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《物理化学》教学大纲
发布日期:2018-06-27  浏览次数:142

课程编号:1517P1004               课程类型:专业选修课

课程名称:物理化学                英文名称:Physical Chemistry

    分:2                       适用专业:环境工程

一、课程的性质、目的和任务

物理化学是环境专业的一门基础理论课,即四大化学基础课程之一的理论课。本课程的目的是在已学过部分先行课的基础上,运用物理和数学的有关理论和方法进一步研究物质化学运动形式的普遍规律。

二、课程教学目标

课程教学目标体现为专业知识、专业技能和专业素质三方面的目标。

1.专业知识目标

1.1了解本课程的研究对象、性质和任务,物理化学的研究方法和主要内容,化学反应的基本规律;

1.2熟悉电化学及电解质溶液的基本知识;表面化学和胶体化学基本知识;

1.3掌握物理化学的基本概念,基本理论和基本方法。

2.专业技能目标

2.1对化学反应的本质有比较理性化的认识;

2.2并初步具有分析和解决一些实际问题的能力,对其后继课程的学习及科研工作的进行也有一定指导性作用;

2.3学会查阅热力学参数,进行化学反应热及平衡常数的计算。

3.专业素质目标

3.1了解现代化学的新发展和新特点,熟悉本专业技术前沿的相关动态,具有良好的解决问题的基本实践能力;

3.2培养独立思考、归纳总结以及利用参考文献等方面的能力。

三、本课程支持人才培养方案中知识能力实现矩阵指标点

1. 支持知识能力实现矩阵熟练掌握污染治理微生物知识、生态知识、化学知识、测量知识。本课程的具体指标为:课程教学目标1.1~1.5

2. 支持知识能力实现矩阵掌握物理学、化学、生态学等基本原理与实验方法,培养科学的思维方法。本课程的具体指标为:课程教学目标2.1~2.33.1

3. 支持知识能力实现矩阵保持和增强职业素养,具备不断反省、学习、积累知识和提高技能的意识和能力。本课程的具体指标为:课程教学目标3.2

四、本课程与相关课程的联系

物理化学课程是环境工程专业的专业选修课程,是运用物理、数学等学科的基本理论、基本运算方法,对物质的组成、结构、性质及其变化规律进行研究的学科。它是无机化学、有机化学、分析化学等后续课程的重要保障,同时,也为环境工程专业的专业课程的学习准备了必需的化学基础知识。

五、课程教学内容安排

本课程共32学时(其中理论教学32学时,实践环节0学时)。

理论教学内容安排如下:

序号

教学单元

教学内容及要求

教学环节设计

学时分配

支持教学目标

1

绪论与气体性质

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,理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象;

4)掌握饱和蒸气压概念;

5)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。

1) 讲授式,多媒体、板书相结合;

2) 启发式,设立气体性质的若干问题,启发学生思考解决问题;

3) 利用网络文献拓展学生知识面,完成课堂与课外作业布置。

3

1.1

1.3

2.1

3.1

2

热力学第一定律

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。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;

3)掌握热力学第一定律在纯P V T 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。

1) 回顾互动式,结合化学反应热效应等相关内容以提问互动形式教学;

2) 讲授式,多媒体、板书相结合;

3) 讨论式,重点探讨热力学第一定律的应用特点。

4

1.1

1.3

2.1

2.3

3.1

3

热力学第二定律

1)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;

2)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;

3)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;

4)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;

5)理解推导热力学公式的演绎方法。理解克拉佩龙方程、克劳修斯――克拉佩龙方程,掌握其计算。

1) 课前预习式,提前预习热力学第二定律的相关知识点,以课堂讲授教学、提问和课后讨论相结合形式进行;

2) 讲授式,多媒体、板书相结合。

4

1.1

1.3

2.1

2.3

3.1

4

多组分系统热力学

1)了解混合物与溶液的区别,会各种组成表示之间的换算。理解拉乌尔定律、享利定律,掌握其有关计算;

2)了解稀溶液的依数性,并理解其应用。理解偏摩尔量及化学势的概念。了解化学势判据的使用。理解理想液态混合物的定义,理解混合性质;

3)了解理想气体、真实气体、理想液态混合物、理想稀溶液中各组分化学势的表达式。理解逸度的定义,了解逸度的计算。理解活度及活度系数的概念;

4)了解真实理想液态混合物、真实溶液中各组分化学势的表达式。

1) 回顾互动式,结合多组分系统热力学相关内容以提问互动形式教学;

2) 启发式,设立有多组分系统热力学的若干问题,启发学生思考解决问题。

3

1.1

1.3

2.1

2.3

3.1

5

化学平衡

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。掌握标准平衡常数的定义;2)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;

