江苏广播电视大学   《环境监测与管理》专业                  

                 物理化学及胶体化学教学大纲

第一部分大纲说明

一、  课程性质与教学目的

本课程是《环境监测与管理》专业的必修的专业基础课。通过本课程的学习，使学生系统地掌握有关化学变化及物理变化的一些基本原理和研究方法，并初步具有分析问题和解决一些化学方面实际问题的能力。

二、  说明与相关课程的衔接和联系

本课程是在学习完《高等数学》 、 《大学物理》 、 《无机化学》的基础上开设的，为《环境化学》 、 《化工原理》 、 《水污染控制工程》 、 《大气污染控制工程》《固体废物处理与处置》等后续课程服务。

三、  教学要求

掌握化学热力学 、 化学动力学 、 电化学以及表面现象和胶体化学的重要理论内容 、 原理及规律，学会用热力学函数的增量判断化学和物理变化的方向和限度。

四、  教学媒体的构成与主要内容

以文字教材为主，辅以音像教材。

本课程的文字教材是：印永嘉 奚正楷 李大珍编，《物理化学简明教程》，第三版，高等教育出版社， 1992 年 6 月。

主要参考书目：

1 . 薛方渝主编，《物理化学》，（上 、 下册），中央广播电视大学出版社， 1989 年

2 ．傅献彩，《物理化学》，（上 、 下册），第三版，高等教育出版社， 1992 年

主要内容：热力学第一定律 、 热力学第二定律 、 化学平衡和相平衡 、 化学动力学 、 电化学以及表面现象和胶体化学。

五、  教学内容的重点与难点及教法建议

1 . 重点：化学变化的方向和限度 、 化学反应速率及影响速率的因素 、 可逆电池热力学 、 表面现象和胶体化学。

2 . 难点：用热力学函数的增量判断物理和化学变化的方向和限度 、 活化能 、 根据化学反应设计可逆电池 、 化学反应机理。

3 . 教法建议：

(1)在学生自学的基础上，认真组织教学，重点和难点分析透彻。

(2)要注意逻辑推理的思维方法，公式的推导 、 物理意义和适用条件。

(3)重视多做些习题，勤于思考，上好习题课。

六、  教学中需要注意的问题

提高学生学习的自觉性和兴趣，树立学好物理化学的信心；树立整体观念，把握课程的基本脉络，对于基本概念应该在理解得基础上灵活应用；理论联系实际，提高分析问题和解决问题的能力。

七、  课程学时分配

本课程总学时 81 ，其中习题讨论课 8 ，实验课 9 ，各章学时分如下：

第二部分 大纲正文                                   

绪论

基本内容

1.物理化学的研究对象及其重要意义

2.物理化学的研究方法

3.学习物理化学的方法

基本要求

   明确为什么要学习物理化学，物理化学的基本内容，如何学好物理化学。

第一章  热力学第一定律

基本内容

1.热力学的研究对象

2.几个重要概念

3.能量守衡——热力学第一定律

4.体积功

5.定容及定压下的热

6.理想气体的内能和焓

7.热容

8.理想气体的绝热过程

9.实际气体的节流膨胀（删去）

10 ．化学反应的热效应

11 ．盖斯定律

12 ．生成热及燃烧热

13 ．反应热与温度的关系—基尔霍夫方程

基本要求

1.掌握热力学的基本概念，着重理解状态函数的特点。

2.了解几种热效应形式，掌握化学反应热，明确内能（ U ）和（ H   ）都是状态函数 、 热（ Q   ）和（ W ）都是与途径有关。

3.掌握热力学第一定律的表述，数学表达式及根据状态函数的特性计算 △ U                      △ H 的方法，并能熟练地计算理想气体在恒温、恒压、恒容及 绝热过程的 △ U 、△ H 、 Q 及 W 。

4.掌握由生成焓、燃烧焓的数据计算化学反应热效应的方法。会应用 基尔霍夫定律计算在不同温度下的热效应。

必须作的习题： 2   3   4   5   7   8   9   12    15    16    19   23   27    30    36    39     41

