物理化学——绪论
《物理化学》课程教学大纲
《物理化学》课程教学大纲制定人：王琳琳教学团队审核人：徐菁利开课学院审核人：饶品华课程名称：物理化学（上、下）／Physical chemistry Ⅰ，Ⅱ课程代码：040109-040110学时：96学分：6 讲课学时：96 上机学时0 实验学时：独立设课考核方式：考试先修课程：高等数学、无机化学、分析化学、有机化学适用专业：化学工程与工艺、高分子材料与工程、环境工程、制药工程教材：南京大学付献彩等编著“物理化学”（第五版），高等教育出版社，2005主要参考书：1、天津大学编著“物理化学”（第四版），高等教育出版社，1998年2、华东理工大学胡英等编著“物理化学”（第四版），高等教育出版社，2000年一、本课程在课程体系中的定位“物理化学”是化学专业的一门核心基础理论课程。
通过本课程的学习，使学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法，并能用以分析和解决一些实际问题。
进一步扩大知识面，打好专业基础。
进一步培养学生的独立工作能力，提高自学能力；掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法，从而加深对物理化学基本理论和概念的理解，增强解决实际问题的能力。
使学生既具有坚实的实验基础，又具有初步的研究能力，实现由学习知识、技能到进行科学研究的初步转变，成为化学专业高素质的专门人才。
二、教学目标1．使学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法，运用物理和数学的有关理论和方法研究物质的性质和变化规律。
；2．培养学生理论思维能力，能定量地描述和处理化学运动的规律与问题；3．使学生了解物理化学一般研究方法与特有研究方法，树立正确的自然观，掌握和应用科学方法论，增强他们在工作、科学研究中分析问题与解决问题的能力。
三、教学效果通过本课程的学习，学生可具备：1．系统地掌握物理化学的基本原理和方法2. 从全局的角度，思考问题、解决问题的意识；3．掌握和应用科学方法论，增强他们在工作、科学研究中分析问题与解决问题的能力。
四、教学内容与教学效果对照表五、教学内容和基本要求第一章绪论教学内容：绪论部分重点介绍物理化学的定义、研究内容、发展简史和研究方法，以及该课程的地位、重要意义和学习方法；明确教学要求。
物理化学 第一章 绪论气体
物理化学讲课的内容
第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分热力学 第五章 相平衡
3-10周 讲课 40 h
第六章 化学平衡 第七章 电化学 第八章 化学动力学 第九章 界面现象与
描述真实气体的 pVT 关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
1. 真实气体的 pVm - p 图及波义尔温度
T > TB
pVm - p曲线都有左图所示三种
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
T = Tc时， l – g 线变为拐点c c：临界点 ；Tc 临界温度； pc 临界压力； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
类型。
pVm
T = TB T < TB
(1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变， 然后增加
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
(3) pVm 随 p增加，先降后升。
T > TB T = TB
对任何气体都有一个特殊温度 -
波义尔温度 TB ，在该温度下，压
（密闭容器）
水
乙醇
苯
t / ºC 20 40 60 80 100 120
《物理化学A》教案
《物理化学A》教案Physical chemistry教案说明：1．本教案内容参照傅献彩主编《物理化学》（高教第五版，2005）确定。
2．本教案适用于应化和化工本科各专业。
3．根据本学科发展的前沿和专业方向，介绍本学科的最新成就和发展动态。
4．除绪论外，每一部分结束后进行归纳总结，并安排2学时习题课。
5．本课程授课采用板书与多媒体课件相结合的方式进行。
第0章绪论（1学时）教学目的与要求：了解物理化学课程的内容、任务、研究方法、特点和学习方法。
