物理化学电子教案第八章
《物理化学教案》word版
物理化学Ⅱ课程教案
课程名称物理化学Ⅱ英文名称Physical ChemistryEx课程编号20142学时数54学分数3
任课教师授课对象学年学期
周次
第1周，第2次课
备注
章节
名称
第二章热力学第一定律
2.3恒容热、恒压热，焓
2.4热容、恒容变温过程、恒压变温过程
授课
方式
理论课（√）；实验课（）；实习（）
韩德刚等物理化学高等教育
刘冠昆等物理化学中山大学
傅玉普等多媒体CAI物理化学大连理工大学
注：教案按课次填写，每次授课均应填写一份。重复班授课可不另填写教案。
东北农业大学
物理化学Ⅱ课程教案
课程名称物理化学Ⅱ英文名称Physical ChemistryEx课程编号20142学时数54学分数3
任课教师授课对象学年学期
讨பைடு நூலகம்
论
、
练
习
、
作
业
问：1.例举习题练习可逆过程的特点；与理想气体的热力学能和焓只是温度的函数，与压力和体积无关；
A一封闭体系，当始终态确定后若经历一个等温过程，则热力学能有定值。×
B．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。×
C．若一个过程是可逆过程，则该过程中的每一步都是可逆的。×
周次
第3周，第5次课
备注
章节
名称
第二章热力学第一定律
2.7相变化过程
2.9化学计量数、反应进度和标准摩尔反
应焓
授课
方式
理论课（√）；实验课（）；实习（）
教学
时数
2
教学目的与要求
理解相变焓的概念，掌握相变焓与温度的关系；理解反应进度的概念；掌握摩尔反应焓与标准摩尔反应焓的区别，并能够运用标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓进行运算；
物理化学：第08章_电解质溶液
anion anode
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2020/11/12
1.电解质溶液的导电机理
在电解池中
阳极上发生氧化作用
-
- 电源 +
e-
+
e-
2Cl aq Cl2(g) 2e
阴
阳
阴极上发生还原作用
极
极
CuCl2
Cu2 aq 2e Cu(s)
电解池
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例题
解: 1 Au3+ e = 1 Au
3
3
OH
1 4
O2
1 2
H2O e
(1) Q zF 196500197.01.g20mgol-1 /3 Cmol1
= 1763 C
(2)
t
Q I
1763 C 0.025 A
7.05104
s
(3)
m(O2)
1 4
M
(O2)
=197.01g.20mgol1
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2020/11/12
1.电解质溶液的导电机理
在原电池中
阳离子移向阴极
负
负载电阻
正
极
e-
Zn
极
Cu e-
e-
阳 Zn2+ Cu2+ 阴
极 SO24-
SO24- 极
ZnSO4溶液 CuSO4溶液
在阴极上发生还原的是
Cu2 aq 2e Cu(s)
阴离子迁向阳极 在阳极上发生氧化的是
Danill电池
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2020/11/12
2. 法拉第定律
人们把在数值上等于1 mol元电荷的电荷量称 为Faraday常数，用F表示。
《物理化学》教学大纲电子教案
《物理化学》教学大纲《物理化学》教学大纲开课单位：化学与生物工程学院化学教研室学分：3 总学时：48H（理论教学48学时）课程类别：必修考核方式：考试基本面向：生物工程专业一、本课程的性质、目的和任务物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系人手，来探求化学变化的基本规律的一门科学。
物理化学研究化学变化、相变化及其它有关的物理变化的基本原理，是材料学院和生物工程学院一门必修的基础课。
通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握物理化学基础知识和计算方法，同时还应得到一般科学方法的进一步训练，增长提出问题、分析问题和解决问题的能力。
科学方法的训练应贯彻在课程教学的整个过程中，特别是要通过热力学和动力学的学习，使学生能学会结合具体条件应用理论解决实际问题的一般科学方法。
二、本课程的基本要求1、启发学生对本课程的认识和学习热情，介绍本课程的主要内容和学习方法。
2、理解热力学状态函数的性质和应用，理解热力学三大定律的叙述及数学表达式。
