学习指导

《物理化学》课程考试大纲

 

适用专业 化学、应化、制药    

课程类型    专业基础课       

学时数       54*2             

学分数       3*2           

 

一、编写说明

1. 本课程的性质、地位和教学目的

物理化学是化学学科的重要分支，是整个化学学科和化工学科的理论基础。它从物质的物理现象和化学现象的联系入手探求化学变化基本规律。物理化学课程的主要内容包括热力学基础、化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、界面化学与胶体化学等。要求考生熟练掌握物理化学的基本概念、基本原理及计算方法，并具有综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力。

2. 大纲制定的依据

(1) 2005年颁布的《普通高等学校本科化学专业规范》中规定的化学专业教学基本内容。

(2) 傅献彩、沈文霞、姚天扬、侯文华编，物理化学 (第五版)，高等教育出版社：北京，2006年。

(3)中华人民共和国国家标准GB3102·8物理化学和分子物理学的量和单位。

3. 考试目标

(1) 本考试是高等院校化学、应化和制药工程专业本科生物理化学学科的成绩考试。

(2) 考试目标分为：a.认识与了解、b.理解与判断、c.掌握与应用、d.分析与综合四个由低到高的层次，高一级层次包含了低级层次的内容。

(a) 认识与了解：对物理化学中基本概念、定义、名词的重现与复述；对物理化学中的基本定律、定理、理论与重要公式的重现与复述；对物理化学中各种量的法定计量单位与符合及重要常数的了解与熟记；对物理化学中重要定律和理论的实验基础及物理化学发展的重要历史事实的了解。

(b) 理解与判断：理解物理化学重要公式的建立，导出及其物理意义和适用范围；能区分物理化学中易混淆的概念；理解物理化学中重要图示所代表的物理意义；能用物理化学的基本原理与公式解释并计算较简单的问题。

(c) 掌握与应用：掌握物理化学基本知识、基本原理，并能解决和论证给定条件下的物理化学问题；熟练运用物理化学重要公式进行有关计算；能从物理化学的基本公式、假定出发推导出所要求的关系式；掌握物理化学中有关相图的绘制方法，并能进行解释和应用。

(d) 分析与综合：从物理化学基本原理出发，运用演绎、归纳等方法分析、论证具体问题；掌握物理化学各部分知识之间的内在联系，并能用于解决某些问题。

4. 考试题型

 主要题型可能有：是非题、选择题、填空题、简答题、计算题、综合题、作图与析图题等。

5. 考试方式、考试所需时间和改卷方式

 (1) 考试方式：书面笔答形式。

 (2) 卷面总分：100分。

 (3) 考试时间：2小时。

 (4) 改卷方式：封闭流水改卷。

 二、考试内容（上册）

第二章 热力学第一定律

一、基本概念与基本知识

1. 体系与环境2. 热力学平衡态（含平衡条件）3. 强度性质、广度性质4. 状态、状态函数、状态方程式5. 过程、途径、过程量6. 热、功7. 内能、焓（含特定条件下的物理意义）8. 热容9. 反应进度10. 热效应、标准生成热、标准燃烧热11. 积分溶解热、微分溶解热12. 键焓、键解能13. 焦---汤效应、焦---汤系数14. 可逆过程、不可逆过程

二、基本规律与基本理论

1. 热力学第一定律文字表述2. 热力学第一定律数学表述式3. 盖斯定律、基尔戈夫定律4. 热力学第一定律对各种热力学过程的分析5. 理想气体的热力学特征

三、基本计算与基本方法

1. 热力学计算（包括非等位条件下的相变及化学变化）2. 各种热力学过程（等温、等压、等容、绝热等）的能量衡算、计算过程的Q、W、△U、及△H 3. 由键焓计算反应热效应

 

第三章 热力学第二定律

一、基本概念与基本知识

1. 过程的方向与限度2. 卡诺循环、热机效率3. 热温商、熵、规定熵4. 吉布斯自由能、赫姆霍斯自由能，特定条件下△G及△A的物理意义

二、基本规律与基本理论

1. 热力学第二定律的几种文字表述2. 热力学第二定律的数学表达式3. 熵增加原理4. 各特定条件下过程方向和限度的判据5. 热力学第三定律的表述6. 热力学基本方程式7. 特征偏微商及Maxwell关系8. 吉布斯-亥姆霍斯方程式

