物理化学（化学专业）(physical chemistry)课程目的与要求一、物理化学课程的作用和地位物理化学是化学学科的一个重要分支，是化学专业本科生的一门主干基础课。
通过本课程的学习，不仅使学生能系统地掌握物理化学的基本知识和理论基础，而且使他们受到严格的科学训练，具备应用物理化学基本原理和方法去分析和解决问题的能力，培养学生的辩证唯物主义世界观、爱国主义精神以及理论联系实际、艰苦奋斗、勇于创新的科学素质。
二、任务和要求本课程的任务是介绍化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学和界面及胶体化学的基本原理、方法及应用。
通过课堂讲授、自习、讨论课、演算习题、计算机辅助教学、考试等教学环节达到本课程的目的，其基本要求如下：（1）、化学热力学：掌握热力学四大定律、重要热力学公式及其物理意义和应用条件，各热力学量的计算中，掌握标准的选择和非理想体系处理的一般方法，掌握热力学函数表的应用。
均相系热力学量之间的关系及转化，据以判断化学变化的方向和限度，掌握相平衡和化学平衡的基本原理及其在实际问题中的应用。
了解非平衡态热力学的基本概念。
（2）、统计热力学：掌握玻尔兹曼统计的基本原理，能从微观层次理解体系的一些热力学性质，掌握从分子配分函数及自由能函数表计算简单气相反应平衡常数及理想气体与晶体的热力学函数。
（3）、化学动力学：掌握化学动力学的基本概念及化学动力学的唯象基本规律、反应速率常数、活化能的测定和计算方法，掌握反应级数的求算和反应历程推测的基本方法，初步掌握基元反应速率理论的基本内容、均相和多相催化原理、现代光化学的基本原理及了解分子反应动力学的现代进展。
（4）、电化学：掌握电解质溶液的基本概念和理论、电导及其应用，可逆电池热力学及其应用，了解电极过程动力学的基本内容及其应用，了解电化学基础研究的活跃领域。
（5）、界面及胶体化学：掌握表面热力学以及胶体体系的性质及基本规律、表面活性剂的作用及应用等。
基本内容及学时分配绪言（1学时）0.1物理化学的内容、特点及其在科研生产中的作用0.2物理化学的量和单位0.3物理化学研究方法及学习方法一、热力学第零定律及物态方程（讲授3学时）1.1基本术语和概念：体系与环境、平衡态与宏观量、状态变量与状态函数、热力学过程1.2热力学第零定律、温度定理、温标的选定1.3物态方程：理想及实际气体的物态方程，临界状态及压缩因子图，膨胀系数及压缩系数二、热力学第一定律（讲授8学时，讨论课2学时）2.1功和热量2.2封闭体系的热力学第一定律、热力学能（内能）及焓、热力学量之间的关系，功、热、∆U及∆H的求算2.3热力学第一定律对理想气体的应用2.4热力学第一定律对实际气体的应用——焦—汤效应2.5热力学第一定律对相变与化学反应的应用——热化学反应进度与反应体系的摩尔热力学量变, 基尔霍夫公式，盖斯定律，标准摩尔热力学量变，生成反应及燃烧反应的摩尔微分热力学量变及其应用，热力学函数表及其使用。
三、热力学第二及第三定律（讲授11学时，讨论课4学时）3.1自发过程的共同特征，可逆与不可逆过程3.2热力学第二定律的经典表述（Clausius及Kelvin说法）——后果不可消除原理3.3热力学第二定律的熵表述：熵及熵增加原理，熵变的求算及过程方向的判断3.4热力学第二定律的统计表述，玻尔兹曼关系式，影响熵的因素3.5熵补偿原理——无序向有序的转变问题3.6热力学第三定律及规定摩尔熵3.7自由能及热力学基本方程热力学第一定律及热力学第二定律的联合公式Helmholtz自由能F及其减少原理Gibbs自由能G及其减少原理热力学基本方程3.8 ∆F、∆G的求算及其应用，Gibbs –Helmholtz方程3.9均相系热力学量之间的关系特性函数，Maxwell关系，热力学函数关系变换的基本方法3.10非平衡态热力学的基本概念熵流与熵产生，熵产生原理，信息与熵，近平衡态热力学，耗散结构四、多组分体系的热力学（讲授8学时，讨论课2学时）4.1多组分体系中物质的偏摩尔数量的定义、集合公式、测量方法，偏摩尔量微商的相关性4.2化学势、质点数改变体系的热力学基本方程及其应用，Gibbs –Duhem方程4.3平衡条件及平衡稳定性判据4.4气体热力学理想气体化学势等温式及混合过程的热力学函数改变量实际气体的逸度和逸度系数定义及求算，气体的标准态4.5溶液热力学理想溶液、理想稀溶液中溶质和溶剂化学势等温式溶液相平衡规律（凝固点降低与升高、沸点升高与降低、渗透压等），微元法实际溶液对理想溶液的偏差及其相关性，Duhem-Margules方程非电解质溶液各组分的活度、活度系数的定义，计算方法，标准态五、相变热力学及相图（讲授8学时，讨论课2学时）5.1相律：组分数，自由度，相律的推导及应用5.2单组分体系及相图Clapeyron方程及其应用单组分体系相图、相变类型、超导与超流5.3二组分体系热力学及相图气-液平衡体系相图的基本类型，杠杆规则，D-M公式及其应用蒸馏及精馏原理液-液平衡体系相图固-液平衡体系相图，相图的绘制及其基本类型二组分体系相图总结：相区交错规则等5.4三组分体系相图及热力学简介相图的表示法及特点、典型相图及其应用分配定律，串级萃取及超临界流体萃取六、化学反应热力学（讲授4学时）6.1化学反应亲合势及平衡条件，化学反应的方向及限度，反应的耦合6.2标准平衡常数及化学反应平衡等温式6.3非理想体系化学反应平衡等温式及平衡常数6.4标准生成Gibbs函数及平衡常数的计算6.5平衡常数与温度的关系，van’t Hoff公式6.6平衡移动的方向：压力、浓度、惰性物质等因素对平衡的影响6.7化学平衡热力学及平衡法的应用七、统计热力学的基础（讲授10学时，讨论课2学时）7.1统计热力学的基本内容、体系及分类7.2平动、转动、振动的能级公式及能级简并度7.3统计热力学的基本假设：等概率原理，统计平均法7.4Maxwall-Boltzmann统计分布：能级分布及其相应的微观状态函数最概然分布及平衡分布Boltzmann 分布律及粒子的配分函数7.5配分函数和热力学性质的关系，定域子体系和离域子体系7.6配分函数的求算配分函数的分解定理平动、转动、振动、电子配分函数的表示式7.7统计热力学应用一——单原子气体，双原子气体及多原子气体7.8统计热力学应用二——原子晶体热容，德拜立方定律7.9统计热力学应用三——理想气体反应的平衡常数化学反应的公共能量标度标准平衡常数的统计力学表达式及计算自由能函数求算平衡常数7.10统计热力学应用四——热力学定律的统计诠释7.11波色-爱因斯坦和费米-狄拉克的统计方法7.12系综原理简介八、反应速率与机理（讲授10学时，讨论课4学时）8.1化学反应速率反应速率的测量8.2速率方程反应级数速率常数及速率系数8.3简单反应级数的唯象规律，反应级数的测定及速率常数之求算8.4复杂反应动力学对歭反应弛豫动力学原理、研究快速反应的温度跃迁技术平行反应单向连续反应、决速步8.5流动体系反应动力学8.6反应速率与温度的关系Arrhenius公式，实验活化能及指前因子的测定适宜的反应温度8.7反应机理和基元反应基元反应复合反应稳态近似与平衡态假设8.8化学动力学和平衡态精细平衡原理反应平衡常数与反应速率常数之间的关系8.9复合反应的活化能基元反应活化能、微观可逆性原理及基元反应活化能的估算8.10非链反应机理的推测九、化学动力学的统计理论（讲授6学时，讨论2学时）9.1简单碰撞理论：理论要点，碰撞理论速率公式，几率因子9.2过渡态理论；势能面，理论要点，基元反应速率常数的统计力学及热力学表达式及其改进，活化熵，活化焓9.3单分子反应速率理论：林德曼（Lindemann）理论、RRKM理论简介9.4分子反应动态学简介：反应截面与总资用能研究分子反应的实验方法，交叉分子束，碰撞参数，分子反应实验结果分析产物分子的角度分布及能量分布，反应物的能量选择及方位效应十、几类具有特殊性质的反应动力学（讲授10学时，讨论课2学时）10.1链反应动力学链反应动力学的表观特征，直链反应定态速率与链长H2+X2反应有机分子分解的赖斯-赫茨菲尔德（Rice-Herzfeld）历程支链反应和氢氧爆炸10.2溶液反应动力学笼效应扩散控制反应动力学过渡态理论在液相反应中的应用溶剂效应压力效应离子强度对溶液反应速率的影响10.3均相催化反应动力学催化反应的特点及其作用均相酸碱催化酶催化和配位络合催化自催化10.4表面反应动力学质量传递物理吸附与化