1、物理化學A教學大綱教學目的與要求課程性質：物理化學A是化學類（包括：化學、應用化學、高分子材料、化學工程和材料化學）本科學生的一門基礎課程，學生在預修高等數學、普通物理學和普通化學A課程后修讀本課程。基本內容：物理化學是研究物質的結構、性質及其變化的普遍規律的一門學科。內容的第一部分(物理化學AI)討論微觀結構，主要包括量子力學基本原理、原子、分子和晶體結構、對稱性和分子間相互作用以及微觀結構的測定原理；將微觀原理放在前面講授，有利于引導學生以原子分子的觀點深入領悟物理化學的原理。第二部分(物理化學AII)討論平衡體系的性質，從統計熱力學入手，建立微觀到宏觀的橋梁，進一步過渡到熱力學，包括熱力

2、學三大定律、溶液、化學平衡、相平衡；第三部分(物理化學AIII)討論變化體系的性質，主要是動力學和電化學，還包括非平衡體系熱力學的簡單介紹以及界面現象和表面化學。整個課程從二年級（上）到三年級（上）共分三學期講授每個學期講授一個部分，每個部分講授54學時。基本要求：通過本課程的學習，要求學生系統地掌握物理化學的基本原理和方法，加深對其它化學課程內容的理解，并初步具有應用物理化學的基本原理分析和解決一些實際問題的能力。教學內容及學時分配：物理化學AI 學分數3 周學時3 總學時54 緒論（2學時）    內容提要：物

3、理化學的內容、特點及本課程的學習方法。    講課要點：0-1物理化學的內容0-2物理化學的學習方法第一章量子化學基礎（9學時）內容提要： 現代化學從分子和原子水平上認識物質本質和化學反應規律的基本理論基礎是量子力學。因此本章中將介紹物理化學中涉及到的量子力學基本原理和基礎知識，例如微觀粒子的波粒二象性、測不準關系、量子力學基本假定和薛定諤(Schrödinger)方程, 以及用它們來處理微觀物體運動的基本方法,并運用這些原理和方法討論一些典型的簡單體系。學習要求：由于微觀物體運動遵循量子力學， 所以掌握量子力學基礎對學習有關微觀結構和運動的章

4、節非常重要。通過本章學習要求(1) 弄清微觀粒子運動的基本特征以及與宏觀物體運動規律的區別；(2) 了解量子力學的基本假定以及與此相關的波函數,力學量算符，本征值和平均值等概念；(3) 初步學會用量子力學研究微觀物體(如電子、原子和分子等) 運動的方法(即根據研究對象及邊界條件建立相應的量子力學運動方程-薛定諤方程,及對簡單方程求解)。1 / 13   講課要點：11 量子論的誕生  12 實物粒子運動狀態波函數13 波函數的求解  14 簡單體系 第二章 原子結構

5、和原子光譜（8學時）    內容提要: 本章將應用量子力學基本原理和定態薛定諤方程討論原子結構及有關的各種性質和原子光譜。其主要內容是: 以氫原子為例討論單電子原子的薛定諤方程及其解，根據其解討論原子中單電子空間運動波函數¾原子軌道的許多性質，如量子數、的物理意義，波函數圖象和電子云分布等；對于多電子原子結構將通過引進單電子獨立模型討論多電子原子中原子軌道的性質和它們的能量次序，并根據電子自旋和保里原理討論核外電子排布和元素周期律；最后通過角動量耦合的方法介紹多電子原子狀態和原子光譜項，討論了微擾法的基本原理及其應用于原子光譜所得到的一些規律和

6、性質。    目的要求: 通過本章學習要達到兩方面的目的: 進一步了解和熟悉用量子力學基本原理和薛定諤方程討論微觀體系運動的方法和步驟，包括對簡單體系的精確解及微擾法等近似方法； 熟悉和掌握本章所得到的關于原子的電子結構以及有關性質的知識：如原子軌道概念;量子數、和對應力學量關系;波函數圖象和電子云分布；電子自旋和保里原理；核外電子排布規律和元素周期性；角動量加和規則和原子光譜項；原子光譜的選擇定則，光譜特征和塞曼效應。講課要點：21 單電子原子的薛定諤方程及其解  22 多電子原子的薛定諤方程及其解&#