42     43    45    50   

第二章 热力学第二定律

  基本内容

1.自发过程的共同特征

2.热力学第二定律的经典表达

3.卡诺循环与卡诺定理

4.火商的概念

5.火商变化的计算及其应用

6.火商的物理意义及规定火商的计算

7.亥姆霍兹自由能（删去）与吉布斯自由能

8.判断过程方向及平衡条件的总结

9.热力学函数的一些重要关系式

10．△G的计算

基本要求

1.了解自发过程的共同特征，明确热力学第二定律的意义和表述。

2.理解火商的物理意义，掌握火商判据的适用条件及其应用，学会计算一些简单过程的 ∆ S，

（火商与火商增原理是本章的重点和难点）。

3.明确自由焓的定义及其特殊条件下的物理意义，掌握物系在恒温和恒压条件下，用自由焓的增量作过程方向和限度判据的应用，掌握 △ G的计算方法。

4.掌握热力学函数间的基本关系式。

5.了解热力学第三定律。

必须作的习题： 5   6    7    8    17    18    20    30    32    33     35    37     39   40

第三章  化学势

基本内容

1.偏摩尔量

2.化学势

3.气体物质的化学势

4.理想溶液中物质的化学势

5．稀 溶液中物质的化学势（删去）

6．不挥发性溶质稀溶液的依数性 （删去）

7．非 理想溶液中物质的化学势（删去）

  基本要求

了解偏摩尔量、化学势、 气体物质的化学势 、 理想溶液中物质的化学势的物理意义。

第四章  化学平衡

基本内容

1.化学反应的方向和限度

2.反应的标准吉布斯自由能变化

3.平衡常数的各种表示法

4.平衡常数的实验测定

5.温度对平衡常数的影响

6.平衡混合物组成的计算示例

7.其他因素对化学平衡的影响

基本要求

1.掌握标准平衡常数的定义式，理想气体系统及含有纯物质凝聚相与理想气体的多相反应系统中的 K Ο 的表达式。

2.掌握用化学反应等温方程式为判断化学反应进行的方向，了解化学反应中化学势判据的表达式和应用。

3．掌握由反应的△ r G m O . 求    K O 以及计算 △ r G m O 的方法

4.掌握由反应的平衡组成计算 K O   及由     K O 计算平衡组成的方法。

5.掌握温度对平衡常数的影响，及有关等压方程式的计算。

6.掌握压力和惰性组份对平衡移动的影响。

7.理解 △ G 、△ r G 、△ r G m 和 △ r G m 0   的意义和区别。

必须作的习题： 1   8    9    12   13    14   24    25   35   40

第五章     多相平衡

基本内容

1 . 相律

(一)单组分系统

2 ．克劳修斯——克拉佩龙方程

3 ．水的相图        

（二）二 组分系统

4 . 完全互溶的双液系统

5 . 简单低共熔混合物的固 - 液系统

6 . 有化合物生成的固 - 液系统

基本要求

1.明确相 、 组分数 和自由度的概念，掌握相律的推导，物理意义极其用途。

2.了解克—克方程的推导，掌握方程的适用条件及方法。

3.掌握杠杆规则的实质 、 数学形式及使用方法。

4.能看懂相图，懂得 图上各点 、 线 、 面的意义，并能用相律进行自由度数的分析。

必须作的习题： 1   2    3   4    5         

第六章      统计热力学初步 （删去）

第七章      电化学

基本内容

(一)电解质溶液

1.离子的迁移

2.电解质溶液的电导

3.电导测定的应用示例

4.强电解质的活度和活度的系数

5.强电解质理论简介

(二)可逆电池电动势

6.可逆电池

7.可逆电池热力学

8.电极电势

9.由电极电势计算电池电动势

10 ．电极电势及电池电动势的应用

(三)不可逆电极过程

11 ．电极的极化

12 ．电解时的电极反应

13 ．金属的腐蚀与防护

基本要求

1.理解电解质溶液的导电机理，掌握法拉第定律。