3、理解溶液和相平衡原理及应用。
4、应用热力学定律，理解化学平衡的原理及应用。
5、理解电化学的基本原理及应用。
6、理解表面现象的性质及特点。
三、本课程与其它课程的关系本课程属理论课、基础课性质，它的目的是为后继课程打好基础，化工原理》、《现代分析检测技术》、《生物化学》、《生化工程》、《生化分离工程》等将应用本课程的基础理论及知识。
四、本课程的理论教学内容绪论介绍物理化学的研究对象及主要内容，研究方法。
结合实例说明物理化学理论学习的重要性，并激发学生学习物理化学的积极性。
第一章气体熟练掌握理想气体的状态方程，了解理想气体的微观模型。
掌握道尔顿分压定律和阿马格分体积定律条件及其应用。
了解真实气体pVT行为对理想气体行为的偏差。
第二章热力学第一定律理解下列热力学基本概念：环境和系统，状态函数，途径和过程，热和功，平衡状态。
理解并掌握热力学第一的叙述及数学表达式。
明确热力学能、焓、标准生成焓、标准燃烧焓、标准反应焓、热容的定义并会应用。
原子的核外电子排布教案
原子的核外电子排布教案一、教学目标1. 让学生了解原子的基本结构，知道原子由原子核和核外电子组成。
2. 使学生掌握核外电子的排布规律，能运用能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则解释核外电子的排布。
3. 培养学生的观察、分析和推理能力，提高学生对原子结构的理解和运用能力。
二、教学重点与难点1. 教学重点：核外电子的排布规律及其应用。
2. 教学难点：能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则的理解和应用。
三、教学方法采用问题驱动法、案例分析法和小组合作法，引导学生观察、分析和推理，培养学生的科学思维能力。
四、教学准备1. 教学课件：原子的核外电子排布相关图片和动画。
2. 教学素材：有关核外电子排布的案例和练习题。
3. 教学工具：黑板、粉笔、多媒体设备。
五、教学过程1. 导入：通过展示原子结构模型，引导学生回顾原子的基本结构，提出问题：“原子的核外电子是如何排布的？”2. 讲解：讲解原子的核外电子排布规律，包括能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
3. 案例分析：分析具体案例，让学生运用核外电子排布规律解释原子光谱、化学性质等现象。
4. 练习：布置练习题，让学生巩固核外电子排布的知识。
5. 总结：对本节课内容进行总结，强调核外电子排布的重要性。
6. 拓展：引导学生思考核外电子排布在其他领域的应用，如材料科学、生物化学等。
7. 布置作业：布置相关作业，巩固所学知识。
8. 课后反思：教师对本节课的教学效果进行反思，为下一步教学做好准备。
六、教学内容与课时安排1. 教学内容：第六章：核外电子的能级和轨道第七章：能量最低原理第八章：泡利不相容原理第九章：洪特规则第十章：核外电子排布的应用2. 课时安排：每章内容安排2课时，共10课时。
七、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况，评估学生的参与度。
2. 练习题的正确率：分析学生完成练习题的情况，评估学生对核外电子排布知识的掌握程度。
3. 小组讨论与合作：评价学生在小组讨论和合作中的表现，评估学生的团队协作能力。
08章_可逆电池的电动势及其应用
2
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2015-1-6
（2 ） 从 E 求 K
$ m $
$
$
r G zE F
r G RT ln K
$ m
$
$
RT $ E ln K zF
$
$ 所处的状态不同， $ 处于标准态， $ 与 K E E K
$ 处于平衡态，只是 r Gm 将两者从数值上联系在
电极反应
Mz+(a+)+ze- →M(s) 2H+(a+)+2e- →H2(p)
OH-(a-)|H2(p),Pt
H+(a+)|O2(p),Pt
2H2O+2e- →H2(p)+2OH-(a-)
O2(p)+4H+(a+)+4e- →2H2O
OH-(a-)|O2(p),Pt
Cl- (a-)|Cl2(p),Pt Na+(a+)|Na(Hg)(a)
我国在1975年提出的公式为：
ET/V=E(293.15K)/V-{39.94(T/K-293.15) +0.929(T/K-293.15)2 - 0.009(T/K-293.15)3 +0.00006(T/K-293.15)4}×10-6
通常要把标准电池恒温、恒湿存放，使电动势稳定。
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2015-1-6
