华东理工大学物理化学考试大纲

工科专业《物理化学》教学大纲

课程编号：D1013156 英文译名：Physical Chemistry 课程性质：核心课程

适用专业、年级：化工、材料、生工、环境等专业，2年级下学期、3年级上学期 开课系及教研室：化学系物理化学教研室 学分数：6-8学分

总学时数：90-128学时 理论课学时：90-128学时 要求先修课程：高等数学、大学物理、现代基础化学

教材：《物理化学》（第四版），胡英主编，高等教育出版社，1999年 参考书： 1. 教材中所列参考书

2.《物理化学教学指南》,吕瑞东等编，华东理工大学出版社，1999年

一、本课程的地位、作用和任务

物理化学是化学科学中的一个学科，是整个化学科学和化学工艺学的理论基础。它运用数学、物理学等基础科学的理论和实验方法，研究化学变化包括相变化和 pVT 变化中的平衡规律和速率规律，以及这些规律与物质微观结构的关系。为后继专业课程如化工原理、分离工程、反应工程、化学工艺学等提供更直接的理论基础，起着承上启下的枢纽作用。

学习物理化学的目的有两个：一是掌握物理化学的基本知识，加强对自然现象本质的认识，并为与化学有关的技术科学的发展提供基础；二是学习物理化学的科学思维方法，培养获得知识及用所学知识解决实际问题的能力。 二、教学基本要求

第1章 物质的pVT关系和热性质（8学时）：1.理解pVT关系和热性质是物质的两类基本的宏观平衡性质。它们是分子的热运动和分子间的相互作用在宏观上的反映。2.掌握系统、环境、状态、平衡态、状态函数、强度性质、广延性质等基本概念，以及反映物质pVT关系的状态方程。3.对于pVT关系的实验规律：要求掌握流体的pVT状态图、pV图和压缩因子图的特点，气液相变和气液临界现象的特征，以及饱和蒸气压、沸点和临界参数的物理意义。要求理解包括气液固三相的pVT状态图，掌握pT相图的特点以及三相点的意义，理解稳定平衡和亚稳平衡的区别和联系。4.对于pVT关系的半经验方法：先复习范德华方程。进而理解它对气液相变的应用。了解什么是双节线，什么是旋节线。理解普遍化范德华方程。掌握pVT关系的普遍化计算方法。理解对应状态原理。5.复习热力学第一定律。掌握功、热、热力学能、焓等的定义和相互关系，理解QV=∆U、Qp=∆H的适用条件和应用，及热力学标准状态的概念和意义。6.复习各类热性质。掌握标准摩尔定容热容、标准摩尔定压热容、

1

标准摩尔相变焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓和标准熵的定义和应用。7.了解热性质的实验测定原理和方法以及一些半经验方法，主要是基团加和法。8.知道研究pVT关系和热性质的理论方法，要涉及统计力学和量子力学内容。

第2章 热力学定律和热力学基本方程（10学时）：1.理解热力学第二定律的建立过程。理解由热力学第二定律演绎得出的三个结论，即热力学温标、存在一个状态函数熵、以及熵增原理。理解引入亥姆霍兹函数和吉布斯函数的意义。2.掌握在克劳修斯不等式基础上得出的可逆性判据或不可逆程度的度量。3.掌握热力学基本方程，理解由此得出的各种偏导数关系式。理解热力学基本方程是化学热力学理论框架的中心。4.理解在解决实际问题时，既需要热力学理论所提供的普遍规律，也需要物质的特性，即pVT关系和热性质。5.掌握理想气体pVT变化中热力学函数变化的计算。了解非理想气体包括液体和固体pVT变化中热力学函数变化的计算。6.掌握可逆相变化和不可逆相变化中热力学函数变化的计算。7.理解热力学第三定律的建立过程，理解标准熵的含义。了解得到标准熵的方法。8.掌握化学变化中热力学函数变化的计算。9.理解可逆性判据与平衡判据的联系，并用它们判断过程的方向和限度。10.掌握克拉佩龙–克劳修斯方程的推导和应用。11.了解能量有效利用的概念。了解能量衡算原理，以及从可逆性判据引伸得出的有效能概念。

