1、物理化學課程教學大綱課程名稱：物理化學英文名稱：Physical Chemistry課程編碼：x2030631學 時 數(shù)：80其中實踐學時數(shù)：16課外學時數(shù)：0學 分 數(shù)：5.0適用專業(yè)：生物工程課程簡介物理化學是生物工程專業(yè)一門比較重要的專業(yè)基礎(chǔ)程。課程的特點是運用物理學的理論和實驗方法來研究化學過程普遍規(guī)律的一門科學，本課程將設(shè)問式課堂教學，實驗教學與學生自主學習相結(jié)合，使學生了解物理化學的研究內(nèi)容、研究方法和發(fā)展歷史。課程內(nèi)容包括化學熱力學和化學動力學的基本知識、基本理論和基本方法；物質(zhì)變化過程的平衡與速率的基礎(chǔ)理論和知識；物理化學基本原理和方法在多相平衡系統(tǒng), 化學平衡系統(tǒng)以及界面層中

2、的應(yīng)用；本課為后續(xù)專業(yè)課學習、畢業(yè)論文和科學研究提供基礎(chǔ)知識、研究方法和基本理論。通過物理化學課程的學習，一方面不僅使學生能夠利用掌握的物理化學知識識別生物工程科學和技術(shù)問題，而且通過掌握的物理化學基本原理和思維方法輔助相關(guān)專業(yè)解決生物工程科學和技術(shù)問題；更主要的是培養(yǎng)同學們求實的科學態(tài)度、嚴密的邏輯思維以及解決問題的能力，即有能力能夠初步設(shè)計實驗方案，組裝實驗設(shè)備，構(gòu)建實驗系統(tǒng)，確保實驗安全，采集實驗數(shù)據(jù)正確。二、課程目標與畢業(yè)要求關(guān)系表課程目標畢業(yè)要求課程目標1：掌握物理化學中化學熱力學和化學動力學的基本知識、基本理論和基本方法。掌握有關(guān)物質(zhì)變化過程的平衡與速率的基礎(chǔ)理論和知識。了解物理化

3、學的研究內(nèi)容、研究方法和發(fā)展史。1-2掌握相關(guān)自然科學的基礎(chǔ)原理和思維方法，并能運用于解決工程科學和技術(shù)問題。課程目標2: 掌握物理化學基本原理和方法在多相平衡系統(tǒng), 化學平衡系統(tǒng)以及界面層中的應(yīng)用；理解物理化學的理論知識在生物工程專業(yè)中的實際應(yīng)用；獲得應(yīng)用物理化學的基本原理和方法分析生物工程專業(yè)相關(guān)問題的能力。2-1運用數(shù)學和自然科學原理識別工程科學和技術(shù)問題。三、課程教學內(nèi)容、基本要求、重點和難點（一）化學熱力學基礎(chǔ)1、教學內(nèi)容引言；熱力學基本概念；熱力學第一定律；定容熱；定壓熱和焓；熱容；可逆過程與膨脹功；化學反應(yīng)的熱效應(yīng)；蓋斯定律；標準摩爾生成焓變；標準摩爾燃燒焓變；熱效應(yīng)與溫度的關(guān)系

4、基?；舴蚨?；非定溫反應(yīng)熱；卡諾循環(huán)；熵；熵變的計算；熵的統(tǒng)計意義；熱力學第三定律；亥姆霍茲自由能與吉布斯自由能；熱力學函數(shù)間的關(guān)系式；偏摩爾量；化學勢。2、基本要求（1）熟練掌握熱力學基本概念、術(shù)語。（2）熟練掌握熱力學第一定律、熱力學第二定律，熱力學第三定律，掌握其原理和熱力學方法及在相平衡、化學反應(yīng)中的應(yīng)用。（3）熟練掌握兩個途徑函數(shù)（W、Q）、五個狀態(tài)函數(shù)（U、H、S、A、G）的性質(zhì)及物理意義及增量值的計算。（4）掌握熱力學基本方程及麥克斯韋關(guān)系式。（5）掌握偏摩爾量、化學勢的定義和表示及化學勢作為判據(jù)在相變化、化學變化中的應(yīng)用。3、重點（1）熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力學第三

5、定律及原理，熱力學方法在相平衡、化學反應(yīng)中的應(yīng)用。（2）掌握兩個途徑函數(shù)（W、Q）、五個狀態(tài)函數(shù)（U、H、S、A、G）的性質(zhì)及物理意義及增量值的計算。（3）化學勢作為判據(jù)在相變化、化學變化中的應(yīng)用。4、難點（1）兩個途徑函數(shù)（W、Q）、五個狀態(tài)函數(shù)（U、H、S、A、G）的性質(zhì)及物理意義及增量值的計算。（2）熱力學基本方程及麥克斯韋關(guān)系式。（二）相平衡1、教學內(nèi)容：克勞修斯克拉貝龍方程式；稀溶液的基本定律；稀溶液的的依數(shù)性；分配定律；理想溶液；活度的基本概念；活度的測定。相數(shù)；強度狀態(tài)；物種數(shù)；組分數(shù)；自由度；相律數(shù)學表達式；單組分系統(tǒng)相圖；冰點；三相點；臨界點；二組分系統(tǒng)相圖；完全互溶固溶體熔

