数的定义如何？还可用哪些关系式表示？ 第八章：可逆电池的电动势及其应用 教学目的和要求：
1．掌握电极电势和电池电动势有关计算。
2．能根据电池写出电极、电池反应，并会计算与电池电动势有关的热力学量。 3．能根据简单的化学反应设计电池。
4．了解电动势产生的机理及电动势测定的一些应用。 主要内容：
1． 可逆电池和可逆电极
可逆电池的条件，可逆电极的类型，可逆电池的书写方法，可逆电动势的测定，可逆电池的热力学。
2． 电极电势和电池的电动势
电动势产生的机理，标准氢电极和标准电极电势。 3． 浓差电池和液体的接界电势的计算公式。 4． 电动势测定的应用
求难溶盐的活度积，测定离子平均活度系数r±，测定溶液pH值。
*电动势—pH值图及其应用，离子选择性电极，*生物电化学，*化学电池的应用。
学时：11 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.研究可逆电池的意义如何？
2.了解可逆电动势产生机理对电极电势的认识有何意义？
3.电化学与热力学联系的主要桥梁是什么？如何用电动式法测定热力学数据？ 第九章：电解及极化作用 教学目的和要求：
1．明确极化产生的原因，了解超电势在电解中的作用 2．能计算一些简单的电解分离问题 3．了解金属腐蚀的原因及防腐的方法 主要内容：
1．分解电压与极化作用 2．电解时电极上的反应
金属的析出与氢的超电势，塔菲尔公式，氢析出的反应机理，溶液中金属离子的分离 3．金属电化学腐蚀与防腐 电化学腐蚀，防腐，钝化 *化学电池 学时：6 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.什么是超电势？它是怎样产生的？如何对待该问题？ 2.金属防腐有哪些方法？这些防腐方法的原理有何不同？ 第十章：化学动力学
（一） 教学目的和要求：
1.掌握反应速率的表示法，了解基元反应、反应级数和反应分子数等的概念。
2.了解简单级数反应的速率公式的特点，能够从实验数据求反应级数和反应速率常数。 3.明确活化能的概念、求法以及它对反应速率的影响。
4.了解几种复杂反应的动力学公式，对其中比较简单的反应能根据稳态近似法和平衡假设法导出反应速率方程。
5.了解由动力学方法讨论反应历程的方法。 主要内容：
1.化学动力学的任务和目的。 2.基本概念
反应速率的表示方法，基元反应，反应分子数，反应级数。 3.反应速率和浓度的关系
质量作用定律，速率常数，具有简单级数（一级、二级、三级、零级）的反应及其特点。 反应级数和反应速率常数的测定。 4.复杂反应
对峙反应、平行反应、连续反应、链反应（包括稳态近似法和平衡态假设法）。 5.反应速率与温度的关系
阿累尼乌斯经验式，阿氏活化能的概念，活化能的求算与估算。 活化能对反应速率影响。 6.拟定反应历程的方法简介。 学时：12 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1． 化学动力学的研究意义如何？化学动力学和化学热力学的研究内容、方法有何不同？
2． 反应速率是如何定义的？不同速率常数间的关系如何？受温度的影响如何？ 第十一章：化学动力学
（二）* 教学目的和要求：
1．了解碰撞理论、过渡态理论和单分子反应理论的基本内容。
2．明确表观活化能、阈能、势垒能、活化焓变的物理意义及相互关系 3．
4．了解溶液中的反应溶剂对反应的影响
5．了解快速反应常用的测试方法及弛豫时间 *6．了解光化学反应的特点及量子产率的计算
7．了解催化反应的特点和常见的催化反应类型。 主要内容： 1.碰撞理论
刚球碰撞模型，碰撞频率，碰撞参数，碰撞截面，阈能εc，反应阈能与实验活化能的关系
