《物理化学》教学大纲课程名称：物理化学课程类别（必修/选修）：必修课程英文名称：PhysicalChemistry其中实验/实贱学时：0总学时/周学时/学分：64/4/4先修课程：无机化学、分析化学、高等数学后续课程支撑：物理化学实验、高分子物理授课地点：6A304/6A308授课时间：[1-16]周星期二[9-10]、星期四[1-2]授课对象：2022级高分子2班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：张东东/讲师：龙思卫/讲师：金具涛/副研究员：汪文龙/研究员答疑时间、地点与方式：课间时间学生可自由提问：课后通过E-mail、微信、电话联系答疑和讨论，也可来材料学院办公室4B211提问和讨论。课程考核方式：开卷（）闭卷（V）课程论文（）其它（）使用教材：刘俊吉周亚平李松林冯霞修订《物理化学》（第六版）北京：高等教育出版社，2017参考资料：傅献彩，沈文霞，姚天扬编著，《物理化学》（第五版），北京：高等教育出版社，2011课程简介：物理化学是高分子材料与工程专业的必修课。物理化学以丰富的化学现象和体系为对象，大量采纳物理学的理论成就与实验技术，探索、归纳和研究化学的基本规律和理论，构成化学科学的理论基础。本专业物理化学课程的内容主要包括：热力学、化学和相平衡、电化学、化学动力学、表面和胶体化学。通过本课程的学习，学生应该：（1）系统掌握物理化学的基础知识和基本原理，加深对自然现象的普遍规律及其本质的认识和理解：（2）学会物理化学的科学思维方法，即从实验现象和结果出发，通过归纳和演绎，建立模型，进一步推导并最终揭示具有普遍意义的理论：（3）掌握理论联系实际，分析和解决具体问题的方法，培养自主学习和创新能力。1
1 《物理化学》教学大纲 课程名称：物理化学 课程类别（必修/选修）：必修 课程英文名称：Physical Chemistry 总学时/周学时/学分：64/4/4 其中实验/实践学时：0 先修课程：无机化学、分析化学、高等数学 后续课程支撑：物理化学实验、高分子物理 授课时间：[1-16]周 星期二 [9-10]、星期四 [1-2] 授课地点：6A304/6A308 授课对象：2022 级高分子 2 班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：张东东/讲师；龙思卫/讲师；金具涛/副研究员；汪文龙/研究员 答疑时间、地点与方式：课间时间学生可自由提问；课后通过 E-mail、微信、电话联系答疑和讨论，也可来材料学院办公室 4B211 提问和讨论。 课程考核方式：开卷（）闭卷（√）课程论文（）其它（ ） 使用教材： 刘俊吉 周亚平 李松林 冯霞 修订《物理化学》(第六版) 北京：高等教育出版社，2017 参考资料： 傅献彩，沈文霞，姚天扬 编著，《物理化学》(第五版)，北京：高等教育出版社，2011 课程简介： 物理化学是高分子材料与工程专业的必修课。物理化学以丰富的化学现象和体系为对象，大量采纳物理学的理论成就与实验技术，探索、归纳和研究化 学的基本规律和理论，构成化学科学的理论基础。本专业物理化学课程的内容主要包括：热力学、化学和相平衡、电化学、化学动力学、表面和胶体化 学。通过本课程的学习，学生应该：(1) 系统掌握物理化学的基础知识和基本原理，加深对自然现象的普遍规律及其本质的认识和理解；(2) 学会物理 化学的科学思维方法，即从实验现象和结果出发，通过归纳和演绎，建立模型，进一步推导并最终揭示具有普遍意义的理论；(3) 掌握理论联系实际， 分析和解决具体问题的方法，培养自主学习和创新能力
课程数学目标及对毕业要求指标点的支撑：毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标1：1.1能将数学、自然科学、工程科学的1.工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基础了解热力学、化学和相平衡、电化学、化学动力学、表面语言工具用于高分子材料与工程领域和高分子材料专业知识用于解决高分子材料与工和胶体化学中的基本概念和定理。复杂工程问题的表述。程领域的复杂工程问题。目标22.问题分析：能够应用数学、自然科学和高分子2.1能运用数学、自然科学及高分子材理解物理化学课程中理想状况下状态函数的求解，联系积材料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过料与工程的相关科学原理，识别和判断文献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程分、微分概念以及大学化学里基本化学反应方程，学会建复杂工程问题的关键环节。问题，以获得有效结论。立数理模型，将其应用于分析、解决工程问题。目标3：8.职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任8.1有正确价值观，理解个人与社会的培养学生养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事感：能够在高分子材料与工程领域工程实践中理解关系，了解中国国情。求是的科学态度和职业道德。并遵守工程职业道德和规范，履行责任。理论教学进程表支撑课授课教学时教学内容（重点、难点、课程思政融入教学模式周次教学方法作业安排教学主题师数点)程目标线下/混合式重点：物理化学学科概述：理想气体状课后作业+课程思态方程：范德华方程：气体的临界性质：政作业：（要求学目标1课堂讲授绪论生每人阅读两篇与key point Overviewof Physical+小组讨目标21张东东线下气体的pVT关系化学发展有关的文Chemistry, Ideal gas state equation, Van论目标3章，并撰写500字der Waals equation; The critical properties心得）ofgases