6、點組成圖；固相線；液相線；杠桿規(guī)則；固態(tài)完全不互溶系統(tǒng)相圖；最低共晶點；二組分形成化合物系統(tǒng)的相圖；相合熔點化合物；不相合熔點化合物。2、基本要求：（1）熟練掌握克-克方程，拉亨定律及其應(yīng)用。（2）熟練掌握理想液態(tài)混合物的性質(zhì)及其應(yīng)用。（3）熟練掌握真實液態(tài)混合物和真實溶液的活度的概念和應(yīng)用。（4）熟練掌握相律。（5）熟練掌握單組分系統(tǒng)相圖的繪制原理、繪制方法和解析方法。（6）掌握二組分系統(tǒng)相圖的繪制原理、繪制方法和解析方法。（7）熟練掌握相律、杠桿規(guī)則, 克-克方程。3、重點（1）克拉貝龍方程、克-克方程的應(yīng)用。（2）拉亨定律的應(yīng)用。（3）理想液態(tài)混合物的性質(zhì)、理想稀溶液，真實液態(tài)混合物和真

7、實溶液的性質(zhì)。（4）相律及其應(yīng)用。（5）單組分系統(tǒng)相圖的繪制和解析。（6）二組分系統(tǒng)平衡相圖的繪制和解析。4、難點（1）克拉貝龍方程、克-克方程的應(yīng)用。（2）拉亨定律的應(yīng)用。（3）真實混合物和真實溶液的活度計算。（4）二組分系統(tǒng)的固-液平衡相圖的繪制和解析。（三）化學平衡熱力學1、教學內(nèi)容平衡常數(shù)；化學反應(yīng)等溫方程式；多相反應(yīng)平衡、分解壓；標準生成吉布斯自由能；吉布斯自由能變化與溫度的關(guān)系；范特霍夫定溫方程-任意狀態(tài)反應(yīng)方向；范特霍夫等壓方程式-平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系；影響平衡常數(shù)因素。2、基本要求（1）熟練掌握化學反應(yīng)標準平衡常數(shù)的定義及計算方法。（2）熟練掌握化學反應(yīng)標準平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系

8、。（3）熟練掌握理想氣體混合物反應(yīng)的化學平衡。（4）熟練掌握范特霍夫定溫方程、化學反應(yīng)方向的判斷。（5）掌握各種因素對平衡轉(zhuǎn)化率的影響。3、重點（1）化學反應(yīng)標準平衡常數(shù)的定義及計算方法。（2）化學反應(yīng)標準平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。（3）范特霍夫定溫方程、化學反應(yīng)方向的判斷。（4）各種因素對平衡轉(zhuǎn)化率的影響。4、難點（1）化學反應(yīng)標準平衡常數(shù)的定義。（2）各種因素對平衡轉(zhuǎn)化率的影響。（四）化學動力學基礎(chǔ)1、教學內(nèi)容引言；基元反應(yīng)與總包反應(yīng)；質(zhì)量作用定律；反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系；反應(yīng)級數(shù)的測定；零級、一級、二級反應(yīng)的特點；典型復雜反應(yīng)；阿倫尼烏斯方程-溫度對反應(yīng)速率影響；穩(wěn)態(tài)近似和平衡態(tài)近似；鏈反應(yīng)；

9、多相反應(yīng)、擴散；催化作用:催化劑對反化學應(yīng)速率的影響。2、基本要求（1）熟練掌握化學反應(yīng)速率的定義、速率方程的建立。（2）熟練掌握化學反應(yīng)機理、基元反應(yīng)。（3）熟練掌握化學反應(yīng)速率與溫度關(guān)系的經(jīng)驗方程、活化能。（4）掌握基本型的復合反應(yīng)、復合反應(yīng)速率方程的近似處理法。（5）了解催化劑、催化作用及催化劑的主要類型。3、重點（1）化學反應(yīng)速率的定義、速率方程的建立。（2）化學反應(yīng)機理、基元反應(yīng)。（3）化學反應(yīng)速率與溫度關(guān)系的經(jīng)驗方程、活化能。（4）復合反應(yīng)速率方程的近似處理法。4、難點（1）化學反應(yīng)機理、基元反應(yīng)。（2）復合反應(yīng)速率方程的近似處理法。（五）界面層的平衡與速率1、教學內(nèi)容引言；表面張

10、力；表面自由能；彎曲液面的附加壓力；潤濕現(xiàn)象、接觸角；毛細現(xiàn)象；吸附曲線；Langmuir單分子吸附理論；BET 多分子吸附層理論；付勞因德里希吸附等溫方程式；吸附平衡；亞穩(wěn)狀態(tài)；表面活性劑；自溶液吸附；吉布斯吸附等溫方程式。2、基本要求（1）熟練掌握表面張力、高度分散系統(tǒng)的表面能的定義及影響因素。（2）熟練掌握彎曲液面的附加壓力、彎曲液面的飽和蒸汽壓、潤濕及其類型、毛細現(xiàn)象。（3）熟練掌握新相生成與亞穩(wěn)狀態(tài)及其熱力學原理。（4）熟練掌握溶液界面層的吸附、表面活性劑、固體表面對氣體的吸附。3、重點（1）表面張力、高度分散系統(tǒng)的表面能、影響表面張力的因素。（2）彎曲液面的附加壓力、彎曲液面的飽和