第3章 多组分系统的热力学，逸度和活度（6学时）：理解偏摩尔量的定义与物理意义，理解集合公式和吉布斯–杜亥姆方程，了解偏摩尔量的实验测定。2.理解化学势的定义，掌握组成可变的均相多组分系统和多相多组分系统的热力学基本方程，理解它们是多组分系统热力学的中心。3.理解用化学势表达的适用于相变化和化学变化的平衡判据，掌握热平衡条件、力平衡条件、相平衡条件和化学平衡条件。4.理解相律的推导，掌握相律的内容及其应用。5.理解逸度和逸度参考状态的概念，能用逸度表示混合物中组分的化学势。了解逸度因子的求法。6. 理解理想混合物和理想稀溶液的概念，掌握拉乌尔定律、亨利定律及其应用。7.理解活度的概念，掌握选取活度参考状态的惯例Ⅰ和惯例Ⅱ，能用活度表示液态(固态)混合物中组分以及溶液中溶剂和溶质的化学势，能用混合物或溶液的蒸气压数据求组分的活度因子。8.了解选择活度参考状态的惯例Ⅲ和惯例Ⅳ。9.知道混合性质和超额函数的概念。

第4章 相平衡（8学时）：1.对两组分系统的气液平衡相图，要求掌握恒温相图和恒压相图中点、线、面的物理意义，会使用杠杆规则计算平衡时各相的量，理解精馏的原理。初步了解两组分系统的高压气液平衡相图。2.对两组分系统的液液气平衡相图，要求掌握恒压相图中点、线、面的物理意义，会使用相律和杠杆规则，理解液相部分互溶系统的精馏。3.对两组分系统的液固平衡相图，了解用热分析法和溶解度法制作相图的方法，掌握几种典型液固相图的点、线、面的物理意义，会使用相律和杠杆规则，了解液固平衡相图的一些实际应用。4.对于三组分系统的相图，会用正三角形的组成表示法，了解三组分系统液液平衡相图或三组分系统液固平衡相图的特点，知道投影图的概念。了解萃取和结晶分离的依据和原理，了解分配定律。5.掌握相平衡计算的原理，了解各类型相平衡计算的内容和方法。6.了解稀溶液依数性的热力学原理以及一些重要应用。7.知道一些高级相变的常识。

第5章 化学平衡（4学时）：1.了解标准平衡常数的定义和特性。了解以逸度、分压、浓度、活度、摩尔分数表示的平衡常数的形式和特性，及与标准平衡常数的关系。2.了解化学反应等温方程的推导，掌握用等温方程判断化学反应方向与限度的方法。3.了解同时平衡和反应耦合的概念。4.了解范特荷甫方程的推导，理解温度对标准平衡常数的影响规律，掌

2

握使用范特荷甫方程计算不同温度下标准平衡常数的方法。5.熟练掌握用热性质数据计算标准平衡常数的方法。

第6章 传递现象（4学时）：1.理解浓度梯度、温度梯度和流速梯度是物质传递、热量传递和动量传递的推动力。理解费克定律、富里叶定律、牛顿定律和扩散系数、热导率、粘度的物理意义。2.掌握费克定律对恒稳态传质过程的应用和计算。3.理解费克定律对非恒稳态传质过程的应用和公式推导。理解费克第二定律。4.了解布朗运动的原因和规律，了解爱因斯坦-斯莫鲁霍夫斯基方程和斯托克斯-爱因斯坦方程。5.了解热扩散现象和达福尔效应。6.理解不可逆程度与熵产生率的关系。理解离散系统的熵产生率方程，了解连续系统的熵产生率方程。7.了解联系广义通量与广义推动力的线性唯象关系，了解昂色格倒易关系及其意义。8.初步了解不可逆过程热力学对传递现象的应用。9.了解扩散系数的实验测定方法。10.知道一些有关传递性质的理论和半经验方法。

