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江苏自学考试物理化学(三)教材大纲

2006-11-13 14:47   【 】【我要纠错

  一、课程性质及其设置目的与要求

  化学是研究物质性质与变化的科学。自然界的物质都是由大量的分子、原子等微观粒子构成的,从微观的角度来看,化学所研究的物质变化实际上就是分子、原子之间的相互作用、相互结合方式及运动方式的变化。这些分子、原子相互作用及相对运动均具有一定的能量,它们之间相互作用及运动方式的变化必然引起能量形式的转化,因而物质的化学变化常常伴随有热、电、光、声等物理现象。作为化学学科的一个分支,物理化学就是从化学与物理现象的联系入手去研究化学变化的一般规律的学科。物理化学主要运用物理的理论及实验方法来研究化学的一般理论问题,它的结论普遍适用于各个化学分支。物理化学课程的主要内容包括化学热力学、化学动力学和结构化学三部分。它所担负的主要任务是探讨和解决下列几个方面的问题:

  1、化学变化的方向和限度问题

  一个化学反应在指定的条件下能否朝着预定的方向进行?如果该反应能够进行,那么它将能达到什么限度?外界条件如温度、压力、浓度等因素对反应有什么影响?如何控制外界条件使我们设计的反应途径能够朝着预定的方向进行?变化过程中能量如何转化等等。这一类问题均属于化学热力学的范畴,它主要解决变化中的能量衡算及变化的方向性以及与平衡有关的一些问题。

  2、化学反应的速率和机理问题

  一个化学反应的速率究竟有多大?反应是经过什么样的机理(或历程)进行的?外界条件(如温度、压力、浓度、催化剂等)对反应速率有什么影响?怎样才能有效地控制化学反应、抑制副反应的发生,使之按我们所需要的方向和以适当的速率进行等等。这一类问题属于化学动力学范畴,主要讨论和解决反应的速率和历程问题。

  3、物质的性质与其组成、结构之间的关系问题

  物质的性质从本质上讲是由物质的组成和内部结构所决定的。深入了解物质的组成结构,不仅可以理解化学变化的内因,而且可以预见到在适当外因的作用下,物质的结构将发生什么样的变化。对于组成、结构与性能间关系及微观粒子运动规律的研究则构成物理化学中物质结构和量子化学部分。本大纲不包括此部分内容。

  物理化学作为一门逻辑推理性很强的基础科程,要求自学者必须吃透教材并联系实际进行认真的思考和推理,熟练掌握其基本概念、基本原理和基本方法,尤其要注意深入领会物理化学解决实际问题的科学方法如通过巧妙排除错综复杂的次要矛盾从而突出事物主要矛盾揭示事物本质的科学模型方法。要求通过本课程的学习掌握物理化学研究和解决实际问题的一般方法并为后续专业课程的学习打下坚实的基础。

