焊接技术与工程专业教学大纲《物理化学》教学大纲物理化学课程中文名称：课程英文名称：Physical Chemistry课程编号：151012总学时（实验学时）/学分：56（4）/3.5必修课程类别：数学与自然科学课程性质适用专业：焊接技术与工程先修课程：大学化学、高等数学后续课程：材料科学基础、金属材料热处理审批人：#年杨恩平审定人：朱艳课程负责人：一、课程目标《物理化学》是材料工程专业学生必修的一门专业基础课程。课程主要内容包括化学反应热力学、化学反应动力学及界面化学等的基本概念、方法和原理。通过本课程的学习，使学生掌握物理化学的基本理论和知识，得到物理化学的一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养，为后续专业课程的学习和科技实践工作提供必须的物理化学基础知识。1.掌握化学热力学、化学动力学和界面化学的基本概念、原理，能够将相关知识与数学模型相结合用于推演、分析焊接工程问题，引导学生感知求真求实的科学精神和追求理想的科学品质。2.运用物理和数学的有关理论和方法研究物质化学运动形式的普遍规律，研究化学体系行为最一般的宏观、微观规律与理论，能定量的描述和处理化学运动的规律和问题，培养学生严谨治学的科学态度。3.运用物理化学理论方法解决生产实际和科学实验向化学提出的理论问题，培养学生运用联系和发展的观点分析解决问题的能力。二、课程目标对毕业要求的支撑课程目标毕业毕业要求指标点要求2451.2能够运用工程基础知识和数学模型方法分析具体的工程对象，建立数学模型并求解2.1能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、判断复杂焊M2接工程问题的关键环节4.3能够根据实验方案构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集实验L数据注：H、M、L分别表示教学目标对毕业要求的贡献度为强、中、弱。三、教学内容和学时分配9
焊接技术与工程专业教学大纲 9 《物理化学》教学大纲 课程中文名称: 物理化学 课程英文名称: Physical Chemistry 课程编号: 151012 总学时（实验学时）/学分: 56（4）/3.5 课程类别: 数学与自然科学 课程性质: 必修 适用专业: 焊接技术与工程 先修课程: 大学化学、高等数学 后续课程: 材料科学基础、金属材料热处理 课程负责人: 审定人： 审批人： 一、课程目标 《物理化学》是材料工程专业学生必修的一门专业基础课程。课程主要内容包括化学反应热力 学、化学反应动力学及界面化学等的基本概念、方法和原理。通过本课程的学习，使学生掌握物理 化学的基本理论和知识，得到物理化学的一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养，为后续专业 课程的学习和科技实践工作提供必须的物理化学基础知识。 1. 掌握化学热力学、化学动力学和界面化学的基本概念、原理，能够将相关知识与数学模型相 结合用于推演、分析焊接工程问题，引导学生感知求真求实的科学精神和追求理想的科学品质。 2. 运用物理和数学的有关理论和方法研究物质化学运动形式的普遍规律，研究化学体系行为最 一般的宏观、微观规律与理论，能定量的描述和处理化学运动的规律和问题，培养学生严谨治学的 科学态度。 3. 运用物理化学理论方法解决生产实际和科学实验向化学提出的理论问题，培养学生运用联系 和发展的观点分析解决问题的能力。 二、课程目标对毕业要求的支撑 毕业 要求 毕业要求指标点 课程目标 1 2 3 4 5 1 1.2 能够运用工程基础知识和数学模型方法分析具体的工程对象，建立数 学模型并求解 H 2 2.1 能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、判断复杂焊 接工程问题的关键环节 M 4 4.3 能够根据实验方案构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集实验 数据 L 注：H、M、L 分别表示教学目标对毕业要求的贡献度为强、中、弱。 三、教学内容和学时分配