7、160; 23 電子自旋和核外電子排布規則  24 原子狀態和原子光譜項第三章 共價鍵理論和雙原子分子結構（8學時）內容提要：本章主要介紹現代化學鍵理論，分別從價鍵理論和分子軌道理論了解共價鍵的本質，并解釋簡單的雙原子分子的結構。并對分子軌道理論和價鍵理論作適當的比較，以了解它們的異同。同時還介紹價鍵理論的一個重要補充雜化軌道理論及其應用。目的要求：化學鍵理論和分子結構是物理化學微觀部分中的核心內容。通過本章的學習，（1）掌握分子軌道理論和價鍵理論的要點以及兩個理論的區別和聯系；（2）熟悉兩個理論所給出的電子結構和分子性質的關系；（3

8、）學會根據雙原子分子的電子組態寫出相應的光譜項。講課要點：31 價鍵理論  32 分子軌道理論  33 雙原子分子結構 第四章 分子對稱性和群論（8學時）內容題要：分子對稱性和群論知識在應用量子化學原理計算或討論分子性質時都非常重要。本章從分子立體結構著手介紹分子所具有的五類對稱操作及其組合規律，從而引入群的概念，并著重討論分子點群，在此基礎上簡要地介紹有關群論的初步知識，如群的表示、群表示的性質、特征標表以及在量子化學中的應用等。目的要求：通過本章學習（1）熟悉分子所具有的五類對稱操作及其組合規律,并掌

9、握判斷給定分子所具有的對稱操作及所屬點群的方法；（2）初步了解和掌握點群的特征標表及表示理論的簡單應用，如利用特征標表約化可約表示，用投影算符構造對稱性匹配函數等。    講課要點：41 對稱元素和對稱操作  42 分子點群  43 群表示理論  44 群論在化學中的應用  第五章 多原子分子結構（8學時）內容提要：本章以分子軌道理論為主要依據討論各種多原子分子的結構；并引入定域軌道概念作為分子軌道理論討論定域化學鍵的補充。在

10、討論各類具體分子結構時，還將介紹由分子軌道理論發展而得的具體近似模型，如用休克爾(Hückel)分子軌道法(HMO)處理共軛分子結構,以配位場理論討論配位化合物結構，以及原子簇化合物和結構規則等。最后一節將非常扼要地介紹一些常用的計算分子結構和性質的理論方法。目的要求：通過本章學習（1）掌握用分子軌道理論處理各種類型分子結構的基本方法和處理各類特殊結構的具體理論方法(如HMO法，配位場理論) 以及由這些理論方法得到的重要結論；（2）進一步了解定域軌道的概念及與離域分子軌道關系；（3）熟悉各類化合物的分子結構與性質的關系；（4）了解常用的計算分子結構和性質的理論和具體計算方法。

11、0;   講課要點：51 飽和多原子分子結構 52 共軛分子結構  53 缺電子分子和原子簇結構         54  配位化合物結構 55 量子化學計算方法和分子性質的計算第六章   分子間相互作用（2學時）內容提要: 本章主要介紹分子間的相互作用，首先介紹組成分子間這種弱相互作用的各種力的來源和相對大小，以及分子間相互作用能的構成和由此形成的分子半徑。

12、在此基礎上介紹這種分子間相互作用在氣相和液相中的表現以及由這種弱相互作用產生的超分子體系。學習目的：（1）熟悉分子間相互作用力的產生原因和具體構成；（2）了解氣體中的分子間相互作用和范德華方程以及實際氣體和理想氣體的差別與超臨界現象；（3）液體中的分子相互作用和徑向分布函數J(r)意義及計算方法；（4）了解分子組裝和超分子結構以及它們的基本特征和相關性質。    講課要點：61 分子間作用力  62 氣體中的分子相互作用  63 液體中的分子相互作用  64 超分子