第7章 化学动力学（10学时）：1.理解基元反应、复合反应，以及它们之间的关系。2.掌握化学反应速率的各种定义以及相互间的关系。3.理解反应分子数、级数、速率常数和速率系数的概念和含义。4.掌握零级、一级、二级、n 级反应速率方程的特点以及它们的积分形式，了解它们的应用。5.掌握一级对峙反应、一级连串反应和一级平行反应的基本特点以及它们的积分形式，了解它们的应用。6.掌握不同形式的阿仑尼乌斯方程及其应用，理解阿仑尼乌斯活化能和指前因子的含义。7.掌握利用实验数据获得动力学特征参数的积分法和微分法。8.了解快速反应的实验方法。9.掌握由反应机理求速率方程的近似方法——平衡态处理法和恒稳态处理法。10.了解基元反应的三个速率理论即碰撞理论、过渡状态理论和分子动态学的概要。11.了解求动力学特性参数的半经验方法。

第8章 各类反应的动力学（4学时）：1.理解溶液中反应速率方程的特点，区别扩散控制与反应控制。了解溶剂与溶质的相互作用和扩散对溶液中反应的影响。2.理解分子聚合反应和自由基聚合反应速率方程的特点，了解链反应机理的基本特点。3.了解支链反应机理与燃烧和爆炸的原因，了解爆炸极限的概念。4.理解酸碱催化反应速率方程的特点，知道一些络合催化反应的概念。5.了解酶催化反应的特点。6.理解光化学反应的基本定律以及速率方程的特点。7.了解连续管式反应器和连续釜式反应器中反应的特点。8.了解产生化学振荡的条件以及化学振荡与反应稳定性的关系。知道化学中有关混沌现象的一些知识。

第9章 量子力学基础（8学时）：1.理解构成量子力学基础的几个重要实验的含义，理解经典理论的局限性。2.理解微观粒子运动的基本特征，理解波粒二象性、波粒二象性的统计性、以及测不准原理。3.理解量子力学的基本假定。知道描述微观粒子系统的状态、可测量的力学量与状态的关系、微观粒子系统运动方程的特点。4.掌握薛定谔方程。了解根据边界条件和归一化条件求解薛定谔方程的原理，了解波函数和能级的物理意义。5.掌握薛定谔方程对势箱中粒子平动的求解。理解平动波函数、平动能级和平动量子数的意义。6.了解薛定谔方程对线型刚性转子转动和对谐振子振动的求解。理解转动和振动波函数、转动和振动能级以及转动和振动量子数的意义。7.了解薛定谔方程对氢原子和类氢离子中电子运动的求解。理解电子波函数、原子轨道以及主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数的意义。8.初步了解多电子原子薛定谔方程求解的自洽场方法，了解保里原理的意义。知道一些有关光谱项和多电子原子量子数的知识。

3

第10章 化学键和分子间力的理论（18学时）：1.本章将遇到各种不同的量子化学方法，例如在BO近似的基础上严格求解薛定谔方程的方法，引入模型（变分函数）求解待定参数的变分法，从头计算法以及各种半经验方法，要求了解它们不同的特点。2.通过对氢分子离子的量子力学研究，掌握变分法的基本原理和应用，理解共价键稳定的本质。3.理解分子轨道理论的基本原理, 了解分子轨道形成的原则以及有关符号的规定。了解对双原子分子的应用。5.了解价键理论的要点，了解杂化轨道理论。4.理解多原子分子离域轨道和定域轨道的概念及其相互关系。了解分子的量子态、电子组态、光谱项、光谱支项等的基本概念，了解有关符号的规定。6.理解半经验的HMO方法的原理及其对共轭分子的应用。初步了解配位化合物的配位场理论。知道一些原子簇化合物的知识。7.了解由分子轨道理论所得到的各种分子性质和反应性质。8.理解分子间力的本质，理解各种类型的分子间力包括静电作用、诱导作用、色散作用、氢键和憎水作用的规律。了解各种分子间位能函数。9.知道一些有关超分子的知识。10.初步了解分子的对称操作以及群论的基本概念，初步了解分子对称性和量子化学的关系。11.初步了解晶体的宏观对称性和微观对称性，以及点群和空间群的基本概念。

第11章 波谱的基本原理（6学时）：1.了解分子光谱、光电子能谱、磁共振谱和衍射等四大类波谱的区别。2.理解转动光谱、振转光谱、拉曼光谱和电子光谱的基本原理，了解其选择规律和主要应用。3.了解荧光、磷光、激光的特点和产生机理。4.理解紫外光电子能谱和X光电子能谱的基本原理，了解其主要应用。5.理解核磁共振和顺磁共振的基本原理，了解其主要应用。6.理解X射线晶体衍射的基本原理，了解劳埃法和粉末法及其应用。7.初步了解能级跃迁选择规律的量子力学基础。

