河南农业大学：环境工程《污染控制化学原理》课程教学大纲.pdf

污染控制化学原理(Chemical Principles of Pollution Control)课程基本信息课程编号：02021642课程总学时：48实验学时：8学时课程性质：必修课程属性；基础类开设学期：第3学期课程负责人：杨雪芹课程团队：李利梅授课语言：中文适用专业：环境工程对先修的要求：普通化学、分析化学、有机化学、高等数学，已掌握化学反应的热力学和动力学基本知识。对后续的支撑：为环境化学、环境监测、生态环境工程、环境影响评价等课程的学习奠定理论基础。主撰人：杨雪芹、李利梅审核人：杨建涛大纲制定（修订）日期：2023.06一、课程的教学理念、性质、目标和任务《污染控制化学原理》是环境工程专业的一门基础类课程，在专业学科中起着连接基础课和专业课的枢纽作用。课程主要从化学变化和物理变化间联系入手，采用数学的手段研究化学变化规律的一门科学。通过本课程的学习，使学生初步掌握化学变化的方向与限度问题、化学反应的速率和机理问题、电化学、表面现象以及胶体化学及基础知识，进一步掌握从实验结果出发进行归纳和演绎的一般方法，熟悉由假设和模型上升为理论的方法，利于牢固掌握环境工程领域的理论知识和专业技能，并能结合已学习的数学、自然科学和工程科学的基本原理，逐渐培养学生识别、分析和判断环境工程中复杂问题。本课程以学生为中心，根据学生情况，制定个性化评定过程，并以最终学习成果为起点，反向进行课程设计，开展教学活动，在教学过程中通过将理论知识与例题和习题讲解相联系，与自然规律和现象相结合，加强理论课与实验课的联系，促进与学生的交流和互动方式的教学理念，为学生从事环境工程研究、技术开发、工程设计奠定必要的基础，同时培养学生的人文科学素养、社会责任感和工程职业道德。二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑支撑毕业要序号毕业要求课程目标求指标点使学生掌握污染控制化学原理重要的概念、基本定律和基本公式，11并能利用这些知识推演、分析和解决环境工程领域涉及到本课程指标点1的设计计算问题。能够综合运用所学的污染控制化学原理的基础理论知识与计算方法，提高运用基本理论能力，培养学生科学研究能力，使学生具22指标点2备对复杂环境类问题进行初步识别、评估和提出初步污染治理措施的能力。使学生掌握重要的污染控制化学原理实验技术，能够正确记录实验现象，并培养学生对实验数据的处理及实验结果的分析与归纳3指标点11能力，使学生具备一定的自主设计实验能力，并使学生具备初步设计实验方案解决环境类问题的能力。14

14 污染控制化学原理（Chemical Principles of Pollution Control）课程基本信息课程编号：02021642 课程总学时：48 实验学时： 8 学时课程性质：必修课程属性：基础类开设学期：第 3 学期课程负责人：杨雪芹课程团队：李利梅授课语言：中文适用专业：环境工程对先修的要求：普通化学、分析化学、有机化学、高等数学，已掌握化学反应的热力学和动力学基本知识。对后续的支撑：为环境化学、环境监测、生态环境工程、环境影响评价等课程的学习奠定理论基础。主撰人：杨雪芹、李利梅审核人：杨建涛大纲制定（修订）日期：2023.06 一、课程的教学理念、性质、目标和任务《污染控制化学原理》是环境工程专业的一门基础类课程，在专业学科中起着连接基础课和专业课的枢纽作用。课程主要从化学变化和物理变化间联系入手，采用数学的手段研究化学变化规律的一门科学。通过本课程的学习，使学生初步掌握化学变化的方向与限度问题、化学反应的速率和机理问题、电化学、表面现象以及胶体化学及基础知识，进一步掌握从实验结果出发进行归纳和演绎的一般方法，熟悉由假设和模型上升为理论的方法，利于牢固掌握环境工程领域的理论知识和专业技能，并能结合已学习的数学、自然科学和工程科学的基本原理，逐渐培养学生识别、分析和判断环境工程中复杂问题。