13、結構化學及分子組裝 第七章 固體（10學時）內容提要: 本章主要介紹幾何晶體學和結晶化學的基礎知識，其中包括介紹描寫結構周期性的點陣和平移群的基本概念，晶體對稱性以及分類方法，以及討論各類化學鍵及相應的晶體結構與性能的關系。在此基礎上，介紹實際固體的一些基本特征以及固體的若干性質。關于固體結構的實驗方法將在下一章和其它微觀結構的實驗方法一起介紹。學習目的：（1）掌握描述晶體結構周期性的基本理論和有關概念點陣、平移群和晶胞；（2）熟悉各類晶體中可能存在的對稱元素和以及按照對稱性對晶體進行分類的方法個晶系、14種空間點陣型式、32點陣(對230空間群只要求一般了解)；（3）在此

14、基礎上了解各類晶體結構的化學鍵成因和晶體結構與其性能關系，以及實際固體的基本特征和性質。    講課要點：71 晶體結構的周期性  72 晶體結構的對稱性  73 金屬晶體  74 離子晶體  75 共價晶體和其它鍵型晶體  76 實際固體      第八章 微觀結構測定的基本原理(1)分子光譜第九章微觀結構測定的基本原理(2)磁共振和其

15、它（以上二章在譜學導論講授） 物理化學AII 學分數3 周學時3 總學時54 第十章 統計熱力學基礎（10學時）內容提要: 本章先介紹統計熱力學的一些基本概念，然后討論麥克斯韋-玻耳茲曼分布，并由此引出配分函數概念。隨后介紹了系綜理論，把分子配分函數推廣到正則配分函數。討論了各種配分函數的計算。介紹了愛因斯坦的固體熱容理論和量子統計方法。    學習目的：（1）熟悉等概率原理、宏觀態、微觀態和熱力學概率等基本概念；（2）了解麥克斯韋玻耳茲曼分布的物理含義；（3）掌握配分函數的概念和各種運動形式的

16、配分函數的計算；（4）掌握系綜和正則配分函數的概念；（5）了解量子統計方法及其應用。講課要點：101 基本概念  102 麥克斯韋玻耳茲曼統計  103 分子配分函數  104 正則系綜及配分函數 105 配分函數的計算 106 量子統計  第十一章 熱力學第一定律和熱化學（10學時）內容提要：本章介紹熱力學常用的一些基本概念以及熱力學第一定律和熱化學定理，并利用這些基本原理討論物理和化學過程的能量變化及其計算。學習要求：(1

17、)熟悉體系和環境、狀態和性質、過程和途徑、熱力學平衡等熱力學常用的基本概念;(2)熟悉內能、功、熱、焓和熱容等熱力學函數或概念的含義，了解熱力學第一定律的統計解釋，并會運用這些概念解決實際問題；(3)掌握體積功的計算和可逆過程的概念；(4)掌握理想氣體的等溫、等壓、等容和絕熱過程的計算方法，了解焦耳實驗、卡諾循環和焦耳-湯姆遜實驗及其推論；(5)掌握反應焓變的計算方法及其與反應溫度的關系。    講課要點：111 熱力學第一定律 112 焓和熱容113理想氣體的熱力學過程 114焦爾湯姆遜效應 115化學反應的熱效

18、應 116 幾種重要的焓變計算 第十二章 熱力學第二定律和第三定律（10學時）內容提要：本章討論熱力學第二和第三定律的各種表述方法，從分析自然過程所具有的共同特點出發，提出了用于判斷過程方向和限度的最基本狀態函數熵函數，根據熵函數又引進了用于判斷恒溫恒壓下進行的化學變化和相變化的方向和限度的吉布斯自由能狀態函數。介紹這兩個熱力學函數的統計力學的表達方式，并列舉了它們的一些應用。對物質的標準熵和標準摩爾生成焓值的由來作了介紹。最后，引進化學勢和氣體逸度概念，為爾后研究組成改變的封閉體系和敞開體系的平衡性質作準備。學習要求：(1)掌握物質的標準熵及各類過程的

19、熵變的計算方法；(2)了解熱力學第二和第三定律的統計解釋和殘余熵的概念以及掌握用配分函數計算熱力學函數的方法；(3)熟悉如何從熵函數引出吉布斯自由能和亥姆霍茲自由能；(4)掌握物理過程和化學過程的吉布斯自由能變化的計算方法；(5)掌握標準生成吉布斯自由能的概念及其應用；(6)熟悉熱力學第一和第二定律的聯合公式和麥克斯韋關系式的推導過程及其應用；(7)掌握克拉貝龍方程和克勞修斯克拉貝龍方程的物理意義及其應用；(8)了解化學勢的概念及其在化學變化和相變化中的應用；(9)熟悉氣體的逸度、標準態和參考態的概念；(10)了解物質的標準熵和標準摩爾生成焓值的由來。   