第12章 独立子系统的统计热力学（8学时）：1.了解独立子系统与相倚子系统的概念与本质区别。知道系统的微观状态的经典力学描述与量子力学描述。2.知道在研究独立子系统的宏观性质时，平动能级、转动能级、振动能级以及电子能级等，是需要输入的物质的微观特性。3.理解统计力学的三个基本假定。4.理解独立子系统的微观状态、分布和宏观状态间的关系。5.理解最概然分布可以代表平衡系统中一切分布的统计规律，掌握撷取最大项法。6.理解麦克斯韦–玻尔兹曼分布公式的不同表示形式及其适用条件。了解玻色–爱因斯坦和费米–狄拉克分布，以及三种分布间的关系。7.理解子配分函数的物理意义和析因子性质。掌握双原子分子的平动、转动和振动配分函数的计算。8.掌握独立子系统的热力学函数与子配分函数的关系。理解能量按自由度均分原理和玻尔兹曼关系式。9.了解气体标准摩尔热容的统计力学计算方法，了解原子晶体热容的爱因斯坦模型和德拜模型。10.了解标准摩尔熵和气相化学反应标准平衡常数的统计力学计算方法。

第13章 相倚子系统的统计热力学（4学时）：1.理解统计系综理论是具有普遍意义的平衡态统计力学理论。了解三种不同类型的系综，即微正则系综、正则系综和巨正则系综。2.掌握吉布斯正则分布的推导，理解正则配分函数的意义及其与热力学函数的关系。了解涨落现象的统计力学基础。3.理解位形配分函数的意义及在研究 pVT 关系中的作用。4.了解分子间相互作用位能函数的概念。5.了解适用于气体的维里展开理论方法。6.了解适用于稠密流体和液体的径向分布函数理论方法。7.了解统计力学理论计算机分子模拟方法。

第14章 速率理论（4学时）：1.了解态态反应的含义及其与基元反应的关系。2.了解反应速率理论的三个层次：不计分子内部运动的碰撞理论，考虑分子内部运动但不计态态反应

4

细节的过渡状态理论，以及全面研究态态反应的分子动态学。3.理解麦克斯韦速度分布，理解碰撞数和平均自由路程等基本概念。了解麦克斯韦速度分布以及相对速度分布的推导过程。4.了解硬球气体粘度、热导率和扩散系数公式的推导过程，了解实际流体传递现象的复杂性。5.理解反应速率的碰撞理论。理解摩尔阈能的物理意义及其与活化能的关系。6.了解位能面的构作原理。7.理解过渡状态理论。理解摩尔能垒的物理意义及其与活化能的关系。了解配分函数与反应速率的关系。8.了解分子动态学的两种实验方法：分子束散射技术与波谱技术。9.了解分子动态学的半经典理论方法，了解位能面上反应轨迹的含义。

第15章 界面现象（6学时）：1.理解界面张力和单位界面过剩量的意义。理解定义界面过剩量的吉布斯方法。2.理解有界面相的系统的热力学基本方程和平衡条件。理解热力学函数与界面张力、界面面积和界面过剩量的关系。3.掌握拉普拉斯方程、开尔文方程以及吉布斯等温方程的推导，理解其物理含义，并能应用它们来解释弯曲界面两边的压差、弯曲界面的饱和蒸气压、亚稳平衡、正吸附和负吸附等重要界面现象。4.了解润湿和铺展等界面现象的热力学基础。5.了解获得各类界面平衡特性的实验方法、半经验方法和理论方法。6.理解气体在固体表面的物理吸附和化学吸附概念，掌握各种半经验模型，特别是兰缪尔模型、BET多层吸附模型的意义和应用，理解毛细管凝结现象的原因。7.了解动态界面张力、单分子膜中化学反应以及多相催化作用的特点。8.理解多相催化反应的基本步骤和动力学速率方程的特点，了解扩散控制、吸附控制和界面反应控制的区别。

