物理化學(xué)（材料化學(xué)專業(yè)）

1、<p>　　物 理 化 學(xué)（材料化學(xué)專業(yè)）</p><p>　?。╬hysical chemistry）</p><p><b>　　目的和要求</b></p><p>　　物理化學(xué)是化學(xué)科學(xué)的理論基礎(chǔ)，是化學(xué)、化工、材料化學(xué)專業(yè)本科生的主干課程。物理化學(xué)課程在化學(xué)化工教學(xué)計(jì)劃的各自然科學(xué)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(xué)，應(yīng)使學(xué)生在系統(tǒng)地掌握物理化學(xué)基本知識的同時，進(jìn)一步提高自學(xué)能力和獨(dú)立工作的能力，并學(xué)會用辯證唯物主義的觀點(diǎn)和邏輯思維去認(rèn)識化學(xué)變化的本質(zhì)，學(xué)習(xí)前人提出問題和解決問題的思路和方法。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，理論聯(lián)系實(shí)際的優(yōu)良學(xué)風(fēng)和勇于創(chuàng)新的科學(xué)素質(zhì)。</p><p>　　本課程的教學(xué)內(nèi)容包括：化學(xué)熱力學(xué)及其在多組分系統(tǒng)中、相平衡和化學(xué)平衡中的應(yīng)用，化學(xué)動力學(xué)、統(tǒng)計(jì)勢力學(xué)初步、界面化學(xué)基礎(chǔ)、電化學(xué)、膠體化學(xué)等。

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

4、<p>　?。?）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)：具備一些基本的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)知識如玻爾茨曼統(tǒng)計(jì)、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(jì)算簡單氣相反應(yīng)平衡常數(shù)及理想氣體的熱力學(xué)函數(shù)。</p><p><b>　　基本內(nèi)容及學(xué)時分配</b></p><p>　　課內(nèi)學(xué)時 100 學(xué)分5′</p><p>　　一、氣體的PVT性質(zhì)（講授4學(xué)時）&

5、lt;/p><p>　　1．理想氣體狀態(tài)方程</p><p>　　2．實(shí)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(yīng)態(tài)原理與壓縮因子圖及其應(yīng)用</p><p>　　二、熱力學(xué)第一定律（講授8學(xué)時，習(xí)題課2學(xué)時）</p><p>　　1．熱力

6、學(xué)概論：熱力學(xué)內(nèi)容、方法、特點(diǎn)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(xué)平衡、狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)、廣度量與強(qiáng)度量。</p><p>　　3．熱力學(xué)第一定律：文字表述及數(shù)學(xué)式、內(nèi)容及焓、熱與功、功與可逆過程、功的計(jì)算。</p><p>　　4．熱容和熱：恒容熱容（Cv）和恒壓熱容（Cp）、Cp與Cv的關(guān)系、熱容與溫度關(guān)系、平均熱容、恒容熱和

7、恒壓熱、PVT變化過程熱的計(jì)算。</p><p>　　5．焓變計(jì)算：相變過程、化學(xué)反應(yīng)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(jì)算，節(jié)流膨脹。</p><p>　　7．穩(wěn)流過程：（穩(wěn)流）過程的特點(diǎn)、過程的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式、應(yīng)用。</p><p>　　三、熱力學(xué)第

8、二定律（講授10學(xué)時，討論2學(xué)時）</p><p><b>　　1．卡諾循環(huán)</b></p><p>　　2．熱力學(xué)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(xué)第二定律的熵表述：熵及熵增原理、熵變計(jì)算及熵判據(jù)、熵流和熵產(chǎn)生

9、、熵補(bǔ)償原理、熵與“無用能”。信息與熵、近平衡態(tài)熱力學(xué)。</p><p>　　5．熱力學(xué)第三定律：熵物理意義的統(tǒng)計(jì)解釋、玻爾茨曼關(guān)系式、規(guī)定熵和標(biāo)準(zhǔn)熵。</p><p>　　6．自由能及熱力學(xué)基本方程：熱力學(xué)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(xué)基本方程。</p><p>　　7．△A、△G的計(jì)算及其應(yīng)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(xué)（講授8學(xué)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(xué)勢定義及應(yīng)用。</p><p>　　4．氣體熱力學(xué)：理想氣體化學(xué)勢、理想氣體混含過程的熱力學(xué)性質(zhì)、實(shí)際氣體的逸度、逸度系數(shù)及其求算、氣體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。</p><p>　　5．溶液熱力學(xué)：理想溶液、理想稀溶液中溶劑和溶質(zhì)的化學(xué)勢、分配定律和稀溶液的依數(shù)性質(zhì)、實(shí)際溶液的活度和活度系數(shù)、超額函數(shù)。</p><p>　　五

12、、化學(xué)平衡（講授6學(xué)時）</p><p>　　1．化學(xué)反應(yīng)的方向和限度：化學(xué)反應(yīng)的平衡穩(wěn)定條件、Le Chatelier原理、熱力學(xué)平衡常數(shù)。</p><p>　　2．等溫方程及其應(yīng)用：表達(dá)式、△rGm與△rG Om的物理意義、反應(yīng)方向和限度的判據(jù)。</p><p>　　3．標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯函數(shù)及平衡常數(shù)計(jì)算。</p><p>　　4．平衡常數(shù)