三、基本计算与基本方法

1. 各种热力学过程的△S、△G及△A的计算  2. 规定熵的计算

 

第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用

一、基本概念与基本知识

1.偏摩尔量2.化学势3.对比状态4.压缩因子及压缩因子方程5.气体的逸度，逸度系数6.气体的标准态7.理想溶液（理想混合物）8.理想稀溶液9.实际溶液10.活度及活度系数11.体系中各物质的标准态

二、基本规律与基本理论

1.偏摩尔量的集合公式，Gibbs---Duhem公式2.化学势随P, T 的变化3.气体化学势表达式4.混合气体逸度的Lewis---Randall规则5.拉乌尔定律与亨利定律6.溶液中各物质的化学势表达式7.溶液中各物质的偏摩尔量8.混合过程中体系热力学性质的变化9.稀溶液的依数性

三、基本计算与基本方法

1.有关集合公式的计算2.用牛顿以及由较简单的状态方程式求气体逸度3.理想溶液平衡气液相组成计算4.气体溶解度计算5.由稀溶液依数性测定溶质相对分子质量6.由蒸气压数据确定均匀液相体系中物质的活度7.由冰点下降值确定溶剂的活度

 

第五章 相平衡

一、基本概念与基本知识

1. 相、独立组分数、自由度2. 物种数3. 相点、物系点、结线、气相线、固相线4. 恒沸混合物5. 低共熔混合物6. 固溶体7. 临界会溶温度8. 相合熔点、不相合熔点9. 转熔温度10. 稳定化合物、不稳定化合物11. 步冷曲线12. 单组分系统的T-P图13. 双液系T-X图及P-X图(完全互溶、部分互溶、完全不互溶) 14. 二元凝聚系统T-X图（简单低共熔物、形成稳定化合物、完全互溶和部分互溶固溶体）15. 三液系相图(三角形坐标) 16. 水-盐三元系统相图(包括简单、生成水合物及复盐)

二、基本定律和理论

1. 相平衡的热力学条件2. 相律3. Clapeyron方程和Clapeyron-Clausius方程4. 分配定律5. 杠杆规则6. 特鲁顿规则7. 分馏及水蒸汽蒸馏原理

三、基本计算及基本方法

1. 互成平衡的相相对量的计算2. 有关相数、独立组分数和自由度的计算3. 单组分两相平衡系统T-p关系的计算4. 热分析法及相图的绘制5. 溶解度法及相图的绘制6. 三角形坐标法7. 萃取的有关计算8.相图用于分离、提纯的计算

 

第六章 化学平衡

一、基本概念与基本知识

1. 化学反应吉布斯自由能2. 化学反应亲和势3. 化学反应标准吉布斯自由能4. 物质的标准生成吉布斯自由能5. 标准平衡常数Kq和其他平衡常数及它们之间的关系6. 杂平衡常数7. 反应的转折温度8. 固体的分解压及分解温度9. 耦合反应

二、基本规律与基本理论

1. 化学平衡的热力学条件2. 化学反应等温方程式3. DGq和Kq的关系 4. 温度对平衡的影响范特---荷甫公式5. 各种因素对反应方向及平衡产率的影响（含平衡移动原理）

三、基本计算与基本方法

1. 平衡常数及平衡混合物组成的计算（同期平衡）2. 高压下气相反应平衡的计算3. 有关物质的热力学性质（DfGq、DfHq、Sq、Cp）与化学反应DrGq(或Kq)，DrG之间的关系4. 固体分解压，分解温度的计算

 

第七章 统计热力学基础

一、基本概念基本知识

1. 独立和相依粒子系统2.可别与不可别粒子系统3.独立子系统的分布、最可几分布、平衡分布4.系统的微观状态5.粒子的配分函数6.转动特征温度、振动特征温度 7.焓函数、吉布斯自由能函数

二、基本定律与基本理论

1.等几率假设2.玻尔兹曼分布律(推导表达及意义) 3. Maxwell速率分布及与平动能有关的各种统计平均值4.粒子配分函数及热力学函数的关系5.最低能级能量数值的选取对配分函数的影响6.双原子转动、振动、平动的能级公式 7.玻尔兹曼公式 S=klnΩ

