生物化工与环境工程化学专业

《物理化学》课程教学大纲

一、课程简介

（一）课程基本信息

课程名称	物理化学
课程类别	学科专业课程
课程代码	107021014S，107021015S
修读形式	必修
学分	5
学时	80
开设学期	4，5
先修课程	普通物理，高等数学，无机及分析化学

（二）课程对毕业要求指标点的支撑度

指标点序号	2.2	4.1	4.2
支撑度	L	H	M

注：H、M、L分别代表高、中、低支撑度。

（三）课程目标

1.运用物理和数学有关理论和方法进一步研究化学运动的普遍规律。

2.系统地掌握物理化学的基本原理、基本概念和计算方法，加强对自然现象本质的认识。

3.运用物理化学的原理和方法分析解决实际问题。

4.培养学生的理论思维能力，为将来进行教学和科学研究打下扎实的理论基础。

5.通过马克思辩证唯物主义教育内容的有机融入，培养学生用马克思辩证唯物主义世界观分析问题，用科学发展观解决问题，培养学生的爱国主义情怀，从而促进思想道德和课程教学质量的全面提升。

（四）课程教学内容学时分配表

序号	教学内容	理论学时	实践学时	总学时
1	绪论	1	0	1
2	第二章热力学第一定律	9	0	9
3	第三章热力学第二定律	9	0	9
4	第四章多组分系统热力学及其在溶液中的应用	8	0	8
5	第五章相平衡	9	0	9
6	第六章化学平衡	5	0	5
7	第八章电解质溶液	6	0	6
8	第九章可逆电池的电动势及其应用	6	0	6
9	第十章电解与极化作用	4	0	4
10	第十一章化学动力学基础（一）	6	0	6
11	第十二章化学动力学基础（二）	4	0	4
12	第十三章表面物理化学	7	0	7
13	第十四章胶体分散系统和大分子溶液	6	0	6
总和		80	0	80

 

绪论（支撑课程目标1、2、3、4、5）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要了解物理化学的内容和任务、形成、发展和前景、研究方法，物理化学与教学、生产和科学研究的关系。怎样学习物理化学，培养学生用马克思辩证唯物主义世界观分析问题，培养学生的爱国主义情怀。

【教学重点与难点】

1.教学重点：物理化学的学习方法，物理化学的研究方法。

2.教学难点：物理化学的学习方法。

【教学方法】

讲授法

【教学内容】

物理化学的内容、特点及学习方法，物理化学的发展趋势及物理化学在国民经济中的作用。

 

第二章 热力学第一定律（支撑课程目标1、2、3、4、5）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要明确系统与环境、过程与途径、功与热、状态函数、热力学平衡态、内能、焓、可逆过程与最大功等热力学的基本概念，明确第一定律的文字数学表达式和物理意义，根据第一定律和状态函数的特性计算理想气体在各种过程中的W、Q、ΔU和ΔH；各种热效应的定义，并能利用它计算反应热；常温和高温反应焓变的计算方法。

【教学重点与难点】

1.教学重点：热力学第一定律，焓，理想气体在各种过程中的W、Q、ΔU和ΔH的计算，反应热效应的计算。

2.教学难点：热力学能，焓，基尔霍夫公式。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 热力学概论

第二节 热平衡和热力学第零定律—温度的概念

第三节 热力学的一些基本概念

第四节 热力学第一定律

第五节 准静态过程与可逆过程

第六节 焓

第七节 热容

第八节 热力学第一定律对理想气体的应用

第九节 Carnot循环

第十节 Joule-Thomson效应—实际气体的△U和△H

第十一节 热化学

第十二节 Hess定律

第十三节 几种热效应

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题2,8,10,14,17,22,28。

2.采用思维导图总结章节内容。

【实践环节】

调研文献，自学2.16,2.17,2.18相关内容。

 

第三章 热力学第二定律（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要理解自发过程、卡诺循环、卡诺定理；掌握热力学第二定律的文字表述和数学表达式，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；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；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；掌握主要热力学公式的推导和适用条件；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；理解克拉贝龙方程、克劳修斯-克拉贝龙方程，掌握其计算。

【教学重点与难点】

1.教学重点：热力学第二定律，熵、熵增原理，亥姆霍兹函数和吉布斯函数，热力学基本关系式，热力学第三定律，化学变化中热力学函数变化的计算，过程的方向和限度，克拉贝龙-克劳修斯方程的推导和应用。

2.教学难点：熵、熵增原理，亥姆霍兹函数和吉布斯函数，热力学基本关系式。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 自发变化的共同特征—不可逆性