本章主要内容：0.1 物理化学的建立与发展0.2 物理化学课程的内容与任务0.3 理化学课程的研究方法0.4 理化学课程的特点和学习方法本章重点：1. 物理化学课程的内容与任务2. 理化学课程的研究方法3. 理化学课程的特点和学习方法本章难点：1. 物理化学课程的内容与任务2. 理化学课程的研究方法第1章气体（7学时）教学目的与要求：1. 了解气体分子动理论、及其有关计算；2. 掌握对比状态和对比状态定律。
本章主要内容：1.1气体分子动理论1.2 实际气体1.3 压缩因子图本章重点：1. 气体分子动理论的基本公式。
2. 实际气体的行为。
3. 对比状态和对比状态定律。
本章难点：1．对比状态和对比状态定律；2. 压缩因子图的应用。
第2章热力学第一定律（12学时）教学目的与要求：1. 理解并掌握状态与状态函数、热力学平衡态、热力学能、热与功、热容、焓、可逆过程等热力学基本概念。
2. 熟练掌握热力学第一定律的叙述及数学表达式；体积功和过程热的计算；热力学第一定律对理想气体及相变过程的应用。
3. 熟练掌握标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓，Hess定律。
4. 了解用基希霍夫定律处理问题的方法。
本章主要内容：2.1 热力学总论及热力学基本概念2.2 热力学第一定律2.3 等容过程热、等压过程热与焓2.4 可逆过程和最大功2.5 热容2.6 热力学第一定律对理想气体及相变过程的应用2.7 热力学第一定律对实际气体的应用2.8 热化学2.9 绝热反应本章重点：1．理解状态函数、可逆过程、焓、标准摩尔生成焓和标准摩尔燃烧焓五个基本概念；2．热力学第一定律对理想气体及相变过程的应用。
物理化学概述-绪论
现代化学键理论的形成 量子力学的兴起
结构化学形成 量子化学形成
⑶计算化学（Computational chemistry）时期
20世纪60年代，随着大容量高速电子计算机的发展，物理化学 的新生长点诞生——量子化学计算方法的研究。其中严格计算的 从头算方法、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法 的出现，扩大了量子化学的应用范围，提高了计算精度。
李远哲 J.C.Polanyi
1887年，自物理化学作为一门学科的正式形成后，大体经过了 三个时期的发展。
⑴化学热力学时期
19世纪中后期到20世纪初，物理化学家把热力学第一定律、第二定律 被广泛应用于各种化学体系进行研究，促使化学热力学蓬勃发展。
1867年，美国物理化学家Gibbs 通过对对多相平衡体系的研究提出了 相律。
美国化学家理查德·R·施罗克(Richard R. Schrock )其研究 主要从有机化学及无机化学的角度研究高氧化态金属配合物、相 关的催化反应及其催化机理。因其在烯烃复分解 反应的贡献，成为2005年诺贝尔化学奖获得者之 一。
美国化学家罗杰·科恩伯格(Roger D.Kornberg) 通过一系列的转录相关复合物（RNA聚合酶II、模 板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、调控蛋白）的晶 体结构，从分子水平上帮助人们深入地理解真核转 录的分子机制。成为2006年诺贝尔化学奖获得者。
计算化学的发展，使定量的计算扩大到原子数较多的分子，并 加速了量子化学向其它学科的渗透。
1928～1933年，许莱拉斯、詹姆斯和库利奇计 算 He、H2，得到了接近实验值的结果。70 年代 又对它们进行更精确的计算，得到了与实验值几 乎完全相同的结果。
以色列化学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉 姆·赫什科(Avram Hershko)和美国化学家欧文·罗斯（Irwin Rose），在20世纪70—80年代发现泛素调节的蛋白质降解，揭示 了泛素调节的蛋白质降解机理，指明了蛋白质降解研究的方向， 成为2004年诺贝尔化学奖获得者。
《物理化学》课程教学大纲
物理化学课程教学大纲课程名称：物理化学英文名称：PhysicalChemistry课程编号：x2030672学时数：80其中实践学时数：0课外学时数：0学分数：5.0适用专业：能源化工一、课程简介物理化学课程是能源化工专业的一门重要专业基础课程。
课程内容包括化学热力学基础、化学动力学基础、多组分系统热力学、相平衡热力学、化学平衡热力学、界面层的热力学和动力学以及电化学系统的热力学和动力学等；其基础理论包括热力学、统计力学和量子力学；研究系统的状态及状态变化过程的方向与限度、速率和机理；为后续能源化工专业课的学习以及科学研究提供基础理论和研究方法。
通过物理化学课程的学习，使学生了解物理化学的研究内容、研究方法和发展现状，掌握物理化学中化学热力学、化学动力学的基本知识、基本原理和基本方法。
掌握有关物质变化过程的平衡与速率的基础理论和知识。
掌握物理化学基本原理和方法在化学平衡系统，相平衡系统，界面层以及电化学系统等方面的应用。