三、基本计算与基本方法

1.独立可别与不可别粒子系统2. Ω的计算3.用玻尔兹曼分布律计算简单系统的粒子分布4.单原子分子、双原子分子各种运动形式的配分函数5.单原子分子、双原子分子各种运动形式对热力学性质的贡献 6.分别用配分函数和自由能函数计算简单理想气体反应的平衡常数

 

三、考试目标（上册）

第二章 热力学第一定律

明确热力学的一些基本概念，如体系、环境、状态、功、热、变化过程等。

掌握热力学第一定律和内能的概念。熟知功与热正负号和取号惯例。

明确准静态过程与可逆过程的意义及特征。

明确U及H都是状态函数，以及状态函数的特性。

了解摩尔定压、定容热容的概念。

较熟练地应用热力学第一定律计算理想气体在等温、等压、绝热等过程中的ΔU、ΔH、Q和W。

了解节流过程的特点及焦耳－汤姆逊系数的定义与实际应用。

能熟练应用生成热、燃烧热计算反应热。

会应用盖斯定律和基尔霍夫定律进行一系列计算。

 

第三章 热力学第二定律

明确热力学第二定律的意义及其与卡诺定理的联系。

了解卡诺循环的意义。

理解克劳修斯不等式的重要性。注意在导出熵函数的过程中，公式推导的逻辑推理。

熟记热力学函数U、H、S、F、G的定义，明确其在特殊条件下的物理意义和如何利用它们判别过程变化的方向和平衡条件。

熟练计算一些简单过程的DS、DA和DG。

较熟练地运用吉布斯－亥姆霍兹公式。

掌握熵的统计意义。

了解热力学第三定律，明确规定熵的意义、计算及其应用。

 

第四章 多组分系统热力学及其在溶液中的应用

熟悉溶液浓度的各种表示法及其相互关系。

掌握理想溶液定义、实质和通性。

掌握拉乌尔定律和亨利定律。

了解逸度和活度的概念，了解如何利用牛顿图求气体的逸度系数。

明确偏摩尔量和化学势的意义。

掌握表示溶液中各组分化学势的方法。

了解稀溶液依数性公式推导和分配定律公式的推导和热力学处理溶液问题的一般方法。

 

第五章 相平衡

掌握相、组分数和自由度的定义。

了解相律的推导过程及其在相图中的应用。

较熟练地应用克老修斯－克拉贝龙方程式。

掌握杠杆规则在相图中的应用。

在双液系中以完全互溶的双液系为重点掌握P－x图和T－x图。

了解蒸馏和精馏的基本原理。

在二组分液—固体系中，以简单共熔物的相图为重点，掌握相图的绘制及其应用。

对三组分体系，了解水盐体系相图的应用，了解相图在萃取过程中的应用。

 

第六章 化学平衡

 掌握反应等温式的应用。

掌握均相和多相反应的平衡常数表示法。

理解ΔrGmq的意义，由ΔrGmq估计反应的可能性。

熟悉KPq、KP、KX、KC的意义、单位及其关系。

了解平衡常数与温度、压力关系和惰性气体对平衡组成的影响，并掌握其计算方法。

能根据标准热力学函数的数据计算平衡常数。

熟练掌握用热力学方法计算化学反应标准平衡常数。

了解同时平衡、反应耦合、近似计算等处理方法。

  

第七章 统计热力学基础

了解用最概然分布的微观状态数代替整个体系的微观状态数的原因。

明确配分函数定义及其物理意义。

了解定位体系与非定位体系的热力学函数的差别。

了解平动、转动、振动配分函数及其对热力学函数的贡献。

 

四、考试内容（下册）

第八章 电解质溶液

一、基本概念基本知识

1. 电导、电导率、摩尔电导率2. 离子迁移数、离子电导率、离子淌度3. 离子强度4. 电解质活度、离子平均活度、平均活度系数5. 离子氛、离子氛半径6. 松弛力、电泳力

二、基本定律与基本理论

1. 浓度对摩尔电导影响柯尔劳施公式2. 离子独立运动定律3. 德拜-休克尔离子互吸理论、D-H极限公式4. 昂萨格电导理论5. 法拉第定律

三、基本方法、基本计算

1. 法拉第电解定律有关计算2. 电导测定方法及有关计算3. 离子迁移数的测定方法及有关计算4. 离子强度、离子平均活度系数计算5. 由电导测定各有关平衡常数

 