20、60;講課要點：121 熱力學第二定律的引出  122 過程方向性的判據熵函數  123 熱力學第三定律  124 熵變的計算  125 吉氏自由能和亥氏自由能 126 熱力學函數間的關系及其應用  127 化學勢  第十三章 溶液體系熱力學（8學時）    內容提要：本章用化學勢概念討論理想溶液、稀溶液和實際溶液的熱力學性質。闡明了在研究實際溶液

21、時引進偏摩爾量和活度概念的重要性。通過實例說明拉烏爾定律、亨利定律、偏摩爾量的集合公式和吉布斯杜亥姆公式的物理意義及其應用。學習要求：(1)了解溶液的定義及其分類；(2)了解引進偏摩爾量概念的重要性，掌握集合公式和吉布斯杜亥姆公式的意義及其應用；(3)掌握理想溶液和稀溶液的定義，熟悉拉烏爾定律和亨利定律的各種應用；(4)掌握稀溶液的依數性概念，了解如何通過依數性來測定溶質分子量；(5)掌握活度的概念及其測定方法。    講課要點：131 偏摩爾量 132 理想溶液及其性質 133 稀溶液及其性質 

22、;134 實際溶液和活度 第十四章 化學平衡體系熱力學（8學時）內容提要：應用熱力學第一、第二和第三定律的原理研究化學平衡體系的性質，闡明溫度、壓力和原料配比等因素對各類化學平衡的影響。對三類反應(常壓氣相反應、高壓氣相反應、液相反應)的反應條件的選擇進行了理論分析。學習要求：(1)掌握用吉布斯自由能狀態函數判斷化學反應進行的方向；(2)熟悉反應進度的概念；(3)掌握用反應物和產物的標準吉布斯生成自由能計算平衡常數的方法；(4)掌握各種平衡常數之間關系的數學表式；(5)熟悉平衡常數與溫度之間的關系式的推導過程并掌握該方程的具體應用；(6)掌握壓力、惰性物質對各類反

23、應的平衡的影響；(7)掌握從平衡常數計算平衡轉化率和平衡組成的方法；(8)熟悉三類反應的反應條件的理論分析。    講課要點：141 化學反應的自由能降低原理  142 化學反應等溫式和平衡常數  143 反應平衡常數的計算和測定方法 144 理想氣體反應平衡常數的統計熱力學計算 145 平衡常數與溫度和壓力的關系  146 氣相反應條件分析 147 液相反應和復雜反應條件分析  第十五

24、章 相平衡熱力學（8學時）內容提要：本章介紹相、組分數、自由度的概念，并推導相律公式，描述單組分體系的相圖及其在升華提純中的應用。介紹二級相變具有的特點，闡述如何用實驗和理論方法繪制兩組分的液-固和氣-液相圖，并討論這些相圖在冷凍結晶和蒸餾提純等方面的應用。通過實例說明三組分體系相圖的繪制及其在萃取、鹽類提純方面的實際應用。學習要求：（1）熟悉單組分體系相圖及其在升華提純中的應用;（2）熟悉兩組分體系的液-固相圖及其在結晶分離中的應用;（3）掌握杠桿規則及其應用;（4）熟悉兩組分體系的氣-液相圖的實驗測定、理論計算及其在精餾操作中的應用;（5）熟悉部分互溶的三液體體系和固-固-液鹽水

25、體系相圖及其應用。    講課要點：151 相律  152 單組份體系的相圖 153 二組分液固體系  154 二組分氣液體系  155 二組分液液體系  156 三組分體系 物理化學AIII 學分數3 周學時3 總學時54 第十六章 界面現象和膠體分散體系（6學時）內容提要：本章討論了界面現象中的一些基本概念，如表面自由能、表面張力、潤濕等，介紹