从化学反应设计电池(2) AgCl(s)→Ag++ClAg(s)|Ag+(aq)||HCl(aq)|AgCl(s)|Ag(s) 验证： (-) Ag(s) →Ag++e(+) AgCl(s)+e-→Ag(s)+Cl净反应： AgCl(s)→Ag++Cl上一内容 下一内容 回主目录
第八章 电化学
⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质量 与通入的电荷量成正比。
⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中，当 所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个电 极上发生反应的物质，其物质的量相同，析 出物质的质量与其摩尔质量成正比。
人们把在数值上等于1 mol元电荷的电量称为 Faraday常数。
已知元电荷电量 e 为 1.6022 1019 C
四、电化学的发展史
1600 1791 1799 1800 1807 1833 1839 1900 1884 Gilbert（英） Galvani （意大利） Volta （意大利） Davy（英） Faraday(英） Grove Nernst（德） Arrhenius(瑞典） 发现摩擦生电 发现生物电现象 发明电池 电解制碱金属 电解定律 氢氧燃料电池 Nernst方程 电离学说
在电解池中
阳离子迁向阴极，在
阴极上发生还原作用
阴 极
e-
-
电源 +
+
阳 极
e
-
Cation Cathode
阴离子迁向阳极，在 阳极上发生氧化作用
电解质溶液
Anion Anode
电解池
在电解池中 阳极上发生氧化作用
阴 极
e-
-
电源 +
+
阳 极
e
-
2Cl aq Cl2 (g) 2e
⒈ 是电化学上最早的定量的基本定律，揭示了
通入的电量与析出物质之间的定量关系。
⒉ 该定律在任何温度、任何压力下均可以使用。
⒊ 该定律的使用没有什么限制条件。 4. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）
电流效率
按Faraday定律计算所需理论电荷量 电流效率 100% 实际所消耗的电荷量
《物理化学教案》
《物理化学教案》一、引言1. 课程目标：使学生掌握物理化学的基本概念、原理和方法，培养学生运用物理化学知识分析和解决实际问题的能力。
2. 教学内容：本章主要介绍物理化学的基本概念、物理学和化学的基本定律，以及物质的状态和相变。
3. 教学方法：采用讲授、讨论、实验相结合的方式进行教学。
二、基本概念1. 物理化学的定义：物理化学是研究物质的性质、状态、变化和能量转化的学科。
2. 物质的量：物质的量是衡量物质含量的基本单位，常用的物质的量有摩尔、克等。
3. 浓度：浓度是描述溶液中溶质含量的一个指标，常用的浓度有摩尔浓度、质量浓度等。
三、物理学和化学的基本定律1. 质量守恒定律：在任何物理化学变化中，系统的总质量始终保持不变。
2. 能量守恒定律：在任何物理化学变化中，系统的总能量始终保持不变。
3. 热力学第一定律：系统的内能变化等于外界对系统做的功加上系统吸收的热量。
4. 热力学第二定律：自然界中的过程总是朝着熵增加的方向进行。
四、物质的状态和相变1. 固态：固态物质具有固定的形状和体积，分子间相互作用力较强。
2. 液态：液态物质具有固定的体积，但没有固定的形状，分子间相互作用力较弱。
3. 气态：气态物质没有固定的形状和体积，分子间相互作用力很弱。
4. 相变：物质在不同条件下，从一种状态转变到另一种状态的过程，如融化、沸腾、升华等。
五、溶液的性质1. 溶液的定义：溶液是由溶剂和溶质组成的均匀混合物。
2. 溶液的浓度：溶液中溶质的含量，常用摩尔浓度、质量浓度等表示。
3. 溶液的渗透压：溶液中溶质浓度差异导致的压力差，用于描述溶液的渗透性质。
4. 溶液的酸碱性：溶液中氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）的浓度，用pH 值表示。
六、化学平衡1. 平衡态的定义：在平衡态下，化学反应的正反两个方向进行的速率相等，系统的浓度、压力、温度等物理量保持不变。
2. 平衡常数：平衡常数是描述化学平衡状态的一个指标，它表示在一定温度下，反应物和物浓度的比值。
《无机化学》电子教案