学吸附Langmuir吸附等温式BET吸附等温式比表面及其测定复相催化剂质量作用定律与复相催化反应速率方程表面单分子反应表面双分子反应10.5光化学反应动力学光化学反应的特征、光化学定律、量子效率光的吸收与发射、电子激发态的单分子衰变的光物理过程杰布朗斯基（Jablonski）图、光敏与淬灭光化学过程与反应历程闪光光解化学发光及激光在研究化学反应中的作用十一、电化学系统热力学及动力学（讲授19学时，讨论课4学时）11.1基本概念：电化学特征电化学势电极及电极反应电化学装置11.2电解质溶液导电机理11.3法拉第电解定律：法拉第常数电量计电流效率11.4电解质溶液的电导摩尔电导率极限摩尔电导率离子独立移动定律摩尔电导率的测量及其应用11.5离子运动速率与离子淌度：离子迁移数及其测定方法11.6电解质溶液热力学离子的平均活度及活度系数强电解质溶液的Debye-Huckel离子互吸理论德拜-休克尔极限定律强电解质溶液的德拜-休克尔-昂萨格（D-H-O）电导理论离子缔合现象D-H理论的修正离子热力学函数的规定值11.7化学能与电能可逆电池11.8可逆电池电动势∆r G m=-nFE，可逆电池的Nernst公式，∆r G m、∆r H m、∆r S m的电动势表达式11.9电极电势电极电势的Nernst公式标准氢电极与参比电极电极类型固/液界面双电层模型11.10浓差电池电极浓差电池电解质溶液浓差电池液接界电势11.11电动势测定的实际应用电池标记和化学反应的互译可逆电池的设计标准电极电势和平均活度系数的测定平衡常数和溶度积的测定pH的测定膜电势及离子选择性电极电势-pH图11.12电极过程动力学初步电极反应速率（电流密度）超电势及其测量电化学极化Butler-Volmer方程及其应用Tafel公式及氢析出机理浓差极化11.13应用电化学电沉积（电镀）电解（电合成）腐蚀与金属防腐化学电源电化学分析11.14电化学基础研究的活跃领域表面（界面）电化学电催化化学修饰电极生物电化学电化学传感器半导体（光）电化学谱学电化学十二、界面现象（讲授6学时）12.1表面自由能、表面张力及测定法12.2弯曲液面的附加压力Laplace公式Kelvin公式12.3溶液表面吸附表面活性Gibbs溶液表面吸附公式吸附层结构12.4液体的铺展与润湿作用12.5不溶性表面膜表面压及其测定方法单分子膜的物理状态及其反应动力学单分子膜的应用举例LB膜与自组装膜BL膜探针与膜12.6固体自溶液中的吸附吸附等温线固体比表面的测定影响溶液吸附的因素12.7表面活性剂表面活性剂的定义、分类及结构特征、亲憎平衡值表面活性剂的润湿、增溶、起泡、乳化作用及其在洗涤、浮选等实际应用十三、胶体化学（讲授4学时，其中录像教学2学时）13.1胶体体系的分类、基本特征、溶胶的制备与净化13.2溶胶的动力性质布朗运动扩散作用渗透压和唐南平衡重力沉降和沉降平衡超离心场下的沉降13.3溶胶的光学性质丁达尔（Tyndall）效应散射光的测量雷利公式高分子稀溶液摩尔质量的测定13.4溶胶的电学性质动电现象双电层与ζ电势电泳和电渗及其实际应用13.5溶胶的稳定性憎液溶胶的稳定性临界ζ电势舒尔兹-哈地（Schulze-Hardy）规则亲液溶胶的稳定性保护作用与敏化作用13.6纳米化学教科书及主要参考书[1]黄启巽吴金添魏光编著《物理化学》上、下册，厦门大学出版社，1996年[2]傅献彩等编，《物理化学》上、下册（第四版），高等教育出版社，1990年[3]邓景发等编，《物理化学》，高等教育出版社，1993年[4]邱永嘉等编，《物理化学简明教程》，修订本，高等教育出版社，1992年[5]姚元斌等编，《物理化学教程》，修订本，湖南教育出版社，1991年[6]P.W.Atkins,《Physical Chemistry》,3rd-5thed,1986-1997[7]I RA.N.Levine,《Physical Chemistry》,中译本，禇德萤，李芝芬，张玉芬等译，《物理化学》，北京大学出版社，1987年[8]A.W.Adamson,《Understanding Physical Chemistry》,1980年第三版，中译本，黄维等译，《物理化学精析》，内蒙古人民出版社，1987年。