焊接技术与工程专业教学大纲教学单元C1：热力学第一定律（12学时）教学目标：掌握系统与环境、热和功等基本概念，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、△U和△H：各种热效应的定义，并能利用它计算反应热；常温和高温反应恰变的计算方法。教学内容：C1-1热力学概论及热力学基本概念C1-2体积功、可逆过程及热力学第一定律和热力学能C1-3等容热、等压热与焰C1-4热容及其应用C1-5热力学第一定律对气体的应用C1-6热力学第一定律对相变化和化学变化过程的应用重点：热力学基本概念以及热力学能、等容热、等压热、恰的定义：热力学第一定律数学表达式推导：等容热容、等压热容系统的热力学能变、恰变以及过程的热和体积功的计算；焦-汤系数含义：热力学第一定律在相变化的应用计算。难点：热力学基本概念的理解以及热力学第一定律的应用：等压热容与等容热容关系推导：气体节流膨胀应用：热力学第一定律在非平衡相变的应用：反应恰与温度的关系。教学单元C2：热力学第二定律（12学时）教学目标：理解自发过程，卡诺循环，卡诺定理，掌握热力学第二定律的科学表达，理解摘、亥姆霍兹函数、吉布斯函数定义。掌握熵增原理，判据，亥姆霍兹函数判据，吉布斯函数判据。掌握物质在pVT变化和相变化中熵、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，规定摘，标准摘。理解标准摩尔反应摘定义及计算。掌握热力学基本方程和热力学基本关系式：掌握化学势定义及判据。教学内容：C2-1宏观过程的方向、限度和热力学第二定律概述C2-2热力学第二定律数学表达式C2-3摘变的计算、热力学第三定律与规定C2-4亥姆霍兹函数和吉布斯函数C2-5热力学函数基本关系式C2-6化学势重点：热力学第二定律，焰、焰增原理，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。难点：熵、摘增原理，亥姆霍兹函数和吉布斯函数，热力学基本关系式。教学单元C3：化学平衡（6学时）教学目标：明确化学反应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；10
焊接技术与工程专业教学大纲 10 教学单元 C1：热力学第一定律（12 学时） 教学目标：掌握系统与环境、热和功等基本概念，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。 教学内容： C1-1 热力学概论及热力学基本概念 C1-2 体积功、可逆过程及热力学第一定律和热力学能 C1-3 等容热、等压热与焓 C1-4 热容及其应用 C1-5 热力学第一定律对气体的应用 C1-6 热力学第一定律对相变化和化学变化过程的应用 重点：热力学基本概念以及热力学能、等容热、等压热、焓的定义；热力学第一定律数学表达 式推导；等容热容、等压热容系统的热力学能变、焓变以及过程的热和体积功的计算；焦-汤系数含 义；热力学第一定律在相变化的应用计算。 难点：热力学基本概念的理解以及热力学第一定律的应用；等压热容与等容热容关系推导；气 体节流膨胀应用；热力学第一定律在非平衡相变的应用；反应焓与温度的关系。 教学单元 C2：热力学第二定律（12 学时） 教学目标：理解自发过程，卡诺循环，卡诺定理，掌握热力学第二定律的科学表达，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 变化和相变化中熵、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。掌握热力学基本方程和 热力学基本关系式；掌握化学势定义及判据。 教学内容： C2-1 宏观过程的方向、限度和热力学第二定律概述 C2-2 热力学第二定律数学表达式 C2-3 熵变的计算、热力学第三定律与规定熵 C2-4 亥姆霍兹函数和吉布斯函数 C2-5 热力学函数基本关系式 C2-6 化学势 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。 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。 教学单元 C3：化学平衡（6 学时） 教学目标：明确化学反应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；
焊接技术与工程专业教学大纲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，教学内容：C3-1化学反应方向判据及平衡条件、标准平衡常数C3-2化学反应等温方程、标准平衡常数的热力学计算C3-3范特霍夫等压方程、各种因素对化学平衡的影响重点：标准平衡常数的定义和特性；平衡计算；温度对平衡常数的影响。难点：化学反应等温方程的推导：平衡计算。教学单元C4：混合物和溶液（6学时）教学目标：理解偏摩尔量的定义与物理意义：理想混合物和理想稀溶液的概念及对应化学势表达，掌握拉马尔定律和享利定律及它们的应用：掌握稀溶液的依数性。教学内容：C4-1混合物及溶液组成表示方法，偏摩尔量C4-2拉乌尔定律和亨利定律C4-3理想液态混合物与理想稀溶液组分的化学势及相平衡重点：偏摩尔量和化学势的概念以及化学势表达：拉乌尔定律、亨利定律和稀溶液的依数性。难点：偏摩尔量和化学势概念的理解。