2.掌握电导 、 电导率和摩尔电导率的概念及三者之间的关系；用测定电导的办法计算弱电解质的电离度 、 电离常数以及难溶盐的溶解度。

3.了解离子独立运动定律及其应用。

4.了解电解质的平均活度和平均活度系数以及强电解质溶液理论的基本观点——离子氛的概念，得拜—尤格尔极限公式的各项含义，离子强度的定义。

5.掌握可逆电池的定义及必须具备的条件，电极电势的概念，会用能斯特方程计算电极电势和电池电动势。

6.掌握各类电极的基本特点，学会由给定化学反应设计原电池，由给定原电池写出电极反应和电池反应，并由电极电势计算电池电动势以及可逆电池热力学函数的变化。                             

7.了解液体接界电势产生的原因及盐桥作用。

8.了解电极极化的原因，电解时的电极反应以及金属的腐蚀和防护。

必须作的习题： 2   3   4   5   9    10    11    12   13    15    16    21    22    23   28    30  

34    36    38    40   43   53  

第八章   表面现象与分散体系

基本内容

(一)表面现象

1.表面自由内能与表面张力

2.纯液体的表面现象

3.气体在固体表面上的吸附

4.溶液的表面吸附

5.表面活性剂及其作用

(二)分散系统

6.分散系统的分类

7.溶胶的光学及力学性质

8.溶胶的电性质

9.溶胶的聚沉和絮凝

10 ．溶胶的制备与净化

基本要求

1.了解比表面能和表面张力的概念，润湿 、 铺展与表面张力的关系。

2.了解弯曲液面对热力学性质的影响，亚稳状态与新相生成的关系，拉普拉斯公式及开尔文公式的含义和应用。

3.掌握兰格缪尔单分子层吸附理论和吸附等温式，物理吸附和化学吸附的区别。

4.了解溶液界面的吸附及吉布斯吸附公式的含义，表面活性物质的结构和特性。

5.了解分散物系的概貌 、 分类极其特性，溶胶的光学性质 、 动力性质电学性质。

6.掌握胶粒和胶团的结构，理解溶胶粒子的双电层， ζ 电位的含义。

7.掌握溶胶的稳定与聚沉的原因。

必须作的习题： 29 思考题： 1    2   3   4   5   6   7   10   11    12

第九章    化学动力学基本原理

基本内容

1.引言

2.反应速率公式

3.简单级数反应的速率公式

4.反应级数的测定

5.温度对反应速率的影响

6.双分子反应的简单碰撞理论

7.过渡态理论大意

8.单分子反应理论简介（删去）

基本要求

1.掌握反应速率 、 反应级数和反应分子数的概念以及反应级数与反应分子数的区别和联系。

2.掌握各级反应速率方程的特点，从实验数据求反应数率常数和反应级数的方法。

3.理解活化能的概念及其对反应速率的影响，掌握阿累尼乌斯方程的几种形式及其应用。

4.了解碰撞理论与过渡状态理论的基本观点。

必须 作的习题：   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11    12   14   15   16   19   20   21   23   24  

25   26

第十章  复合反应动力学

基本内容

1.典型复合反应

2.复合反应近似处理方法

3.链反应

4.反应机理的探索和确定示例

5.催化反应

6.光化学概要

7.快速反应研究技术简介（删去）

基本要求

1.了解几个复合反应的特点，速率方程的建立及浓度与时间的关系式。

2.了解复合反应速率的近似处理方法

3.了解探讨反应机理的一般方法。

4.掌握催化反应的基本原理极其一些术语的意义。

必须作的习题： 11    12   31   32   33

第三部分    物理化学实验教学大纲

一．实验目的、要求及注意事项

1．实验目的

物理化学实验是继无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验之后的一门基础实验课程。它综合了化学领域中各分支所需要的基本研究工具和方法。它的主要目的是：