13、與溫度的關(guān)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(shí)際氣體反應(yīng)的化學(xué)平衡。</p><p>　　7．混合物及溶液中的化學(xué)平衡：常壓下混合物和溶液中反應(yīng)的化學(xué)平衡、高壓下混合物和溶液中反應(yīng)的化學(xué)平衡。</p><p>　　六、相平衡（講授10

14、學(xué)時 習(xí)題課2學(xué)時）</p><p>　　1．相律：組分?jǐn)?shù)、自由度、相律的推導(dǎo)及應(yīng)用。</p><p>　　2．單組分系統(tǒng)相圖及應(yīng)用：水的相圖分析、超流體及其應(yīng)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(shí)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(yīng)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(diǎn)、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(yīng)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(yīng)用舉例。</p><p>　　七、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)初步（講授10學(xué)時）</p>

17、;<p>　　1．統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的基本內(nèi)容、系統(tǒng)及分類。</p><p>　　2．粒子運(yùn)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(jì)熱力學(xué)的基本假設(shè)：等幾率原理、統(tǒng)計(jì)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(dǎo)。</p><p>　　6．粒子配分函數(shù)及其計(jì)算：配分函數(shù)的表示式、配分函數(shù)的析因子性質(zhì)、零點(diǎn)能標(biāo)度及其對配分函數(shù)影響、平動、轉(zhuǎn)動、振動配分函數(shù)計(jì)算、分子配分函數(shù)計(jì)算。</p><p>　　7．配分函數(shù)與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系：熵、內(nèi)能與配分函數(shù)的關(guān)系、熱容與配分函數(shù)的關(guān)系、焓、自由能、壓力與配分函數(shù)的關(guān)系。&

19、lt;/p><p>　　8．利用配分函數(shù)計(jì)算熱力學(xué)函數(shù)。</p><p>　　9．理想氣體反應(yīng)的平衡常數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的統(tǒng)計(jì)力學(xué)表達(dá)式及其計(jì)算，自由能函數(shù)求算平衡常數(shù)。</p><p>　　八、電化學(xué)（講授12學(xué)時 課堂討論2學(xué)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(dǎo)、摩爾電導(dǎo)及測定、離子獨(dú)立運(yùn)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(xué)熱力學(xué)：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(yīng)熵變及焓變的關(guān)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(yīng)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(jī)理。&l

21、t;/p><p>　　4．應(yīng)用電化學(xué)簡介：化學(xué)電源（電池設(shè)計(jì)與材料選擇、電解質(zhì)溶液）、金屬的電化學(xué)腐蝕和防腐蝕、電化學(xué)合成等。</p><p>　　九、表面現(xiàn)象（講授8學(xué)時）</p><p>　　1．表面熱力學(xué)：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(gòu)。</p><p>　　2．表面

22、活性劑：定義、分類和結(jié)構(gòu)特征、作用及應(yīng)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(xué)動力學(xué)（講授10學(xué)時，習(xí)題課2學(xué)時）</p><p>　　1．反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系：反應(yīng)速率的定義及實(shí)驗(yàn)測定、反應(yīng)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(yīng)速率與溫度的關(guān)系：Arrhenius 公式、活化能的物理意義及測定、Arrhenius 公式的應(yīng)用與討論、表觀活化能與基元反應(yīng)活化能。</p><p>　　3．復(fù)合反應(yīng)的速率與機(jī)理：對峙反應(yīng)、平行反應(yīng)、連串反應(yīng)、馳豫反應(yīng)、閃光光解技術(shù)、擬定反應(yīng)機(jī)理的要點(diǎn)、穩(wěn)態(tài)近似與平衡態(tài)假設(shè)，直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)。</p>&l

24、t;p>　　4．反應(yīng)速率理論：簡單碰撞理論要點(diǎn)、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(yīng)途徑、活化絡(luò)合物與艾林方程、艾林方程的熱力學(xué)表達(dá)式、活化熵，單分子反應(yīng)速率理論。</p><p>　　十一、各種特殊反應(yīng)的動力學(xué)（講授6學(xué)時）</p><p>　　1．溶液反應(yīng)動力學(xué)：籠效應(yīng)、溶劑效應(yīng)、擴(kuò)散控制反應(yīng)動力學(xué)。</p><p>　　

25、2．光化學(xué)反應(yīng)：光化學(xué)定律和量子效率、光敏與猝滅、光化反應(yīng)速率方程與反應(yīng)歷程、激光化學(xué)。</p><p>　　3．催化作用基礎(chǔ)：催化作用的通性、均相催化（氣相催化、酸堿催化與酶催化、絡(luò)合催化）、多相催化（催化劑、催化反應(yīng)速率方程）、表面單分子反應(yīng)、表面雙分子反應(yīng)（Langmuir-Hinshe wood機(jī)理和Rideal機(jī)理）</p><p>　　十二、膠體化學(xué)（講授6學(xué)時，錄相教學(xué)2學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)物理化學(xué)教研室編，《物理化學(xué)》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(xué)》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(xué)》上、下冊，廈門大學(xué)出版社，1996</p><p>　　傅獻(xiàn)彩等編，《物理化學(xué)》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(xué)簡明教材》，修訂本，高等教育出