26、了表面活性劑的作用原理及其應用，對膠體體系的穩定性作了分析。    學習要點：(1)了解楊拉普拉斯方程式、開爾文方程式、楊方程式和吉布斯吸附方程式的推導過程及適用條件; (2)了解表面活性劑的作用原理; (3)了解膠團的結構和溶膠穩定的原因。    講課要點：161 表面自由能和表面張力  162 彎曲液體表面的現象  163 潤濕和鋪展  164 表面相熱力學 165 表面活性劑 16

27、6 膠體分散體系  第十七章氣體的吸附和表面化學（4學時）  內容提要：隨著現代表面測試及研究手段的不斷發展和創新，使得人們有可能從分子或原子層次探索和認識多種體系的表面和界面現象。本章討論了現代表面化學這一多學科交叉科學中的一些基本概念，如氣體的吸附、擴散、反應以及固體表面的組成及結構等，介紹了現代表面化學的研究手段及內容，對一些典型的表面吸附反應過程作了分析。學習要求：(1)了解氣體在固體表面的吸附形式、吸附勢能曲線的形式和物理意義，以及學習幾種吸附等溫式的物理表達和比表面測定的原理; (2)從表面的組成、結構和反應等角度了解現代表面化學的

28、研究內容; (3) 了解表面組成、價態及其結構對表面反應性能的影響; (4)了解用于表面吸附態及表面反應機理研究的現代物理化學方法。本章第4節的部分內容將涉及一些反應動力學的知識，在學習和教學時可與十九和二十章一起進行。    講課要點：171 氣體在固體表面的吸附  172 現代表面化學的研究內容 173 表面性質對表面反應性能的影響 174 表面吸附態和表面反應機理 第十八章 傳遞過程和非平衡態熱力學 （4學時）內容提要: 本章從傳熱、流動和

29、擴散等現象出發介紹傳遞過程的基本原理和特征，并引入非平衡現象和非平衡態的基本概念，然后介紹非平衡態熱力學的一些基本原理和基礎知識，例如熵產生原理、昂薩格倒易關系和最小熵產生原理。學習目的：(1) 了解傳熱、流動和擴散等傳遞過程的基本原理和特征以及非平衡現象和非平衡態的基本概念；(2) 了解非平衡態熱力學的一些基本原理和基礎知識，例如熵產生原理、昂薩格倒易關系和最小熵產生原理。講課要點：181 傳遞過程基本規律 182 非平衡態熱力學第十九章化學動力學基本規律 （10學時）  內容提要：本章主要介紹化學動力學的基本規律，通過基元反應和典型復雜反應引入速率方

30、程和反應活化能、指前因子的概念及其測定方法，討論了穩態近似和平衡態近似二種簡化處理動力學問題的方法，指出了仔細平衡原理在選擇正確反應機理方面的作用。討論了速率常數與平衡常數間的關系。學習要求：(1) 掌握反應速率的定義；(2) 了解反應物濃度、溫度對反應速率的影響；(3) 熟悉質量作用定律和反應級數、反應分子數的概念；(4) 掌握典型復雜反應的速率常數的計算方法；(5) 熟悉穩態近似和平衡態近似的原理及其相互關系；(6) 了解微觀可逆性原理和仔細平衡原理；(7) 掌握基元反應及復雜反應的速率常數和平衡常數間的關系。講課要點：191 化學反應的速率方程192 具有簡

31、單級數的反應193 溫度對反應速率的影響 194 典型的復雜反應  195 反應機理和近似處理方法 196 化學反應中的動態與平衡  第二十章各種反應體系的動力學 （8學時）內容提要：本章在前一章介紹化學動力學的基本規律基礎上，介紹各種特殊反應體系，例如鏈反應體系、液相反應體系、催化反應體系、流動體系和光化學反應體系的動力學特點和速率方程的建立以及其速率常數的測定；對液相中的快速反應和化學振蕩反應也作了簡要介紹。學習要求：(1) 掌握鏈反應和催化反應特點和速率方程的建立以及其速率常數的

