CHEM130014 物理化学AIII教学大纲
Physical Chemistry AIII
学分数3 周学时3
总学时54
教学目的与要求
课程性质：
物理化学A是化学类（包括：化学、应用化学、高分子材料、化学工程和材料化学）本科学生的一门基础课程，学生在预修高等数学、普通物理学和普通化学A课程后修读本课程。
基本内容：
物理化学是研究物质的结构、性质及其变化的普遍规律的一门学科。内容的第一部分(物理化学AI)讨论微观结构，主要包括量子力学基本原理、原子、分子和晶体结构、对称性和分子间相互作用以及微观结构的测定原理；将微观原理放在前面讲授，有利于引导学生以原子分子的观点深入领悟物理化学的原理。第二部分(物理化学AII)讨论平衡体系的性质，从统计热力学入手，建立微观到宏观的桥梁，进一步过渡到热力学，包括热力学三大定律、溶液、化学平衡、相平衡；第三部分(物理化学AIII)讨论变化体系的性质，主要是动力学和电化学，还包括非平衡体系热力学的简单介绍以及界面现象和表面化学。整个课程从二年级（上）到三年级（上）共分三学期讲授每个学期讲授一个部分，每个部分讲授54学时。
基本要求：
通过本课程的学习，要求学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法，加深对其它化学课程内容的理解，并初步具有应用物理化学的基本原理分析和解决一些实际问题的能力。
教学内容及学时分配：
物理化学AIII 学分数3 周学时3 总学时54
第十六章 界面现象和胶体分散体系（6学时）
内容提要：本章讨论了界面现象中的一些基本概念，如表面自由能、表面张力、润湿等，介绍了表面活性剂的作用原理及其应用，对胶体体系的稳定性作了分析。
学习要点：(1)了解杨—拉普拉斯方程式、开尔文方程式、杨方程式和吉布斯吸附方程式的推导过程及适用条件; (2)了解表面活性剂的作用原理; (3)了解胶团的结构和溶胶稳定的原因。
讲课要点：
16−1 表面自由能和表面张力
16−2 弯曲液体表面的现象
16−3 润湿和铺展
16−4 表面相热力学
16−5 表面活性剂
16−6 胶体分散体系
第十七章气体的吸附和表面化学（4学时）
内容提要：随着现代表面测试及研究手段的不断发展和创新，使得人们有可能从分子或原子层次探索和认识多种体系的表面和界面现象。本章讨论了现代表面化学这一多学科交叉科学中的一些基本概念，如气体的吸附、扩散、反应以及固体表面的组成及结构等，介绍了现代表面化学的研究手段及内容，对一些典型的表面吸附反应过程作了分析。
学习要求：(1)了解气体在固体表面的吸附形式、吸附势能曲线的形式和物理意义，以及学习几种吸附等温式的物理表达和比表面测定的原理; (2)从表面的组成、结构和反应等角度了解现代表面化学的研究内容; (3) 了解表面组成、价态及其结构对表面反应性能的影响; (4)了解用于表面吸附态及表面反应机理研究的现代物理化学方法。
本章第4节的部分内容将涉及一些反应动力学的知识，在学习和教学时可与十九和二十章一起进行。
讲课要点：
17−1 气体在固体表面的吸附
17−2 现代表面化学的研究内容
17−3 表面性质对表面反应性能的影响
17−4 表面吸附态和表面反应机理
第十八章 传递过程和非平衡态热力学 （4学时）
内容提要: 本章从传热、流动和扩散等现象出发介绍传递过程的基本原理和特征，并引入非平衡现象和非平衡态的基本概念，然后介绍非平衡态热力学的一些基本原理和基础知识，例如熵产生原理、昂萨格倒易关系和最小熵产生原理。
学习目的：(1) 了解传热、流动和扩散等传递过程的基本原理和特征以及非平衡现象和非平衡态的基本概念；(2) 了解非平衡态热力学的一些基本原理和基础知识，例如熵产生原理、昂萨格倒易关系和最小熵产生原理。
讲课要点：
18−1 传递过程基本规律
18−2 非平衡态热力学
第十九章化学动力学基本规律 （10学时）
内容提要：本章主要介绍化学动力学的基本规律，通过基元反应和典型复杂反应引入速率方程和反应活化能、指前因子的概念及其测定方法，讨论了稳态近似和平衡态近似二种简化处理动力学问题的方法，指出了仔细平衡原理在选择正确反应机理方面的作用。讨论了速率常数与平衡常数间的关系。