第九章 可逆电池的电动势及其应用

一、基本概念基本知识

1. 原电池及电解池、电极的命名2. 可逆电池、不可逆电池3.液接电势、接触电势4. 标准氢电极、参比电极甘汞电极5. 玻璃电极、离子选择电极6. 电极电势、标准电极电势7. 盐桥8. 化学电池、浓差电池9. 电极/溶液间双电层10. 标准电池

二、基本定律与基本理论

1. 电动势的产生与测定原理2. 可逆电池热力学、能斯特方程

三、基本方法与基本计算

1. 根据电池符号书写电池反应2. 根据要求设计相应电池3. 各类电极的电极电势计算4. 各类电池电动势计算5. 与可逆电池及电极电势有关的热力学计算及应用

 

第十章 电解与极化作用

一、基本概念、基本知识

1. 极化、极化曲线、超电势2. 浓差极化、电化学极化3. 交换电流密度4. 扩散电流密度、极限扩散电流密度5. 析出电势6. 电化学腐蚀、腐蚀电源、阳极钝化7. 金属防腐方法8. 化学电源、燃料电池

二、基本定律与基本理论

1. 电极过程的基本步骤、极化原因2. 电化学极化的一般规律 3. 浓差极化的一般规律

三、基本方法与基本计算

1. 超电势测定方法2. 有关塔菲尔公式的计算3. 电解时实际析出电势的计算4. 实际电极反应的判断及有关计算

 

第十一章 化学动力学基础（一）

一、基本概念与基本知识

1. 反应速率2. 基元反应与基本步骤 3. 反应分子数 4. 速率方程、动力学方程5. 速率常数6. 反应级数7. 半衰期、分数衰期、平均衰期8. 基元反应活化能、能垒6. 表观活化能9. 平行反应10. 对峙反应11. 连续反应12. 直链反应与支链反应、爆炸界限13. 动力学平衡常数14. 反应机理15. 决速步骤

二、基本定律与基本理论

1. 质量作用定律2. 微观可逆性原理 3. 具有简单级数反应的动力学特征 4. 温度对反应速率的影响、Arrhenius定律 5. 各类典型反应的动力学特征6. 稳态近似与平衡假设

三、基本计算与基本方法

1. 反应速率及反应速率常数的实验测定和计算方法2. 反应级数的测定3. 具简单级数反应的动力学计算 4. 典型复杂反应的动力学计算5. 表观活化能的实验测定 6. 反应机理的推测 7. 由反应机理写速率方程8. 复杂反应表观活化能及基元反应活化能的估算  

 

第十二章 化学动力学基础（二）

一、基本概念与基本知识

1. 阈能 2. 有效碰撞、几率因子3. 碰撞截面、碰撞参数、反应截面4. 势能面、活化络合物、反应轴5. 活化焓、活化熵 6. 催化作用有关的基本名词、术语7. 光化学的有关名词8. 笼效应、遭遇（encounter）

二、基本定律与基本理论

1. 气相反应碰撞理论2. 过渡态理论3. 林德曼单分子反应理论4. 多相反应表面质量作用定律5. 溶液中反应的动力学特征（含离子强度的影响）6. 酸碱催化的动力学特征7. 酶催化的动力学特征8. 自催化反应的动力学特征9. 多相催化中表面反应为决速步骤时的动力学特征10. 光化学定律11. 光化学反应的动力学特征

三、基本计算与基本方法

1. 简单碰撞理论关于速率常数的计算 2. 过渡态理论关于、及Ea的计算3. 弛豫法测定速率常数 4. 离子强度对溶液中反应速率的影响5. 量子产率的计算

 

第十三章 表面物理化学

一、基本概念、基本知识

1. 界面层、比表面(分散度) 2. 比表面吉布斯自由能、表面张力3. 吸附量、吉布斯吸附超量4. 吸附热、吸附曲线(等温线、等压线) 5. 物理吸附、化学吸附6. 表面活性剂、胶束7. CMC值、HLB值8. 铺展、润湿、接触角、毛细现象9. 乳化、加溶、起泡10. 附加压力11. 亚稳现象

二、基本定律与基本理论

1. 单分子吸附理论(郎格缪尔吸附) 2. BET多分子层吸附理论3. 弗伦德里希和乔姆金吸附等温式4. 吉布斯吸附等温式5. 溶液中固体表面吸附定律6. 弯曲液面的附加压力、Laplace公式7. 弯曲液面上蒸气压、Kelvin公式