2 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 了解热力学、化学和相平衡、电化学、化学动力学、表面 和胶体化学中的基本概念和定理。 1.1 能将数学、自然科学、工程科学的 语言工具用于高分子材料与工程领域 复杂工程问题的表述。 1. 工程知识：能够运用数学、自然科学、工程基础 和高分子材料专业知识用于解决高分子材料与工 程领域的复杂工程问题。 目标 2： 理解物理化学课程中理想状况下状态函数的求解，联系积 分、微分概念以及大学化学里基本化学反应方程，学会建 立数理模型，将其应用于分析、解决工程问题。 2.1 能运用数学、自然科学及高分子材 料与工程的相关科学原理，识别和判断 复杂工程问题的关键环节。 2．问题分析：能够应用数学、自然科学和高分子 材料工程的基本原理和技术，识别、表达、并通过 文献研究分析高分子材料与工程领域的复杂工程 问题，以获得有效结论。 目标 3： 培养学生养成理论联系实际、科学严谨、认真细致、实事 求是的科学态度和职业道德。 8.1 有正确价值观，理解个人与社会的 关系，了解中国国情。 8．职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任 感，能够在高分子材料与工程领域工程实践中理解 并遵守工程职业道德和规范，履行责任。 理论教学进程表 周次 教学主题 授 课 教 师 学时 数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 线下/混合式 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1 绪论 气体的 pVT 关系 张东东 4 重点：物理化学学科概述； 理想气体状 态方程；范德华方程；气体的临界性质； key point ： Overview of Physical Chemistry; Ideal gas state equation; Van der Waals equation; The critical properties of gases 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业+课程思 政作业：（要求学 生每人阅读两篇与 化学发展有关的文 章，并撰写 500 字 心得） 目标 1 目标 2 目标 3
难点：对应状态原理和压缩因子图：课程思政融入点：介绍物理化学的发展历程，历代物理化学家的巨大贡献，培养学生的爱国精神。重点：热力学基本概念（体系、环境、状态、功、热等）：第一定律keypointBasicconceptsof热力学第一定律课堂讲授thermodynamics(system, environment,2线下课后作业目标1基本概念和状态函张东东4+小组讨state,work,heat,etc.),Firstlaw of数论thermodynamics难点：热力学过程（恒温、恒压、绝热）过程中AU、AH、Q和W计算重点：化学反应恰变：标准摩尔反应恰key point :Enthalpy change of chemical课堂讲授热力学第一定律reaction; Standard molar enthalpyof张东东线下+小组讨课后作业目标23反应恰变计算和相4reaction论关定律难点：基希霍夫公式，节流膨胀与焦耳汤姆逊效应重点：热力学第二定律的意义及其与卡课堂讲授热力学第二定律诺定理的联系：卡诺循环与卡诺定理的张东东线下+小组讨课后作业目标144意义：意义及应用论key point The significance of the secondn
3 难点：对应状态原理和压缩因子图； 课程思政融入点：介绍物理化学的发展 历程，历代物理化学家的巨大贡献，培 养学生的爱国精神。 2 热力学第一定律 基本概念和状态函 数 张东东 4 重点：热力学基本概念（体系、环境、 状态、功、热等）；第一定律 key point ： Basic concepts of thermodynamics (system, environment, state, work, heat, etc.); First law of thermodynamics 难点：热力学过程（恒温、恒压、绝热） 过程中ΔU、ΔH、Q 和 W 计算 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 1 3 热力学第一定律 反应焓变计算和相 关定律 张东东 4 重点：化学反应焓变；标准摩尔反应焓 key point ：Enthalpy change of chemical reaction; Standard molar enthalpy of reaction 难点：基希霍夫公式，节流膨胀与焦耳- 汤姆逊效应 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 2 4 热力学第二定律 意义及应用 张东东 4 重点：热力学第二定律的意义及其与卡 诺定理的联系；卡诺循环与卡诺定理的 意义； key point ：The significance of the second 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 1
lawofthermodynamicsanditsconnectionwith Carnot theorem; The significance ofCarnot cycle and Carnot theorem难点：摘的导出：克劳修斯不等式：炳判据及其应用重点：热力学第二定律的数学表达式：热力学函数U、H、S、A、G的关系：热力学第三定律：亥姆霍兹函数和吉布斯函数key point: Mathematical expression of the热力学第二定律课堂讲授second law of thermodynamics;The课后作业目标2第二定律数学表达张东东线下+小组讨514relationshipbetweenthemodynamic式论functions U, H, S, A and G; The third lawof thermodynamics, Helmholtz and Gibbsfunctions难点：几类典型过程摘变的计算：克拉佩龙方程与克-克方程重点：偏摩尔量、化学势的概念：化学势的表达课堂讲授多组分系统热力学张东东+小组讨64线下课后作业目标1key point : Partial molar quantity, The化学势的表达论concept of chemical potential; Expressionof chemical potential>