第二节 热力学第二定律

第三节 Carnot定理

第四节 熵的概念

第五节 Clausius不等式与熵增加原理

第六节 热力学基本方程与T-S图

第七节 熵变的计算

第十节 Helmholtz和Gibbs自由能

第十一节 变化的方向与平衡条件

第十二节 △G的计算示例

第十三节 几个热力学函数间的关系

第十四节 热力学第三定律与规定熵

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题1,5,10,13,14,17,18,26,27。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

查阅文献，自学3.8，3.15，3.16，3.17相关内容。

 

第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要理解偏摩尔量的定义与物理意义，加和公式及吉布斯-杜亥姆方程，化学势的定义，用化学势表达的适用于相变化和化学变化的平衡判据，逸度的概念，逸度参考状态的含义，用逸度表示混合物中组分的化学势，理想混合物和理想稀溶液的概念，活度的概念，选择活度的参考状态，用活度表示液态（固态）混合物中的组分的以及溶液中溶剂和溶质的化学势，用混合物或溶液的蒸气压数据求组分的活度因子，拉乌尔定律和亨利定律及它们的应用，稀溶液的依数性。

【教学重点与难点】

1.教学重点：偏摩尔量，偏摩尔量加和公式，化学势，平衡判据，拉乌尔定律和亨利定律，逸度，活度。

2.教学难点：偏摩尔量，化学势，逸度，活度。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 引言

第二节 多组分系统的组成表示法

第三节 偏摩尔量

第四节 化学势

第五节 气体混合物中各组分的化学势

第六节 稀溶液中的两个经验定律

第七节 理想液态混合物

第八节 理想稀溶液中任一组分的化学势

第九节 稀溶液的依数性

第十一节 活度与活度因子

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题2,3,9,20,24。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

查阅文献，自学分配定律及其应用。

 

第五章 相平衡（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要理解相律的意义、推导，掌握其应用，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，掌握用杠杆规则进行分析与计算，了解由实验数据绘制简单相图的方法。

【教学重点与难点】

1.教学重点：相律，二组分系统的气-液平衡相图，二组分系统的液-固平衡相图，相平衡计算的原理。

2.教学难点：相律的推导，二组分凝聚系统的相图。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 引言

第二节 多相系统平衡的一般条件

第三节 相律

第四节 单组分系统的相平衡

第五节 二组分系统的相图及其应用

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题2,8,13,16,20,21,24,29,。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

查阅文献，自学三组分相图及其应用。

 

第六章 化学平衡（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要明确以逸度、分压、浓度、活度、摩尔分数表示的平衡常数的定义和特性，以及它们与标准平衡常数的关系，理解等温方程和范特霍夫方程的推导及应用。掌握用热力学数据计算平衡常数及平衡组成的方法。会用等温方程判断化学反应方向与限度。能用范特霍夫方程计算不同温度下的标准平衡常数。会分析温度、压力、组成等因素对平衡的影响。

【教学重点与难点】

1.教学重点：标准平衡常数的定义和特性，化学反应等温方程的推导，平衡计算，温度对平衡常数的影响。

2.教学难点：化学反应等温方程的推导，平衡计算。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 化学反应的平衡条件—反应进度和化学反应的亲和势

第二节 化学反应的平衡常数和等温方程式

第三节 平衡常数的表示式

第四节 复相化学平衡

第五节 标准摩尔生成吉布斯自由能

第六节 温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题2,3,5,9,12,15,19,23,25。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

调研文献，结合课本，自学同时化学平衡及生物能学。

 

第八章 电解质溶液（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要了解迁移数的意义及常用的测定迁移数的方法，明确电导率、摩尔电导率的意义及与浓度的关系，熟悉离子独立运动定律及电导测定的应用，了解迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系，弄清楚电解质的平均活度系数的意义及计算方法，了解强电解质溶液理论，并会使用德拜－休克尔极限公式。

【教学重点与难点】

1.教学重点：电迁移率、迁移数、电导率、摩尔电导率和离子摩尔电导率的定义及相互换算，电导率、摩尔电导率与浓度的关系，电导测定的应用，电解质平均活度的意义及计算方法，德拜-休格尔极限公式。

2.教学难点：电导率、摩尔电导率和离子摩尔电导率的定义及相互换算，电解质平均活度的定义及计算方法，德拜-休克尔极限公式。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 电化学中的基本概念和电解定律

第二节 离子的电迁移率和迁移数

第三节 电解质溶液的电导

第四节 电解质的平均活度和平均活度因子

第五节 强电解质溶液理论简介

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题2,3,5,9,12,15,19,23,25。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

调研文献，查阅电解质溶液的相关应用。

 