11、蒸汽壓、潤濕及其類型、毛細現(xiàn)象。（3）溶液界面層的吸附、表面活性劑、固體表面對氣體的吸附。4、難點溶液界面層的吸附、表面活性劑、固體表面對氣體的吸附。四、教學方式及學時分配序號主要內(nèi)容主要教學方式學時分配（理論+實驗）輔導答疑比例一化學熱力學基礎(chǔ)講授/討論/實驗28（24+4）2 ：1二相平衡講授/討論/實驗20（16+4）2 ：1三化學平衡熱力學講授/討論62 ：1四化學動力學基礎(chǔ)講授/討論/實驗14（10+4）2 ：1五界面層的平衡與速率講授/討論/實驗12（8+4）2 ：1五、課程其他教學環(huán)節(jié)要求課后作業(yè)/總結(jié)根據(jù)課程內(nèi)容基本要求，每部分知識點都會布置課后作業(yè)和知識點總結(jié)，作業(yè)內(nèi)容為相關(guān)

12、知識點的綜合性計算題或證明題。測試學期中間進行閉卷或開卷測試，測試內(nèi)容為相關(guān)物理化學知識點的基本原理和綜合應(yīng)用計算等。課堂討論根據(jù)知識點內(nèi)容的不同特點，通過課堂提問討論/線上限時答題討論等形式討論，內(nèi)容為相關(guān)物理化學基本概念、原理及應(yīng)用。實驗環(huán)節(jié)根據(jù)課程特點，開設(shè)四次共16學時的課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)，內(nèi)容是為涉及“化學熱力學基礎(chǔ)”,“相平衡”,“化學動力學基礎(chǔ)”和“界面層的平衡與速率”，實驗題目如下：實驗題目(1) 燃燒熱的測定實驗題目(2) 液體飽和蒸氣壓的測定實驗題目(3) 蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定實驗題目(4) 最大氣泡法測定液體的表面張力期末考試期末閉卷考試，包含全部知識點內(nèi)容。六、本課程與

13、其他課程的聯(lián)系在學習本課程之前，學生應(yīng)先修課程是：基礎(chǔ)化學、無機化學、有機化學、分析化學及普通物理，物理化學本課需要化學基礎(chǔ)知識及較高的數(shù)理基礎(chǔ)為前提，為結(jié)構(gòu)化學，催化原理，高等有機化學等后續(xù)課程學習、科技文獻閱讀、進一步科學研究奠定基礎(chǔ)。七、建議教材及教學參考書目建議教材：物理化學教程大連理工大學，田福平等主編，2013.2。參考書目：1、物理化學（第五版），天津大學物化教研室主編，王正烈、周亞平修訂。高等教育出版社，2009。2、物理化學（第五版），南京大學傅獻彩、沈文霞、姚天揚、侯文華編。高等教育出版社，2014。3、物理化學簡明教程，大連理工大學，傅玉普主編，2014.2。4、Thom

14、as Engel , Philip Reid . Physical Chemistry.2rd,ed.機械工業(yè)出版社，2013。八、課程考核方式與成績評定辦法課堂教學注重理論聯(lián)系實際，做到基本概念、基本理論講授清楚、重點突出，針對需掌握的內(nèi)容布置作業(yè)，以加強學生對基本概念、基本理論的理解、掌握及應(yīng)用。每周安排一次輔導答疑，對于普遍存在的共性問題在課堂教學中集中講授。本課程考核采用考試與平時作業(yè)、實驗報告相結(jié)合的形式?？己顺煽冇善綍r成績與期末考試成績組成，平時成績*30%+實驗成績*20%+期末成績*50%=總成績。評價項目評價環(huán)節(jié)課程目標平時成績（30分）作業(yè)、總結(jié)、測試、課堂討論、出勤課程目標1: 掌握物理化學中化學熱力學和化學動力學的基本知識、基本理論和基本方法。掌握有關(guān)物質(zhì)變化過程的平衡與速率的基礎(chǔ)理論和知識。了解物理化學的研究內(nèi)容、研究方法和發(fā)展史。課程目標2: 掌握物理化學基本原理和方法在多相平衡系統(tǒng), 化學平衡系統(tǒng)以及界面層中的應(yīng)用；理解物理化學的理論知識在生物工程專業(yè)中的實際應(yīng)用；獲得應(yīng)用物理化學的基本原理和方法分析生物工程專業(yè)相關(guān)問題的能力。實驗成績（20分）實驗報告、平時成績課程目標2: 掌握物理化學基本原理和方法在多相平衡系統(tǒng), 化學平衡系統(tǒng)以及界面層中的應(yīng)用；理解物理化學的理論知識在生物工程專業(yè)中的實際應(yīng)用；獲得應(yīng)用物理化學的基本原理和方法