理解物理化学的理论知识在能源化工中的实际应用，获得应用物理化学的基本原理和方法分析能源化工相关问题的能力。
二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）绪论1、教学内容：物理化学发展历史，物理化学的研究内容、研究对象及研究方法。
2、基本要求了解物理化学发展历史，掌握物理化学的研究内容、研究对象及研究方法。
3、重点：物理化学的研究内容。
4、难点：物理化学的研究内容。
（二）化学热力学基础1、教学内容：热力学基本概念，热力学第一定律、热力学第二定律，热力学第三定律，掌握其原理和热力学方法及在物理化学过程中的应用，两个途径函数（W、Q）、五个状态函数（U、H、S、A、G）的性质、物理意义及增量值的计算，热力学基本方程、麦克斯韦关系式及状态方程式的导出及应用，偏摩尔量、化学势的定义及化学势作为判据在相变化、化学变化中的应用。
2、基本要求（1）熟练掌握热力学基本概念、术语。
《物理化学》课程教学大纲
物理化学Physical Chemistry一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分：3学分课程总学时：48 学时，其中讲课：48 学时课程性质：必修开课学期：第3学期先修课程：高等数学、大学物理、材料化学适用专业：应用化学，材料物理等教材：沈文霞编，《物理化学核心教程》，科学出版社，2009年。
开课单位：物理与光电工程学院材料物理系二、课程性质、教学目标和任务本课程是适用于应用化学，材料物理等相关专业的学科基础课，本课程主要解决化学反应的方向和限度、化学反应的速率和机理等方面的问题，着重研究学科内更具普遍性的、更本质的化学运动内在规律，研究化学中的物质运动基本规律。
通过本课程的学习，要求学生了解和理解物理化学中重要的基本概念和基本知识，掌握各基本原理、定律、规则，并能进行计算和综合运用，解决一些实际问题，使学生在今后的实际工作中能有意识的运用化学观点去思考、认识和解决问题。
该课程的任务是激发学生学习化学的兴趣，将化学知识体系和思维方法传授给学生，培养学生分析和解决一般化学问题的能力，提高学生的化学素质，从而为后继课程以及今后从事生产和科研打下一定的化学基础。
三、教学内容和要求第1章绪论（1学时）（1）明确为什么要学习物理化学，了解物理化学课程内容；（2）掌握物理化学研究与学习的方法；（3）掌握物理量的表示与运算。
重点：物理量的表示难点：物理量的表示与运算第2章气体（2学时）（1）了解低压气体的经验定律、真实气体的状态方程；（2）理解液体的饱和蒸汽压和临界状态；（3）理解道尔顿分压定律和阿马格分体积定律（4）掌握理想气体的状态方程、混合物组成表示法；重点：混合物组成表示法；难点：液体的饱和蒸汽压和临界状态；道尔顿分压定律和阿马格分体积定律；第3章热力学第一定律（7学时）3.1 热力学概论（0.5学时）（1）了解热力学的研究对象；热力学的研究方法和（2）理解热力学研究方法的局限性；（3）掌握热力学研究方法；重点：热力学研究方法；难点：热力学研究方法的局限性；3.2 热力学的一些基本概念（0.5学时）（1）掌握热力学的一些基本概念；（2）掌握状态函数的特点；重点：热力学的一些基本概念；难点：状态函数的特点；3.3 热力学第一定律（1学时）（1）理解内能（U ）和焓（H）都是状态函数、热（Q）和功（W ）都是与途径有关的过程量。
绪论
Physical Chemistry
绪 论
三．物理化学的学习方法
1. 抓住三基：基本概念、基本理论、基本计算 2. 注重定性概念定量化的方法和技巧
•
• •
准确掌握公式的物理意义，适用范围
学习物理化学思维方法和逻辑推理过程 重视习题
3. 实验
四、主要参考书
天津大学 物理化学教研室编的 《物理化学》第4版 南京大学 傅献彩等编的《物理化学》第5版
Physical Chemistry
物理化学
Physical Chemistry
绪 论
一、物理化学的任务和内容
物理化学 从研究物理变化和化学变化的联系入手，探
求化学变化的基本规律。又称理论化学。 主要内容 （1）化学热力学：研究化学反应的方向和限度 （2）相变化、表面化学、电化学、胶体和大分子化学
由于附加压力的存在, 新相种子难以形成, 也就是说构成结 石的晶核在没有诱因( 比如胆管感染, 肝脏异常) 的情况 下, 是难以形成的。 四、物理化学渗透到药学各个环节
新药合成 药物生产-----化学动力学 性能表征-----比表面积 贮存期测定----化学动力学 半衰期测定---给药时间 中草药有效成分的提取----表面与胶体
药物体内过程：药理学、药代动力学
药物提取分离和合成：合成药物化学、天然药物化学
Physical Chemistry
