教学大纲介绍：
《物理化学及实验》课程（实验）教学大纲
课程代码：05190104
课程名称：物理化学及实验
课程学分：4 课程学时：56（理论学时：40实践学时：16）
课程性质：专业必修课 课程归属：科学素养类
开课部门：生物工程学院 建议修读学期：第3学期
适用对象：生物工程、制药工程、药学、食品科学与工程、食品安全等本科专业
« 课程概况
n 教学目的：物理化学主要研究化学变化和相变化的平衡规律和变化速率规律，是生物工程、食品、材料、制药、生物技术等专业的必修基础课，本课程的目的是在无机化学、有机化学、分析化学、高等数学和大学物理等先行课程的基础上，运用物理学和数学的有关理论和方法，进一步定量地研究物质的化学变化和物理变化的普遍规律。通过本门课程的学习，学生应比较牢固地掌握物理化学基本概念及计算方法，同时还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。这种训练和培养应贯穿在课堂教学的整个过程中，使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并结合具体条件用理论解决实际问题的方法。
n 课程地位：物理化学是在学习了无机化学，有机化学，分析化学，高等数学等这些基础课程之后，开设的一门专业基础学科，在学生学习完物理化学之后，接着学习诸如化学，化工，生物和药学等专业课程。所以物理化学是链接基础学科和专业学科的重要桥梁和纽带，在大学课程设置中起着承前启后的重要作用
n 教学方法：多媒体教学和传统教学相结合，辅以一定量的实验教学环节。
n 学时分配
教学内容 | 绪论 | 热力学第一定律 | 热力学第二定律 | 化学势 | 化学平衡 | 多相平衡 | 电化学七 | 表面现象与分散系统 | 化学动力学 | 合计 |
理论学时数 | 1 | 6 | 6 | 4 | 4 | 5 | 6 | 4 | 4 | 40 |
实践学时数 | | 2 | 4 | | | 3 | | 3 | 4 | 16 |
合计 | | | | | | | | | | 56 |
« 教学内容及要求
一、绪论：（1学时）
重点：本课程的任务和要求
难点：本课程的理论意义
1.掌握物理化学的研究对象及其重要意义
2.理解物理化学的研究方法
3.了解学习物理化学的方法
二、热力学第一定律（6学时）
重点：1. 理想气体在等温、等容、等压与绝热过程中ΔU、ΔH、Q与W的计算。
2. 第一定律与盖斯定律的关系，基尔霍夫定律的由来，并熟悉这两个定律的应用。
3. 可逆过程与最大功的关系。
难点：1. 可逆过程与最大体积功
2. 状态函数变化ΔU、ΔH的计算
(一)热力学第一定律
1. 掌握理想气体在等温、等容、等压与绝热过程中ΔU、ΔH、Q与W的计算，热力学第一定律并能应用于物理化学过程，理想气体绝热可逆过程方程式及其应用。
2. 理解热、功与内能状态函数的意义及其数学性质，以及这三者的区别与联系，能量守恒-热力学第一定律的数学表达式。
3.了解热力学研究方法及其特点，以及热力学的几个基本概念，实际气体的节流膨胀，化学
反应的热效应。
三、热力学第二定律（6学时）
重点：1.热力学第二定律与熵判据、吉布斯自由能判据、亥姆霍兹自由能判据及应用；
2. 状态函数变化ΔS、ΔG、ΔA的计算
难点：1.熵与熵增加原理
2. 各种条件下过程的判据
(一)热力学第二定律
1.掌握热力学函数ΔS、ΔA、ΔG的定义与各热力学函数间的关系，热力学函数在各自的特定条件下能作为过程进行方向与限度的判据，熟练ΔS与ΔG的计算与应用。
2. 理解克劳修斯不等式的重要性与熵函数的概念，卡诺循环与卡诺定理，热力学第二定律，
3. 了解一切自发过程的共同特征，热力学第三定律及熵的物理意义，热力学基本公式，麦克斯韦关系式
四、化学势（4学时）
重点：1. 多组分系统的热力学特性，偏摩尔量及其应用；
2. 化学势及其在多相平衡、化学平衡中的应用、气体及溶液的化学势及标准态。
难点：1. 偏摩尔量与化学势
2. 活度与标准态
(一) 化学势
1. 掌握理想溶液、稀溶液与实际溶液三者的区别与关系，拉乌尔定律和亨利定律以及它们的应用，不挥发性溶质稀溶液的依数性计算，逸度及活度的概念。