  二、课程内容与考核目标

  第一章  气体的pVT关系

  (一)基本内容

  1.1理想气体状态方程及微观模型

  理想气体状态方程  理想气体模型  摩尔气体常数

  1.2理想气体混合物

  混合物组成表示  理想气体状态方程对理想气体混合物的应用  道尔顿分压定律与阿马加分体积定律

  1.3真实气体的液化及临界参数

  饱和蒸气压  临界点与临界参数  真实气体的P-Vm图及气体的液化

  1.4 真实气体状态方程

  真实气体的PVm-P图及波义尔温度  范德华方程  维里方程及其它状态方程

  1.5对应状态原理及普遍化压缩因子图

  压缩因子Z  普遍化压缩因子图  对应状态原理与真实气体PVT关系计算

  (二)基本要求

  熟练掌握理想气体的模型、pVT关系、道尔顿分压定律、阿马加分体积定律

  掌握实际气体的液化及临界参数、液体的饱和蒸气压的概念

  掌握范德华方程、维里方程

  掌握压缩因子概念、对应状态原理及应用普遍化压缩因子图计算真实气体PVT关系

  (三)重点

  理想气体状态方程  道尔顿分压定律  阿马加分体积定律  压缩因子 真实气体的液化  饱和蒸气压

  (四)难点

  分压力与分体积概念的正确理解  对应状态原理  临界点与临界参数

  第二章  热力学第一定律

  (一)基本内容

  2.1热力学基本概念

  系统与环境 系统的分类 状态与状态函数  状态函数法及其特点

  过程与途径  过程的类型  相与相变

  2.2热力学第一定律

  功  .热  .热力学能及其内涵  热力学第一定律

  2.3 恒容热、恒压热及焓

  恒容热、恒压热及焓  QV=△U、QP=△H两关系式的适用条件及应用

  2.4 热容

  热容定义  气体恒容变温过程、气体恒压变温过程、凝聚态物质变温过程热效应计算

  2.5 焦尔实验及其讨论 理想气体的热力学能及焓

  2.6 气体可逆膨胀压缩过程,理想气体绝热可逆过程方程式

  2.7 可逆传热过程,理想气体恒温可逆过程

  2.8相变化过程

  2.9热化学

  1.化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓

  2.标准摩尔生成焓及由其计算标准摩尔反应焓

  3.标准摩尔燃烧焓及由其计算标准摩尔反应焓

  4.基尔霍夫公式

  5等温反应QP与QV的关系

  6.绝热反应的最高温度

  2.10节流膨胀与焦尔-汤姆逊效应

  (二)基本要求

  熟练掌握热力学基本概念、热力学第一定律

  熟练掌握恒压热、恒容热及焓的概念

  熟练掌握热容的概念以及恒容变温、恒压变温过程的相关计算

  了解焦耳实验并熟练掌握其结论

  熟练掌握理想气体的可逆膨胀、压缩、绝热过程的有关计算

  熟练掌握相变焓、化学反应焓与温度的关系

  熟练掌握化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓的概念

  熟练掌握标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓以及由此计算标准摩尔反应焓

  掌握燃烧和爆炸反应的最高温度

  掌握节流膨胀与焦-汤系数、了解焦-汤系数正负号的意义及热力学分析

  (三)重点

  热力学基本概念  功,热的计算  第一定律及其在各种过程中的应用  相变焓、化学反应焓的计算

  (四)难点

  状态函数的概念、理想气体绝热可逆功的计算、反应焓与温度的关系。

  第三章  热力学第二定律

  (一)基本内容

  3.1卡诺循环 自发过程及其共同特征

  3.2热力学第二定律

  3.3熵函数的引出:1.卡诺定理及其推论 2.克劳修斯不等式  3.熵增加原理及熵判据 4.熵的物理意义

  3.4熵变的计算:1.环境熵变的计算 2.凝聚态物质变温过程3.气体恒容变温、恒压变温过程熵变的计算4.理想气体PVT变化过程熵变的计算 5.相变过程的熵变

  3.5热力学第三定律和化学变化过程熵变的计算

  3.6亥姆霍兹自由能及其判据, 吉布斯自由能及其判据

  3.7热力学基本方程  3.8纯物质两相平衡及克拉贝龙方程

  3.9吉布斯-亥姆霍兹方程和麦克斯韦关系式

  (二)基本要求

  掌握卡诺循环、自发过程的共同特征

  熟练掌握热力学第二定律的两种表述

  掌握卡诺定理、及其推论

  牢固掌握熵的概念以及各类过程熵变的计算,掌握熵的物理意义

  掌握热力学第三定律和化学反应熵变的计算

  熟练掌握亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据及使用条件

  熟练掌握热力学基本方程及使用条件

  熟练掌握克拉佩龙方程及克-克方程

  掌握吉布斯-亥姆霍兹方程和麦克斯韦关系

  掌握有关热力学函数关系式的推导和证明

  (三)重点

  1 自发过程的共同特征  热力学第二定律的文字表述  热力学第二定律与卡诺原理的联系及如何自卡诺循环导出熵、热力学第二定律的数学表达式和判据

  2  热力学第三定律及其应用 规定熵

  3  理解S、A、G的定义及作为状态函数的特性

  4  主要热力学公式的推导并注意其适用的条件  掌握系统(气体、凝聚相系统)在P、V、T 变化,相变化及化学变化过程中ΔS、ΔS环、ΔA及ΔG的计算

  5  掌握熵判据、亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据及其适用的条件

  6  掌握克拉佩龙方程及克劳修斯~克拉佩龙方程的推导、适用的条件,并会应用其进行计算。

  (四)难点

  1、理解一切自发过程的共性与卡诺原理的一致性,如何自卡诺循环定义出熵函数、导出克劳修斯不等式并由此获得热力学第二定律的数学表达式

  2、掌握熵作为状态函数的特性。系统在不同条件下的不可逆过程的ΔS的计算、ΔS环的计算

  3、理解亥姆霍兹函数、吉布斯函数作为状态函数的特性,掌握在不同条件下过程的ΔA、ΔG的计算

  第四章   多组分系统热力学

  (一)基本内容

  4.2 化学势:1. 定义  2.多组分多相系统的热力学公式

  3.化学势判据及其应用举例

  4.3 气体组分的化学势:

  1 .纯理想气体化学势2.理想气体混合物中任一组分的化学势  3.纯真实气体化学势4.真实气体混合物中任一组分的化学势

  4.4 拉乌尔定律和亨利定律及二者的对比

  4.5 理想液态混合物:1.理想液态混合物及其混合性质

  2.理想液态混合物中任一组分的化学势

  4.6 理想稀溶液中溶剂和溶质的化学势

  4.7 稀溶液的依数性

  4.8 逸度、逸度因子及其计算

  4.9 真实体系 活度及活度因子

  (二)基本要求

  熟练掌握偏摩尔量的概念、掌握偏摩尔量和摩尔量的区别

  熟练掌握化学势的概念及其作判据的条件

  熟练掌握纯理想气体、理想气体混合物、实际气体及其混合物中化学势的表达式

  熟练掌握拉乌尔定律和亨利定律,了解拉乌尔定律和亨利定律的微观解释

  熟练掌握理想液态混合物的定义、微观特征及混合性质

  熟练掌握理想稀溶液溶剂、溶质化学势的表达式及标准态规定,了解分配定律

  熟练掌握稀溶液的四个依数性,掌握逸度与逸度因子的概念

  了解路易斯-兰德尔逸度规则,掌握活度与活度因子。

  (三)重点

  1、偏摩尔量、化学势的定义  应用化学势判据判断物质的迁移方向。

  2、明确理想气体及理想气体混合物各组分的化学势表达式及标准态的规定  实际气体化学式表达式及逸度、逸度系数概念。

  3、理解并掌握拉乌定律、亨利定律及其应用。

  4、明确理想液态混合物的定义及各组分化学势的表达式和其混合性质。

  5、明确理想稀溶液定义及溶质、溶剂的化学势表达式、标准状态的规定。

  6、弄清什么是稀溶液的依数性,掌握其计算和应用。

  7、了解实际体系各组分化学势的表达式及活度和活度系数。

  (四)难点

  1、对偏摩尔量及化学势的定义式的理解。

  2、多组分多相系统热力学基本公式的确立。

  3、逸度和逸度系数概念的理解。

  4、理想稀溶液各组分化学势表达式的确立及标准态的选择。

  5、实际溶液各组分化学势表达式的确立及标准态的选择。

  第五章    化学平衡

  (一)基本内容

  5.1化学反应的等温方程:1.摩尔反应吉布斯函数变与亲和势2.平衡条件3.等温方程式

  5.2理想气体反应的标准平衡常数

  5.3标准平衡常数的测定

  5.4温度对平衡常数的影响

  5.5其它因素对理想气体化学平衡的影响

  5.6真实气体反应的化学平衡

  (二)基本要求

  熟练掌握化学反应的等温方程

  熟练掌握标准平衡常数,熟练掌握平衡组成的计算,掌握其他平衡常数

  熟练掌握温度对标准平衡常数的影响(范特霍夫方程)

  掌握压力、惰性组分、反应物的摩尔比对转化率的影响

  了解同时反应平衡组成的计算

  了解实际气体化学反应平衡

  (三)重点

  本章重点在于均相(理想气体)系统与多相(含有纯液体或纯固体)系统反应等温方程式的建立及应用,平衡常数的各种表示方法、求算及应用。掌握化学反应的范特霍夫方程及其应用,分析温度、压力及惰性组分对化学平衡的影响。