物理化学在药学中的作用
一、为药物新剂型的开发提供理论指导 固体分散体-----低共熔相图原理 灰黄霉素-酒石酸低共熔混合பைடு நூலகம்的溶出速度比纯灰黄霉素 的大2.7倍;
48%尿素与52% 磺胺噻唑制成的低共熔混合物的溶出速度 是纯磺胺噻唑的12倍。
（3）化学动力学：研究化学反应的速率和机理
物理化学 第一章 学习小结
绪论 1 学时基本要求：1、了解物理化学学科、阐明物理化学课程的基本内容和任务。
2、掌握物理化学的学习方法。
P V T 关系 3 学时气体的第一章基本要求：1、掌握理想气体性质、状态方程及基本定律。
2、了解实际气体的性质及范德华方程。
3、掌握临界状态概念、对应状态原理。
4、了解pVT 关系的普遍化计算方法。
重点：理想气体定义、分压力、分体积的概念；理想气体状态方程、范德华方程的应用，对应状态原理及其应用。
难点：分压力、分体积的概念，使用范德华方程及用压缩因子图对真实气体进行有关计算。
第一章气体的pVT关系主要公式及使用条件1.理想气体状态方程式nRTRT?(m/M)pV?pV?p(V/n)?RT 或m3V?V/n称为气体的摩尔体。
mol PaTp式中，V，及n单位分别为，m，K及m3 -1-1 -1，称为摩尔气体常数。
mol·K=8.314510 J ·m积，其单位为·mol。
R此式适用于理想气体，近似地适用于低压的真实气体。
气体混合物2.（1）组成? ) = y (或x 摩尔分数nn/BB ABA???yV/??体积分数Vy Bm,BBAm,AA?V?表示在一定T，p式中下纯气体为混合气体总的物质的量。
A的摩n Am,AA??为在一定T，p尔体积。
下混合之前各纯组分体积的总和。
Vy A,mAA（2）摩尔质量???n/M?m/nM??yM BmixBBB BBB??为混合气体总的物质的量。
上为混合气体的总质量，式中nm?nm?BBBB述各式适用于任意的气体混合物。
?y?n/n?p/p?V/V（3）BBBB式中p为气体B，在混合的T，V条件下，单独存在时所产生的压力，称为B B?V下，单独存在时所占的体积。
，p的分压力。
为B气体在混合气体的T B道尔顿定律3.?，p= yp pp?BB BB上式适用于任意气体。
对于理想气体p?nRT/V BB4.阿马加分体积定律?V?nRT/V BB此式只适用于理想气体。
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足球烯是美国休斯顿赖斯大学的克罗脱 (Kroto,H.W.)和史沫莱(Smalley,R.E.)等人于1985 年提出的。他们用大功率激光束轰击石墨使其气 化，用1MPa压强的氦气产生超声波，使被激光束 气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并 迅速冷却形成新的碳原子，从而得到了C60。C60 的组成及结构已经被质谱、X射线分析等实验所 证明。此外，还有C70等许多类似C60的分子也已 被相继发现。
量子化学: 探讨分子体系的性质,根据计算进 行分子的合理设计(如药物设计、材料设计、 物性预测等)
热力学：非平衡态热力学的发展
美国化学家昂萨格Onsager提出的“倒易关系” 比利时化学家普里高津Prigogine提出的“耗散结构理论”
Onsager和Prigogine分别在1968年和1977年 获Nobel化学奖。
2021/3/15
0.5 物理化学的发展
结构化学: 由阐明分子结构发展到研究物质的 表面结构、内部结构、动态结构 现代波谱技术和衍射分析可分析测定晶体结构， “看到”原子的原子层次分辨
如：1982年诺贝尔化学奖得主A.Klug开创了“晶体电子显 微学”，并用于揭示核酸-蛋白质复合物的结构 1991年诺贝尔化学奖得主R.Ernst用核磁共振谱法研究大 分子在溶液中的动态结构
.W.Ostwald 德国化学家 (1853-1932) 1909年Nobel化学
奖获得者
2021/3/15
J.H.Van't Hoff 荷兰化学家
(1852-1911) 1901年Nobel化学
奖获得者
S.A.Arrhenins 瑞典化学家
(1859--1927) 1903年Nobel化学
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0.3 物理化学的研究方法 •热力学方法：
研究对象：宏观体系 理论基础：两个经典热力学定律 适用对象：平衡体系
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0.3 物理化学的研究方法 •统计力学方法：
概率统计规律 计算 微观运动的平均结果 解释 宏观现象、性质
2021/3/15