学习要求：(1) 掌握反应速率的定义；(2) 了解反应物浓度、温度对反应速率的影响；(3) 熟悉质量作用定律和反应级数、反应分子数的概念；(4) 掌握典型复杂反应的速率常数的计算方法；(5) 熟悉稳态近似和平衡态近似的原理及其相互关系；(6) 了解微观可逆性原理和仔细平衡原理；(7) 掌握基元反应及复杂反应的速率常数和平衡常数间的关系。
讲课要点：
19−1 化学反应的速率方程
19−2 具有简单级数的反应
19−3 温度对反应速率的影响
19−4 典型的复杂反应
19−5 反应机理和近似处理方法
19−6 化学反应中的动态与平衡
第二十章各种反应体系的动力学 （8学时）
内容提要：本章在前一章介绍化学动力学的基本规律基础上，介绍各种特殊反应体系，例如链反应体系、液相反应体系、催化反应体系、流动体系和光化学反应体系的动力学特点和速率方程的建立以及其速率常数的测定；对液相中的快速反应和化学振荡反应也作了简要介绍。
学习要求：(1) 掌握链反应和催化反应特点和速率方程的建立以及其速率常数的测定的方法；(2) 了解液相反应基本特征及反应速率常数测定的方法；(3) 了解弛豫技术和化学振荡反应；(3) 掌握理想活塞流和理想回混流二种典型流动体系的反应特征；(4) 了解光化学反应的基本原理和特点。
讲课要点：
20−1 链反应
20−2 液相反应
20−3 催化反应
20−4 流动体系反应
20−5 光化学反应
第二十一章基元反应的速率理论 （6学时）
内容提要：本章介绍碰撞理论、过渡态理论和单分子反应理论，并举例说明如何从分子性质计算基元反应的速率常数。同时还介绍判断基元反应进行条件和方式的分子轨道对称守恒原理。
学习要求：(1) 掌握上述三种速率理论的基本要点；(2) 熟悉实验活化能、反应阈能和反应物与活化络合物的零点能之差三个概念之间的差别及其相互联系；(3) 掌握从分子性质计算基元反应速率常数的方法及其运算；(4) 学会用前线轨道理论和能量相关理论判断基元反应进行的条件和方式。
讲课要点：
21−1 双分子反应的简单碰撞理论
21−2 反应速率的过渡态理论
21−3 单分子反应理论
21−4 分子轨道对称守恒原理
第二十二章分子反应动力学 （0学时，在现代化学专题讲授）
第二十三章电解质溶液 （4学时）
内容提要：本章讨论电解质溶液的导电行为，包括电解质溶液的导电机理，强电解质的离子相互作用理论、电解质溶液的电导率、离子的迁移数、离子的浓度和活度。
学习要求：(1) 了解电解质溶液的导电机理和掌握摩尔电导率的概念、测定方法及其应用。(2) 了解强电解质的离子相互作用理论、离子的迁移数、离子的浓度和活度。
讲课要点：
23−1 电解质溶液的导电现象
23−2 电解质溶液的活度和活度系数
第二十四章 电化学热力学（6学时）
内容提要：应用化学热力学原理研究电极反应的可逆性并得到化学能与电能相互转化间的定量关系；应用电化学热力学原理探讨平衡态下若干重要的实际问题。
学习要求：(1) 掌握可逆电池的电动势计算、测量方法及其应用；(2) 掌握标准电极电动势概念及其计算公式；(3) 掌握液接电势的概念、消除方法及其计算；(4) 了解离子选择性电极的一般工作原理和膜电势的推导；(5) 了解电位-pH图的含义及制作方法。
讲课要点：
24−1 可逆电池的电动势
24−2 电极电势和标准电极电势
24−3 浓差电池和液体接界电势
24−4 离子选择性电极和膜电势
24−5 电势-pH图及其应用
第二十五章电化学动力学及其应用 （6学时）
内容提要：从动力学观点讨论了电极反应的不可逆性并对其重要性作了具体分析。简单介绍电化学测量中几种常规的测试方法的原理，包括循环伏安、交流阻抗、计时电位和计时电流法。并简要介绍应用电化学—电解、化学电源、电镀和电化学腐蚀的基本原理，以及现代电化学中的若干研究课题。