4 law of thermodynamics and its connection with Carnot theorem; The significance of Carnot cycle and Carnot theorem 难点：熵的导出；克劳修斯不等式；熵 判据及其应用 5 热力学第二定律 第二定律数学表达 式 张东东 4 重点：热力学第二定律的数学表达式； 热力学函数 U、H、S、A、G 的关系； 热力学第三定律；亥姆霍兹函数和吉布 斯函数 key point：Mathematical expression of the second law of thermodynamics; The relationship between thermodynamic functions U, H, S, A and G; The third law of thermodynamics; Helmholtz and Gibbs functions 难点：几类典型过程熵变的计算；克拉 佩龙方程与克-克方程 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 2 6 多组分系统热力学 化学势的表达 张东东 4 重点：偏摩尔量、化学势的概念；化学 势的表达 key point ： Partial molar quantity; The concept of chemical potential; Expression of chemical potential 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 1
难点：拉乌尔定律和亨利定律重点：理想液态混合物和理想稀溶液模型；各组分的化学势的计算：稀溶液的依数性多组分系统热力学课堂讲授key point Ideal liquid mixture and ideal理想溶液相关概念张东东线下+小组讨课后作业目标274dilute solution models, Calculationnof论与计算chemical potentials;, The collinearity ofdilute solutions难点：分配定律，逸度和活度的基本概念和逸度系数图重点：化学反应的方向及平衡条件，标准平衡常数，反应等温式key point: Direction and equilibrium of课后作业+课程思chemical reactions, standard equilibrium化学平衡课堂讲授政作业：（人生方目标1constants, reaction isotherms龙思卫线下+小组讨8化学反应方程式与4难点：标准摩尔反应吉布斯自由能与平程的平衡与影响机目标3论平衡常数衡常数的关系制探索）课程思政融入点：从化学平衡的角度贯穿人生天平所需的平衡，引入当代优秀的科学家事迹2目标3化学平衡期中考试9龙思卫化学平衡的判定及2重点：平衡常数与温度、压力的关系：课堂讲授课后作业线下目标25
5 难点：拉乌尔定律和亨利定律 7 多组分系统热力学 理想溶液相关概念 与计算 张东东 4 重点：理想液态混合物和理想稀溶液模 型；各组分的化学势的计算；稀溶液的 依数性 key point：Ideal liquid mixture and ideal dilute solution models; Calculation of chemical potentials; The collinearity of dilute solutions 难点：分配定律，逸度和活度的基本概 念和逸度系数图 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 2 8 化学平衡 化学反应方程式与 平衡常数 龙思卫 4 重点：化学反应的方向及平衡条件， 标 准平衡常数，反应等温式 key point：Direction and equilibrium of chemical reactions, standard equilibrium constants, reaction isotherms 难点：标准摩尔反应吉布斯自由能与平 衡常数的关系 课程思政融入点：从化学平衡的角度贯 穿人生天平所需的平衡，引入当代优秀 的科学家事迹 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业+课程思 政作业：（人生方 程的平衡与影响机 制探索） 目标 1 目标 3 9 化学平衡 化学平衡的判定及 龙思卫 2 期中考试 目标 3 2 重点：平衡常数与温度、压力的关系； 线下 课堂讲授 课后作业 目标 2
相关计算+小组讨范特霍夫方程，影响化学平衡的因素论key point :The relationship betweenequilibrium constant and temperature,pressure; Van't Hoff equation; factorsaffecting chemical equilibrium难点：化学平衡相关计算：真实气体及混合物的化学平衡重点：相、组分数和自由度，相律，自由度的含义和相律的推导课堂讲授key point: Phase, component fraction and相平衡10龙思卫线下+小组讨课后作业目标14degree offreedom, phase law,meaning o基本概念论degree of freedom, and derivation of phaselaw难点：单组分系统相图重点：杠杆规则：二组分相图key point Leveragerules,Two课堂讲授相平衡component phase diagram11龙思卫线下4+小组讨课后作业目标2二组分系统相图难点：互溶的双液系的P-X相图及T-X论相图，步冷曲线，几种典型系统的相图与分析化学动力学目标1课堂讲授重点：等容反应速率的表示法、基元反12龙思卫线下课后作业4微观化学反应速率+小组讨目标2应、反应级数、反应分子数等基本概念：6