  (四)难点

  有凝聚态物质参加的化学反应、温度对化学平衡的影响

  第六章    相平衡

  (一)基本内容

  6.1 相律

  6.2  杠杆规则

  6.3 单组分系统相图

  6.4 二组分理想及真实液态混合物体系的气-液平衡相图

  6.5 二组分液态部分互溶及完全不互溶系统的气液相图

  6.6 二组分固态完全不互溶系统液-固平衡相图

  6.7 二组分液态部分互溶及完全不互溶系统的气液相图

  1. 部分互溶液体的相互溶解度 2. 共轭溶液的蒸气压

  3. 部分互溶系统T-X图 4. 完全不互溶系统T-X图

  6.8 二组分固态完全不互溶系统液-固平衡相图

  1. 相图的分析  2. 热分析法绘制合金体系相图

  3. 溶解度法绘制水盐体系相图

  6.9 二组分固态完全互溶系统液-固平衡相图

  6.10 二组分固态部分互溶系统液-固平衡相图

  6.11 生成化合物的二组分凝聚系统相图

  1. 生成稳定化合物 2. 生成不稳定化合物

  (二)基本要求

  掌握相律及其推导,熟练掌握杠杆规则

  掌握单组分系统相图特征

  熟练掌握二组分系统气液平衡相图,了解精馏原理

  熟练掌握二组分固态不互溶系统液固平衡相图

  熟练掌握二组分固态互溶系统液固平衡相图

  熟练掌握生成化合物的二组分凝聚系统相图

  (三)重点

  1、了解相律的推导过程及应用相律分析相平衡系统的变化规律。

  2、弄清单组分相图中点、线、面的意义及其应用。

  3、了解如何由气-液平衡数据绘制两组分气-液平衡相图(温度-组成图及压力-组成图),如何用相律分析图中相平衡系统的变化规律,了解精馏原理。

  4、熟练掌握杠杆规则及其应用。

  5、了解如何用热分析法及溶解度法绘制两组分系凝聚系相图(以具有简单低共熔点相图为主),如何用相律分析图中相平衡系统的变化规律,了解结晶提纯原理。

  (四)难点

  1、组分数的确定及相律的推导。

  2、如何自平面几何图形看到相平衡系统及其变化规律

  3、用相律分析相图,掌握杠杆规则及其应用。

  4、二组分固态互溶系统液固平衡相图,生成化合物的二组分凝聚系统相图

  第七章    电化学

  (一)基本内容

  7.1电解质溶液的导电机理及法拉第定律

  7.2离子迁移数的定义及测定方法

  7.3电导、电导率和摩尔电导率、电导的测定及应用

  1. 电导、电导率的定义

  2. 电导的测定

  3. 摩尔电导率的定义及其与浓度的关系

  4. 科尔劳施离子独立运动定律和离子的摩尔电导率

  5. 电导测定的应用:①。弱电解质电离平衡常数测定②。难溶盐溶度积常数测定 ③。电导滴定

  7.4电解质的平均离子活度因子和平均离子活度

  1. 平均离子活度因子和平均离子活度

  2. 离子强度

  3. 强电解质离子互吸理论和德拜-休格尔极限公式

  7.5 可逆电池及其电池电动势的测定

  1. 可逆电池及其条件

  2. 韦斯顿标准电池

  3. 电池电动势的测定

  7.6原电池热力学

  1.由电动势计算反应的摩尔Gibbs函数变

  2.由原电池电动势的温度系数计算电池反应的摩尔熵变

  3.由电动势及电动势的温度系数计算电池反应的摩尔焓变

  4.计算原电池可逆放电时的反应热

  5.原电池的能斯脱方程

  7.7 电极电势和液体接界电势1. 电极电势  2. 液体接界电势及其消除

  7.8 可逆电极种类: 1. 第一类电极 2. 第二类电极 3. 氧化还原电极

  7.9 原电池设计举例

  7.10 极化作用,电解时的电极反应

  (二)基本要求

  熟练掌握法拉第定律、离子迁移数、电导、电导率和摩尔电导率

  熟练掌握电解质溶液平均离子活度、离子强度、德拜-休克尔极限公式

  熟练掌握可逆电池及其条件、电动势的测定

  熟练掌握原电池热力学的相关计算

  熟练掌握电极电势、液接界电势及其消除

  熟练掌握电极的种类,熟练掌握原电池的设计

  了解极化作用和电解时的电极反应。

  (三)重点

  1、了解电解质溶液的导电机理

  2、明确电导、电导率、摩尔电导的定义及相互关系(换算公式),掌握电导测定的应用。

  3、强电解质的活度及活度系数、平均离子活度系数与活度、离子强度,极限公式。

  4、掌握原电池的电极反应、电池反应及电池图式的书写,原电池的设计。

  5、掌握可逆电池、可逆电极的能斯特方程及电动势与电极电位的计算。