第16章 电解质溶液（6学时）：1.理解电解质活度、离子活度、离子平均活度、溶剂活度和溶剂渗透因子的定义。了解它们的特点和变化规律。2.理解离子互吸理论的要点。了解在此基础上发展的电解质溶液理论的半经验方法。3.了解电解质溶液活度应用的一些特点。4.理解电解质溶液的导电机理。理解电迁移率、迁移数、电导率、摩尔电导率和离子摩尔电导率的定义和物理意义，以及它们间的相互关系。掌握它们的计算和相互换算。5.了解电导测定对离解平衡的应用。6.了解电解质溶液扩散的特点。了解扩散系数与电迁移率和摩尔电导率的关系。7.了解获得传递性质的半经验方法。8.了解电解质溶液中化学反应的特点和影响反应速率的各种因素。

第17章 电化学（8学时）：1.理解电化学反应与一般化学反应的区别和联系。2.理解电动势、电池电势、电池反应电势、电池反应标准电势和电池反应条件电势的区别；理解电极电势、电极反应电势、电极反应标准电势和电极反应条件电势的区别；理解电极反应电势和电极反应绝对电势的区别。了解电池、电极和电极反应的书写惯例，以及电极正负极性的确定等。3.理解电化学系统的热力学基本方程、电化学势和电化学平衡判据。4.掌握电池反应和电极反应的能斯特方程，掌握采用标准氢电极定义电极反应电势和标准电势的原理，掌握电池反应电势和电极反应电势的计算方法及应用。5.理解浓差电池的原理，了解液接电势的计算。6.了解外电势、表面电势和内电势的物理意义，以及它们与电极电势的关系。了解各种双电层模型及其实验依据。了解电极反应绝对电势是如何确定的。7.掌握电化学反应速率、电流和电势的相互关系。8.理解超电势的含义和塔费尔方程，了解传递对超电势的影响。9.了解电极反应速率的过渡状态理论，了解传递系数、交换电流密度等特征参数的意义。

第18章 胶体（6学时）：1.掌握胶体系统的分类原则，理解分散物质的尺度在分类中的意义。理解热力学稳定系统与亚稳系统的区别、均相分散系统与多相分散系统的区别。2.理解静电稳定胶体系统和高分子稳定胶体系统的稳定机制，理解DLVO理论和位阻效应。

5

3.理解影响胶体系统失稳、絮凝或聚结的各种因素，理解絮凝和聚结的区别。4.理解胶体系统的各种特性，包括相平衡性质、动力性质、动电性质、流变性质和光学性质，了解这些性质变化的规律，了解获得这些性质的方法。5.了解缔合胶体、乳状液和泡沫、以及凝胶的特点，了解影响它们的稳定性的各种因素。 三、本课程教学中需注意的问题

1.在理工科的大学教学计划中，自然科学理论教学大致上有两个层次：一是通用理论层次，有数学、物理学、化学（含化学原理、无机化学、有机化学、分析化学、生物化学）、生物学、计算机科学等；二是专业理论层次。对于化学化工类来说，物理化学正处于两个层次之间，它在通用层次的基础上，进一步系统地阐述化学的理论，为后继专业课程如高等无机、高等有机、高等物化、化工原理，分离工程、反应工程、化学工艺学等，提供更直接的理论基础。因此可以说，在化学化工类教学计划的各种自然科学理论课程中，物理化学课程居于承上启下的枢纽地位。教师首先应对这样的地位和作用有一个明确的认识。

2. 物理化学的整个内容框架可以用“三个层次，两个部分，三种方法”来概括。为使学生在整体框架上把握物理化学学科内涵，并具有向纵深和前沿发展的扎实基础，框架结构必须完整清晰，教学内容可适当调节。因此，对于化工、材料、生工、环境等专业，第9章、第10章、第11章不列入教学基本要求，但可根据专业需要，由教师择其要点介绍概貌。

3.物理化学作为化学的理论基础，虽然其内容是相对稳定的，但是仍在不断发展。教学过程中，应贯彻“少而精、博而通”的教学原则，不断注意知识的更新，突出知识的应用。同时积极采用多媒体教学手段，加大教学信息量，拓宽学生的知识面。 四、考核方式

考核以闭卷笔试为主，适当参考平时成绩。对于优秀学生，也可以采用专题小论文或答辩的形式进行考核。

物理化学教研室 制作人：黑恩成

6