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第一章热力学第一定律
热力学第一定律即能量守恒定律。本章中引入了热力学能、焓、热、功 等物理量。要求掌握摩尔定容热容及摩尔定压热容、摩尔相变焓、物质的标准摩尔生成焓及标准摩尔燃烧焓等基础热数据的定义及应用。熟练掌握有关单纯 变化、相变化及化学变化过程的热力学计算。对可逆过程要求有一定的理解。
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●1.1绪论
了解物理化学讲些什么内容,解决什么问题,在化学学科中占有什么地位,课程有什么特点及其学习方法等。
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●1.2热力学基本概念-系统、环境、状态函数
掌握系统与环境、状态与状态函数、热力学能、热和功等重要的热力学基本概念。
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●1.3热力学第一定律
掌握热力学第一定律的本质及数学表达式,掌握体积功的计算,掌握可逆过程的定义、特点,会计算理想气体的恒温可逆体积功等。
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●1.4热的计算
掌握恒容热、恒压热及焓的定义。掌握摩尔定容热容、摩尔定压热容的定义,掌握两者间的定量关系,熟练掌握如何利用这两个基础热数据计算单纯pVT变化过程的热力学能变、焓变。了解焦耳实验有关内容。
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●1.5绝热过程和过程方程式
对理想气体掌握等温绝热过程方程式,会计算理想气体的绝热体积功等。
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●1.6相变焓
掌握摩尔可逆相变焓的定义,会熟练运用状态函数法进行有关相变过程的热力学计算。
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●1.7Joule-Thomson效应
了解节流膨胀实验有关内容及其推论。
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●1.8化学反应的热效应
掌握反应进度、摩尔反应焓、标准摩尔反应焓的定义,掌握恒容反应热与恒压反应热的定量关系。掌握标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓的定义,会熟练运用状态函数法进行有关化学变化过程的焓变、热力学能变的计算等。
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第二章热力学第二定律
借助热力学第二定律可判断热力学过程的方向和限度。本章中,熵 、亥姆霍兹函数、吉布斯函数等热力学函数被引入。要求掌握熵的定义及物理意义,掌握克劳休斯不等式及由它出发得出的熵判据(即熵增原理)、亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据。会熟练计算过程的ΔS。此外,还要求掌握热力学基本方程、麦克斯韦关系式等重要的热力学关系式。
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●2.1热力学第二定律
了解热机工作原理,掌握热力学第二定律的经典表述。
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●2.2carnot循环和carnot定理
了解卡诺循环,会推导可逆热机效率。掌握熵的定义、克劳休斯不等式等内容。
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●2.3熵增原理
理解熵概念的推导及熵增原理的内容。
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●2.4熵变的计算
会熟练进行理想气体单纯pVT变化过程熵变及环境熵变的计算。掌握热力学第三定律、规定熵、标准摩尔熵,会进行化学变化过程熵变的计算。
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●2.5亥姆霍兹函数和吉布斯函数
掌握亥姆霍兹函数、吉布斯函数的定义、性质、物理意义及判据等。
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●2.6热力学基本方程
掌握热力学基本方程、麦克斯韦关系式等重要的热力学关系式,会灵活运用其进行有关热力学计算、证明等。
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●2.7吉布斯焓变及亥姆霍兹焓变的计算
会熟练计算过程的ΔA、ΔG。宏观上了解热力学第二定律的脉络。
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第三章多组分系统热力学及其在溶液中的应用
针对多组分系统引入了偏摩尔量。重点是偏摩尔量的定义、化学势的定义、化学势的表达式(理想气体、真实气体、理想液态混合物、理想稀溶液、真实液态混合物、真实溶液等)。真实系统中各组分的化学势表达式是通过引入逸度和逸度因子(气体)或活度和活度因子(液态混合物或溶液),对理想系统中各组分的化学势表达式加以修正得到的。利用化学势表达式,通过热力学的推导,可导出分配定律以及稀溶液的依数性(蒸气压降低、沸点升高、凝固点降低和渗透压性质)中的基本公式。