学习要求：(1) 了解电极产生极化的原因及极化现象的应用; (2) 掌握塔菲尔（Tafel）公式的物理意义和了解推导该公式的几种氢超电势理论; (3) 掌握循环伏安、交流阻抗、计时电位和计时电流法的基本原理; (4) 掌握电解、电镀、化学电源、电化学腐蚀的基本原理; (5) 了解表面电化学和光电化学以及电极过程时控分辨的主要研究内容。
讲课要点：
25−1 电极极化
25−2 电化学测量
25−3 应用电化学
25−4 电化学中的若干现代研究课题
教学方式：
本课程以课堂讲授为主，辅以自学，演算习题等教学环节。教学中采用多媒体和板书相结合方式，部分章节已采用英文板书和课件。
考核方式：
闭卷考试。
教材与参考书：
教材： 《物理化学》（第二版），范康年主编，高等教育出版社，2005年。
参考书： [1]《物质结构》，徐光宪，王祥之，高等教育出版社，1987年。
[2]《物质结构》，江元生，高等教育出版社，1997年。
[3]《结构化学基础》，周公度，北京大学出版社，1995年。
[4]《物理化学》（第二版），傅献彩等，高等教育出版社，1990 年。
[5]《化学动力学基础》，韩德刚等，北京大学出版社，1987年。
本课程历史沿革：
本课程是化学系的一门重要基础理论课，从五十年代起化学系的著名教授都主讲过本课程。五十年代初本课程只包括“热力学”，“动力学”和“电化学”部分内容，由顾翼东，吴浩青，吴征铠主讲本课程。到1954年增设了“物质结构”由吴征铠主讲，“结晶化学”由周介湘主讲。课程开设之初没有完整教材和讲义，以学生记笔记为主。
五十年代末六十年代初由于人员调整和教学改革，分为三门课程，“物理化学”以朱京教授为主讲，“物质结构”由薛志元教授主讲，“结晶化学”由周介湘教授主讲，教材使用情况是“物理化学”是用南大傅献彩等编的《物理化学》，“物质结构”是用徐光宪编的《物质结构》，而“结晶化学”则以唐有祺的《结晶化学》为参考，因该书内容太丰富，基础课中无法讲完。三门课至1966年停开。
文革中间招收工农兵学员，只开设“物理化学”不包含“物质结构”和“结晶化学”，由朱京和邓景发主讲，教材主要采用邓景发教授编写的《物理化学》（人民教育出版社，第一版）和傅献彩的《物理化学》。
1977年恢复高考招生之后，继续按六十年代格局开设课程，但内容上有很大调整，特别是“物质结构”和“结晶化学”合并为“结构化学”。“物理化学”先后由朱京、邓景发、江逢霖主讲，“结构化学”由范康年主讲，教材以自编讲义为主，期间骆薇薇，张秀珠，冯安春，范嘉范等也参加过“物理化学”讲课。潘石麟，谢璎等也参加了“结构化学”讲课。
九十年代人员调整较大，一批年青人走上讲台，“物理化学”课由邓景发主持，担任讲课的有范康年，范嘉范，李宏珉，杨军，王怀明。“结构化学”由范康年主持，担任讲课的有潘石麟，谢璎，陆靖。
1994年学校进行课程改革，“物理化学”和“结构化学”合并为“物理化学”分三个学期讲述，整个课程由邓景发和范康年主持，参加讲课的有潘石麟，范嘉范，李宏珉，陆靖，杨军，王怀明。教材是由邓景发和范康年合写的《物理化学》（高等教育出版社，1993年，第一版），该书于1995年同时获国家教委和上海市普通高校优秀教材一等奖和1997年上海市科技进步二等奖。1996年系里增设基础课“谱学导论”，本课程的分子结构测定方法原理及应用移入“谱学导论”。
在第一版实践经验基础上，由范康年主编完成了“物理化学”第二版的编写，已于2005年6月由高等教育出版社作为普通高等教育“十五”国家级规划教材出版。第二版教材是在十多年的教学实践中，学习了国外先进教材的经验，根据国内外物理化学教学的发展趋势，结合复旦的教学体会，对教学体系作了多次变革。其中最重大的变动是将微观内容放到物理化学课程的最前面讲授，使得微观理论成为学习物理化学原理的基础，然后通过统计热力学的过渡，使得物理化学的教学内容从微观过渡到宏观，在此基础上再讨论平衡体系热力学和反应体系动力学等方面的性质，赋予教学内容以更深的内涵。
本大纲是根据以上演变形成的。已于2005年秋开始执行。
编制者: 范康年
审查者: 徐华龙
研究室主任: 贺鹤勇
系主任: 唐颐
制定日期: 2006年12月