《无机化学》电子教案第一章：绪论1.1 课程介绍了解无机化学的定义、范围和重要性了解无机化学的发展历程和现状了解无机化学与其他学科的联系1.2 基本概念物质、元素、化合物、离子、分子等基本概念原子结构、电子排布、离子键、共价键等基本概念1.3 化学方程式化学方程式的表示方法和平衡原理化学反应的类型和特点第二章：原子结构与元素周期律2.1 原子结构原子核的结构和组成电子云和电子轨道原子的大小和质量2.2 元素周期律元素周期表的排列原理和结构主族元素、过渡元素和稀有气体元素的特点元素周期律的应用2.3 化学键离子键的形成和特点共价键的形成和特点金属键的形成和特点第三章：氧化还原反应3.1 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的定义和特点氧化剂、还原剂、氧化数等基本概念3.2 电子转移和电荷守恒电子转移的类型和特点电荷守恒定律的应用3.3 氧化还原反应的平衡和动力学氧化还原反应的平衡常数和影响因素氧化还原反应的动力学原理和方法第四章：溶液与离子反应4.1 溶液的基本概念溶液的定义和分类溶剂的选择和溶解能力4.2 离子反应的基本概念离子反应的定义和特点离子反应的类型和规律4.3 离子反应的平衡和动力学离子反应的平衡常数和影响因素离子反应的动力学原理和方法第五章：化学键与晶体结构5.1 化学键的类型和特点离子键的形成和特点共价键的形成和特点金属键的形成和特点5.2 晶体结构的基本概念晶体的定义和分类晶格和晶胞的结构5.3 晶体结构的类型和特点离子晶体的结构特点和性质共价晶体的结构特点和性质金属晶体的结构特点和性质第六章：有机化学基础6.1 有机化合物的基本概念有机化合物的定义和特点有机化合物的命名规则6.2 有机化合物的结构碳原子的四价键特性有机化合物的立体化学6.3 有机化合物的性质有机化合物的物理性质有机化合物的化学性质第七章：有机化学反应7.1 有机化合物的合成反应加成反应、消除反应、取代反应等基本反应类型有机合成策略和催化方法7.2 有机化合物的分解反应热分解、光分解、氧化分解等反应类型有机化合物的稳定性7.3 有机化合物的转化反应醇、醚、酮等官能团的转化反应芳香族化合物的反应第八章：分析化学基础8.1 分析化学的基本概念分析化学的目标和任务分析化学的方法和分类8.2 定量分析方法滴定分析、原子吸收光谱法、质谱法等数据处理和误差分析8.3 定性分析方法光谱分析、色谱分析、电化学分析等定性分析的步骤和技巧第九章：物理化学基础9.1 热力学基本概念系统、状态、过程等基本概念能量、功、热量等基本物理量9.2 热力学定律热力学第一定律和第二定律熵和自由能的概念9.3 动力学基本概念反应速率和平衡常数化学动力学的级数和机理第十章：化学实验技能10.1 实验基本操作实验仪器的使用和维护实验安全常识和事故处理10.2 实验方案的设计与实施实验目的和步骤的制定实验数据的记录和分析实验报告的结构和内容实验结果的图表展示和讨论重点和难点解析重点环节1：原子结构与元素周期律原子结构的理解和电子轨道的概念是理解后续化学反应的基础。
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生物电化学传感器
生物材料敏感元件+电极转换元件 电化学生物传感器则是指由生物材料作为敏感 元件； 电极(固体电极、离子选择性电极、气敏电极等) 作为转换元件； 以电势或电流为特征检测信号的传感器。
17
生物电化学传感器
中起催化作用，并充任离子透过膜的通道。
4
四、膜电势
• 由于（细胞）膜两边离子浓度不等而
引起的电势差称膜电势；
• 如图: 由于膜电势的存在，K+ 向膜外
扩散导致其在 相的浓度高于 相；
5
• 在生物学上，膜电势： = 内 外 • 由电化学平衡： ~ ~
K ,内 K ,外
水通道，以及离子通道结构和机理
彼得· 阿格雷：美国科学家。1949年生于美国 明尼苏达州小城诺斯菲尔德，1974年在巴尔的摩 约翰斯· 霍普金斯大学医学院获医学博士学位，现 为该学院生物化学教授和医学教授。 罗德里克· 麦金农：美国科学家。1956年出生， 在美国波士顿附近的小镇伯灵顿长大，1982年在 塔夫茨医学院获医学博士学位，现为洛克菲勒大 学分子神经生物学和生物物理学教授。
生物电的起因可归结为细胞膜内外两侧的电 势差。 人和动物的代谢作用以及各种生理现象,处处 都有电流和电势的变化产生。 人或其它动物的肌肉运动、大脑的信息传递 以及细胞膜的结构与功能机制等无不涉及电化 学过程的作用。
显然，电化学是生命科学的最基础的相关学科。
1
细胞的代谢作用可以借用电化学中的燃料 电池的氧化和还原过程来模拟； 生物电池是利用电化学方法模拟细胞功能； 人造器官植入人体导致血栓与血液和植入 器官之间的界面电势差这一基本电化学问 题密切相关； 心电图、脑电图等则是利用电化学方法模 拟生物体内器官的生理规律及其变化过程 的实际应用。
根据上述反应,可以通过测量氧的消耗(氧电极), 或者过氧化氢的产生(过氧化氢电极)等,间接测量 葡萄糖的含量. 这就是所谓的第一代酶电极传感器 目前种类很多,包括用于检测司机是否饮酒的 乙醇氧化酶电极传感器.