0.3 物理化学的研究方法
主要采用物理学的原理和实验方法。
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微观上，
物质 化学 变化
分子、 原子间 相互作 用、相 互结合 方式及 运动方 式的变 化
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能
量
热电
形
光声
式
等
的
物理
变
现象
化
0.2 物理化学的组成
化学热力学：化学变化的方向和限度 化学动力学：化学反应的速率和机理 结构化学： 分子、原子结构与性能
【成员】 各国仅可通过一个全国性的组织（国家化学理事会、化学会、 科学院或是任意一种科技团体或机构）代表该国化学工作者 参加IUPAC。设国家会员组织（National Adhering Organization）观察员国家（Observer Country）和联系 20会21/3/1员5 （Associated Organization）等。
【成立经过】 1919年成立于法国巴黎。法定永久地址和总部设在瑞士苏黎 士，依照瑞士法律登记注册。
【宗旨】 非政府、非营利、代表各国化学工作者组织的联合会，其宗 旨是促进会员国（Member Countries） 化学家之间的持续 合作；研究和推荐对纯粹和应用化学的国际重要课题所需的 规范、标准或法规汇编；与其他涉及化学本性有关课题的国 际组织合作；对促进纯粹和应用化学全部有关方面的发展作 出贡献。
2021/3/15
0.4 物理化学的形成
1887年
俄国科学家W.Ostwald（1853～1932） 、 荷兰科学家J.H.van’t Hoff(1852～ 1911)合办了第一本“物理化学杂志”（德
2021/3/15
文）
0.4 物理化学的形成
物理化学三剑客
Nobel化学奖获得者 德国化学家W.Ostwald ， 1909年 荷兰化学家Van‘t Hoff ， 1901年 瑞典化学家S.A.Arrhenius ， 1903
2021/3/15
2021/3/15
0.1 什么是物理化学
物理化学是介于物理与化学的中间学科， 作为化学的理论基础，又称理论化学，属于 化学的一个分支(二级学科)，是化学的基础 学科。
2021/3/15
0.1 什么是物理化学
物理化学 从研究化学现象和物理现象之间的相互
联系入手，从而探求化学变化中具有普遍 性的基本规律。
2021/3/15
LHC-II是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物， 这种复杂的分子体系镶嵌在生物膜中，具有很强的疏 水性，难以分离和结晶。对其晶体结构的测定是国际 公认的高难课题，也是一个国家结构生物学研究水平 的重要标志。
奖获得者
0.5 物理化学的发展
近代化学的发展趋势和特点：
(1) 从宏观到微观 (2) 从体相到表相 (3) 从静态到动态 (4) 从定性到定量 (5) 从单一学科到交叉学科 (6) 从研究平衡态到研究非平衡态
2021/3/15
0.5 物理化学的发展
物理化学的发展
突破
2021/3/15
融合
0.5 物理化学的发展
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C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，
因此又名足球烯。C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，
它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正
六边形。
应用： ①气体的贮存
②有感觉功能的传感器
③增强金属
④新型催化剂
⑤光学应用
2021/3/15
⑥癌细胞的杀伤效应
• 量子力学方法：
用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程） 求解体系的微观粒子之间的相互作用及其规律， 从而指示物性与结构之间的关系。
2021/3/15
0.4 物理化学的形成
1752年
俄国的化学家和物理学家 罗蒙诺索夫｛M.B.ЛOMOHOCOB (1711-1765)｝第一个提出了物理化 学这一词
物理化学——绪论
绪论
是什么？
学什么？
2021/3/15
怎么学？
绪论
学习 方法
研究 方法
目的
物理 化学
内容 形成
发展
2021/3/15
2021/3/15
国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC） International Union of Pure and Applied Chemistry