3)了解真实气体化学平衡及溶液中的化学平衡。建议开设2学时液体饱和蒸汽压的测定实验。

1) 多媒体动画教学,将不易理解的化学平衡变成形象的、便于接受的知识;

2) 回顾互动式,结合元素周期律相关内容以提问互动形式教学。

3

1.1

1.3

2.1

2.3

3.1

6

相平衡

1)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;

2)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。

1) 课前预习式,提前预习相平衡相关知识点,课堂上以互动教学为主;

2) 讲授式,多媒体、板书相结合;

3) 讨论式,讲授相关水处理知识点,学生讨论分析,得出相平衡在生产实际中的应用。

3

1.1

1.3

2.1

2.3

3.1

7

电化学

1)了解表征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,迁移数);2)理解离子平均活度及平均活度系数定义并掌握其计算。了解离子强度的定义。了解德拜-休格尔极限公式计算离子平均活度系数的方法;

2)理解可逆电池的概念,理解能斯特方程的推导掌握其应用。掌握电池电动势与热力学函数的关系及其计算;

3)掌握常用电极符号、电极反应及其电极电势的计算,掌握电池电动势的计算及其应用。理解原电池的设计原理;

4)了解极化作用和超电势的概念。建议开设2学时的电导率测定实验;

6) 熟悉几种主要的环境污染和环境污染的危害性,掌握环境污染的防治。

1) 讨论式,讲授电化学的基本概念,学生分析讨论电化学与生活实际的关系。

3

1.1

1.2

1.3

2.1

3.1

8

化学动力学基础

1)理解化学反应速率、基元反应及反应分子数的概念。理解反应速率常数以及反应级数的概念。掌握通过实验确立速率方程的方法;

2)掌握一级、二级反应的速率方程及其应用。了解典型复杂反应的特征。了解处理对行反应、平行反应和连串反应的动力学方法;

3)理解定态近似法、平衡态近似法及速率决定步骤等处理复杂反应的近似方法。理解阿累尼乌斯方程的意义,并掌握其应用。理解活化能及指前因子的意义;

4)了解基元反应速率理论的基本思想。理解气相双分子碰撞理论和过渡状态理论的基本公式及有关概念。了解链反应动力学的特点;

5)了解多相反应的基本步骤。了解催化作用、光化学反应及溶液中反应的特征。

1) 课前预习式,提前预习化学动力学相关知识点,课堂上以互动教学为主;

2) 讲授式,多媒体、板书相结合;

3) 讨论式,讲授相关化学动力学知识点,学生讨论分析。

3

1.1

1.2

1.3

2.1

2.2

2.3

3.1

9

界面现象

1)理解表面张力及表面吉布斯函数的概念。理解接触角、润湿、附加压力的概念及其与表面张力的关系;

2)理解拉普拉斯公式及开尔文公式的应用。理解亚稳状态与新相生成的关系。理解物理吸附与化学吸附的含义和区别;

3)了解兰格缪尔单分子层吸附理论,理解兰格缪尔吸附等温式。了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用与应用。了解吉布斯吸附公式的含义和应用。

1) 课前预习式,提前预习界面现象相关知识点,课堂上以互动教学为主;

2) 讲授式,多媒体、板书相结合;

3) 讨论式,讲授界面现象知识点。

3

1.1

1.2

1.3

2.1

2.2

2.3

3.1

10

胶体分散系统与大分子溶液

1)了解分散体系的分类及胶体的定义。理解溶胶的光学性质、动力性质和电学性质;

2)理解胶团的结构和胶体稳定性与聚沉作用。

1) 课前预习式,提前预习胶体分散系统相关知识点,课堂上以互动教学为主;

2) 讲授式,多媒体、板书相结合;

3) 讨论式,讲授大分子溶液知识点。

3

1.1

1.3

2.1

3.1

3.2

六、课程考核方式与成绩评定方法

课程成绩考核包括期末和平时考核两部分,其中,期末成绩70%、平时成绩30%。期末成绩考核采用闭卷考试的形式;平时成绩主要根据出勤率、课堂表现、作业、习题等部分综合评定。其中,课堂表现主要依据课堂问答情况、学生讲解和讨论环节的准备与参与情况、平时测验等综合评定成绩,作业主要依据作业完成质量、主题讨论参与完成情况、小论文等综合评定成绩,各项成绩平均计算出课堂表现和作业成绩。

七、参考教材与资料

1.《物理化学》第六版,天津大学物理化学教研室编,高等教育出版社,20138月。

2.《物理化学(5)》,南京大学化学化工学院编,高等教育出版社,201301月。

3.《基础物理化学》,清华大学出版社,201111月。

4.《物理化学核心教程第三版》,南京大学化学化工学院编,科学出版社,20098月。

                                                      执笔人:曹文平

                                                      审核人:曹文平

                                                      批准人:高明侠

                                                      制定(修订)日期:20168