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●3.1多组分系统的组成表示法
掌握多组分系统的多种组成表示方法及其物理意义。
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●3.2偏摩尔量
重点是掌握偏摩尔量的定义及物理意义,了解Gibbs-Duhem方程。
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●3.3化学势
掌握化学势定义及多组分系统的热力学基本方程,进而得出化学势判据。
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●3.4气体混合物中各组分的化学势
掌握气体的化学势表达式(理想气体、真实气体)。
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●3.5稀溶液中的两个经验定律
掌握拉乌尔定律和亨利定律。
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●3.6理想液态混合物
掌握理想液态混合物中任一组分化学势的表达式,进而得出其混合性质。
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●3.7理想稀溶液中任一组分的化学势
掌握逸度与逸度因子的定义、计算。掌握理想稀溶液中溶剂、溶质化学势的表达式,在此基础上对分配定律有一定了解。掌握活度及活度因子的定义、计算。
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●3.8稀溶液的依数性
掌握稀溶液的依数性(蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高、渗透压力)的推导、应用。
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第四章相平衡
相平衡是化工生产中精馏、结晶、萃取等单元操作的理论基础。本章主要内容是介绍单组分系统、二组分系统(气 液、液 固)。
单组分系统中,本章主要介绍了水、S(硫)单组分系统的 相图,用克拉佩龙方程分析了两相平衡线的变化规律,分析了水的三相点与冰点的差别及其原因。
二组分系统相图是本章重点,主要介绍了气液平衡相图和液固平衡相图。气液平衡相图依据液态互溶情况分成了液态完全互溶(理想液态混合物、真实液态混合物)、液态部分互溶及液态完全不互溶系统三种情况,分别给出了其典型的相图。此外还介绍了液固相图的绘制方法:热分析法(适用于金属相图)及溶解度法(适用于水—盐系统)。利用相图可分析不同n 、T 、p 下的相变化情况。在分析两相区内的相变化情况时,可用杠杆规则确定两相的量。 -
●4.1相的概念
掌握相及相数的概念。
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●4.2相率
掌握组分数、相数和自由度的概念;掌握相律的推导及相律的数学表达式;理解相律推导中其他限制条件的来源;熟练掌握相律的应用。
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●4.3纯物质的两相平衡(1)
掌握单组分相图的特征;掌握气– 液 – 固三相点处气 – 液、气 – 固、液 – 固平衡线斜率间的关系;掌握中、低压下水的相图。
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●4.4纯物质的两相平衡(2)
掌握单组分相图的特征;掌握气– 液 – 固三相点处气 – 液、气 – 固、液 – 固平衡线斜率间的关系;掌握中、低压下水的相图。
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●4.5二组分溶液的g-1平衡相图
掌握理想液态混合物液 – 气压力 – 组成相图的特征,温度 – 组成相图的形状;理解气相线、液相线所代表的含义;掌握杠杆规则及其应用。掌握二组分真实液态混合物的气 – 液平衡相图的各种形状;掌握对理想液态混合物的偏差与平衡相图形状之间的关系;掌握最低 (最高)共沸点的概念;理解分子间相互作用与偏差之间的关系。利用相图理解精馏原理。理解在何种情况下两个液体组分只能部分互溶甚至完全不溶;了解液 – 液温度 – 组成相图的类型;掌握最常见液 – 液温度 – 组成图与液 – 气温度 – 组成图的组合形式;掌握共溶点的概念;掌握三相线的平衡关系。
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●4.6二组分系统的s-1平衡相图
了解热分析法绘制二组分液 – 固平衡相图的方法;掌握二组分固态不互溶系统液 – 固平衡相图的分析;掌握最低共熔点的概念。了解热分析法绘制二组分液 – 固平衡相图的方法;掌握二组分固态不互溶系统液 – 固平衡相图的分析;掌握最低共熔点的概念。掌握形成固态完全互溶系统的主要条件;了解液 – 固系统相图与液 – 气温度 – 组成图之间的相似性;掌握液 – 固相图的分析;掌握三相平衡线上的平衡关系。
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●4.7二组分系统的s-1平衡相图
了解液 – 固系统相图与液 – 气温度 – 组成图之间的相似性;掌握液 – 固相图的分析;掌握三相平衡线上的平衡关系。
