北京化工大学：《物理化学》课程教学资源（大纲教案）理科应用化学专业《物理化学》教学大纲

物理化学教学大纲 一、课程基本信息 课程中文名稻 物理化学 课程英文名称： Physical Chemistry 课程类别： 必修 适用专业 应用化学等本科理科专业 开限学期： 春、秋 总学时： 104学时 总学分 35 项修课程： 无机化学、有机化学、高等数学 物理化学是化学学科中的一个重要学科，它借助数学、物理 禁基础科学的理论及其提供的实验手段，研究化学科学中的原理和 课程简介： 方法，研究化学体系行为最 一般的宏观、微观规律和理论的学科， 是化学的理论基础。 教学主要参考书： 傅献彩主编，《物理化学》上、下册，第五版，高等教有出版社， )005年 1、刘俊吉等编写，《物理化学》上、下册，第五版，高等教有出 版社 2、张丽丹等编写，《物理化学简明教程》第一版，高等教育出版 社，2011年 3、北京化工大学编，《物理化学例题与习题》第二版，化学工业出 板补，2005年 其他教学参若书： 4、 王文清，高宏成，沈兴海.《物理化学习题精解》上、下册北 京：科学出版社，2000年 5、PW.Atkins.《Physical Chemistry》Seventhed.Oxford University Pres,1991年 6、RA.Alberty《Physical Chemistry》Fifth ed.Tohn Wiley& Sons,lnc.1979年 二、课程教育目标 1.通过物理化学的学习使学生掌握物理化学的基本内容、基本知识，更需注意方法的学习，努力去 实践。这几个要点互相渗透，相辅相成，有正确的研究与学习方法，才能更好的掌握理论的基本内 容与知识，并指导实践，学习中坚持理论与实践相结合，才能更深刻的理解与运用理论，并在解决 实际问题中， 掌握理论和方法，培养创新能力 学会用数学、物理的原理解决热力学证明题的推演，逸度、活度的计算、在相图的应用，及在 统计热力学中众多的计算。 3.本课程除了一般的科学研究方法，还有课程自身特有的理论方法：热力学方法、量子力学方法 及统计热力学方法。 (1热力学方法 法观的方法 热力学方法的主体是：归纳与演绎。热力学研究大量粒子组成的宏观系统。在热力学的三个经验定 律的基础上，根据实验测出的物质的P、、T性质和热数据（热容、相变培、反应焓等）。借助 数学原理（全微分）。通过归纳（由特殊到一般的过程）与演绎（严格的数学推演）得到一系列的 1

物理化学教学大纲 一、课程基本信息 课程中文名称： 物理化学 课程英文名称： Physical Chemistry 课程类别： 必修 适用专业： 应用化学等本科理科专业 开课学期： 春、秋 总 学 时： 104 学时 总 学 分： 3．5 预修课程： 无机化学、有机化学、高等数学 课程简介： 物理化学是化学学科中的一个重要学科，它借助数学、物理学 等基础科学的理论及其提供的实验手段，研究化学科学中的原理和 方法，研究化学体系行为最一般的宏观、微观规律和理论的学科， 是化学的理论基础。 教学主要参考书： 傅献彩主编，《物理化学》上、下册，第五版，高等教育出版社， 2005 年 其他教学参考书： 1、刘俊吉等编写，《物理化学》上、下册，第五版，高等教育出 版社，2009 年 2、张丽丹等编写，《物理化学简明教程》第一版，高等教育出版 社，2011 年 3、北京化工大学编,《物理化学例题与习题》第二版，化学工业出 版社，2005 年 4、王文清，高宏成，沈兴海.《物理化学习题精解》上、下册.北 京:科学出版社，2000 年 5、P.W.Atkins.《Physical Chemistry》Seventh ed.Oxford University Press，1991 年 6、R A.Alberty《Physical Chemistry》 Fifth ed .Tohn Wiley & Sons,Inc. 1979 年 二、课程教育目标 1．通过物理化学的学习使学生掌握物理化学的基本内容、基本知识，更需注意方法的学习，努力去 实践。这几个要点互相渗透，相辅相成，有正确的研究与学习方法，才能更好的掌握理论的基本内 容与知识，并指导实践，学习中坚持理论与实践相结合，才能更深刻的理解与运用理论，并在解决 实际问题中，掌握理论和方法，培养创新能力。 2．学会用数学、物理的原理解决热力学证明题的推演，逸度、活度的计算、在相图的应用，及在 统计热力学中众多的计算。 3．本课程除了一般的科学研究方法，还有课程自身特有的理论方法：热力学方法、量子力学方法 及统计热力学方法。 (1)热力学方法--------宏观的方法 热力学方法的主体是：归纳与演绎。热力学研究大量粒子组成的宏观系统。在热力学的三个经验定 律的基础上，根据实验测出的物质的 p、V、T 性质和热数据（热容、相变焓、反应焓等 ）。借助 数学原理（全微分）。通过归纳（由特殊到一般的过程）与演绎（严格的数学推演）得到一系列的 1