三、基本方法与基本计算

1. 各吸附等温式中常数的确定2. 利用吸附等温式求比表面、吸附量3. 用吉布斯公式求表面层分子截面积4. 附加压力与曲率半径关系的有关计算5. 蒸气压与曲率半径关系的有关计算

 

第十四章 胶体分散系统和大分子溶液

一、基本概念、基本知识

1. 分散相、分散介质、各种分散体系2. 溶胶、胶核、胶粒、胶团3. 布朗运动、扩散、沉降、沉降平衡4. 丁达尔现象、光的散射5. 电泳、电渗、动电现象、ξ电势6. 聚沉、聚沉值7. 大分子对溶胶的保护作用、敏化作用8. 胶凝、冻胶、盐析9. 溶胶的制备和净化10. 大分子溶液特征11. 质均分子量、数均分子量12. 大分子溶液的各种粘度 13. 唐南平衡

二、基本定律与基本理论

1. 胶团结构和双电层理论2. 胶体稳定性理论DLVO理论3. 胶体的聚沉规律舒尔茨-哈代规则、感胶离子序4. 大分子溶液的渗透压和唐南平衡5. 布朗运动的基本公式6. 沉降速率公式和高度分布定律7. 光散射的雷利公式

三、基本方法与基本计算

1. 利用溶胶的动力学性质计算胶粒半径2. 利用电泳测定ξ电势3. 大分子溶液分子量的测定4. 唐南平衡的有关计算

五、考试目标（下册）

第八章 电解质溶液

第九章 可逆电池的电动势及其应用

第十章 电解与极化作用

 掌握电导率、摩尔电导率的意义及其与溶液浓度的关系。

了解离子独立移动定律及电导测定的一些应用。

熟悉迁移数与摩尔电导率、离子迁移率之间的关系。

掌握电解质的离子平均活度系数的意义及其计算方法。

了解电解质溶液理论（主要是离子氛的概念），并会使用德拜－休克尔极限公式。

掌握电动势与ΔrGm的关系，熟悉电极电势的符号惯例。

熟悉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）。

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。

明确温度对电动势的影响及ΔrHm和ΔrSm的计算。

了解分解电压的意义。

了解产生极化作用的原因。

能计算一些简单的电解分离问题。

  

第十一章 化学动力学基础（一）

第十二章 化学动力学基础（二）

掌握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。

掌握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。

对三种典型的复杂反应（对峙反应、平行反应和连串反应），掌握其各自的特点，并能对其中比较简单的反应能写出反应速率与浓度关系的微分式。

明确温度、活化能对反应速率的影响，理解阿仑尼乌斯经验式中各项的含义，计算Ea、A、k等物理量。

掌握链反应的特点。

掌握稳态近似法、平衡态法和速控步骤法等近似处理方法。

理解碰撞理论和过渡状态理论。会计算一些简单基元反应的速率常数。掌握Ec、Eb、E0、、与Ea 和指前因子A之间的关系

了解溶液中反应的特点和溶剂、电解质对反应速率的影响。

了解催化反应的特点和常见催化反应的类型。

了解光化学反应的特点。

 

第十三章 表面物理化学

 掌握表面吉布斯函数、表面张力的概念，了解表面张力与温度的关系。

掌握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。

了解弯曲表面上的蒸气压，学会使用Kelvin公式。

理解吉布斯吸附等温式及各项的物理意义，并能进行简单的计算。

了解表面活性物质结构特性、表面活性剂的分类及其应用。

了解液—固界面的铺展与润湿现象。

理解气—固表面的吸附本质、吸附等温线的主要类型和吸附热力学。

掌握朗缪尔吸附理论要点。对弗伦德利希等温式、BET多分子层吸附等温式有初步了解。

 

第十四章 胶体分散系统和大分子溶液

 掌握胶体分散体系的动力性质、光学性质、电学性质等方面的特点，能利用这些特点对胶体粒子大小、带电情况等方面分析并能应用于实践。

了解溶胶稳定性特点及电解质对溶胶稳定性的影响，能判断电解质聚沉能力的大小。

了解乳状液的种类、乳化剂的作用及在工业和日常生活中的应用。

了解大分子溶液与溶胶的异同点。

了解唐南平衡，如何较准确地用渗透压法测定电离大分子物质的相对分子质量。