6 相关计算 范特霍夫方程，影响化学平衡的因素 key point ： The relationship between equilibrium constant and temperature, pressure; Van't Hoff equation; factors affecting chemical equilibrium 难点：化学平衡相关计算；真实气体及 混合物的化学平衡 + 小 组 讨 论 10 相平衡 基本概念 龙思卫 4 重点：相、组分数和自由度，相律，自 由度的含义和相律的推导 key point：Phase, component fraction and degree of freedom, phase law, meaning of degree of freedom, and derivation of phase law难点：单组分系统相图 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 1 11 相平衡 二组分系统相图 龙思卫 4 重点：杠杆规则；二组分相图 key point ： Leverage rules; Two component phase diagram 难点：互溶的双液系的 P-X 相图及 T-X 相图，步冷曲线，几种典型系统的相图 与分析 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 2 12 化学动力学 微观化学反应速率 龙思卫 4 重点：等容反应速率的表示法、基元反 应、反应级数、反应分子数等基本概念； 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 课后作业 目标 1 目标 2
论及简单化学反应的具有简单级数的反应的速率方程和特基本特征征，并能够由实验数据确定简单反应的级数：三种典型的复杂反应（对峙反应、平行反应和连串反应）的特点和微分式：速率常数、半衰期，活化能、阿仑尼乌斯经验公式key point : The representation of constantvolume reaction rate, elementary reaction,reactionorder,number of reactionmolecules and other basic concepts, Therate equations and characteristics of simpleorder reactions, and the order of simplereactionscanbedeterminedfromexperimental data; The characteristics anddifferential expressions of three typicalcomplex reactions (confrontation reaction,parallel reaction and serial reaction), Rateconstant,half-life, activation energy.Arrhenius empirical formula难点：链反应的特点：稳态近似法、平衡态法和速控步骤法等近似处理方法：催化作用的通性7
7 及简单化学反应的 基本特征 具有简单级数的反应的速率方程和特 征，并能够由实验数据确定简单反应的 级数；三种典型的复杂反应（对峙反应、 平行反应和连串反应）的特点和微分式； 速率常数、半衰期，活化能、阿仑尼乌 斯经验公式 key point ：The representation of constant volume reaction rate, elementary reaction, reaction order, number of reaction molecules and other basic concepts; The rate equations and characteristics of simple order reactions, and the order of simple reactions can be determined from experimental data; The characteristics and differential expressions of three typical complex reactions (confrontation reaction, parallel reaction and serial reaction); Rate constant, half-life, activation energy, Arrhenius empirical formula 难点：链反应的特点；稳态近似法、平 衡态法和速控步骤法等近似处理方法； 催化作用的通性 论
重点：电解质溶液：法拉第定律：离子迁移数：电导率、摩尔电导率的意义及其与溶液浓度的关系key point:Electrolyte solution, Faraday's电化学课堂讲授lonlaw,migrationnumber, The线下课后作业目标1电解质溶液的基本金具涛+小组讨13significance of molar conductivity and4论概念与理论theirrelationshipwithsolutionconcentration难点：电解质的离子平均活度系数的意义：电解质溶液理论（主要是离子氛的概念）重点：标准电极电势及其应用（包括氧化能力的估计，平衡常数的计算等），电池的书写key point :Standard electrode potential电化学课后作业+课程思课堂讲授and its application (including oxidation电池的书写与电动政（每位同学翻译1目标2金具涛线下+小组讨144capacity estimation, equilibrium constant目标3势的计算以及极化篇电池相关的研究论calculation, etc.), battery writing概念论文）难点：对于所给的电池能熟练、正确地写出电极反应和电池反应并能计算其电动势：温度对电动势的影响及4,H和A,Sm的计算：极化作用：极化曲线与超5