热力学方程式和结论，用以解决物质变化(、人、T变化、相变、化学变化)过程的能量效应、方 向和限度，为上述过程的实现提供最佳的热力学控制条件。 热力学方法的特点是 不涉及物质粒子的内部微观结构，结论严速。 2量子力学方法 观的方注 量子力学研究个别微观粒子所遵循的力学规律，得到物质的微观特性，如：分子结构、平动能级、 转动能级、振动能级、分子间力等。 (3)统计热力学方法一从微观到宏观的方法 统计热力学研究大量粒子组成的宏观系统。研究如何由粒子的微观力学性质（分子质量、转动惯 量、振动频率 通过求统计概率的方法，得到系统的宏观性质（如热力学能、热容、熵等）。 以上方法对化学化工类学生学习物理化学婴求是：掌握热力学方法，理解统计热力学方法，了解量 子力学方法。 4.掌握物理化学在热力学归纳演绎中状态函数法、极值法、偏离理想的模型法（如为研究实际气 体VT行为提出理想气体的模型，引出压缩因子的概念，为研究实际液态混合物气-液平衡规律， 而提出理想液态混合物的模型，引出活度的概念等 。化学动力学中有研究简单级数反应的线性 法，研究复合反应动力学的稳态近似法和平衡近似等。 5.学会物理化学中采用了反映物质的性质随某些变量发生变化的规律的三种方法： (1)数据列表法：通过列表显示物理量之间的关系（例：H20在不同温度下蒸汽压数据表） (2)图形法：用曲线或直线表示物理量之间的变化规律（水的气液平衡T图） (3)解析式法：用数学方程式总结出物理量之间的变化规律(Clapeyron-Clasusius方程) 三、理论教学内容与要求 平衡篇 物理化学的平衡篇主要研究平衡规律：当系统的一个平衡态 于条件变化而变化为另一个平 衡态时，能量、体积和各物质的数量变化的规律。平衡篇共6章，第1章物质的VT性质，主要 介绍理想气体和真实气休的pVT关系及普遍化计算。第2章和第3章介绍热力学定律、热力学基 本方程及纯物质特性。第4章介绍多元系统的热力学特性。第5章介绍化学平衡规律。第6章介 绍相平衡规律 第一章绪论及物质的pT性质(4学时) 本章基本要求 ·掌握理想气体状态方程 •学握理想气体的宏观定义及微观模型掌握分压、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。 堂据饱知蒸气压每合 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 二、教学内容 1、理想气体及状态方程 分压定律、分体积定律。 2、直实气体 真实气体与理想气体的偏差、范德华方程真实气体的液化(C0的-图、临界现象、临界参数 3、对应状态原理及压缩因子图 对比参数、对应状态原理 用压缩因子图进行普遍化计算。 三、介绍本章涉及的科学家史话