2. 理解多组分体系中引入偏摩尔量的原由，偏摩尔量和化学势的概念，理想体系（理想气体、理想溶液、理想稀溶液）中各组分化学势的表达式及应用。
3. 了解化学势与标准态的概念与意义,逸度系数、活度系数的简单计算，非理想溶液中物质的化学势。
五、化学平衡（4学时）
重点：1.化学反应定温方程、定压方程及应用；
2. 各因素对化学平衡的影响及计算。
难点：1. 理想气体反应的KP、Kx与KC 的换算
2. ΔGq = - RTlnKq的有关计算。
(一)化学平衡
1. 掌握用等温方程判断化学反应的方向和限度的方法，会用热力学数据计算标准平衡常数和经验平衡常数，理想气体反应的KP、Kx与KC的换算和平衡常数与平衡组成的计算
2. 理解温度对标准平衡常数的影响，物质生成自由能与反应过程ΔG的意义，
3. 了解从吉布斯-赫姆霍兹方程推导反应等压方程式的思路及有关方程的计算，浓度、温度、压力与惰性气体对平衡的定量影响。
六、多相平衡 （5学时）
重点：1. 相律、独立组分数的确定
2. 根据相图了解不同过程中相的变化
3. 相平衡区中应用杠杆规则的计算
难点：1. 单组分系统、二组分系统相图识别
(一) 多相平衡
1. 掌握相、组分数、自由度的概念，水的相图，能应用相律来说明相图中区、线、点的意义、并能根据相图来说明体系在不同过程中所发生相变化的情况。
2. 理解克劳修斯-克拉贝龙方程的推导及其应用，相律的推导、物理意义与用途。
3. 了解绘制相图的常用方法，能根据热分析法绘制出步冷曲线而得出相图。
七、电化学 （6学时）
重点：1. 电解质溶液的电导及其应用；
2. 可逆电池电动势及其应用；
3. 不可逆电极过程及应用。
难点：1. 离子的活度、平均活度与平均活度系数
(一)电化学
1. 掌握有关电动势的计算与电动势测定的应用，能斯特方程及其计算，电池的表示法，电池过程的热力学函数的改变ΔG、ΔH、ΔS与电功、电动势的关系，从所给电池、电极写出有关的化学反应方程以及根据所给化学反应设计原电池。
2. 理解电解质溶液的电导率、摩尔电导率的概念及电导测定的应用，离子的水化作用及其在外电场下溶液中的迁移情况。
3. 了解离子活度、平均活度和平均活度系数的概念，电动势产生的原因，产生极化作用的原因，极化的分类与电化学极化的机理。
八、表面现象与分散系统（4学时）
重点：1. 表面化学原理及其应用；
2. 分散系统的性质及应用。
难点：吉布斯等温吸附方程
(一) 表面现象与分散系统
1. 掌握表面自由能、表面张力的概念，吉布斯公式的推导过程及其意义与计算，Langmuir单分子层吸附模型和吸附等温方程式。
2. 理解表面张力和表面Gibbs函数的概念，弯曲液面的表面现象，液体的润湿与铺展，毛细管现象。
3. 了解表面活性物质的基本性质及用途，溶胶的一般制备与净化方法，溶胶的动力学性质、光学性质与电学性质，胶团的结构及胶体的稳定性与聚沉作用
九、化学动力学 （4学时）
重点：1. 反应速率方程式与反应级数
2. 反应级数的求法
3. 简单反应与某些复杂反应的动力学规律
难点：1. 简单级数反应的动力学公式及其应用；
2. 反应级数的确定
(一) 化学动力学
1. 掌握化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念，一级和二级反应的速率方程及其应用，基元反应及反应分子数的概念，对峙反应、连串反应、平行反应的动力学特征。
2. 理解Arrhennius方程及其应用，活化能、指前因子的定义和物理意义，及活化能对反应速率的影响，反应级数的实验测定法。
3. 了解反应级数的实验测定法，以及简单碰撞理论和过渡状态理论的基本思想和结论，催化反应的基本原理，均相催化反应，复相催化反应。
« 实践环节内容及要求
（此部分实践环节为课程内实验，若没有则不用保留）
序号 | 实验项目名称 | 学时 | 实验类别 | 分组人数 | 实验室名称 | 主要实验设备 |
1 | 恒温槽的装配和性能测试 | 2 | 验证 | 6 | 物理化学实验室 | 恒温水浴 |
2 | 燃烧热的测定 | 4 | 验证 | 4 | 物理化学实验室 | 氧弹式量热计 |
3 | 液体饱和蒸气压的测定 | 3 | 验证 | 4 | 物理化学实验室 | 饱和蒸气压实验装置 |