本课程以学生为中心，根据学生情况，制定个性化评定过程，并以最终学习成果为起点，反向进行课程设计，开展教学活动，在教学过程中通过将理论知识与例题和习题讲解相联系，与自然规律和现象相结合，加强理论课与实验课的联系，促进与学生的交流和互动方式的教学理念，为学生从事环境工程研究、技术开发、工程设计奠定必要的基础，同时培养学生的人文科学素养、社会责任感和工程职业道德。二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求 1 使学生掌握污染控制化学原理重要的概念、基本定律和基本公式，并能利用这些知识推演、分析和解决环境工程领域涉及到本课程的设计计算问题。指标点 1 1 2 能够综合运用所学的污染控制化学原理的基础理论知识与计算方法，提高运用基本理论能力，培养学生科学研究能力，使学生具备对复杂环境类问题进行初步识别、评估和提出初步污染治理措施的能力。指标点 2 2 3 使学生掌握重要的污染控制化学原理实验技术，能够正确记录实验现象，并培养学生对实验数据的处理及实验结果的分析与归纳能力，使学生具备一定的自主设计实验能力，并使学生具备初步设计实验方案解决环境类问题的能力。指标点 1 1

三、教学内容及进度安排支撑学生学习课内教学方序号教学内容式学时课程目标预期成果了解：污染控制化学原理绪论的形成及发展前景。教学内容：了解污染控制化学原理的理解：污染控制化学原理讲授、讨目标11内容、特点及本课程的学习方法。论目标2的研究对象及内容。教学重点：污染控制化学原理的内容、掌握：污染控制化学原理任务，学习污染控制化学原理的方法。的研究方法。第一章热力学第一定律教学内容：1.1热力学基本概念：1.2了解热力学研究的对象，热力学第一定律：1.3准静态过程与掌握热力学第一定律，理讲授、练可逆过程：1.4恰与热容：1.5热化解热化学研究的内容，掌目标126习、专题目标2学：1.6标准摩尔反应恰的计算握由生成焰、燃烧计算研讨反应热，熟练掌握基尔霍教学重点：热力学第一定律：教学难点：反应热的计算，基尔霍夫公式的夫公式。应用。第二章热力学第二定律教学内容：2.1热力学第二定律：2.2摘变的计算及其应用：2.3热力学第了解亥姆霍兹函数，理解三定律和化学反应变的计算：2.4标准摘、热力学函数间的讲授、练亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能：2.5目标136基本关系式，掌握热力学习、专题目标2热力学基本方程：2.6麦克斯韦关系研讨第二定律、吉布斯函数应式：2.7△G的计算用。教学重点：热力学第二定律，吉布斯函数的计算及判据：教学难点：摘的计算及判据。第三章多组分系统（溶液热力学）教学内容：3.1偏摩尔量：3.2化学势：3.3理想气体的化学势：3.4稀溶液的了解拉乌尔定律和亨利定两个定律：3.5理想液态混合物（理律的区别，理解理想液态想溶液)；3.6稀溶液的分配定律：3.7混合物的定义，掌握各组讲授、练目标14非挥发性溶质理想稀溶液的依数性：分化学势的表示式和概5习目标23.8非理想多组分系统中物质的化学念、稀溶液的分配定律，势熟练运用拉乌尔定律和亭教学重点：化学势的概念及表达式：利定律。教学难点：拉乌尔定律和亨利定律的正确应用。第四章化学平衡热力学原理来研究化学反教学内容：4.1化学反应的方向和限：；应进行的限度，要求学生讲授、练目标155习目标2掌握平衡常数的计算，为4.2化学反应的标准吉布斯自由能变化：4.3平衡常数的表示式（各类平实际生产提供依据。15