第九章 可逆电池的电动势及其应用（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要明确电动势与ΔrGｍ的关系，熟悉标准电极电势表的应用，对所给电池能熟练写出电极反应和电池反应并能计算电池电动势，能根据简单的化学反应来设计电池，明确温度对电动势的影响及ΔrHm和ΔrSm的计算，了解电动势产生的机理及电动势测定法的一些应用。

【教学重点与难点】

1.教学重点：电极电势，电池电动势，电动势与浓度的关系，明确温度对电动势的影响，电动势与ΔrGmΔrHm和ΔrSm的关系。

2.教学难点：电动势与浓度及热力学函数的关系。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 可逆电池和可逆电极

第二节 电动势的测定

第三节 可逆电池的书写方法及电动势的取号

第四节 可逆电池的热力学

第五节 电动势产生的机理

第六节 电极电势和电池的电动势

第七节 电动势测定的应用

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题2,3,5,9,12,15,19,23,25。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

调研文献，结合课本，自学内电位、外电位和电化学势。

 

第十章 电解与极化作用（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要了解分解电压的意义，了解产生极化作用的原因，了解超电势在电解中的作用，能计算一些简单的电解分离问题。

【教学重点与难点】

1.教学重点：分解电压，极化作用，氢超电势，电解时电极上的反应。

2.教学难点：极化作用。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 分解电压

第二节 极化作用

第三节 电解时电极上的竞争反应

第四节 金属的电化学腐蚀、防腐和金属的钝化

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题2,6,9,11,14,20。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

调研文献，查阅电池的应用。

 

第十一章 化学动力学基础（一）（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要明确化学反应速率的不同定义以及相互间的关系，掌握零级、一级、二级反应速率方程的特点以及它们的积分形式，了解一级对峙反应、一级连续反应和一级平行反应的速率方程的特点以及它们的积分形式，熟悉阿仑尼乌斯方程及其应用，学会利用积分法和微分法从实验数据获得动力学特征参数，会应用稳态近似、平衡假设等近似处理的方法。

【教学重点与难点】

1.教学重点：基元反应；非基元反应；化学反应的速率；分子数、反应级数、速率常数；零级、一级、二级反应速率方程；反应级数的测定法；一级对峙反应、一级连串反应和一级平行反应的速率方程；阿仑尼乌斯方程。

2.教学难点：反应级数的测定法，几种典型的复杂反应，拟定反应历程的一般方法。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 化学动力学的任务和目的

第二节 化学反应速率的表示法

第三节 化学反应的速率方程

第四节 具有简单级数的反应

第五节 几种典型的复杂反应

第七节 温度对反应速率的影响

第八节 关于反应活化能

第九节 链反应

第十节 拟定反应历程的一般方法

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题3,6,12,14,17,19,21,24,29。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

自学基元反应的微观可逆性原理。

 

第十二章 化学动力学基础（二）（支撑课程目标1、2、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要了解碰撞理论、过渡态理论，了解溶液中反应的特点，了解光化学反应的特点及量子产率的计算，了解催化反应的特点和常见的催化反应类型。

【教学重点与难点】

1.教学重点：碰撞理论、过渡态理论，单分子反应理论，光化学反应，催化作用。

2.教学难点：碰撞理论，过渡状态理论，在溶液中进行的反应，光化学反应。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 碰撞理论

第二节 过渡态理论

第三节 单分子反应理论

第五节 在溶液中进行的反应

第七节 光化学反应

第九节 催化反应动力学

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题1,5,13。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

自学12.4，12.6，12.8。

 

第十三章 表面物理化学（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要明确表面自由能、表面张力的概念以及吉布斯吸附公式的意义和计算，明确弯曲表面的附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，学会使用杨-拉普拉斯公式，了解表面曲率与蒸气压的关系，明确物理吸附和化学吸附以及兰缪尔吸附等温式，了解表面活性物质的基本性质与用途。

【教学重点与难点】

1.教学重点：表面吉布斯函数，表面张力，表面曲率与附加压力及蒸气压的关系，兰缪尔吸附等温式，吉布斯公式。

2.教学难点：表面吉布斯函数与表面张力，兰缪尔吸附等温式，吉布斯公式。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 表面张力及表面Gibbs自由能

第二节 弯曲表面上的附加压力和蒸气压

第三节 溶液的表面吸附

第四节 液-液表面的性质

第五节 膜

第六节 液-固界面—润湿作用

第七节 表面活性剂及其作用

第八节 固体表面的吸附

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题1,2,5,11,17,24。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

查阅文献，进一步了解表面活性物质的基本性质与用途，自学气-固表面催化反应。

 