20
GOD
根据作为敏感元件所用生物材料的不同,电化学 生物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传 感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器 电极传感器、电化学ＤＮＡ传感器等。 传感器与通信系统和计算机共同构成现代 信息处理系统。传感器相当于人的感官,是 计算机与自然界及社会的接口,是为计算机 提供信息的工具。
10
科学贡献 他们发现了细胞膜水通道，以及对离子 通道结构和机理研究作出了开创性贡献。这 是个重大发现，开启了细菌、植物和哺乳动 物水通道的生物化学、生理学和遗传学研究 之门。
11
注:
12
细胞膜水通道对生活的影响 水溶液占人体重量的70％。生物体内的 水溶液主要由水分子和各种离子组成。它们 在细胞膜通道中的进进出出可以实现细胞的 很多功能。水分子是如何进出人体的细胞的？ 了解这一机理将极大地帮助人们更好地认识 许多疾病，比如心脏病、神经系统疾病等。 他们的发现阐明了盐分和水如何进出组成活 体的细胞。比如，肾脏怎么从原尿中重新吸 收水分，以及电信号怎么在细胞中产生并传 递等等，这对人类探索肾脏、心脏、肌肉和 神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的 13 意义。
医学上，膜电势习惯用负值表示。维持了细胞 膜内外的电势差，就维持了生命。
8
心电图的原理 心肌收缩与松弛时,心肌细胞膜电势相应发生变 化.心脏的总偶极矩也随之变化. 心电图就是测量人体表 面几组对称点之间因心 脏的总偶极矩改变所引 起的电位差随时间的变 化,来检查心脏的工作情 况.
9
2003年的NOBEL化学奖介绍:细胞膜
生物材料敏感元件+电极转换元件
例如:酶电极传感器
18
以葡萄糖氧化酶(GOD)电极为例.
其工作原理为:在GOD的催化下,葡萄糖(C6H12O6)
被氧氧化,生成葡萄糖酸(C6H12O7)和过氧化氢.
C6 H12O6 O2 2 H 2O C6 H12O7 2 H 2O2
GOD
19
C6 H12O6 O2 2 H 2O C6 H12O7 2 H 2O2
通常溶液的 、 相溶剂相同（如水）， 则 O O K ,内 K ,外
aK ,外 RT 内 外 ln Z K F aK ,内
7
aK ,外 RT 内 外 ln Z K F aK ,内
在生物化学中，习惯表示为
RT aK 外 膜电势 内 外 ln F aK 内
实际上，早在十九世纪中期，人们就猜想人体 细胞一定存在用以传输水分的特别的通道。今 天，学者们详知水分子通过细胞膜的方式并了 解为何只有水分子能穿过而不是其他更小的分 子或离子。 现代生物化学在求解生命过程的基本原理方面 已经深入到了原子的水平。
14
另一种类型的膜通道是离子通道。离子通道在 神经和肌肉应激系统中具有重要意义。当位于 神经细胞表面的离子通道在来自邻近的神经细 胞的化学信号的作用下而开启时，会产生一种 被称为神经细胞电压的作用，于是，一种电脉 冲信号就会通过在数毫秒之内开启和关闭的离 子通道而沿着神经细胞的表面传递。麦金农在 1998年确定了钾离子通道的空间结构(高分辨率 电子显微镜)而使整个学术界震惊。这项贡献， 使我们现在知道离子可以通过由不同的细胞信 号控制其开启和关闭的通道而流动。
由以上几个基本例子可见，交叉学科生物电化学的创 立具有极其重要的基础理论意义和极强的应用背景。
2
生物膜电势
一、生物膜的组成
• 磷脂；蛋白质。
二、细胞膜的模型（流体镶嵌模型）
• 由一个两分子厚的卵磷脂层组成；蛋白质
分子部分嵌进膜，部分自膜中伸出；也有
横跨膜的整个厚度（如图）。
3
三、膜蛋白作用
• 膜蛋白在生物体的活性传输和许多化学反应
O K ,内
RT ln aK ,内 Z K F内 RT ln aK ,外 Z K F外
6
O K ,外
O K ,内
RT ln aK ,内 Z K F内 RT ln aK ,外 Z K F外
Байду номын сангаас
O K ,外