由碰撞理论计算反应速率的基本关系式，概率因子。 2.过渡态理论
势能面，由过渡态理论计算反应速率，阿氏活化能Ea及Ec、Eb、Eo、ΔSm的物理意义，它们之间的相互关系。 3.*单分子反应理论
林德曼单分子反应的碰撞理论，RRKM理论。 4.*分子反应动态学简介
研究分子反应的实验方法，分子碰撞与态—态反应。 5.溶液中进行的反应
溶剂对反应速率的影响，原盐效应，扩散控制反应*。 6.快速反应的测试
弛豫法，闪光光解。 7.光化学反应
光化学定律，量子效率，光化学平衡和温度对光化学反应的影响。 8.催化反应动力学
催化剂与催化作用，均相酸碱催化，络合催化，酶催化反应，自催化反应和化学振荡,药代动力学简介*。 学时：4 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑、自学。 思考题：
1． 碰撞理论和过渡态理论对化学动力学发展的意义如何?有哪些方面需要进一步研究？
2． 各类反应的特征如何? 第十二章：界面现象 教学目的和要求：
1．掌握界面现象中的基本概念如：界面自由能，接触角、润湿、铺展、吸附、表面活性等。 2．掌握兰缪尔单分子层吸附理论。了解BET多分子层吸附理论，能根据吸附公式计算固体表面积。
3．掌握吉布斯吸附公式的应用及了解其推导过程。
4．能用界面现象的一些知识解释日常生活中碰到的界面现象。 5．了解多相催化动力学的基本特点。 6．了解表面活性剂的一些重要作用。 主要内容： 1．基本概念
分散度和表面积，界面张力和界面吉布斯自由能。 2．气—液界面
*
*
*
**
≠r
Hm、Δ
θ≠r弯曲表面下的附加压力—Young—Laplace公式。 弯曲表面上的蒸汽压力—Kelvin公式。 3．*液—液界面
溶液的表面张力与浓度的关系，吉布斯吸附公式，吸附层的结构，不溶性表面膜。 4．*固—液界面
液体的铺展，接触角与润湿作用，固体在溶液中的吸附。 5．气—固界面
*吸附作用的类型及吸附等温线，兰缪尔单分子层吸附理论，BET多分子层吸附理论要点，固体表面积测定，吸附现象的本质—化学吸附与物理吸附，化学吸附热，*吸附和解吸速率方程，气—固表面催化反应。 6．表面活性剂
定义，种类和结构，亲水性和憎水性的估计，表面活性剂的几种重要作用。 学时：8 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1.表面张力的物理意义如何？研究的重要性？ 2.吸附的特征？如何理解催化反应动力学的机理？ 第十三章：胶体分散体系和大分子溶液 教学目的和要求：
1 了解胶体分散体系的基本特征，在动力学、光学、电学等方面的基本特点。 2 了解溶胶在稳定性方面的特点及聚沉作用。 3 了解乳状液的种类及乳化剂的作用。
4 了解大分子的分子量，分子量分布及分子量测定方法。 主要内容：
1 胶体分散体系概述
胶体的分类，基本特征，溶胶的制备和净化。 2 *溶胶的动力学性质
布朗运动，扩散和渗透压，沉降和沉降平衡。
3 溶胶的光学性质
丁铎尔现象和雷利公式。 4 溶胶的电学性质
电泳和电渗现象，流动电势和沉降电势，双电层和电动电势。 5 溶胶的稳定性和聚沉作用
溶胶的稳定性，聚沉作用，影响聚沉作用的一些因素，*胶体稳定性的DLVO理论简介。 6 7 8 9 *乳状液
定义及种类，乳化剂的作用，乳状液的转化和破坏。 大分子概说。
大分子的相对分子质量。
聚合物的平均相对分子质量，分子量的测定和分布。 唐南平衡。 ***学时：7 主要教学环节的组织：课堂讲授、习题、讨论、答疑。 思考题：
1．胶体的基本特性如何？它表现出哪些性质？