32、測定的方法；(2) 了解液相反應基本特征及反應速率常數測定的方法；(3) 了解弛豫技術和化學振蕩反應；(3) 掌握理想活塞流和理想回混流二種典型流動體系的反應特征；(4) 了解光化學反應的基本原理和特點。講課要點：201 鏈反應 202 液相反應 203 催化反應  204 流動體系反應 205 光化學反應 第二十一章基元反應的速率理論 （6學時） 內容提要：本章介紹碰撞理論、過渡態理論和單分子反應理論，并舉例說明如何從分子性質計算基元反應的速率常數。同時還介紹判斷

33、基元反應進行條件和方式的分子軌道對稱守恒原理。學習要求：(1) 掌握上述三種速率理論的基本要點；(2) 熟悉實驗活化能、反應閾能和反應物與活化絡合物的零點能之差三個概念之間的差別及其相互聯系；(3) 掌握從分子性質計算基元反應速率常數的方法及其運算；(4) 學會用前線軌道理論和能量相關理論判斷基元反應進行的條件和方式。講課要點：211 雙分子反應的簡單碰撞理論212 反應速率的過渡態理論213 單分子反應理論 214 分子軌道對稱守恒原理第二十二章分子反應動力學 （0學時，在現代化學專題講授）   

34、60;    第二十三章電解質溶液 （4學時）  內容提要：本章討論電解質溶液的導電行為，包括電解質溶液的導電機理，強電解質的離子相互作用理論、電解質溶液的電導率、離子的遷移數、離子的濃度和活度。學習要求：(1) 了解電解質溶液的導電機理和掌握摩爾電導率的概念、測定方法及其應用。(2) 了解強電解質的離子相互作用理論、離子的遷移數、離子的濃度和活度。講課要點：      231 電解質溶液的導電現象  232 電解質溶液的活度

35、和活度系數  第二十四章 電化學熱力學（6學時）                內容提要：應用化學熱力學原理研究電極反應的可逆性并得到化學能與電能相互轉化間的定量關系；應用電化學熱力學原理探討平衡態下若干重要的實際問題。學習要求：(1) 掌握可逆電池的電動勢計算、測量方法及其應用；(2) 掌握標準電極電動勢概念及其計算公式；(3) 掌握液接電勢的概念、消除方法及其計算；(4)&

36、#160;了解離子選擇性電極的一般工作原理和膜電勢的推導；(5) 了解電位-pH圖的含義及制作方法。講課要點：241 可逆電池的電動勢  242 電極電勢和標準電極電勢243 濃差電池和液體接界電勢  244 離子選擇性電極和膜電勢  245 電勢-pH圖及其應用 第二十五章電化學動力學及其應用 （6學時）內容提要：從動力學觀點討論了電極反應的不可逆性并對其重要性作了具體分析。簡單介紹電化學測量中幾種常規的測試方法的原理，包括循環伏安、交流阻抗、計時電位和

37、計時電流法。并簡要介紹應用電化學電解、化學電源、電鍍和電化學腐蝕的基本原理，以及現代電化學中的若干研究課題。學習要求：(1) 了解電極產生極化的原因及極化現象的應用; (2) 掌握塔菲爾（Tafel）公式的物理意義和了解推導該公式的幾種氫超電勢理論; (3) 掌握循環伏安、交流阻抗、計時電位和計時電流法的基本原理; (4) 掌握電解、電鍍、化學電源、電化學腐蝕的基本原理; (5) 了解表面電化學和光電化學以及電極過程時控分辨的主要研究內容。講課要點：251 電極極化      252

38、電化學測量         253 應用電化學        254 電化學中的若干現代研究課題   教學方式：本課程以課堂講授為主，輔以自學，演算習題等教學環節。教學中采用多媒體和板書相結合方式，部分章節已采用英文板書和課件。考核方式：閉卷考試。教材與參考書：教材： 物理化學（第二版），范康年主編，高等教育出版社，2005年。參考書： 1物質結構，徐光憲，王祥之，高等教育出版社，1987年。     2物質結構，江元生，高等教育出版社，1997年。     3結構化學基礎，周公度，北京大學出版社，1995年。     4物理化學（第二版），傅獻彩等，高等教育出版社，1990 年。     5化學動力學基礎，韓德剛等，北京大學出版社，1987年。本課程歷史沿革：    本課程是化學系的一門重要基礎理論課，從五