第十四章 胶体分散系统和大分子溶液（支撑课程目标1、2、3、4）

【教学目标和要求】

通过本章的学习，学生主要了解胶体分散体系的基本特征，了解溶胶的动力性质，光学性质与电学性质以及胶团的结构，了解溶胶在稳定性方面的特点及电解质对溶胶稳定性的影响，会判断电解质聚沉能力的大小，了解乳状液的种类及乳化剂的作用，了解大分子溶液与溶胶的异同点，唐南平衡。

【教学重点与难点】

1.教学重点：溶胶的动力性质，光学性质与电学性质以及胶团的结构，胶体的稳定性与聚沉作用，大分子溶液与溶胶的异同点，唐南平衡。

2.教学难点：溶胶的电学性质，胶体的稳定性与聚沉作用。

【教学方法】

讲授法、讨论法及交流互动法

【教学内容】

第一节 胶体和胶体的基本特征

第二节 溶胶的制备和净化

第三节 溶胶的动力性质

第四节 溶胶的光学性质

第五节 溶胶的电学性质

第六节 双电层理论和ξ电势

第七节 溶胶的稳定性和聚沉作用

第十节 大分子溶液

第十一节 Donann平衡和聚电解质溶液的渗透压

【课外习题及课程讨论题】

1.课后习题1,3,6,13,16,26。

2.采用思维导图对本章进行总结。

【实践环节】

查阅文献，自学14.8，14.9，14.12，14.13。

 

二、课程目标对毕业要求指标点的支撑关系

毕业要求	毕业要求指标点	课程目标
2. 职业素养	2.2能够基于化学相关背景知识进行合理分析，评价化学行业专业实践问题实施方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响；能够理解自身在从事化学行业专业相关工作中所应承担的责任，并切实履行责任。	课程目标2 课程目标3
4. 专业素养	4.1系统掌握化学基础知识、基本理论和基本技能，具备完整的知识结构和能力结构。了解化学的知识体系、学科前沿、发展趋势和应用前景。	课程目标1 课程目标4
	4.2能够掌握扎实的化学基本实验技能，能够正确收集、处理实验数据，能够根据数据对实验结果进行科学分析和合理解释，并结合同类研究得到有效结论。具有基础实验操作、初步设计实验、结果分析与推理的能力。	课程目标1 课程目标3

 

三、课程目标与教学内容、教学方法的对应关系

教学内容	课程目标	教学方法
绪论、第一章 气体	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第二章 热力学第一定律	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第三章 热力第二定律	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第五章 相平衡	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第六章 化学平衡	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第八章 电解质溶液	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第九章 可逆电池的电动势及其应用	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第十章 电解与极化作用	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第十一章 化学动力学基础（一）	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第十二章 化学动力学基础（二）	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第十三章 表面物理化学	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法
第十四章 胶体分散系统 和大分子溶液	课程目标1，2，3，4 （对应毕业要求指标点2.2、4.1、4.2）	讲授法、讨论法及交流互动法

 

四、课程目标与考核方式的对应关系

课程目标	考核内容	考核方式
1.运用物理和数学有关理论和方法进一步研究化学运动的普遍规律。	热力学、动力学、相平衡、化学平衡、 电化学、表面物理化学及胶体分散系统 和大分子溶液	过程性作业 期末考试
2.系统地掌握物理化学的基本原理、基本概念和计算方法，加强对自然现象本质的认识。	热力学、动力学、相平衡、化学平衡、 电化学、表面物理化学及胶体分散系统 和大分子溶液	过程性作业 期末考试
3.运用物理化学的原理和方法分析解决实际问题。	热力学、动力学、相平衡、化学平衡、 电化学、表面物理化学及胶体分散系统 和大分子溶液	过程性作业 期末考试
4.培养学生的理论思维能力，为将来进行教学和科学研究打下扎实的理论基础。	热力学、动力学、相平衡、化学平衡、 电化学、表面物理化学及胶体分散系统 和大分子溶液	过程性作业 期末考试

 

五、学习评价与考核细则

 

六、教材与学习资源

（一）教材

傅献彩、沈文霞、姚天扬、侯文华：《物理化学》上下册，高等教育出版社，第五版。

（二）学习资源

1.印永嘉、奚正楷、张树永：《物理化学简明教程》，高等教育出版社，第四版。

2.孙德坤、沈文霞、姚天扬、侯文华：《物理化学学习指导》，高等教育出版社，第一版。

3.物理化学视频教程：http://v.dxsbb.com/ligong/836/player-0-0.html。

 

教学大纲制定人：董凌云、徐娇

教学大纲审定人：葛旭升、蔺志平