热力学方程式和结论，用以解决物质变化（p、V、T 变化、相变、化学变化）过程的能量效应、方 向和限度，为上述过程的实现提供最佳的热力学控制条件。 热力学方法的特点是：不涉及物质粒子的内部微观结构，结论严谨。 (2)量子力学方法---------微观的方法 量子力学研究个别微观粒子所遵循的力学规律，得到物质的微观特性，如：分子结构、平动能级、 转动能级、振动能级、分子间力等。 (3)统计热力学方法---------从微观到宏观的方法 统计热力学研究大量粒子组成的宏观系统。研究如何由粒子的微观力学性质（分子 质量、转动惯 量、振动频率）通过求统计概率的方法，得到系统的宏观性质（如热力学能、热容、熵等）。 以上方法对化学化工类学生学习物理化学要求是：掌握热力学方法，理解统计热力学方法，了解量 子力学方法。 4．掌握物理化学在热力学归纳演绎中状态函数法、极值法、偏离理想的模型法（如为研究实际气 体 PVT 行为提出理想气体的模型，引出压缩因子的概念，为研究实际液态混合物气-液平衡规律， 而提出理想液态混合物的模型，引出活度的概念等）。化学动力学中有研究简单级数反应的线性方 法，研究复合反应动力学的稳态近似法和平衡近似等。 5．学会物理化学中采用了反映物质的性质随某些变量发生变化的规律的三种方法： （1）数据列表法：通过列表显示物理量之间的关系（例：H2O在不同温度下蒸汽压数据表） （2）图形法：用曲线或直线表示物理量之间的变化规律（水的气-液平衡 p-T 图） （3）解析式法：用数学方程式总结出物理量之间的变化规律（Clapeyron-Clasusius 方程） 三、理论教学内容与要求 平衡篇 物理化学的平衡篇主要研究平衡规律：当系统的一个平衡态由于条件变化而变化为另一个平 衡态时，能量、体积和各物质的数量变化的规律。平衡篇共 6 章，第 1 章物质的 pVT 性质，主要 介绍理想气体和真实气体的 pVT 关系及普遍化计算。第 2 章和第 3 章介绍热力学定律、热力学基 本方程及纯物质特性。第 4 章介绍多元系统的热力学特性。第 5 章介绍化学平衡规律。第 6 章介 绍相平衡规律。 第一章 绪论及物质的 pVT 性质（4 学时） 一、 本章基本要求 •掌握理想气体状态方程 •掌握理想气体的宏观定义及微观模型•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。 •掌握饱和蒸气压概念 •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。 二、 教学内容 1、理想气体及状态方程。 分压定律、分体积定律。 2、真实气体 真实气体与理想气体的偏差、范德华方程.真实气体的液化(CO2的p-V图)、临界现象、临界参数。 3、对应状态原理及压缩因子图 对比参数、对应状态原理。 用压缩因子图进行普遍化计算。 三、 介绍本章涉及的科学家史话。 2

四、介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 第二章热力学第一定律(12学时) 一、本章基本要求 ·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。 ,掌握热力学第一定律文字表述和数学表达式。 ,理解功、执、热力学能、捻、热容、摩尔相变岭、标准摩尔反应馀、标准摩尔生成修、标准摩尔 燃烧烙等概念 掌握热力学第 一定律在纯PVT变化、在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、格变的方法。 二、教学内容 1、其本概念及术语 系统、环境、性质、状态、状态函数、平衡态、过程、途径 2、热力学第 功、热、热力学能，热力学第一定律。 等容热、等压热、焓。 3、可逆过程体积功的计算 可逆过程、等温可逆过程与绝热可逆过程功的计算。 乙容、真热容，定压李尔热容，定容摩水热容 Cpm与Cm的关系。 5、热力学第一定律对理想气体的应用 焦耳实验，理想气体的热力学能与格，理想气体的热容差，理想气体的等温、等压、等容与绝热 过程。 6、相变 7、溶解熔与稀释焓 8、标准摩尔反应槍 反应进度，标准态，标准摩尔反应焓，标准摩尔生成焓及标准摩尔燃烧焓.标准摩尔反应焓与温度 的关系 9、热力学第一定律对实际气体的应用 实际气体的热性能与焓 焦耳汤姆生效应、节流系数。 10、热力学第一定律在稳流过程的应用。 三、绍本查涉及的科学家中话 四 介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 力学第一定体习题课】 第三章热力学第二定律(12学时) 、本登基本要求 ·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。 ,掌握物质纯T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