15 三、教学内容及进度安排序号教学内容学生学习预期成果课内学时教学方式支撑课程目标 1 绪论教学内容：了解污染控制化学原理的内容、特点及本课程的学习方法。教学重点：污染控制化学原理的内容、任务，学习污染控制化学原理的方法。了解：污染控制化学原理的形成及发展前景。理解：污染控制化学原理的研究对象及内容。掌握：污染控制化学原理的研究方法。 1 讲授、讨论目标 1 目标 2 2 第一章热力学第一定律教学内容：1.1 热力学基本概念；1.2 热力学第一定律；1.3 准静态过程与可逆过程；1.4 焓与热容；1.5 热化学；1.6 标准摩尔反应焓的计算教学重点：热力学第一定律；教学难点：反应热的计算，基尔霍夫公式的应用。了解热力学研究的对象，掌握热力学第一定律，理解热化学研究的内容，掌握由生成焓、燃烧焓计算反应热，熟练掌握基尔霍夫公式。 6 讲授、练习、专题研讨目标 1 目标 2 3 第二章热力学第二定律教学内容：2.1 热力学第二定律；2.2 熵变的计算及其应用；2.3 热力学第三定律和化学反应熵变的计算；2.4 亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能；2.5 热力学基本方程；2.6 麦克斯韦关系式；2.7 △G 的计算教学重点：热力学第二定律，吉布斯函数的计算及判据；教学难点：熵的计算及判据。了解亥姆霍兹函数，理解标准熵、热力学函数间的基本关系式，掌握热力学第二定律、吉布斯函数应用。 6 讲授、练习、专题研讨目标 1 目标 2 4 第三章多组分系统（溶液热力学）教学内容：3.1 偏摩尔量；3.2 化学势； 3.3 理想气体的化学势；3.4 稀溶液的两个定律；3.5 理想液态混合物（理想溶液）；3.6 稀溶液的分配定律；3.7 非挥发性溶质理想稀溶液的依数性； 3.8 非理想多组分系统中物质的化学势教学重点：化学势的概念及表达式；教学难点：拉乌尔定律和亨利定律的正确应用。了解拉乌尔定律和亨利定律的区别，理解理想液态混合物的定义，掌握各组分化学势的表示式和概念、稀溶液的分配定律，熟练运用拉乌尔定律和亨利定律。 5 讲授、练习目标 1 目标 2 5 第四章化学平衡教学内容：4.1 化学反应的方向和限； 4.2 化学反应的标准吉布斯自由能变化；4.3 平衡常数的表示式（各类平热力学原理来研究化学反应进行的限度，要求学生掌握平衡常数的计算，为实际生产提供依据。 5 讲授、练习目标 1 目标 2

衡常数）：4.4各因素对化学平衡的影响及平衡常数的测定教学重点：化学等温式，平衡常数：教学难点：平衡常数和吉布斯函数的关系。第五章相平衡教学内容：5.1基本概念：5.2相律：了解相平衡基本概念，理5.3单组分系统的相平衡：5.4水-盐解水-盐二组分系统相图，讲授、练目标162二组分系统相图习目标2掌握纯物质的两相平衡，教学重点：克劳修斯-克拉伯龙方程，相律和水的相图。水的相图：教学难点：克拉贝龙方程推导，水的相图。第六章电化学教学内容：6.1法拉第定律6.2电解质溶液的电导：6.3可逆电池：6.4不可逆电极过程；6.5化学电源：6.6电掌握电解质溶液及法拉第讲授、练目标17化学过程中在水质处理中的应用习、专题目标2定律应用，可逆电池反应7研讨目标3教学重点：电解质溶液导电机理，能电势及不可逆电极过程。斯特方程，极化及超电压；教学难点：电极反应的书写，极化及超电压的计算。第七章化学动力学基础教学内容：7.1化学反应速率的基本了解化学动力学研究对象规律；7.2简单反应的速率表达：7.3与内容，理解反应速度表几类典型的复杂反应；7.4化学反应讲授、练示方法，掌握反应级数概目标18动力学实验及数据处理：7.5温度对3习、专题目标2念，反应速率与温度的关研讨反应速率的影响：7.6催化反应；系，了解催化作用及其特7.7酶催化反应特性及应用征，酶催化。