教学单元C5：相平衡（6学时）教学目标：理解相律的意义，掌握其应用。掌握单组分系统，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。教学内容：C5-1相律C5-2单组分系统相平衡C5-3二组分凝聚系统典型相图重点：相律，单组分系统相平衡，两组分系统的液-固平衡相图。难点：热分析法绘制相图，根据相图画相应的步冷曲线，教学单元C6：化学动力学基础（6学时）教学目标：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：熟悉阿仑尼乌斯方程及其应用。教学内容：C6-1反应速率C6-2浓度对反应速率的影响C6-3温度对反应速率的影响重点：化学反应的速率；反应速率方程；阿累尼乌斯方程。11
焊接技术与工程专业教学大纲 11 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。 教学内容： C3-1 化学反应方向判据及平衡条件、标准平衡常数 C3-2 化学反应等温方程、标准平衡常数的热力学计算 C3-3 范特霍夫等压方程、各种因素对化学平衡的影响 重点：标准平衡常数的定义和特性；平衡计算；温度对平衡常数的影响。 难点：化学反应等温方程的推导；平衡计算。 教学单元 C4：混合物和溶液（6 学时） 教学目标：理解偏摩尔量的定义与物理意义；理想混合物和理想稀溶液的概念及对应化学势表 达，掌握拉乌尔定律和亨利定律及它们的应用；掌握稀溶液的依数性。 教学内容： C4-1 混合物及溶液组成表示方法，偏摩尔量 C4-2 拉乌尔定律和亨利定律 C4-3 理想液态混合物与理想稀溶液组分的化学势及相平衡 重点：偏摩尔量和化学势的概念以及化学势表达；拉乌尔定律、亨利定律和稀溶液的依数性。 难点：偏摩尔量和化学势概念的理解。 教学单元 C5：相平衡（6 学时） 教学目标：理解相律的意义，掌握其应用。掌握单组分系统，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。 教学内容： C5-1 相律 C5-2 单组分系统相平衡 C5-3 二组分凝聚系统典型相图 重点：相律，单组分系统相平衡，两组分系统的液-固平衡相图。 难点：热分析法绘制相图，根据相图画相应的步冷曲线。 教学单元 C6：化学动力学基础（6 学时） 教学目标：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；熟悉阿仑尼乌斯方程及其应用。 教学内容： C6-1 反应速率 C6-2 浓度对反应速率的影响 C6-3 温度对反应速率的影响 重点：化学反应的速率；反应速率方程；阿累尼乌斯方程
焊接技术与工程专业教学大纲难点：零级、一级、二级反应速率方程的特点以及它们的积分形式。教学单元C7：界面现象（4学时）教学目标：明确表面自由能，表面张力的概念，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，理解润湿现象。教学内容：C7-1表面吉布斯函数、弯曲液面的表面现象C7-2弯曲液面的表面现象、润湿现象重点：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。难点：应用物理化学的基本原理对界面的特殊性质及现象进行分析。课程思政：1.在物理化学学科发展史中融入科学家的奉献精神和卓越贡献，引导学生感知求真求实的科学精神和追求理想的科学品质。2.在化学热力学基本定律及函数学习过程中，引导学生关注大国重器，树立科学报国之志。3.在化学动力学学习过程中，培养学生科学思维和环保意识。注：可根据教学内容和课程目标适当选择或扩展相应课程思政内容。四、课程目标达成途径教学内容课程目标教学方法C1I-1C1-2CI-3C2-1传统授课教学：目标1掌握物理化学的基础知识与C2-2讨论式教学：针对第一定律的表述进行讨论，理解第一定律的本C3-1基础理论，了解物理化学的一般研质：C3-2究方法，引导学生感知求真求实的案例式教学：引入生产上合成氨的反应实例，说明压力因素对化C4-1科学精神和追求理想的科学品质学平衡的影响规律C4-2C5-1C6-1C7-112