四、 介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 第二章 热力学第一定律（12 学时） 一、 本章基本要求 •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。 •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。 •掌握热力学第一定律在纯 p V T 变化、在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。 二、 教学内容 1、基本概念及术语 系统、环境、性质、状态、状态函数、平衡态、过程、途径。 2、热力学第一定律 功、热、热力学能，热力学第一定律。 等容热、等压热、焓。 3、可逆过程体积功的计算 可逆过程、等温可逆过程与绝热可逆过程功的计算。 4、热容 平均热容、真热容。定压摩尔热容、定容摩尔热容。 Cp,m与Cv,m的关系。 5、热力学第一定律对理想气体的应用 焦耳实验，理想气体的热力学能与焓，理想气体的热容差，理想气体的等温、等压、等容与绝热 过程。 6、相变焓 * 7、溶解熔与稀释焓 8、标准摩尔反应焓 反应进度，标准态，标准摩尔反应焓，标准摩尔生成焓及标准摩尔燃烧焓.标准摩尔反应焓与温度 的关系。 9、热力学第一定律对实际气体的应用 实际气体的热性能与焓 焦耳--汤姆生效应、节流系数。 *10、热力学第一定律在稳流过程的应用。 三、 绍本章涉及的科学家史话。 四、 介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 （热力学第一定律习题课） 第三章 热力学第二定律（12 学时） 一、本章基本要求 •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。 •掌握物质纯 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

掌握主要热力学公式的推导和话用条件。 ·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。 理解克拉佩龙方程、克劳修斯 克拉佩龙方程，掌握其计算 、教学内容 1、热力学第二定律 自发过程的共同特征，热力学第二定律的文字表述。 卡诺循环及卡诺定理，热力学第二定律的数学表达式，增原理及痛判据。 2、熵变计 简单p: T变化过程的变。 可逆相变与不可逆相变，相变过程的熵变。 3、热力学第三定律 热力学第三定律，规定熵、标准熵。化学反应熵变的计算。 4、亥姆霍兹函数与吉布斯函数的定义，等温等容过程与等温等压过程方向的判据，亥姆霍兹函数 与吉布斯函数变化的计算 5、热力学基本方程和麦克斯韦关系式 热力学基本方程，麦克斯书关系式。 证明执力学等式的一般方法 6、热力学第二定律应用举例 克拉佩龙方程和克劳修斯-克拉佩龙方程。 三、绍本章涉及的科学家史话。 四、介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 (热力学第二定烛习顺课】 第四章多组分系统热力学(8学时) 一、本章基本要求 ·了解混合物与溶液的区别，会各种组成表示之间的换算。 ,理解拉包尔定律、享利定律，堂探其有关计算 ·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。了解化学势判别式的使用。 理解理想液态混合物的定义，理解混合性质。 ·了解理想气体、其实气体、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。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。 教学内容 1、拉乌尔定律与享利定神 2、偏摩尔量与化学势 偏摩尔体积及其它偏摩尔量吉布斯杜亥姆方程。 化学势，理根气体化学势，真实气体的化学势。 3。理相液本合物 理想液态混合物中任一组分的化学势，理想液态混合物的混合性质。 4、理根稀溶液 溶剂、溶质的化学势。 分配定律。 稀溶液的依数性（蒸气压下降，凝固点降低，沸点升高，渗透压）：

•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。 •理解克拉佩龙方程、克劳修斯——克拉佩龙方程，掌握其计算。 二、教学内容 1、热力学第二定律 自发过程的共同特征，热力学第二定律的文字表述。 卡诺循环及卡诺定理，热力学第二定律的数学表达式，熵增原理及熵判据。 2、熵变计算 简单 p、V、T 变化过程的熵变。 可逆相变与不可逆相变，相变过程的熵变。 3、热力学第三定律 热力学第三定律，规定熵、标准熵。化学反应熵变的计算。 4、亥姆霍兹函数与吉布斯函数的定义，等温等容过程与等温等压过程方向的判据，亥姆霍兹函数 与吉布斯函数变化的计算。 5、热力学基本方程和麦克斯韦关系式 热力学基本方程，麦克斯韦关系式。 证明热力学等式的一般方法。 6、热力学第二定律应用举例 --克拉佩龙方程和克劳修斯-克拉佩龙方程。 三、 绍本章涉及的科学家史话。 四、 介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 （热力学第二定律习题课） 第四章 多组分系统热力学（8 学时） 一、本章基本要求 •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。 •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。了解化学势判别式的使用。 •理解理想液态混合物的定义，理解混合性质。 •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。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。 二、教学内容 1、拉乌尔定律与享利定律 2、偏摩尔量与化学势 偏摩尔体积及其它偏摩尔量.吉布斯--杜亥姆方程。 化学势，理想气体化学势，真实气体的化学势。 3、理想液态混合物 理想液态混合物中任一组分的化学势，理想液态混合物的混合性质。 4、理想稀溶液 溶剂、溶质的化学势。 分配定律。 稀溶液的依数性(蒸气压下降，凝固点降低，沸点升高，渗透压)。 4