教学重点：反应级数，阿累尼乌斯公式：教学难点：活化能及其应用。第八章表面现象教学内容：8.1表面张力与表面自由能：8.2弯曲液面压力性质：8.3气理解表面吉布斯函数及表体在固体表面的吸附：8.4BET理论：目标1面张力、表面热力学、润讲授、练9目标28.5液体表面的吸附湿和浮选，掌握气体在固2习目标3教学重点：表面吉布斯函数，润湿，体表面的吸附及溶液表面的吸附。固体表面吸附，吉布斯吸附等温式：教学难点：兰格缪尔吸附等温式及其应用。第九章胶体化学理解分散系统，胶体溶液讲授、练目标1教学内容：9.1分散系统及其分类；的制备，掌握胶体的特性，10习、专题目标239.2胶体的特性：9.3增液溶胶的胶胶体结构与聚沉，了解乳研讨目标3团结构：9.4增液溶胶的聚沉：9.5乳状液和泡沫的特性。16

16 衡常数）；4.4 各因素对化学平衡的影响及平衡常数的测定教学重点：化学等温式，平衡常数；教学难点：平衡常数和吉布斯函数的关系。 6 第五章相平衡教学内容：5.1 基本概念；5.2 相律； 5.3 单组分系统的相平衡；5.4 水-盐二组分系统相图教学重点：克劳修斯-克拉伯龙方程，水的相图；教学难点：克拉贝龙方程推导，水的相图。了解相平衡基本概念，理解水-盐二组分系统相图，掌握纯物质的两相平衡，相律和水的相图。 2 讲授、练习目标 1 目标 2 7 第六章电化学教学内容：6.1 法拉第定律 6.2 电解质溶液的电导；6.3 可逆电池；6.4 不可逆电极过程；6.5 化学电源；6.6 电化学过程中在水质处理中的应用教学重点：电解质溶液导电机理，能斯特方程，极化及超电压；教学难点：电极反应的书写，极化及超电压的计算。掌握电解质溶液及法拉第定律应用，可逆电池反应电势及不可逆电极过程。 7 讲授、练习、专题研讨目标 1 目标 2 目标 3 8 第七章化学动力学基础教学内容：7.1 化学反应速率的基本规律；7.2 简单反应的速率表达；7.3 几类典型的复杂反应；7.4 化学反应动力学实验及数据处理；7.5 温度对反应速率的影响；7.6 催化反应； 7.7 酶催化反应特性及应用教学重点：反应级数，阿累尼乌斯公式；教学难点：活化能及其应用。了解化学动力学研究对象与内容，理解反应速度表示方法，掌握反应级数概念，反应速率与温度的关系，了解催化作用及其特征，酶催化。 3 讲授、练习、专题研讨目标 1 目标 2 9 第八章表面现象教学内容：8.1 表面张力与表面自由能；8.2 弯曲液面压力性质；8.3 气体在固体表面的吸附；8.4 BET 理论； 8.5 液体表面的吸附教学重点：表面吉布斯函数，润湿，固体表面吸附，吉布斯吸附等温式；教学难点：兰格缪尔吸附等温式及其应用。理解表面吉布斯函数及表面张力、表面热力学、润湿和浮选，掌握气体在固体表面的吸附及溶液表面的吸附。 2 讲授、练习目标 1 目标 2 目标 3 10 第九章胶体化学教学内容：9.1 分散系统及其分类； 9.2 胶体的特性；9.3 憎液溶胶的胶团结构；9.4 憎液溶胶的聚沉；9.5 乳理解分散系统，胶体溶液的制备，掌握胶体的特性，胶体结构与聚沉，了解乳状液和泡沫的特性。 3 讲授、练习、专题研讨目标 1 目标 2 目标 3

状液教学重点：胶体的特性，胶体的双电层结构，胶体的聚沉，乳状液：教学难点：胶体双电层结构与动电势。实验教学主要内容、学时分配及课程与目标的对应关系学时课程序号实验名称实验主要内容分配目标溶胶的制备及其聚沉值的制备碘化银胶团，了解胶团结构，根据实际情况掌握胶团带电荷情3测定况：加深不同电解质对胶团聚沉能力的大小。配置氟离子标准溶液和缓冲溶液：绘制氟离子标准溶液的标准曲线：离子选择性电极测定自来13以绘制的氟标准曲线，结合测定水样的电动势，得到水样中含氟离水中的氟捷源吸附法测定活性炭的比表活化活性炭：配置亚甲基蓝标准溶液：绘制亚甲基蓝工作曲线曲线：33面积根据工作曲线求次甲基蓝原始浓度和平衡溶液浓度。