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第五章电解质溶液及电池
本章讨论热力学在电化学中的应用,主要分为三部分:电解质溶液、原电池热力学和电极的极化。电解质溶液是原电池和电解池的重要组成部分,其依靠正、负离子的定向运动而导电。利用迁移数表征正、负离子导电能力大小,利用电导、电导率和摩尔电导率表征电解质的导电能力。通过电导的测定,可以计算弱电解质的解离度、解离平衡常数以及难溶盐的溶度积等有用的热力学数据。电解质浓度较高时,引入平均离子活度和平均离子活度因子来进行热力学计算。将化学平衡等温方程用于可逆电池得到能斯特方程,可用于计算不同浓度、不同温度下原电池电动势,也可利用电化学实验数据,借助该方程计算热力学函数、活度因子及化学反应平衡常数等重要的热力学数据。有电流通过时,电极电势会偏离平衡电极电势,即发生极化。掌握极化的分类、产生原因及带来的影响等。
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●5.1离子的电迁移
了解电化学的研究内容,了解电池的构成和电解质溶液的导电机理,会用法拉第定律进行有关计算。
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●5.2电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率
掌握电导、电导率和摩尔电导率的定义及意义,掌握电导的测定方法及应用。理解无限稀释溶液中的离子独立运动定律,会用离子的摩尔电导率计算电解质的摩尔电导率。了解迁移数的定义,会用希托付方法计算离子的迁移数。
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●5.3强电解质溶液的活度和活度系数
理解平均离子活度和平均离子活度因子的定义,掌握两者之间的关系,会进行有关计算;掌握离子强度的计算;掌握利用德拜-休克尔极限公式,计算稀释溶液中离子活度因子的方法。
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●5.4可逆电池及可逆电极
理解可逆电池需满足的条件,会正确书写电池的图式,能熟练地根据电池的图式书写电极反应和电池反应,反之亦然;掌握电池电动势的测定方法。掌握第一、第二、第三类电极的构成及相应电极反应写法,特别注意第二类电极与第一类电极的区别与联系。掌握将典型化学反应设计成原电池的方法。
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●5.5可逆电池电动势的计算
理解电极电势的定义,会由电极电势计算电池电动势。
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●5.6浓差电池和液接电势
了解浓差电池,掌握液体接界电势的产生原因。
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●5.7可逆电池热力学
掌握利用可逆电池电动势及其温度系数,计算电池反应的摩尔吉布斯函数变、摩尔熵变、摩尔焓变和可逆反应热的方法,能熟练进行有关计算;掌握能斯特方程。
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第六章化学动力学基础(一)
本章主要讨论反应速率方程、反应速率与反应机理的关系;重点掌握反应速率方程的微分、积分形式、温度对于反应速率的影响,能够进行相关的计算;能够根据反应机理推导反应速率方程;理解反应速率理论。
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●6.1化学动力学基本概念
本节主要介绍了化学反应的反应速率及速率方程,重点掌握基元反应和非基元反应的特点,能够对总反应的速率方程、反应物的消耗速率及产物的生成速率进行灵活表达及转换。
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●6.2简单级数反应速率方程
本节主要介绍了速率方程的积分形式,重点掌握零级、一级、二级反应在速率常数单位、浓度与时间的函数关系、半衰期与起始物浓度之间的关系这三方面的特点,能够进行相关的计算。
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●6.3温度对反应速率的影响
本节主要介绍了温度对于反应速率的影响以及活化能的概念,重点掌握活化能的概念及其与反应热的关系,能够应用阿仑尼乌斯方程的各种形式进行相关的计算。
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●6.4活化能对反应速率的影响
本节主要介绍了活化能对于反应速率的影响及其在工业中的应用。
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●6.5典型复杂反应
本节主要介绍了平行、对行及连串三种典型的复合反应,重点掌握这三种典型复合反应的特点,能够进行相关的计算。本节主要介绍复合反应速率方程的近似处理方法。掌握由反应机理建立速率方程的近似方法(选取控制步骤法,稳态近似法和平衡态近似法)。
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●6.6链反应
本节主要介绍链反应的特征和机理。了解链反应的特征;掌握由机理推导单链反应的速率方程;了解支链反应与爆炸界限的关系。
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第七章化学动力学基础(二)