5、逸度与流府系 逸度及逸度系数概今、计算及普瑞化逸度系数图，路易斯一兰德尔逸度规则 6、 真实溶液中各组分的活度及活度系数，标准态 三、绍本章涉及的利科学家史话。 四、介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 第五章化学平衡(6学时) 本章基本要求 了解热力学第三定律，规定熵、标准痛，理解标准摩尔反应嫡定义及计算 ·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。 ·了解化学反应过程的推动力。 ,堂挥标准平衡常数的定义。理解等温方程和范特霜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， ·了解真实气体化学平衡及溶液中的化学平衡。 ·、教学内容 1、化学反应的方向和限度 反应的吉布斯函数变化，化学反应平衡的条件标准平衡常数的导出，化学反应等温方程式。 2、理想气体反应的平衡常裂 标准平衡常数的性质，K、Kp、K。、K,、K的关系，平衡常数及平衡组成的计算。 3、有纯态凝聚相参加的理想气体反应 标准平衡常数的表示式，分解压力与分解温度。 4、标准摩尔反应吉布斯函数△，GmP,△，Gm--RInk9,标准摩尔生成吉布斯函数， G_e ,Gm°的计算 温度对标准平衡常数的影响 吉布斯一亥姆霍兹方程，范特霍夫方程，不同温度下平衡常数的求算。 6、其它因素（浓度、压力、惰性组分）对平衡的影响 7.后司时平篷街 混合物及溶液中的化学平 绍本章涉及的科学家史话。 四、介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 (化学平衡习题课) 第六章相平衡(12学时) 本章基本要求 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 一液平衡系统和二组分凝聚系统典 利相图的分析和应用。 二、教学内容 1、相律

5、逸度与逸度系数 逸度及逸度系数概念、计算及普遍化逸度系数图，路易斯--兰德尔逸度规则。 6、活度及活度系数 真实液态混合物，真实溶液中各组分的活度及活度系数，标准态。 三、 绍本章涉及的科学家史话。 四、 介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 第五章 化学平衡（6 学时） 一、本章基本要求 •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。 •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。 •了解化学反应过程的推动力。 •掌握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。 •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。 •了解真实气体化学平衡及溶液中的化学平衡。 二、教学内容 1、化学反应的方向和限度 反应的吉布斯函数变化，化学反应平衡的条件.标准平衡常数的导出，化学反应等温方程式。 2、理想气体反应的平衡常数 标准平衡常数的性质，K\、Kp、K\c、Ky、Kn的关系，平衡常数及平衡组成的计算。 3、有纯态凝聚相参加的理想气体反应 标准平衡常数的表示式，分解压力与分解温度。 4、标准摩尔反应吉布斯函数ΔrGm \， ΔrGm \= − RTlnK\， 标准摩尔生成吉布斯函数， ΔfGm \、ΔrGm \的计算。 5、温度对标准平衡常数的影响 吉布斯一亥姆霍兹方程，范特霍夫方程，不同温度下平衡常数的求算。 6、其它因素(浓度、压力、惰性组分)对平衡的影响 7、同时平衡 8、真实气体的化学平衡 * 9、混合物及溶液中的化学平衡 三、 绍本章涉及的科学家史话。 四、 介绍本章理论知识在科研及前沿领域的应用实例。 （化学平衡习题课） 第六章 相平衡（12 学时） 一、本章基本要求 •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。 二、教学内容 1、相律 5