8 13 电化学 电解质溶液的基本 概念与理论 金具涛 4 重点：电解质溶液；法拉第定律；离子 迁移数；电导率、摩尔电导率的意义及 其与溶液浓度的关系 key point：Electrolyte solution; Faraday's law; Ion migration number; The significance of molar conductivity and their relationship with solution concentration 难点：电解质的离子平均活度系数的意 义；电解质溶液理论（主要是离子氛的 概念） 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 1 14 电化学 电池的书写与电动 势的计算以及极化 概念 金具涛 4 重点：标准电极电势及其应用（包括氧 化能力的估计，平衡常数的计算等）， 电池的书写 key point ： Standard electrode potential and its application (including oxidation capacity estimation, equilibrium constant calculation, etc.), battery writing 难点：对于所给的电池能熟练、正确地 写出电极反应和电池反应并能计算其电 动势；温度对电动势的影响及ΔrHm 和 ΔrSm 的计算；极化作用：极化曲线与超 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业+课程思 政（每位同学翻译 1 篇电池相关的研究 论文） 目标 2 目标 3
电势课程思政融入点：介绍2019年诺贝尔化学奖97岁高龄得主Goodenough的励志人生；及其对锂电池领域的巨大贡献，培养学生对科研的兴趣和坚持不解的奋斗精神，明白科学对生活的意义重点：表面吉布斯函数、表面张力的概念：表面张力与温度的关系：弯曲表面的附加压力产生的原因及其与曲率半径的关系，会使用杨一拉普拉斯公式进行简单计算：弯曲表面上的蒸气压，学会使用Kelvin公式key point: The concept of surface Gibbs课堂讲授界面现象目标1functionand surfacetension;The15表界面的物化函数汪文龙线下+小组讨课后作业4目标2relationship between surface tension and论推倒与计算temperature; The causes of additionalpressure on the curved surface and itsrelation with the radius of curvature aresimplycalculatedthebyusingYoung-Laplacian formula. Vapor pressureon a curved surface,learn to use theKelvinformula
9 电势 课程思政融入点：介绍 2019 年诺贝尔化 学奖 97 岁高龄得主 Goodenough 的励志 人生，及其对锂电池领域的巨大贡献， 培养学生对科研的兴趣和坚持不懈的奋 斗精神，明白科学对生活的意义 15 界面现象 表界面的物化函数 推倒与计算 汪文龙 4 重点：表面吉布斯函数、表面张力的概 念；表面张力与温度的关系；弯曲表面 的附加压力产生的原因及其与曲率半径 的关系，会使用杨—拉普拉斯公式进行 简单计算；弯曲表面上的蒸气压，学会 使用 Kelvin 公式 key point：The concept of surface Gibbs function and surface tension; The relationship between surface tension and temperature; The causes of additional pressure on the curved surface and its relation with the radius of curvature are simply calculated by using the Young-Laplacian formula. Vapor pressure on a curved surface, learn to use the Kelvin formula 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 1 目标 2
难点：吉布斯吸附等温式：气-固表面的吸附本质及吸附等温线的主要类型：表面活性物质的定义重点：分散系统，胶体的制备，胶体体系的主要特点及其动力学、光学、电学性质：电解质溶液对胶体稳定性的影响：电解质聚沉能力的判断：溶胶的胶团结构与双电层理论key point:Dispersion system, preparationof colloids, maincharacteristics of胶体化学课堂讲授目标1colloidal systems and their kinetic, optical,胶体粒子的相关概汪文龙线下+小组讨课后作业164目标2and electrical properties, The effect of论念介绍与理论electrolyte solution on colloid stabilityDetermination of electrolyte sedimentationcapacity, Micelle structure and DoubleLayer Theory难点：Donnan平衡，渗透压测定高分子溶液的相对分子量的方法，高分子溶液的粘度与分子量的关系合计6410
10 难点：吉布斯吸附等温式；气-固表面的 吸附本质及吸附等温线的主要类型；表 面活性物质的定义 16 胶体化学 胶体粒子的相关概 念介绍与理论 汪文龙 4 重点：分散系统，胶体的制备，胶体体 系的主要特点及其动力学、光学、电学 性质；电解质溶液对胶体稳定性的影响； 电解质聚沉能力的判断；溶胶的胶团结 构与双电层理论 key point：Dispersion system, preparation of colloids, main characteristics of colloidal systems and their kinetic, optical, and electrical properties; The effect of electrolyte solution on colloid stability; Determination of electrolyte sedimentation capacity; Micelle structure and Double Layer Theory 难点：Donnan 平衡，渗透压测定高分子 溶液的相对分子量的方法，高分子溶液 的粘度与分子量的关系 线下 课堂讲授 + 小 组 讨 论 课后作业 目标 1 目标 2 合计 64