简要介绍反应的碰撞理论和过渡状态理论。
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●7.1碰撞理论
本节主要介绍气体反应的碰撞理论。了解碰撞理论的基本思想;了解碰撞理论与阿伦尼乌斯方程的比较。
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●7.2过渡态理论
本节主要介绍过渡状态理论。理解过渡态理论的基本思想及有关概念;了解艾林方程与阿伦尼乌斯方程及碰撞理论的比较。
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第八章胶体分散体系和大分子溶液
胶体化学是研究胶体分散体系的科学,是物理化学的一个重要组成部分。由于胶体分散体系具有高度的分散性和巨大的界面,离开了界面的研究就无法理解胶体的各种现象和独特性质,因而胶体化学又常被称为胶体与界面科学。胶体分散体系在自然界普遍存在,在实际生活和工农业生产中也占有重要地位,如石油及日化产品、制药、造纸、橡胶、食品等工业部门,以及生物学、土壤学、医药学、气象学、地质学、材料学等学科,都与胶体分散体系密切相关。本章将学习有关胶体化学的一些基本概念、基本原理及其应用,涉及分散体系的分类、制备与净化,胶体分散体系的动力性质、光学性质、电学性质等内容,同时对胶体分散体系的稳定性机制和聚沉作用进行了介绍。学生掌握胶体化学知识对指导工农业生产和开展农业、生物、环境等领域的科学研究具有重要意义。
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●8.1胶体和胶体的基本特性
本节主要学习胶体分散体系的基本特征、分类方法,学习憎液溶胶的特性及制备条件,学习胶团、胶粒、胶核等基本结构单元及其带电性质。
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●8.2溶胶的制备与净化
本节主要学习胶体动力性质的主要表现形式-布朗运动,学习布朗运动的概念、本质和主要影响因素,学习布朗运动的运动公式,学习Einstein-Brown 位移方程。
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●8.3溶胶的动力性质
本节主要学习胶体动力性质的主要表现形式-布朗运动,学习布朗运动的概念、本质和主要影响因素,学习布朗运动的运动公式,学习Einstein-Brown 位移方程。
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●8.4溶胶的光学性质
本节主要学习胶体光学性质的主要表现形式-光散射和丁达尔效应,学习光散射发生的作用机制和条件,学习丁达尔效应的概念、本质和主要影响因素,学习Rayleigh公式及其应用,了解超显微镜的作用原理。
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●8.5溶胶的电学性质
本节主要学习胶体电学性质的主要表现形式-电动现象,学习胶体颗粒带电的本质,学习电泳、电渗、沉降电势和流动电势等电动现象、影响因素及其应用,学习电动电势的概念、影响因素、测定方法及其在胶体体系中的应用。
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●8.6溶胶的稳定性和聚沉作用
学习溶胶体系稳定性和不稳定性的作用机制,学习影响溶胶稳定性的影响因素,学习Schulze-Hardy规则、感胶离子序等原理及其应用,学习溶胶聚沉与保护的作用原理及方法,学习DLVO理论。
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●8.7大分子概说
介绍大分子溶液的界定,生活中的应用及其大分子溶液的特点。
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第九章界面物理化学
本章主要介绍了界面的特殊物理化学性质.由于界面上的分子受力不对称,产生了界面张力,进而引起了一系列界面现象。重点应理解表面张力和表面吉布斯函数的概念,并能够应用拉普拉斯方程、开尔文方程、朗缪尔吸附等温式、吉布斯吸附等温式,以及杨氏方程和润湿公式等进行相关计算。
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●9.1表面张力及表面Gibbs自由能
本节主要介绍了界面张力,重点掌握界面张力的三种定义形式以及界面张力的影响因素。
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●9.2弯曲表面下的附加压力和蒸气压
本节主要介绍了弯曲液面的附加压力及其后果,能够应用拉普拉斯方程、毛细管上升高度公式、开尔文方程进行相关计算,理解亚稳态产生的原因及消除的方法。
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●9.3液固界面
本节主要介绍了固-液界面的润湿及吸附现象。重点掌握接触角的概念及三种润湿现象,能够应用杨氏方程及润湿公式等进行相关计算。介绍了溶液表面的吸附现象及吸附理论,重点掌握溶液表面的吸附现象、表面活性剂的结构和性质特点,能够应用吉布斯吸附等温式进行相关计算。
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●9.4固体表面吸附
本节主要介绍了固体表面吸附的形式及吸附理论,重点掌握物理吸附和化学的区别、朗缪尔吸附理论及吸附热力学,能够应用朗缪尔吸附等温式进行相关计算。