4 | 蔗糖水解反应速率常数 的测定 | 4 | 验证 | 4 | 物理化学实验室 | 全自动旋光仪 |
5 | 溶胶的制备和性质 | 3 | 验证 | 16 | 物理化学实验室 | 常规玻璃仪器 |
（实验类别包括演示、验证、应用、综合、设计、研究、创新）
n 1. 恒温槽的装配和性能测试
u 实验目的和要求
了解恒温槽的构造及恒温原理，初步掌握其装配和调试的基本技术。绘制恒温槽灵敏度曲线（温度－时间曲线），计算灵敏度△t值，学会分析恒温槽的性能。掌握热电偶、接触温度计和继电器的基本测量原理和使用方法。
u 主要实验方法
装配恒温槽，熟悉热电偶控温原理，分别绘制两个不同温度下恒温槽灵敏度曲线（温度－时间曲线）并计算灵敏度。
n 2. 燃烧热的测定
u 实验目的和要求
用氧弹式量热计测量萘的燃烧热，通过实验熟悉氧弹式量热计的构造及测量原理，了解氧气钢瓶、氧气减压阀、热电偶和精密数字温度温差仪的正确使用方法，理解恒压热与恒容热的差别，学会Excel绘制雷诺校正图并图解校正温度改变值△T。
u 主要实验方法
用已知燃烧热的物质（本实验为苯甲酸）标定量热计的水当量K，然后将待测样品萘在氧弹量热计中于充氧条件下完全燃烧，记录温度-时间数据，利用雷诺图解法校正温度改变值ΔT，根据公式求出萘的恒容燃烧热QV，再根据萘的燃烧反应换算为恒压燃烧焓ΔCHm。
n 3. 液体饱和蒸气压的测定
u 实验目的和要求
明确液体饱和蒸气压的定义及气-液两相平衡的概念，掌握用静态法测定无水乙醇在不同温度下饱和蒸气压的原理及操作方法；理解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系及克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义，学会图解法求算所测温度范围内的平均摩尔蒸发焓和正常沸点；了解真空泵、恒温槽及精密数字压力计的使用及注意事项。
u 主要实验方法
静态法采用等压计测量不同温度下无水乙醇的饱和蒸气压，根据克劳修斯-克拉贝龙方程，以lnp对1/T作图可得一直线，该直线的斜率等于 可求算实验温度范围内无水乙醇的平均摩尔汽化热ΔvapHm。同样，由lnp-1/T图可求出无水乙醇的正常沸点Tb。
n 4. 蔗糖水解反应速率常数的测定
u 实验目的和要求
利用蔗糖在酸性条件下发生水解反应时反应体系伴随着旋光度的改变这一特性，通过测量体系旋光度的改变量研究蔗糖水解反应动力学，测定蔗糖水解反应速率常数k并计算蔗糖转化的半衰期t1/2。本实验要求掌握利用旋光度测定酸催化下蔗糖水解反应速率常数的基本原理，了解旋光仪的构造和基本原理，掌握其正确的使用方法。
u 主要实验方法
将超级恒温水浴与旋光管保温套相接，恒温至所需反应温度 (25.0±0.1)℃。测定该温度下蔗糖水解过程旋光度αt和反应终了时的旋光度α∞。以 对t作图，根据所得直线方程判断反应级数，根据斜率求水解速率常数k并计算反应半衰期t1/2。
n 5. 溶胶的制备和性质
u 实验目的和要求
掌握胶体溶液的不同制备方法，利用半透膜热渗析法纯化所制备的Fe(OH)3溶胶；了解电解质对溶胶稳定性的影响的原理，掌握测定溶胶聚沉值的方法。分别研究 KCl，K2SO4，K3[Fe(CN)6]三类电解质对Fe(OH)3溶胶稳定性的影响，并比较三种电解质聚能力的强弱。
◆ 主要实验方法
分别用化学反应法和胶溶法制备Fe(OH)3溶胶，用改变分散介质和实验条件法制备硫溶胶，于约50℃蒸馏水中通过半透膜渗析使胶体得以纯化；研究KCl，K2SO4，K3[Fe(CN)6]三类电解质对Fe(OH)3溶胶稳定性的影响，并测定聚沉值、比较三种电解质聚能力的强弱顺序。
« 课程考核
考核方式 考试
考核形式 试卷
成绩评定 百分制，物理化学实验成绩占20%，物理化学理论成绩占80%，
« 教学材料
n 教材
◆《物理化学简明教程》（第四版），印永嘉，高等教育出版社，2007，ISBN 978-7-04-021935-7
n 主要参考资料
◆《物理化学简明教程例题与习题》(第二版) ，印永嘉等，高等教育出版社，2009，ISBN 978-7-04-028073-9
◆《物理化学实验讲义》（自编）
撰写人：张云峰 周闯 审核人：孙俊梅