（ 1）巩固并加深对物理化学课程中相关理论和概念的理解。

（ 2）掌握物理化学实验的基本方法、基本技能和常用仪器的构造原理及使用方法，了解近代大型仪器的性能及在物理化学实验中的应用。     

（ 3）培养和锻炼学生观察实验现象、正确记录数据和处理数据、分析实验结果的能力，使学生养成严肃认真、实事求是的科学态度和作风。

   2．实验要求

    （1）实验预习

（ 1）准备实验预习报告本。

    （2）对实验教材以及有关参考资料、附录、仪器的使用说明书等进行仔细地阅读，然后写出实验预习报告。预习报告应包括：实验目的、简要操作步骤、实验注意事项、需测量的数据（列出空表格），并于实验前一天交实验指导老师批阅。学生达到预习要求后，才能进行实验。

    2．实验数据处理和实验报告写法

（ 1）搞清数据处理的原理、方法、步骤及单位制，仔细进行计算。正确表达实验结果。处理实验数据应个人独立完成，不得马虎潦草，不得相互抄袭。

（ 2）认真写好实验报告，其内容包括：实验目的、基本原理、实验仪器和实验条件实验步骤、实验数据表格、结果处理、作图、思考题与讨论等。

（ 3）采用表格形式表示实验数据，用坐标纸作图，注意实验结果的有效数字，分析实验误差的来源和实验结果的精密度与准确性，并能对实验提出改进意见。

（ 4）按老师规定的时间及时上交实验报告，批阅后的报告要妥善保存，以备考核时复习。

（三）实验注意事项

（ 1）按实验编排的顺序依次完成每一个实验，不经老师允许不得随意和同学交换实验顺序。

（ 2）认真核对实验所用的仪器设备以及实验中所用的玻璃器皿、标准溶液等。对不熟悉的仪器设备必须在认真阅读使用说明书后再动手组装实验装置。

    （3）装置完成后，须经老师检查同意后方可动手做实验。

    （4）实验中要严格控制实验条件，严格按照实验操作规程进行实验、特别是电器和高压气瓶的操作，防止意外事故发生。

    （5）公用仪器及试剂瓶不要随意变更原有位置，用毕要立即放回原处。

（ 6）实验中要到问题要独立思考，认真观察实验现象，及时解决实验中出现的问如自己处理不了应及时报告老师帮助解决。

（ 7）认真做好实验原始数据的记录，实事求是地填写在习报告本上，不允许用单零纸记录。尽量采用表格形式，养成认真记录的习惯。

（ 8）实验完毕，应将实验数据交指导老师审查，教师签注合格意见后，再拆除实验装置，如不合格，需补做或重做。

（ 9）整理实验台面，洗净并核对仪器，若有损坏请自行登记并按规定赔偿。

（ 10）关闭水、电、气，经指导老师同意才能离开实验室。

二．实验大纲正文部分

每位学生必须完成以下的五个实验中的三个实验：

实验一 相对分子质量的测定（凝固点降低法）

    实验目的

    1．用凝固点降低法测定萘的摩尔质量。

    2．掌握凝固点的测量技术。

    3．加深对稀溶液依数性的理解。

实验二   双液系气－液平衡相图的绘制

实验目的

1．绘制环己烷－异丙醇双液系的沸点－组成图，确定其恒沸组成和恒沸温度。

2．掌握回流冷凝法测定液沸点的方法。

3．掌握阿贝（Abbe）折射仪的使用方法。

实验三   碘和碘离子反应平衡常数的测定

实验目的

1.定 和 反应的平衡常数。

2.测定 在 和 中的分配系数。

实验四 电极制备和电池电动势的测定

实验目的

1．理解对消法测定电池电动势的原理，掌握电位差计、检流计及标准电池的使用方法。

2．学会制备铜电极、锌电极的方法。

3．测定丹尼尔（Daniel）电池的电动势和铜、锌两电极的电极电位。

实验五   过氧化氢的催化分解

实验目的

1.测定过氧化氢催化分解反应速度常数。

2.学会用量气法测定反应速度