  6、掌握电动势的测定方法及电动势测定的应用。

  (四)难点

  1、强电解质的活度、活度系数与离子平衡活度。

  2、可逆电池、可逆电极,原电池的设计,电动势测定的应用。

  3、极化作用、超电势和电解时的电极反应。

  第八章  界面现象

  (一)基本内容

  8.1 界面张力

  1. 液体的表面张力、表面功及表面Gibbs函数

  2. 表面热力学公式  3. 界面张力及其影响因素

  8.2 弯曲液面的附加压力及其后果

  1. 拉普拉斯方程 2. 微小液滴的饱和蒸气压-开尔文公式

  3. 亚稳状态及新相的生成

  8.3 固体表面:1. 物理吸附与化学吸附 2. 等温吸附

  3. 佛伦德利希吸附经验式 4. Langmiur单分子层吸附理论

  5. 吸附热力学

  8.4 液-固界面  1.润湿现象 2. 接触角与杨氏方程

  8.5 溶液表面   1. 溶液表面的吸附现象

  2. 表面过剩量与Gibbs吸附等温公式

  3. 表面活性物质及其在吸附层的定向排列

  (二)基本要求

  熟练掌握表面张力、表面功及表面Gibbs函数,界面张力及其影响因素

  熟练掌握弯曲液面的附加压力及后果、毛细现象

  熟练掌握固体表面的吸附作用和Langmiur单分子层吸附理论

  熟练掌握液-固界面现象(杨氏方程、润湿现象)

  了解多分子层吸附理论

  熟练掌握溶液表面现象与Gibbs吸附等温公式

  (三)重点

  1、弄清表面张力与表面吉布斯函数的定义及关系。

  2、润湿角、润湿、铺展及铺展系数等概念和杨氏方程。

  3、掌握弯曲液面的附加压力、毛细现象、弯曲液面的蒸汽压、微小晶粒的溶解度、亚稳状态等特性及现象形成的原因,掌握拉普拉斯方程式及开尔文公式的推导及应用。

  4、吸附现象形成的原因及影响吸附的因素,物理吸附与化学吸附的区别,吸附等温式(弗罗因德利希及朗格缪尔吸附方程式)的推导和应用。

  5、溶液表面吸附的原因,吉布斯吸附等温式及应用。

  6、表面活性物质及其在吸附层的定向排列

  (四)难点

  界面张力  附加压力、开尔文公式、朗谬尔吸附等温式、溶液表面的吸附

  亚稳状态及新相的生成  润湿现象

  第九章   化学动力学

  (一)基本内容

  9.1 化学反应的速率及速率方程:

  1. 速率定义 2. 基元反应与非基元反应 3. 质量作用定律

  4. 化学反应速率方程的一般形式   5. 反应级数

  6. 用气体分压表示的速率方程  7. 反应速率的实验测定

  9.2 具有简单级数的反应:

  1. 零级反应  2. 一级反应

  3. 二级反应   4.  n级反应

  9.3 反应速率方程的确定

  9.4 温度对反应速率的影响:

  1. Vant Hoff 经验规则

  2. 阿伦尼乌斯方程  3. 基元反应的活化能及其物理意义

  4. 活化能与反应热的关系  5. 反应竞争

  6. 温度对反应速率影响的其它情况

  9.5 复合反应速率的近似处理方法:

  1. 选取控制步骤法 2. 平衡态近似法 3. 稳态近似法

  4. 表观活化能与各基元反应活化能的关系

  9.6 典型复合反应

  9.7 基元反应速率理论

  (二)基本要求

  熟练掌握反应速率、基元反应、质量作用定律、反应分子数

  熟练掌握各级反应速率方程的积分式及其特征

  掌握速率方程的确定方法

  熟练掌握温度对反应速率的影响、阿伦尼乌斯方程、活化能及其意义

  典型复合反应速率方程的微分及积分式,链反应的特征

  复合反应速率的近似处理方法

  (三)重点

  1、反应速率的定义及速率的测定方法。

  2、反应速率常数、基元反应、反应分子数、反应级数等基本概念。

  3、掌握一级、二级反应速率方程的微分及积分式及其特征,学会具体计算(求取反应时间、半衰期、反应转化率、反应物浓度等)

  4、掌握如何用微分法、积分法及半衰期法和实验数据建立反应速率方程。

  5、掌握链反应的特征和复合反应速率的近似处理方法

  6、掌握阿累尼乌斯方程及其应用,活化能及其对反应速率的影响。

  (四)难点

  1、如何用平衡态近似法及稳定态近似确立复合反应的速率方程

  2、理解什么是活化能及其对反应速率的影响。

  3、对基元反应速率理论的理解。

江苏省教育考试院

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