焊接技术与工程专业教学大纲 12 难点：零级、一级、二级反应速率方程的特点以及它们的积分形式。 教学单元 C7：界面现象（4 学时） 教学目标：明确表面自由能，表面张力的概念，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，理解润湿现象。 教学内容： C7-1 表面吉布斯函数、弯曲液面的表面现象 C7-2 弯曲液面的表面现象、润湿现象 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。 难点：应用物理化学的基本原理对界面的特殊性质及现象进行分析。 课程思政： 1. 在物理化学学科发展史中融入科学家的奉献精神和卓越贡献，引导学生感知求真求实的科学 精神和追求理想的科学品质。 2. 在化学热力学基本定律及函数学习过程中，引导学生关注大国重器，树立科学报国之志。 3. 在化学动力学学习过程中，培养学生科学思维和环保意识。 注：可根据教学内容和课程目标适当选择或扩展相应课程思政内容。 四、课程目标达成途径 课程目标 教学内容 教学方法 目标1 掌握物理化学的基础知识与 基础理论，了解物理化学的一般研 究方法，引导学生感知求真求实的 科学精神和追求理想的科学品质 C1-1 C1-2 C1-3 C2-1 C2-2 C3-1 C3-2 C4-1 C4-2 C5-1 C6-1 C7-1 传统授课教学； 讨论式教学：针对第一定律的表述进行讨论，理解第一定律的本 质； 案例式教学：引入生产上合成氨的反应实例，说明压力因素对化 学平衡的影响规律
焊接技术与工程专业教学大纲C1-4C1-5C1-6目标2运用物理和数学的有关理论C2-3和方法研究物质化学运动形式的普传统授课教学；C2-4遍规律，研究化学体系行为最一般问题式教学：以理想气体等温膨胀是否违反第二定律提出问题，C2-5的宏观、微观规律与理论，能定量深入理解第二定律的本质C2-6的描述和处理化学运动的规律和问题，培养学生严谨治学的科学态度C4-3C5-2C6-2传统授课教学：目标3运用物理化学理论方法解决C3-3课堂练习：C5-3生产实际和科学实验向化学提出的课堂讨论：C6-3理论问题，培养学生运用联系和发案例式教学：以化工厂精馏塔为例，说明相图知识在解决实际生C7-2展的观点分析解决问题的能力产问题中的应用注：建议采用以上教学方法，教师可根据教学内容和课程目标，采用合适的教学方法。五、本课程开设的实验项目实验支撑课序号实验名称类型能力要求实验内容学时程目标制备若干组成不同的合金试样，测定学会铂电阻的测温技合金相图测综合性其步冷曲线，以步冷曲线测出的特征E术：掌握微电脑控制器3绘温度线绘制合金相图的使用方法通过测定速率常数实化学反应速测定反应速率常数并求算活化能，用验数据来求算活化能：2率与活化能2综合性3作图法处理实验数据了解温度对反应速率的测定的影响六、考核方式（一）考核方式说明1.考核方式：采取过程考核与期末考试相结合的方式，课程总成绩满分100分，由期末考试（60%）+过程考核（40%）构成，按权重计算课程总成绩。过程考核方式包括作业（15%）、课程报告（15%）、实验（10%）。2.考试方式：闭卷。（二）考核权重分配考核方式及权重（%）课程成绩比例过程考核目标(%)期末考试作业课程报告实验15目标130453045目标2151010目标3151510成绩比例（%）6010013
焊接技术与工程专业教学大纲 13 注：建议采用以上教学方法，教师可根据教学内容和课程目标，采用合适的教学方法。 五、本课程开设的实验项目 序号 实验名称 实验内容 实验 学时 类型 能力要求 支撑课 程目标 1 合金相图测 绘 制备若干组成不同的合金试样，测定 其步冷曲线，以步冷曲线测出的特征 温度线绘制合金相图 2 综合性 学会铂电阻的测温技 术；掌握微电脑控制器 的使用方法 3 2 化学反应速 率与活化能 的测定 测定反应速率常数并求算活化能，用 作图法处理实验数据 2 综合性 通过测定速率常数实 验数据来求算活化能； 了解温度对反应速率 的影响 3 六、考核方式 （一）考核方式说明 1. 考核方式：采取过程考核与期末考试相结合的方式，课程总成绩满分 100 分，由期末考试 （60%）+过程考核（40%）构成，按权重计算课程总成绩。过程考核方式包括作业（15%）、课程 报告（15%）、实验（10%）。 2. 考试方式：闭卷。 （二）考核权重分配 课 程 目 标 考核方式及权重（%） 成绩比例 期末考试 （%） 过程考核 作业 课程报告 实验 目标 1 30 15 45 目标 2 30 15 45 目标 3 10 10 成绩比例（%） 60 15 15 10 100 目标2 运用物理和数学的有关理论 和方法研究物质化学运动形式的普 遍规律，研究化学体系行为最一般 的宏观、微观规律与理论，能定量 的描述和处理化学运动的规律和问 题，培养学生严谨治学的科学态度 C1-4 C1-5 C1-6 C2-3 C2-4 C2-5 C2-6 C4-3 C5-2 C6-2 传统授课教学； 问题式教学：以理想气体等温膨胀是否违反第二定律提出问题， 深入理解第二定律的本质 目标3 运用物理化学理论方法解决 生产实际和科学实验向化学提出的 理论问题，培养学生运用联系和发 展的观点分析解决问题的能力 C3-3 C5-3 C6-3 C7-2 传统授课教学； 课堂练习； 课堂讨论； 案例式教学：以化工厂精馏塔为例，说明相图知识在解决实际生 产问题中的应用