四、课程思政围绕知识点，注重国之重器、国之大师等“榜样示范”教学手段的应用，结合案例分析，把科学前沿、名人轶事、生活中化学案例等内容融入教学之中，做到以事感人、以榜样育人，贯彻“课程思政隐性育人”，真正做到“潜移默化，润物无声”。比如，在“电化学”这章开启之前，引入问题：举世闻名的珠港澳大桥，如何实现其120的超长寿命？引导学生进行思考和回答，从而引出我国腐蚀电化学领域的开拓者与领导者曾楚南先生，通过曹先生的治学态度，引入国家情怀科学精神，提升文化自信，激发学生积极向上的学习态度。五、教材及参考资料1.选用教材：（1）理论课教材：物理化学，孙少瑞、何洪编著，中国建筑工业出版社，2017年（2）实验课教材：物理化学实验，武汉大学化学教研室编著，武汉大学出版社，2010年2.参考书：（1）物理化学（第五版）.天津大学物理化学教研室编者：高等教育出版社，2010年（2）物理化学：傅献彩编者：南京大学出版社，2010出版年（3）物理化学关振民编著．中国环境科学出版社，2010年3.推荐网站（线上资源）：（1）美国化学学会，https://www.acs.org/content/acs/en.html（2）英国皇家学会，https://www.rsc.org/（3）大连理工大学国家精品课程，https://www.icourse163.org/learn/DUT-1001734002?ti17

17 状液教学重点：胶体的特性，胶体的双电层结构，胶体的聚沉，乳状液；教学难点：胶体双电层结构与动电势。实验教学主要内容、学时分配及课程与目标的对应关系序号实验名称学时分配实验主要内容课程目标 1 溶胶的制备及其聚沉值的测定 3 制备碘化银胶团，了解胶团结构，根据实际情况掌握胶团带电荷情况；加深不同电解质对胶团聚沉能力的大小。 3 2 离子选择性电极测定自来水中的氟 3 配置氟离子标准溶液和缓冲溶液；绘制氟离子标准溶液的标准曲线；以绘制的氟标准曲线，结合测定水样的电动势，得到水样中含氟离子情况。 3 3 吸附法测定活性炭的比表面积 2 活化活性炭；配置亚甲基蓝标准溶液；绘制亚甲基蓝工作曲线曲线；根据工作曲线求次甲基蓝原始浓度和平衡溶液浓度。 3 四、课程思政围绕知识点，注重国之重器、国之大师等“榜样示范”教学手段的应用，结合案例分析，把科学前沿、名人轶事、生活中化学案例等内容融入教学之中，做到以事感人、以榜样育人，贯彻 “课程思政隐性育人”,真正做到“潜移默化，润物无声”。比如，在 “电化学”这章开启之前，引入问题：举世闻名的珠港澳大桥，如何实现其 120 的超长寿命？引导学生进行思考和回答，从而引出我国腐蚀电化学领域的开拓者与领导者曾楚南先生，通过曹先生的治学态度，引入国家情怀科学精神，提升文化自信，激发学生积极向上的学习态度。五、教材及参考资料 1. 选用教材：（1）理论课教材：物理化学，孙少瑞、何洪编著，中国建筑工业出版社，2017 年（2）实验课教材：物理化学实验，武汉大学化学教研室编著，武汉大学出版社，2010 年 2. 参考书：（1）物理化学（第五版）．天津大学物理化学教研室编者．高等教育出版社，2010 年（2）物理化学．傅献彩编者．南京大学出版社，2010 出版年（3）物理化学关振民编著. 中国环境科学出版社，2010 年 3.推荐网站（线上资源）：（1）美国化学学会，https://www.acs.org/content/acs/en.html （2）英国皇家学会，https://www.rsc.org/ （3）大连理工大学国家精品课程， https://www.icourse163.org/learn/DUT-1001734002?ti